تبخیر
دید کلی
- چرا شناگری که از آب خارج می‌شود، احساس سرما می‌کند؟
- دمای بدن انسان چگونه تنظیم می‌شود؟
- چگونه آب در داخل کوزه سفالی خنک می‌گردد؟
- اساس کار وسائل خنک کننده بر چه اصلی استوار است؟
انرژی جنبشی مولکولهای مایع در تبخیر
انرژی جنبشی مولکول معینی از یک مایع ، ضمن برخورد با سایر مولکولهای پیوسته تغییر می‌کند. ولی در لحظه‌ای معین ، تعدادی ازمولکولهای یک مجموعه ، تعدادی مولکول دارای انرژی نسبتا زیاد و تعدادی دارای انرژی نسبتا کم هستند. مولکولهای که انرژی جنبشی آنها به قدر کافی زیاد است می‌توانند بر نیروهای جاذبه مولکولهای اطراف خود غلبه کنند. این مولکولها می‌توانند از سطح مایع فرار کنند و به فاز گاز وارد شوند به شرط آنکه نزدیک به سطح مایع و در جهت مناسب در حرکت باشند.
این مولکولها در حین فرار از مایع ، بخشی از انرژی خود را برای مقابله با نیروهای جاذبه مصرف می‌کنند. فرار تعدادی از مولکولهای با انرژی زیاد از مایع سبب می‌شود که انرژی جنبشی متوسط مولکولهای باقی مانده در مایع کاهش یابد و از دمای مایع کاسته شود. وقتی که مایعی از یک ظرف سرباز تبخیر می‌شود، انتقال گرما از محیط به مایع صورت می‌گیرد و در نتیجه ، دمای مایع ثابت می‌ماند و به این ترتیب ، ذخیره مولکولهای پر انرژی تامین می‌شود و این فرایند تا تبخیر تمام مایع ادامه می‌یابد.
آنتالپی تبخیر مولی
مقدار کل گرمای لازم برای تبخیر یک مول از مایع در دمای معین ، آنتالپی تبخیر مولی آن مایع نامیده می‌شود.
اثر دما بر تبخیر
با افزایش دمای مایع سرعت تبخیر زیاد می‌شود. وقتی دما افزایش می‌یابد، انرژی جنبشی متوسط مولکولها زیاد می‌شود و تعداد مولکولهای با انرژی کافی برای
فرار به فاز گازی افزایش می‌یابد.
از کاربردهای تبخیر
- تنظیم دمای بدن:
تنظیم دمای بدن ، تا حدودی، بر اثر عرق در پوست صورت می‌گیرد. - ساخت وسائل خنک کننده گوناگون با استفاده از مکانیزم تبخیر
- کوزه سفالی بدون لعاب که برای خنک نگه داشتن آب بکار می رود. آب ، گل کوزه را سیر کرده از سطح خارجی آن بخار می‌شود. با این عمل ، آب باقیمانده در کوزه خنک می‌گردد.
گرمای تبخیر
گرمای تبخیر مولی ، مقدار انرژی لازم برای تبخیر یک مول از مایع در دمای معین است. گرمای تبخیر معمولا در
نقطه جوش نرمال و بر حسب کیلو کالری بر مول درج مشود.
دمای
بخار برابر با دمای مایعی است که با آن در حال تعادل است. بنابر این انرژی جنبشی متوسط مولکولها در دو فاز یکسان است. ولی این دو فاز از نظر انرژی داخلی کل که شامل انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی است ، متفاوتند. مولکولهای مایع با نیروهای پیوستگی همدیگر را نگه می دارند ولی مولکولهای بخار اساسا آزادند. وقتی که مایعی به بخار تبدیل می شود، مقداری انرژی لازم است تا مولکولهای مایع از هم جدا شوند. از اینرو انرژی
فاز گاز به اندازه مقدار این اختلاف بالاتر از انرژی فاز مایع است.
در اختلاف محتوای گرمایی دو فاز، عامل دیگری نیز دخالت دارد.
حجم یک گاز به مقدار قابل ملاحظه ای بیش از حجم مایعی است که آن را تولید می کند (به عنوان مثال از تبخیر یک مول آب در 100 درجه
سانتی گراد، در حدود 1700 میلی
لیتر بخار آب تولید می شود) . به منظور پس زدن هوا و جا باز کردن برای بخار ، کار انجام می شود و برای این منظور بایستی به سیستم انرژی داده شود. پس گرمای تبخیر هم شامل انرژی لازم برای غلبه بر نیروهای پیوستگی بین مولکولی و هم شامل انرژی لازم برای انبساط گاز است.
وقتی که یک مول بخار بر اثر تراکم به مایع تبدیل می شود، اختلاف محتوای گرمایی دو فاز به صورت انرژی گرمایی آزاد می گردد. در این مورد گرمای تولید شده را
گرمای میعان مولی می نامیم.این کمیت دارای علامت منفی است ولی از نظر عددی برابر با گرمای تبخیر مولی در همان دما است.
گرمای تبخیر یک مایع با افزایش دما کاهش می یابد و در
دمای بحرانی جسم مقدار آن به صفر می رسد. به عبارت دیگر، با افزایش دما کسر مولکولهای پر انرژی افزایش می یابد و در دمای بحرانی، تمام مولکولها انرژی کافی برای تبخیر را دارند.
به طور کلی هر چه گرمای تبخیر ماده ای بیشتر باشد، نیروهای جاذبه بین مولکولی آن قوی تر است . در 1884 فردریک تروتون دریافت که برای اغلب مایعات نسبت گرمای تبخیر مولی (در
نقطه جوش نرمال) به نقطه جوش نرمال(در مقیاس کلوین) ، مقداری ثابت و برابر 21 کالری بر
کلوین_مول است ( قاعده تروتون ) .
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)