Нам всім з дитинства добре відомий один серйозний життєвий факт. Для того щоб остудити гарячий чай, необхідно налити його в холодну блюдце і тривало дути над його поверхнею. Коли тобі шість-сім років, особливо не замислюєшся над законами фізики, просто приймаєш їх як дане або, висловлюючись фізично, приймаєш їх за аксіому. Однак, осягаючи з часом науки, ми знаходимо цікаві подібності аксіом і послідовних доказів, плавно переводячи наші дитячі припущення в дорослі теореми. Те ж саме і з гарячим чаєм. Ніхто з нас і подумати не міг, що такий спосіб його охолодження безпосередньо пов'язаний з випаровуванням рідини.
Фізика процесу
Для того щоб відповісти на питання, від чого залежить швидкість випаровування рідини, треба розібратися в самій фізиці процесу. Випаровування - це процес фазового переходу речовини з рідкого агрегатного стану в газоподібний. Випаровуватися може будь-рідке речовина, в тому числі дуже в'язке. З вигляду і не скажеш, що якась желеподібна жижа може втрачати частину своєї маси за рахунок випаровування, але при певних умовах саме це і відбувається. Тверде тіло може випаровуватися, тільки такий процес називається сублімацією.
Як відбувається
Почавши розбиратися, від чого залежить швидкість випаровування рідини, слід відштовхуватися від того, що це ендотермічний процес, тобто процес, що проходить з поглинанням теплоти. Теплота фазового переходу (теплота випаровування) передає енергію молекул речовини, збільшуючи їх швидкість і підвищуючи ймовірність їх відриву, послаблюючи при цьому сили молекулярного зчеплення. Відриваючись від основної маси речовини, швидкі молекули вириваються за його межі, і речовина втрачає свою масу. При цьому вилетіли молекули рідини миттєво скипають, здійснюючи при відриві процес фазового переходу, і їх вихід йде вже в газоподібному стані.
Застосування
Розуміючи, від яких причин залежить швидкість випаровування рідини, можна грамотно регулювати технологічні процеси, що відбуваються на їх основі. Наприклад, роботу кондиціонера, в теплообміннику-випарнику якого холодоагент кипить, забираючи тепло з охолоджуваного приміщення, або закипання води в трубах промислового котла, теплота якої передається на потреби опалення та ГВП. Усвідомлення того, від яких умов залежить швидкість випаровування рідини, надає можливість конструювати і виробляти сучасне і технологічне обладнання компактних розмірів і з підвищеним коефіцієнтом теплопередачі.
Температура
Рідкий агрегатний стан вкрай нестійке. При наших земних н. у. (поняття "нормальних умов", тобто придатних для життя людей) воно періодично прагне перейти в тверду або газоподібну фазу. Як це відбувається? Від чого залежить швидкість випаровування рідини? Первинний критерій - це, природно, температура. Чим сильніше ми нагріваємо рідина, тим більше енергії ми підводимо до молекул речовини, тим більше молекулярних зв'язків ми розриваємо, тим швидше йде процес фазового переходу. Апофеоз досягається при стійкому пузирьковом кипінні. Вода кипить при 100 ? с при атмосферному тиску. Поверхня каструлі або, наприклад, чайника, де вона кипить, тільки на перший погляд ідеально гладка. При багаторазовому збільшенні картинки ми побачимо нескінченні гострі піки, як у горах. Теплота точково підводиться до кожного з цих піків, і з-за малої поверхні теплообміну вода миттєво закипає, утворюючи пухирець повітря, який піднімається до поверхні, де і схлопивается. Саме тому таке кипіння називають бульбашковим. Швидкість випаровування води при цьому максимальна.
Тиск
Другий важливий параметр, від чого залежить швидкість випаровування рідини, - це тиск. При зниженні тиску нижче атмосферного вода починає закипати при менших температурах. На цьому принципі заснована робота знаменитих скороварок - спеціальних каструль, звідки откачивался повітря, і вода кипіла вже при 70-80 ° С. Підвищення тиску, навпаки, збільшує температуру закипання. Це корисна властивість використовується при подачі перегрітої води від ТЕЦ в ЦТП та ІТП, де для збереження потенціалу переносимої теплоти воду підігрівають до температури 150-180 градусів, коли треба виключити можливість її скипання в трубах.
Інші фактори
Інтенсивне охолодження поверхні рідини з температурою вище, ніж температура подаючої повітряного струменя, - це ще один фактор, від чого залежить швидкість випаровування рідини. Приклади цього можна взяти з повсякденного життя. Обдування вітром гладі озера або той приклад, з якого ми почали розповідь: охолодження гарячого чаю, налитого в блюдце. Він остигає за рахунок того, що, відриваючись від основної маси речовини, молекули забирають частину енергії з собою, охолоджуючи його. Тут можна побачити ще й вплив площі поверхні. Блюдце ширше, ніж гуртка, тому з її квадратури потенційно може піти більшу кількість маси води.
На швидкість випаровування також впливає тип самої рідини: якісь рідини випаровуються швидше, інші, навпаки, повільніше. Важливий вплив на процес випаровування має і стан навколишнього повітря. При високому абсолютному вологовмісту (сильно вологому повітрі, наприклад, поруч з морем) процес випаровування піде повільніше.
