Trong thế giới xung quanh chúng ta, rất nhiều hiện tượng và quá trình vật lý khác nhau liên tục xảy ra. Một trong những quan trọng nhất là quá trình bay hơi. Có một số điều kiện tiên quyết cho hiện tượng này. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích chi tiết hơn từng loại trong số chúng.
Bốc hơi là gì?
Đây là quá trình chuyển hóa các chất sang trạng thái khí hoặc hơi. Nó chỉ đặc trưng cho các chất có độ đặc lỏng. Tuy nhiên, một cái gì đó tương tự cũng được quan sát thấy trong chất rắn, chỉ có hiện tượng này được gọi là sự thăng hoa. Điều này có thể được nhìn thấy bằng cách quan sát cẩn thận các cơ quan. Ví dụ, một thanh xà phòng khô đi theo thời gian và bắt đầu nứt, điều này là do các giọt nước trong thành phần của nó bay hơi và chuyển sang trạng thái khí H2O.
Định nghĩa trong vật lý
Sự bay hơi là một quá trình thu nhiệt trong đó nguồn năng lượng được hấp thụ là nhiệt chuyển pha. Nó bao gồm hai thành phần:
- một lượng nhiệt nhất định cần thiết để vượt qua lực hút phân tử khi có sự đứt gãy giữa các phân tử được kết nối;
- nhiệt cần thiết cho quá trình giãn nở các phân tử trong quá trình biến đổi các chất lỏng thành hơi hoặc khí.
Chuyện này diễn ra như thế nào?
Sự chuyển của một chất từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí có thể xảy ra theo hai cách:
- Sự bay hơi là một quá trình trong đó các phân tử thoát ra khỏi bề mặt của chất lỏng.
- Sự sôi là quá trình hóa hơi từ chất lỏng bằng cách đưa nhiệt độ đến nhiệt độ sôi riêng của một chất.
Mặc dù thực tế là cả hai hiện tượng này đều biến đổi chất lỏng thành chất khí, nhưng giữa chúng có sự khác biệt đáng kể. Sự sôi là một quá trình hoạt động chỉ xảy ra ở một nhiệt độ nhất định, còn sự bay hơi xảy ra trong bất kỳ điều kiện nào. Một điểm khác biệt nữa là sự sôi là đặc trưng cho toàn bộ độ dày của chất lỏng, trong khi hiện tượng thứ hai chỉ xảy ra trên bề mặt của các chất lỏng.
Lý thuyết Động học Phân tử của Sự bay hơi
Nếu chúng ta xem xét quá trình này ở cấp độ phân tử, thì nó xảy ra như sau:
- Các phân tử trong chất lỏng chuyển động hỗn loạn không đổi, chúng đều có tốc độ hoàn toàn khác nhau. Trong khi đó, các hạt bị hút vào nhau do lực hút. Mỗi khi chúng va chạm với nhau, tốc độ của chúng thay đổi. Tại một số thời điểm, một số phát triển tốc độ rất cao, cho phép chúng vượt qua lực hấp dẫn.
- Những phần tử này, xuất hiện trên bề mặt chất lỏng, có động năng đến mức chúng có thể vượt qualiên kết giữa các phân tử và rời khỏi chất lỏng.
- Đó là những phân tử rất nhanh nhất này bay ra khỏi bề mặt của một chất lỏng, và quá trình này diễn ra liên tục và liên tục.
- Khi ở trong không khí, chúng sẽ biến thành hơi nước - đây được gọi là quá trình hóa hơi.
- Hệ quả của điều này là động năng trung bình của các hạt còn lại ngày càng nhỏ hơn. Điều này giải thích sự lạnh đi của chất lỏng. Hãy nhớ lại thời thơ ấu, chúng ta đã được dạy cách thổi vào chất lỏng nóng để nó nguội đi nhanh hơn. Hóa ra là chúng tôi đã đẩy nhanh quá trình bay hơi nước và nhiệt độ giảm nhanh hơn nhiều.
Nó phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Có nhiều điều kiện cần thiết để quá trình này xảy ra. Nó đến từ mọi nơi mà các hạt nước có mặt: đó là hồ, biển, sông, tất cả các vật thể ẩm ướt, vỏ bọc của cơ thể động vật và con người, cũng như lá cây. Có thể kết luận rằng bay hơi là một quá trình rất quan trọng và không thể thiếu đối với thế giới xung quanh và tất cả các sinh vật.
Dưới đây là các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng này:
- Tốc độ bay hơi trực tiếp phụ thuộc vào thành phần của chính chất lỏng. Được biết, mỗi người trong số họ đều có những đặc điểm riêng. Ví dụ, những chất có nhiệt hóa hơi thấp hơn sẽ được chuyển hóa nhanh hơn. Hãy so sánh hai quá trình: sự bay hơi của rượu và nước thông thường. Trong trường hợp đầu tiên, sự chuyển đổi sang trạng thái khí xảy ra nhanh hơn, vì nhiệt riêng của quá trình hóa hơi và ngưng tụ đối với rượu là 837 kJ / kg, và đối với nước gần gấp ba lầnhơn - 2260 kJ / kg.
- Tốc độ cũng phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của chất lỏng: càng cao, hơi nước được hình thành càng nhanh. Ví dụ, chúng ta hãy lấy một cốc nước, khi có nước sôi bên trong bình, thì quá trình hóa hơi xảy ra với tốc độ cao hơn nhiều so với khi nhiệt độ nước thấp hơn.
- Một yếu tố khác quyết định tốc độ của quá trình này là diện tích bề mặt của chất lỏng. Hãy nhớ rằng súp nóng nguội nhanh hơn trong bát đường kính lớn hơn là trong một đĩa nhỏ.
- Tốc độ phân bố của các chất trong không khí quyết định phần lớn đến tốc độ bay hơi, tức là quá trình khuếch tán xảy ra càng nhanh thì quá trình hóa hơi xảy ra càng nhanh. Ví dụ: khi có gió mạnh, các giọt nước bốc hơi nhanh hơn từ bề mặt của các hồ, sông và hồ chứa.
- Nhiệt độ không khí trong phòng cũng đóng một vai trò quan trọng. Chúng ta sẽ nói thêm về vấn đề này bên dưới.
Vai trò của độ ẩm không khí là gì?
Do quá trình bay hơi từ mọi nơi diễn ra liên tục và không ngừng nên trong không khí luôn tồn tại các hạt nước. Ở dạng phân tử, chúng giống như một nhóm các nguyên tố H2O. Chất lỏng có thể bay hơi phụ thuộc vào thể tích của hơi nước trong khí quyển, hệ số này được gọi là độ ẩm không khí. Nó có hai loại:
- Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa lượng hơi nước trong không khí với khối lượng riêng của hơi bão hòa ở cùng nhiệt độ tính bằng phần trăm. Ví dụ: điểm 100% cho biếtrằng bầu khí quyển hoàn toàn bão hòa với các phân tử H2O.
- Độ tuyệt đối đặc trưng cho mật độ hơi nước trong không khí, được ký hiệu bằng chữ f và cho biết có bao nhiêu phân tử nước chứa trong 1m3không khí.
Mối liên hệ giữa quá trình bay hơi và độ ẩm không khí có thể được xác định như sau. Độ ẩm tương đối của không khí càng thấp, sự bốc hơi từ bề mặt trái đất và các vật thể khác sẽ diễn ra càng nhanh.
Sự bay hơi của các chất khác nhau
Ở các chất khác nhau, quá trình này diễn ra khác nhau. Ví dụ, rượu bay hơi nhanh hơn nhiều chất lỏng do nhiệt hóa hơi riêng thấp. Thường thì những chất lỏng như vậy được gọi là dễ bay hơi, vì hơi nước bốc hơi từ chúng theo nghĩa đen ở hầu hết mọi nhiệt độ.
Rượu cũng có thể bay hơi ngay cả ở nhiệt độ phòng. Trong quá trình chuẩn bị rượu hoặc vodka, rượu được dẫn qua moonshine, chỉ đạt đến nhiệt độ sôi, xấp xỉ bằng 78 độ. Tuy nhiên, nhiệt độ bay hơi thực tế của rượu sẽ cao hơn một chút, bởi vì trong sản phẩm ban đầu (ví dụ: rượu nghiền), nó là sự kết hợp với các loại dầu thơm và nước khác nhau.
Cô đọng và thăng hoa
Hiện tượng sau đây có thể được quan sát mỗi khi nước sôi trong ấm. Lưu ý rằng khi nước sôi, nó chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Nó xảy ra theo cách này: một tia hơi nước nóng vớibay ra khỏi ấm qua vòi với tốc độ cao. Trong trường hợp này, hơi nước được tạo thành không thể nhìn thấy trực tiếp ở lối ra từ vòi mà ở một khoảng cách ngắn từ nó. Quá trình này được gọi là ngưng tụ, tức là hơi nước đặc đến mức có thể nhìn thấy bằng mắt của chúng ta.
Sự bay hơi của chất rắn được gọi là sự thăng hoa. Đồng thời, chúng chuyển từ trạng thái kết tụ sang trạng thái khí, bỏ qua giai đoạn lỏng. Trường hợp nổi tiếng nhất của sự thăng hoa được liên kết với các tinh thể băng. Ở dạng ban đầu, nước đá là chất rắn; ở nhiệt độ trên 0 ° C, nó bắt đầu tan chảy, chuyển sang trạng thái lỏng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ở nhiệt độ âm, nước đá chuyển sang dạng hơi, bỏ qua pha lỏng.
Ảnh hưởng của sự bay hơi đối với cơ thể con người
Nhờ sự bay hơi, quá trình điều nhiệt xảy ra trong cơ thể chúng ta. Quá trình này diễn ra thông qua hệ thống tự làm mát. Vào một ngày oi bức, một người đang lao động chân tay nhất định sẽ rất nóng. Điều này có nghĩa là nó làm tăng năng lượng bên trong. Và như bạn đã biết, ở nhiệt độ trên 42 °, protein trong máu người bắt đầu đông lại, quá trình này nếu không được ngăn chặn kịp thời sẽ dẫn đến tử vong.
Hệ thống tự làm mát được thiết kế để điều chỉnh nhiệt độ cho cuộc sống bình thường. Khi nhiệt độ trở nên tối đa cho phép, quá trình tiết mồ hôi hoạt động bắt đầu thông qua các lỗ chân lông trên da. Và sau đó từ bề mặt da xảy rabay hơi, hấp thụ năng lượng dư thừa của cơ thể. Nói cách khác, bay hơi là một quá trình góp phần làm mát cơ thể về trạng thái bình thường.
