Теплота испарения: физическая величина или явление природы?

Теплота испарения - одна из важнейших характеристик вещества. Она определяет многие свойства жидкостей и их поведение. Но что же на самом деле представляет собой эта величина - просто численное значение или фундаментальное физическое явление?

Озеро, капли, испарение

Определение теплоты испарения

Формально под теплотой испарения понимают количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы превратить единицу массы жидкости в пар при постоянных температуре и давлении. Это один из видов теплоты фазового перехода первого рода наряду с теплотой плавления и теплотой сублимации.

Энтальпи́я испаре́ния (синоним: теплота́ парообразова́ния) — количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное.

Теплота испарения измеряется в единицах энергии на единицу массы, например в Дж/кг или кал/г. Иногда используют молярную теплоту испарения, отнесенную к 1 моль вещества (Дж/моль).

Теплота испарения сильно зависит от температуры и давления. С ростом температуры она уменьшается, приближаясь к нулю в критической точке. Аналогично, чем выше давление, тем меньше значение этого параметра.

Теплота испарения тесно связана с такими характеристиками вещества, как температура кипения, упругость пара, поверхностное натяжение и другими. Зная ее значение, можно рассчитать многие важные свойства.

Бассейн, брызги, испарение

Практическое значение

На практике данные о теплоте испарения используются во многих областях:

  • При разделении нефтепродуктов в ректификационных колоннах
  • В химической технологии при расчетах теплообменного оборудования
  • Для выбора оптимальных условий хранения и транспортировки жидких продуктов
  • При исследовании фазовых равновесий в смесях веществ

Знание теплоты испарения позволяет правильно подобрать параметры многих технологических процессов с участием жидкостей и оптимизировать их.

Природа процесса испарения

Хотя теплота испарения - важный физический параметр, сам процесс испарения представляет собой фундаментальное природное явление.

При испарении происходит переход молекул жидкости из связанного состояния в свободное. Для этого они должны преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия.

На молекулы жидкости действуют силы притяжения, удерживающие их вблизи друг друга. Чтобы вещество могло перейти из жидкого в газообразное состояние, требуется энергия.

Наибольшей подвижностью и кинетической энергией обладают молекулы на поверхности жидкости. Именно они преимущественно преодолевают межмолекулярные силы и переходят в парообразное состояние.

Поскольку наиболее энергичные частицы покидают жидкость, ее средняя кинетическая энергия уменьшается, то есть жидкость охлаждается в процессе испарения. Этот эффект широко используется на практике, например в испарительном охлаждении.

Вещество tкип, °С Lисп, ккал/кг Lисп, Дж/кг
Водород -252,6 107 4,48×105
Азот -195,8 47,6 1,99×105

Интенсивность испарения зависит от многих факторов - температуры, давления, площади свободной поверхности, вентиляции над поверхностью и других. Для разных жидкостей скорости испарения сильно различаются.

Явление испарения активно применяется в быту и промышленности - для охлаждения, кондиционирования воздуха, получения чистых веществ и многих других целей.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментарии 0
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.