Испарение и кипение

Испарение

С поверхности жидкости всё время улетают молекулы. Уходят самые быстрые: у них хватает энергии оторваться от соседей.

Именно поэтому испарение охлаждает. Быстрые молекулы ушли, средняя скорость оставшихся упала, а средняя скорость и есть температура.

Идёт испарение при любой температуре, даже у льда. Мороженое в морозилке со временем усыхает по этой причине.

Скорость испарения зависит от четырёх вещей: температуры, площади поверхности, ветра и рода жидкости.

Конденсация

Часть улетевших молекул возвращается обратно в жидкость. Такой обратный переход называют конденсацией.

Если возвращается столько же, сколько улетает, уровень жидкости не меняется. Так ведёт себя вода в закрытой банке.

Конденсация греет. Пар, оседая каплями, отдаёт ту энергию, которую забрал при испарении.

Отсюда роса на траве, запотевшие очки в тепле и туман над рекой на рассвете.

В облаке идёт то же самое. Пар поднимается вверх, остывает, собирается в капли, и выделенное при этом тепло раскручивает восходящий поток дальше.

Кипение

При нагревании внутри жидкости растут пузырьки пара. Пока вода холоднее ста градусов, пузырёк, поднявшись в верхние слои, схлопывается.

Когда вся жидкость прогрелась, пузырьки перестают схлопываться. Они растут, поднимаются и лопаются на поверхности: началось кипение.

Температура кипения зависит от давления. Под крышкой скороварки давление выше, и вода кипит при ста двадцати градусах, а в горах при девяноста.

Пока идёт кипение, температура жидкости не растёт. Вся энергия уходит на превращение воды в пар.

Отсюда житейское правило. Убавь огонь под кипящей кастрюлей, и картошка сварится ровно за то же время, а газа уйдёт меньше.

Удельная теплота парообразования

Чтобы превратить килограмм воды в пар при ста градусах, нужно два миллиона триста тысяч джоулей.

Это в семь раз больше, чем на плавление льда, и в пять раз больше, чем на нагрев килограмма воды от нуля до кипения.

Отсюда ожог паром опаснее ожога кипятком. Пар, оседая на коже, отдаёт всю эту энергию сразу.

Влажность воздуха

В воздухе всегда есть водяной пар. Сколько его помещается, зависит от температуры: тёплый воздух держит больше.

Абсолютная влажность показывает массу пара в кубометре воздуха. Относительная показывает, насколько воздух близок к пределу, и её измеряют в процентах.

Температуру, при которой пар начинает превращаться в росу, называют точкой росы. Стоит воздуху остыть до неё, и появляются туман, роса или иней.

Измеряют влажность гигрометром или психрометром из двух термометров, у одного из которых шарик обёрнут мокрой тканью. Чем суше воздух, тем сильнее охлаждается влажный термометр.

Влажность важнее, чем кажется. При тридцати градусах и сухом воздухе жара переносится легко, а при той же температуре и влажности под девяносто процентов пот почти не испаряется, и человеку становится плохо.

Испарение в природе

Солнце испаряет воду с океанов, ветер уносит пар, на высоте он охлаждается и выпадает дождём. Так работает круговорот воды.

Растения испаряют влагу листьями и охлаждаются в жару. Человек потеет по той же причине.

Собака потеть почти не умеет, поэтому дышит часто и высунув язык: испарение идёт со слизистой.

В жарком климате дома белят и вешают мокрые циновки на окна. Испарение с них охлаждает воздух не хуже слабого кондиционера.

Как считают теплоту нагревания и плавления, разобрано в уроках «Количество теплоты» и «Плавление и отвердевание».