Испарение и кипение - это два способа перехода жидкости в газ (пар). Сам процесс такого перехода называется парообразованием. То есть испарение и кипение - это способы парообразования . Между этими двумя способами есть существенные отличия.

Испарение происходит только с поверхности жидкости. Оно является результатом того, что молекулы любой жидкости постоянно перемещаются. Причем скорость у молекул разная. Молекулы с достаточно большой скоростью, оказавшись на поверхности, могут преодолеть силу притяжения других молекул и оказаться в воздухе.

Молекулы воды, находящиеся по отдельности в воздухе, как раз и образуют пар. Увидеть глазами пар невозможно. То, что мы видим, как водяной туман, это уже результат конденсации (обратный парообразованию процесс), когда при охлаждении пар собирается в виде мельчайших капелек.

В результате испарения сама жидкость охлаждается, так как ее покидают наиболее быстрые молекулы. Как известно, температура как раз определяется скоростью движения молекул вещества, то есть их кинетической энергией.

Скорость испарения зависит от многих причин. Во-первых, она зависит от температуры жидкости. Чем температура выше, тем испарение быстрее. Это и понятно, так как молекулы двигаются быстрее, а значит, им легче вырваться с поверхности. Скорость испарения зависит от вещества. У одних веществ молекулы притягиваются сильнее, и следовательно, труднее вылетают, а у других - слабее, и следовательно, легче покидают жидкость. Испарение также зависит от площади поверхности, насыщенности воздуха паром, ветра.

Самое главное, что отличает испарение от кипения, это то, что испарение протекает при любой температуре, и оно протекает только с поверхности жидкости.

В отличие от испарения, кипение протекает только при определенной температуре. Для каждого вещества, находящегося в жидком состоянии, характерна своя температура кипения. Например, вода при нормальном атмосферном давлении кипит при 100 °C, а спирт при 78 °C. Однако с понижением атмосферного давления температура кипения всех веществ немного понижается.

При кипении из воды выделяется растворенный в ней воздух. Поскольку сосуд обычно нагревают снизу, то в нижних слоях воды температура оказывается выше, и пузыри сначала образуются именно там. В эти пузыри испаряется вода, и они насыщаются водяным паром.

Так как пузыри легче самой воды, то они поднимаются вверх. Из-за того, что верхние слои воды не прогрелись до температуры кипения, пузыри остывают и пар в них обратно конденсируется в воду, пузыри становятся тяжелее и снова опускаются.

Когда все слои жидкости прогреваются до температуры кипения, то пузыри уже не опускаются, а поднимаются на поверхность и лопаются. Пар из них оказывается в воздухе.

Таким образом, при кипении процесс парообразования происходит не на поверхности жидкости, а по всей ее толще в образующихся пузырьках воздуха. В отличие от испарения, кипение возможно лишь при определенной температуре.

Следует понимать, что когда жидкость кипит, то происходит и обычное испарение с ее поверхности.

1. Явление превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Парообразование может осуществляться в виде двух процессов: испарения и кипения.

Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Так, лужи высыхают и при 10 °С, и при 20 °С, и при 30 °С. Таким образом, испарением называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре .

С точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества испарение жидкости объясняется следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в непрерывном движении, имеют разные скорости. Наиболее быстрые молекулы, находящиеся на границе поверхности воды и воздуха и имеющие сравнительно большую энергию, преодолевают притяжение соседних молекул и покидают жидкость. Таким образом, над жидкостью образуется пар.

Поскольку из жидкости при испарении вылетают молекулы, обладающие большей внутренней энергией по сравнению с энергией молекул, остающихся в жидкости, то средняя скорость и средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшаются и, следовательно, температура жидкости уменьшается.

Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости. Так, скорость испарения эфира больше, чем скорость испарения воды и растительного масла. Кроме того, скорость испарения зависит от движения воздуха над поверхностью жидкости. Доказательством может служить то, что бельё сохнет быстрее на ветру, чем в безветренном месте при тех же внешних условиях.

Скорость испарения зависит от температуры жидкости. Иапример, вода при температуре 30 °С испаряется быстрее, чем вода при 10 °С.

Хорошо известно, что вода, налитая в блюдце, испариться быстрее, чем вода такой же массы, налитая в стакан. Следовательно, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости.

2. Процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Процесс конденсации происходит одновременно с процессом испарения. Молекулы, вылетевшие из жидкости и находящиеся над её поверхностью, участвуют в хаотическом движении. Они сталкиваются с другими молекулами, и в какой-то момент времени их скорости могут быть направлены к поверхности жидкости, и молекулы вернутся в неё.

Если сосуд открыт, то процесс испарения происходит быстрее, чем конденсация, и масса жидкости в сосуде уменьшается. Пар, образующийся над жидкостью, называется ненасыщенным .

Если жидкость находится в закрытом сосуде, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё, но с течением времени плотность пара над жидкостью возрастет настолько, что число молекул, покидающих жидкость, станет равным числу молекул, возвращающихся в неё. В этом случае наступает динамическое равновесие жидкости с её паром .

Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Если сосуд с жидкостью, в котором находится насыщенный пар, нагреть, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, увеличится и будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё. С течением времени равновесие восстановится, но плотность пара над жидкостью и соответственно его давление увеличатся.

3. В воздухе всегда содержится водяной пар, являющийся продуктом испарения воды. Содержание водяного пара в воздухе характеризует его влажность.

Абсолютной влажностью воздуха ​\((\rho) \) ​ называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м 3 воздуха, или плотность водяного пара, содержащегося в воздухе.

Если относительная влажность равна 9,41·10 -3 кг/м 3 , то это означает, что в 1 м 3 содержится 9,41·10 -3 кг водяного пара.

Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью .

Относительной влажностью воздуха ​\((\varphi) \) ​ называют величину, равную отношению плотности водяного пара ​\((\rho) \) ​, содержащегося в воздухе (абсолютной влажности), к плотности насыщенного водяного пара ​\((\rho_0) \) ​ при этой температуре:

\[ \varphi=\frac{\rho}{\rho_0}100\% \]

​Обычно относительную влажность выражают в процентах.

При понижении температуры ненасыщенный нар может превратиться в насыщенный. Примером такого превращения является выпадение росы и образование тумана. Так, летним днём при температуре 30 °С плотность водяного пара равна 12,8·10 -3 кг/м 3 . Этот водяной пар является ненасыщенным. При понижении вечером температуры до 15 °С он уже будет насыщенным, и выпадет роса.

Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.

Для измерения влажности воздуха используют прибор, называемый психрометром .

Психрометр состоит из двух термометров, один из которых сухой, а другой - влажный (рис. 74). Термометры прикреплены к таблице, в которой по вертикали указана температура, которую показывает сухой термометр, а по горизонтали - разность показаний сухого и влажного термометров. Определив показания термометров, по таблице находят значение относительной влажности воздуха.

Например, температура, которую показывает сухой термометр, 20 °С, показание влажного термометра — 15 °С. Разность показаний 5 °С. По таблице находим значение относительной влажности ​\(\varphi \) ​ = 59%.

4. Второй процесс парообразования - кипение . Наблюдать этот процесс можно с помощью простого опыта, нагревая воду в стеклянной колбе. При нагревании воды в ней через некоторое время появляются пузырьки, в которых содержатся воздух и насыщенный водяной пар, который образуется при испарении воды внутри пузырьков. При повышении температуры давление внутри пузырьков растёт, и под действием выталкивающей силы они поднимаются вверх. Однако, поскольку температура верхних слоёв воды меньше, чем нижних, пар в пузырьках начинает конденсироваться, и они сжимаются. Когда вода прогреется по всему объёму, пузырьки с паром поднимаются до поверхности, лопаются, и пар выходит наружу. Вода кипит. Это происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равно атмосферному давлению.

Процесс парообразования, происходящий во всем объёме жидкости при определённой температуре, называют кипением . Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения .

Эта температура зависит от атмосферного давления. При повышении атмосферного давления температура кипения возрастает.

Опыт показывает, что в процессе кипения температура жидкости не изменяется, несмотря на то, что извне поступает энергия. Переход жидкости в газообразное состояние при температуре кипения связан с увеличением расстояния между молекулами и соответственно с преодолением притяжения между ними. На совершение работы по преодолению сил притяжения расходуется подводимая к жидкости энергия. Так происходит до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар. Поскольку жидкость и пар в процессе кипения имеют одинаковую температуру, то средняя кинетическая энергия молекул не изменяется, увеличивается лишь их потенциальная энергия.

На рисунке 75 приведён график зависимости температуры воды от времени в процессе её нагревания от комнатной температуры до температуры кипения (АБ), кипения (БВ), нагревания пара (ВГ), охлаждения пара (ГД), конденсации (ДЕ) и последующего охлаждения (ЕЖ).

5. Для превращения разных веществ из жидкого состояния в газообразное требуется разная энергия, эта энергия характеризуется величиной, называемой удельной теплотой парообразования .

Удельной теплотой парообразования ​\((L) \) ​ называют величину, равную отношению количества теплоты, которое нужно сообщить веществу массой 1 кг, для превращения его из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения.

Единица удельной теплоты парообразования - ​\([L] \) ​ = Дж/кг.

Чтобы рассчитать количество теплоты ​\(Q \) ​, которое необходимо сообщить веществу массой ​\(m \) ​ для его превращения из жидкого состояния в газообразное, необходимо удельную теплоту парообразования ​\((L) \) ​ умножить на массу вещества: ​\(Q=Lm \) ​.

При конденсации пара выделяется некоторое количество теплоты, причем его значение равно значению количества теплоты, которое необходимо затратить для превращения жидкости в пар при той же температуре.

Часть 1

1. Испарение и кипение - два процесса превращения вещества из одного агрегатного состояния в другое. Общей характеристикой этих процессов является то, что оба они

А. Представляют собой процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное
Б. Происходят при определённой температуре

Правильный ответ

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

2. Испарение и кипение - два процесса перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Различие между ними заключается в том, что

А. Кипение происходит при определённой температуре, а испарение - при любой температуре.
Б. Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение - во всём объёме жидкости.

Правильным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

3. При нагревании вода превращается в пар той же температуры. При этом

1) увеличивается среднее расстояние между молекулами
2) уменьшается средний модуль скорости движения молекул
3) увеличивается средний модуль скорости движения молекул
4) уменьшается среднее расстояние между молекулами

4. В процессе конденсации водяного пара при неизменной его температуре выделилось некоторое количество теплоты. Что произошло с энергией молекул водяного пара?

1) изменилась как потенциальная, так и кинетическая энергия молекул пара
2) изменилась только потенциальная энергия молекул пара
3) изменилась только кинетическая энергия молекул пара
4) внутренняя энергия молекул пара не изменилась

5. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени при её охлаждении и последующем нагревании. Первоначально вода находилась в газообразном состоянии. Какой участок графика соответствует процессу конденсации воды?

1) АВ
2) ВС
3) CD
4) DE

6. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени. В начальный момент времени вода находилась в газообразном состоянии. В каком состоянии находится вода в момент времени ​\(\tau_1 \) ​?

1) только в газообразном
2) только в жидком
3) часть воды в жидком состоянии, часть - в газообразном
4) часть воды в жидком состоянии, часть - в кристаллическом

7. На рисунке приведён график зависимости температуры спирта от времени при его нагревании и последующем охлаждении. Первоначально спирт находился в жидком состоянии. Какой участок графика соответствует процессу кипения спирта?

1) АВ
2) ВС
3) CD
4) DE

8. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы превратить в газообразное состояние 0,1 кг спирта при температуре кипения?

1) 240 Дж
2) 90 кДж
3) 230 кДж
4) 4500 кДж

9. В понедельник абсолютная влажность воздуха днём при температуре 20 °С была равной 12,8 г/см 3 . Во вторник она увеличилась и стала равной 15,4 г/см 3 . Выпала ли роса при понижении температуры до 16 °С, если плотность насыщенного пара при этой температуре 13,6 г/см 3 ?

1) не выпала ни в понедельник, ни во вторник
2) выпала и в понедельник, и во вторник
3) в понедельник выпала, во вторник не выпала
4) в понедельник не выпала, во вторник выпала

10. Чему равна относительная влажность воздуха, если при температуре 30 °С абсолютная влажность воздуха равна 18·10 -3 кг/м 3 , а плотность насыщенного пара при этой температуре 30·10 -3 кг/м 3 ?

1) 60%
2) 30%
3) 18 %
4) 1,7 %

11. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
A) физическая величина
Б) единица физической величины
B) прибор для измерения физической величины

ПРИМЕРЫ
1) кристаллизация
2) джоуль
3) кипение
4) температура
5) мензурка

12. На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры двух веществ одинаковой массы, находившихся первоначально в жидком состоянии, получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Из приведённых ниже утверждений выберите правильные и запишите их номера.

1) Вещество 1 полностью переходит в газообразное состояние, когда начинается кипение вещества 2
2) Удельная теплоёмкость вещества 1 больше, чем вещества 2
3) Удельная теплота парообразования вещества 1 больше, чем вещества 2
4) Температура кипения вещества 1 выше, чем вещества 2
5) В течение промежутка времени ​\(0-t_1 \) ​ оба вещества находились в жидком состоянии

Часть 2

13. Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар 200 г воды, взятой при температуре 40 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

Ответы

Испарение и кипение.

Переход вещества из жидкого состояния и парообразное называется испарением. Испарение происходит со всякой свободной поверхности жидкости и при любой температуре. При повышении температуры до некоторого предела упругость пара жидкости делается равной давлению окружающей среды. В этом случае испарение начинается в глубоких слоях жидкости, последняя закипает и насыщает газовое пространство своими парами.

Если образовавшиеся при испарении или кипении пары отводятся и конденсируются, то такой процесс называется дистилляцией или перегонкой, а полученный конденсат – дистиллатом или погоном.

При неизменном давлении в процессе перегонки для каждой химически чистой жидкости существует своя, строго определенная температура кипения. Температура кипения индивидуальных углеводородов в гомологическом ряду тем выше, чем больше их молярная масса.

Растворенные в жидкости компоненты меняют ее точку кипения. В тех случаях, когда раствор состоит из взаимно растворимых жидкостей, температура кипения смеси лежит между температурами кипения чистых компонентов и зависит от состава смеси. Составные части смеси, обладающие при данной температуре нагрева более высокой, упругостью паров, а следовательно, и более низкой температурой кипения, называются легкокипящими или низкокипящими компонентами смеси.

В противоположностъ этому, входящие в состав кипящего раствора вещества, обладающие более низкой упругостью паров, а потому и более высокой температурой кипения, именуются тяжелокипящими или высококипящими компонентами смеси.

В системе координат температура - время (температура-процент отгона) выкипание чистых компонентов и их смесей может быть изображено (фиг) ломаными линиями АСВ. Горизонтальные участки А, В и им подобные характерны для химически чистых компонентов и отвечают точкам кипения индивидуальных веществ; наклонные С - кипению их смесей.

Таким образом, если для индивидуальных веществ температура t на кривой выкипания остается постоянной, то для смеси взаимно растворимых, близких по температуре кипения компонентов подобной постоянной точки не существует. Взамен ее на отдельных участках неуклонного повышения температуры, в местах перехода, можно найти условные «начальную» и «конечную», а посредине «среднюю» температуры кипения смеси (фиг. 62).

Нефть и нефтепродукты представляют собой сложную смесь взаимно растворимых углеводородов, обладающих различной температурой кипения.

При нагревании этой сложной смеси в пар прежде всего переходят компоненты, обладающие высокой летучестью. Частично с ними уходят высококипящие компоненты, но концентрация низкокипящего компонента в парах всегда больше, чем в кипящей жидкости.

По мере отгона низкокипящих, жидкий остаток обогащается высококипящими компонентами. Так как упругость паров последних при данной температуре может быть ниже внешнего давления, кипение замедляется и в конечном счете прекращается. Чтобы возобновить кипение и сделать его безостановочным, жидкий остаток необходимо непрерывно нагревать. При атом в паровое пространство будут переходить все новые и новые компоненты со все возрастающей температурой кипения.

Конденсируя отходящие пары и отбирая конденсат от момента закипания жидкости до конца перегонки в виде отдельных по «интервалам температур кипения» дистиллатов, получаем так называемые температурные фракции или просто фракции нефти (нефтепродукта).

Дистилляцию, сопровождающуюся разделением конденсата перегоняемой жидкости (сырья) на фракции, называют перегонкой дробной, диференциальной или фракционной.

Твердое, жидкое и газообразное — каждое вещество может находиться при определенных условиях в этих агрегатных состояниях. Испарение и кипение представляют собой процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.

Кипение — процесс парообразования в жидкости.

Сравнение

Испарение с поверхности любой жидкости происходит всегда при любой температуре. Молекулы жидкости располагаются почти вплотную друг к другу, они колеблются около своего положения равновесия и связаны между собой силами притяжения. Молекулы жидкости не привязаны к определенным центрам, поэтому могут перемещаться по всей жидкости. Но у жидкостей есть всегда свободная поверхность, пограничный слой с газом. Молекулы в этом слое притягиваются с одной стороны молекулами, которые находятся внутри жидкости. Но наиболее быстрые молекулы, с кинетической энергией, которая выше энергии их связи с остальными молекулами, способны вылететь с поверхности жидкости. Они, отделившись от поверхности жидкости, образуют над ней пар. Часть молекул могут вследствие хаотического движения возвратится обратно в жидкость, а остальные безвозвратно теряются. У оставшихся молекул уменьшается средняя кинетическая энергия, это ведет к охлаждению жидкости.

Кипение — это испарение, которое происходит в самом объеме жидкости. Вода в обычном состоянии при комнатной температуре насыщена воздухом. В жидкости всегда есть пузырьки газа еще до кипения. При нагревании воды газ, который в ней есть, выделяется на дно и стенки сосуда. Так образуются воздушные пузырьки. Если давление насыщенного пара жидкости будет равняться или превышать давление газа в пузырьках, то жидкость начнет испаряться в них. При нагревании пузырьки, которые наполнены паром, раздуваются, расширяются и, наконец, всплывают на поверхность. Кипение представляет собой процесс, при котором происходит непрерывное образование и рост в жидкости пузырьков пара, куда идет испарение жидкости. Кипение данной жидкости происходит при определенной температуре и при определенном давлении и обнаруживается, когда пузырьки пара образуются во всей жидкости. Этот процесс будет происходить, когда давление ее насыщенных паров будет равняться внешнему давлению при определенной температуре.

Выводы сайт

1. Испарение — это переход жидкости в газ, который происходит с пограничного слоя жидкости.
2. Испарение жидкости имеет место быть всегда при любой температуре.
3. Кипение — это процесс парообразования в жидкости.
4. Кипение происходит при определённой температуре и давлении.