Происходящее со свободной поверхности жидкости.

Сублимацию, или возгонку, т.е. переход вещества из твердого состояния в газообразное, так-же называют испарением.

Из повседневных наблюдений известно, что количество любой жидкости (бензина, эфира, воды), находящейся в открытом сосуде, постепенно уменьшается. Жидкость не исчезает бесследно — она превращается в пар. Испарение — это один из видов парообразования . Другой вид — это кипение.

Механизм испарения.

Как происходит испарение? Молекулы любой жидкости находятся в не-прерывном и беспорядочном движении, причем, чем выше температура жидкости, тем больше кинетическая энергия молекул. Среднее значение кинетической энергии имеет определенную величину. Но у каждой молекулы кинетическая энергия может быть как больше, так и меньше средней. Если вблизи поверхности окажется молекула с кинетической энергией , достаточной для преодоления сил межмолекулярного притяжения, она вылетит из жидкости. То же самое пов-торится с другой быстрой молекулой, со второй, третьей и т. д. Вылетая наружу, эти молекулы образуют над жидкостью пар. Образование этого пара и есть испарение.

Поглощение энергии при испарении.

Поскольку при испарении из жидкости вылетают более быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. Это значит, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшает-ся. Поэтому если нет притока энергии к жидкости извне, температура испаряющейся жидкости понижается, жидкость охлаждается (именно поэтому, в частности, человеку в мокрой одежде холоднее, чем в сухой, особенно при ветре).

Однако при испарении воды, налитой в стакан, мы не замечаем понижения ее температуры. Чем это объяснить? Дело в том, что испарение в данном случае происходит медленно, и темпера-тура воды поддерживается постоянной за счет теплообмена с окружающим воздухом, из которого в жидкость поступает необходимое количество теплоты. Значит, чтобы испарение жидкости про исходило без изменения ее температуры, жидкости необходимо сообщать энергию.

Количество теплоты, которое необходимо сообщить жидкости для образования единицы массы пара при постоянной температуре, называется теплотой парообразования.

Скорость испарения жидкости.

В отличие от кипения , испарение происходит при любой темпе-ратуре, однако с повышением температуры жидкости скорость испарения возрастает. Чем выше температура жидкости, тем больше быстро движущихся молекул имеет достаточную кинетичес-кую энергию , чтобы преодолеть силы притяжения соседних частиц и вылететь за пределы жид-кости, и тем быстрее идет испарение.

Скорость испарения зависит от рода жидкости. Быстро испаряются летучие жидкости, у кото-рых силы межмолекулярного взаимодействия малы (например, эфир, спирт, бензин). Если кап-нуть такой жидкостью на руку, мы ощутим холод. Испаряясь с поверхности руки, такая жид-кость будет охлаждаться и отбирать у нее некоторое количество теплоты.

Скорость испарения жидкости зависит от площади ее свободной поверхности. Это объясняется тем, что жидкость испаряется с поверхности, и чем больше площадь свободной поверхности жид-кости, тем большее количество молекул одновременно вылетает в воздух.

В открытом сосуде масса жидкости вследствие испарения постепенно уменьшается. Это свя-зано с тем, что большинство молекул пара рассеивается в воздухе, не возвращаясь в жидкость (в отличие от того, что происходит в закрытом сосуде). Но небольшая часть их возвращается в жидкость, замедляя тем самым испарение. Поэтому при ветре, который уносит молекулы пара, испарение жидкости происходит быстрее.

Применение испарения в технике.

Испарение играет важную роль в энергетике, холодильной технике, в процессах сушки, испарительного охлаждения. Например, в космической технике быстроиспаряющимися веществами покрывают спускаемые аппараты. При прохождении через атмосферу планеты корпус аппарата в результате трения нагревается, и покрывающее его вещество начи-нает испаряться. Испаряясь, оно охлаждает космический аппарат, спасая его тем самым от пере-грева.

Конденсация.

Конденсация (от лат. condensatio — уплотнение, сгущение) — переход вещества из газообраз-ного состояния (пара) в жидкое или твердое состояние.

Известно, что при наличии ветра жидкость испаряется быстрее. Почему? Дело в том, что од-новременно с испарением с поверхности жидкости идет и конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно перемещаясь над жидкостью, снова возвраща-ется в нее. Ветер же выносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться.

Конденсация может происходить и тогда, когда пар не соприкасается с жидкостью. Именно конденсацией объясняется, например, образование облаков: молекулы водяного пара, поднима-ющиеся над землей, в более холодных слоях атмосферы группируются в мельчайшие капельки воды, скопления которых и представляют собой облака . Следствием конденсации водяного пара в атмосфере являются также дождь и роса.

При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начи-нает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации единицы массы, равно теплоте испарения.

В статье рассказывается о том, что такое конденсация, из-за чего возникает подобный физический процесс, и где его можно заметить в повседневной жизни.

Начало

Физика является одной из важнейших для человечества дисциплиной. Конечно, таковой считает «свою» науку любой ее последователь, но тем не менее именно физика наряду с другими естественными техническими науками позволила хоть немного, но разобраться в устройстве нашего мира. Во все времена находились те, кого не устраивало библейское описание Вселенной и природы в целом, и они, будучи первопроходцами, стремились разобраться в положении дел самостоятельно, как, к примеру, сам Михайло Ломоносов.

К сожалению, с популяризацией физики все не так просто, но определенные успехи есть, если вспомнить «Занимательную физику» Перельмана и ряд научных трудов Стивена Хокинга.

А еще физика интересна тем, что вокруг нас ежесекундно происходит множество процессов, к которым мы привыкли и не обращаем внимания, а они довольно интересны с научной точки зрения, к примеру, такое явление, как конденсация. Так что такое конденсация? В этом мы и разберемся.

Определение

Если обратиться к энциклопедии, то, согласно ей, конденсация - это переход того или иного вещества из газообразного в жидкое или твердое. Говоря проще, это процесс превращения пара в нечто иное, к примеру, жидкость. На первый взгляд, все довольно просто, все мы привыкли к тому, что пар в помещении постепенно осаждается в виде капель воды на предметах, и это так. Так что теперь мы знаем, что такое конденсация. Однако где еще встречается подобное явление, и чем оно полезно?

Дождь

Конденсацию можно заметить и при приготовлении пищи, когда пар поднимается из кастрюли с кипящей водой и оседает на стенах или предметах мелкими капельками жидкости. Также наиболее ярко этот процесс заметен и в парилке бани: если вылить воду на раскаленный очаг, она перейдет в газообразное состояние и по мере падения температуры начнет конденсироваться на стенах и полу.

Так что теперь мы знаем, что такое К слову, согласно закону сохранения вещества и энергии, обратно в жидкое состояние перейдет ровно столько пара, сколько и испарилось.

). Конденсация происходит при изотермич. сжатии, адиабатич. расширении и охлаждении или одноврем. понижении его и т-ры, к-рое приводит к тому, что конденсиров. фаза становится термодинамически более устойчивой, чем газообразная. Если при этом и т-ра выше, чем в для данного в-ва, образуется (сжижение), если ниже - в-во переходит в твердое состояние, минуя жидкое (десублимация). К онденсация широко применяется в хим. технологии для разделения смесей посредством , при и очистке в-в и др., в , напр. в конденсаторах паровых турбин, в холодильной технике для конденсации рабочего тела, в опреснит. установках и др. При конденсации в узких порах последние могут поглощать значит. кол-ва в-ва из газовой фазы (см. ). Следствие конденсации водяного в - дождь, снег, роса, иней. Конденсация в жидкое состояние. В случае конденсации в объеме или парогазовой смеси (гомогенная конденсация) конденсир. фаза образуется в виде мелких капель (тумана) или мелких . Для этого необходимо наличие центров конденсации, к-рыми могут служить очень мелкие капельки (зародыши), образующиеся в результате флуктуации плотности газовой фазы, пылинки и частицы, несущие электрич. заряд (). При отсутствии центров конденсации может в течение длит. времени находиться в т. наз. метастабильном (пересыщенном) состоянии. Устойчивая гомог. конденсация начинается при т. наз. критич. пересыщении П кp =p к /p н где р к - равновесное , соответствующее критич. диаметру зародышей, р н - насыщ. над плоской пов-стью (напр., для водяного в , очищенном от твердых частиц или , П кр =5-8). Образование тумана наблюдается как в природе, так и в технол. аппаратах, напр. при охлаждении парогазовой смеси вследствие лучеиспускания, влажных . Конденсация на пов-сти насыщенного или перегретого происходит при т-ре пов-сти, к-рая меньше, чем т-ра насыщения при его равновесном над ней. Наблюдается во многих пром. аппаратах, к-рые служат для конденсации целевых продуктов, подогрева разл. сред, разделения паровых и парогазовых смесей, охлаждения влажных и т.д. При сжижении на пов-сти , хорошо смачивающейся конденсатом, образуется сплошная пленка (пленочная конденсация); на пов-сти, не смачивающейся конденсатом или смачивающейся частично, - отдельные капли (капельная конденсация); на пов-сти с неоднородными св-вами (напр., на полированной металлической с окисленными загрязненными участками) - зоны, покрытые пленкой конденсата и каплями (смешанная конденсация). При пленочной конденсации чистых коэф. теплоотдачи определяется в осн. термич. сопротивлением пленки конденсата, к-рое зависит от режима ее течения. Последний в случае практически неподвижного определяется числом Рейнольдса пленки: Rе пл =w d /v к, где w, d - соотв. средняя по сечению скорость и толщина пленки конденсата, v к - кинематич. конденсата. Для конденсации на вертикальной или трубе при Rе пл менее 5-8 течение пленки чисто ламинарное, при превышении этих значений Rе пл - ламинарно-волновое, при Re пл >>350-400 - турбулентное. На вертикальных пoв-стях значит. высоты могут наблюдаться области с разл. режимами течения пленки конденсата. При ламинарном течении увеличение Re пл с возрастанием толщины пленки приводит к уменьшению коэф. теплоотдачи, при турбулентном течении - к его увеличению. Если перегрет, конденсация сопровождается конвективной теплоотдачей от к конденсату, т-ра поверхности к-рого практически равна т-ре насыщения при . Для в-в с большой теплотой конденсации (напр., ) теплота перегрева обычно незначительна по сравнению с теплотой конденсации, и ею можно пренебречь. В случае пленочной конденсации движущегося касательное напряжение на пов-сти раздела фаз, обусловленное межфазным и переносом импульса частицами сконденсировавшегося , к-рые присоединяются к пленке конденсата, вызывает при нисходящем потоке увеличение скорости и уменьшение толщины пленки, в результате чего коэф. теплоотдачи увеличивается. При более высоких скоростях парового потока воздействие его на пленку конденсата может приводить не только к изменению ее скорости и толщины, но и к возмущению течения (образование волн, турбулизация), интенсифицирующему теплоперенос в пленке. Если поток направлен вверх, движение ламинарной пленки конденсата тормозится, толщина ее увеличивается и коэф. теплоотдачи уменьшается по мере возрастания скорости до тех пор, пока действие межфазного не вызовет т. наз. обращенное (направленное вверх) течение пленки конденсата. При конденсации движущегося внутри трубы (канала) режимы течения и характер взаимод. паровой и жидкой фаз могут значительно изменяться в результате изменения по мере образования конденсата скорости , касательного напряжения на межфазной пов-сти и Re пл. При больших скоростях (когда действие силы тяжести на пленку конденсата пренебрежимо мало и течение ее определяется в осн. силой ) местные и средние по длине трубы коэф. теплоотдачи не зависят от пространств. ориентации трубы. Если силы тяжести и соизмеримы, условия конденсации определяются углом наклона трубы и взаимным направлением движения фаз. В случае конденсации внутри горизонтальной трубы и малой скорости кольцевая пленка конденсата образуется только на верх, части внутренней пов-сти трубы. На ниж. части возникает "ручей", в зоне к-рого в результате относительно большой толщины слоя теплоотдача значительно менее интенсивна, чем на остальном участке пов-сти. В случае конденсации на пучке горизонтальных труб расход стекающего конденсата увеличивается сверху вниз вследствие натекания конденсата с вышележащих труб на нижележащие, а расход по пути его движения снижается. В пучке с постоянным или относительно немного уменьшающимся по высоте живым сечением между трубами скорость нисходящего потока постепенно снижается, а конденсат натекает с верх, труб на нижние. Вначале это приводит к уменьшению местных коэф. теплоотдачи (осредненных по периметру труб) при увеличении отсчитываемого сверху номера горизонтального ряда труб. Однако, начиная с нек-рого ряда, в результате натекания конденсата течение пленки возмущается и ее термич. сопротивление снижается. Благодаря этому коэф. теплоотдачи могут стабилизироваться, а при возрастающем воздействии возмущения течения пленки на ниж. трубках - увеличиваться с возрастанием номера ряда. Интенсификация теплоотдачи при пленочной конденсации может достигаться профилированием ее пов-сти (напр., применением т, наз. мелковолнистой пов-сти), к-рое способствует уменьшению средней толщины пленки конденсата, созданием на пов-сти искусств, шероховатости, приводящей к тур-булизации пленки, воздействием на нее при диэлектрич. жидкой фазе (напр., при конденсации ) электростатич. полем, отсосом конденсата через пористую пов-сть и др. При конденсации жидких жидкой фазы весьма высока. Поэтому доля термич. сопротивления пленки конденсата в суммарном сопротивлении передаче тепла незначительна, и определяющим оказывается межфазное термич. сопротивление, обусловленное молекулярно-кинетич. эффектами на границе раздела фаз. Иногда пленочная конденсация на пов-сти сопровождается гомог. конденсацией в прилегающем к пов-сти раздела фаз слое . Если образование тумана при этом нежелательно (напр., в произ-ве H 2 SO 4 нитрозным способом или при улавливании летучих р-рителей), процесс проводят при макс. пересыщении ниже П кр. При капельной конденсации первичные мелкие капли, образовавшиеся на сухой вертикальной или наклонной пов-сти, растут в результате продолжения процесса, слияния близко расположенных и касающихся друг друга капель и подтягивания к ним возникающей между каплями и быстро разрывающейся конденсата. Капли, достигшие "отрывного" диаметра, стекают вниз, объединяясь (коалес-цируя) с нижележащими мелкими каплями, после чего на освободившейся пов-сти опять образуются мелкие капли, и цикл повторяется. Условия, определяющие самопроизвольное возникновение капельной конденсации, наблюдаются редко. Обычно же для осуществления капельной конденсации на твердую пов-сть наносят тонкий слой лиофобизатора - в-ва, обладающего низким и несмачиваемого конденсатом (напр., ). В случае капельной конденсации коэф. теплоотдачи намного выше (в 5-10 раз и более), чем при пленочной. Однако поддержание в условиях эксплуатации пром. аппаратов устойчивой капельной конденсации затруднительно. Поэтому конденсац. устройства хим. пром-сти, как правило, работают в режиме пленочной конденсации. Конденсация на пов-сти того же в-ва происходит в технол. аппаратах на пов-сти подаваемых в объем диспергированных (напр., с помощью распылит, форсунок) струй или стекающих по . или распределение на позволяет сильно развить пов-сть контакта фаз. В ряде случаев конденсация наблюдается при поступлении в объем в виде струй или пузырьков (барботаж), а также при образовании паровых пузырьков в объеме , напр. при кавитации. К онденсация из смеси его с неконденсирующимися (или неконденсирующимися при данной т-ре ) на пов-сти

Что такое конденсация, как она происходит в природе и к чему приводит?

1. Конденса#769;ция паров (лат. condense уплотняю, сгущаю) переход вещества в жидкое или тврдое состояние из газообразного. Температура, ниже которой происходит конденсация, называется критической. Пар, из которого может происходить конденсация, бывает насыщенным или ненасыщенным.
   Виды конденсации

   Соотношения для разных видов конденсации выведены на основе опытных данных, а также статистической физики и термодинамики.

   править Давление насыщенных паров

   При наличии жидкой фазы вещества конденсация происходит при сколь угодно малых пересыщениях и очень быстро. В этом случае возникает подвижное равновесие между испаряющейся жидкостью и конденсирующимися парами. Уравнение Клапейрона Клаузиуса определяет параметры этого равновесия в частности, выделение тепла при конденсации, и охлаждение при испарении.

   править Конденсация перенасыщенного пара

   Наличие перенасыщенного пара возможно в следующих случаях:

   * отсутствие жидкой или тврдой фазы того же вещества.
   * отсутствие ядер конденсации взвешенных в атмосфере тврдых частиц или капелек жидкости, а также ионов (наиболее активные ядра конденсации) .
   * конденсация в атмосфере другого газа в этом случае скорость конденсации ограничена скоростью диффузии паров из газа к поверхности жидкости.

   Прибор ядерной физики камера Вильсона основана на явлении конденсации на ионах.

   При отсутствии ядер конденсации пересыщение может достигать 8001000 и более процентов. В этом случае конденсация начинается во флюктуациях плотности пара (точках случайного уплотнения вещества) .

   править Конденсация ненасыщенного пара

   Конденсация ненасыщенного пара возможна в присутствии порошкообразных или тврдых пористых тел. Кривая (в данном случае вогнутая) поверхность изменяет равновесное давление и инициирует капиллярную конденсацию.

   править Конденсация в тврдую фазу

   Конденсация, минуя жидкую фазу, происходит через образование мелких кристалликов (десублимация) . Это возможно в случае давления паров ниже давления в тройной точке при пониженной температуре.

2. Здравствуйте!
   Конденсация - это переход вещества из газообразного состояния вещества в жидкое. Для конденсации водяного пара в атмосфере необходимы два условия:
   1) Насыщение воздуха водяным паром (это происходит при понижении температуры) ;
   2) Наличие ядер конденсации - частиц микроаэрозолей, на которых произойдт отложение микрокапелек воды см. про микровзвеси:
   http://otvet.mail.ru/question/24108702/
   (в очищенном от микроаэрозолей воздухе конденсация не происходит даже при пересыщении) .
   При конденсации водяного пара на поверхности Земли наблюдается роса, при конденсации в нижнем слое атмосферы наблюдается туман, при конденсации водяного пара на высотах - облака разных форм и на разных высотах (см приложение) , которые и приносят на Землю осадки. При отрицательной температуре воздуха происходит непосредственный переход водяного пара в кристаллы (сублимация) и соответственно возникает на Земле - иней, в нижнем слое атмосферы - морозный туман, а на высотах - формы облаков, состоящие из кристаллов. Интересна форма облаков и антропогенная - Перисто-кучевых конденсационных (Cc tract), вызванная пролтом самолта на больших высотах, вызванная сублимацией пара на продуктах сгорания, выбрасываемых двигателями самолта, см. подробнее мой ответ на вопрос:

Виды конденсации

Конденсация насыщенных паров

При наличии жидкой фазы вещества конденсация происходит при сколь угодно малых пересыщениях и очень быстро. В этом случае возникает подвижное равновесие между испаряющейся жидкостью и конденсирующимися парами. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса определяет параметры этого равновесия - в частности, выделение тепла при конденсации и охлаждение при испарении.

Конденсация перенасыщенного пара

Наличие перенасыщенного пара возможно в следующих случаях:

• отсутствие жидкой или твёрдой фазы того же вещества.
• отсутствие ядер конденсации - взвешенных в атмосфере твёрдых частиц или капелек жидкости, а также ионов (наиболее активные ядра конденсации).
• конденсация в атмосфере другого газа - в этом случае скорость конденсации ограничена скоростью диффузии паров из газа к поверхности жидкости.

Конденсация в твёрдую фазу

Конденсация, минуя жидкую фазу, происходит через образование мелких кристалликов (десублимация). Это возможно в случае давления паров ниже давления в тройной точке при пониженной температуре.

Конденсат на окнах

Образование конденсата на стеклах, происходит в холодное время года - либо зимой, либо поздней осенью. С точки зрения физики, образование конденсата на окнах происходит из-за разницы температур соприкасающихся поверхностей, особенно в местах стыка рамы и самого стекла. Чем больше эта разница, тем большее количество влаги оседает на единице поверхности за единицу времени. Если разница температур превышает 55-60°, то осевший конденсат может превратиться в тонкую корочку льда или инея. Причина образования конденсата на стекле состоит в замедленном циркулировании воздуха в помещении, а также в чрезмерной влажности .

См. также

Ссылки

• О методах борьбы с конденсатом на строительном портале

Литература

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Антонимы :

• Конденсация (теплотехника)
• Конденсатор (теплотехника)

Смотреть что такое "Конденсация" в других словарях:

КОНДЕНСАЦИЯ - (лат. condensatio). Сгущение, уплотнение. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОНДЕНСАЦИЯ вообще сгущение: сгущение электричества, сгущение паров какого либо вещества в жидкость (при помощи давления и… … Словарь иностранных слов русского языка

конденсация - и, ж. condensation f. < condensatio 1. спец. Сгущение, уплотнение. БАС 1. Конденсация пара. Конденсация электричества. Уш. 1934. 2. Переход газа или пара в жидкое состояние. СИС 1954. Конденсационный ая, ое. Конденсационная вода. БАС 1.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

КОНДЕНСАЦИЯ - (от позднелатинского condensatio уплотнение, сгущение), переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. Конденсация фазовый переход 1 го рода. Конденсация возможна только при температурах ниже критической точки … Современная энциклопедия

КОНДЕНСАЦИЯ - КОНДЕНСАЦИЯ, конденсации, жен. (спец.). Действие по гл. конденсировать и конденсироваться. Конденсация электричества. Конденсация пара (превращение его в жидкость). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

КОНДЕНСАЦИЯ - (от позднелат. condensatio уплотнение, сгущение), переход в ва вследствие его охлаждения или сжатия из газообразного состояния в конденсированное (жидкое или твёрдое). К. пара возможна только при темп pax ниже критической для данного в ва (см.… … Физическая энциклопедия

Конденсация - – переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Конденсация – образование… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Конденсация - (от позднелатинского condensatio уплотнение, сгущение), переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. Конденсация фазовый переход 1 го рода. Конденсация возможна только при температурах ниже критической точки. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

КОНДЕНСАЦИЯ - (от позднелат. condensatio уплотнение сгущение), переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. Конденсация возможна только при температурах ниже критической температуры … Большой Энциклопедический словарь

конденсация - скопление, сгущение, уплотнение. Ant. разрежение Словарь русских синонимов. конденсация сущ., кол во синонимов: 7 гомополиконденсация (2) … Словарь синонимов

Конденсация - (от лат. condense сгущаю) переход водяного пара атмосферы в жидкое состояние. Играет большую роль в водном обмене, в частности в пустынных экосистемах, где очень важна ночная конденсация влаги на поверхности растений (роса) и почвенных частиц, а… … Экологический словарь

конденсация - – фазовый переход первого рода из газообразного состояния в жидкое или твердое. Словарь по аналитической химии конденсация капиллярная … Химические термины