Испаряется ли вода в открытом сосуде

Испаряется даже остывший чай. Рисунок: voday.ru.

Ответить на этот вопрос можно очень просто и лаконично.

Вода испаряется при любой температуре, в том числе и при комнатной. Возле любого водоёма и над его поверхностью всегда есть влажный воздух. Именно поэтому так комфортно находиться на берегу реки, озера или моря в жаркое время года.

Так почему же вода испаряется при любой температуре.

Молекулы воды находятся в постоянном движении и двигаются хаотически, сталкиваясь друг с другом. В результате такого случайного, теплового движения, одни молекулы получают большую энергию, другие меньшую. Соответственно, скорости их движения также различаются. В объеме жидкости создаётся статистическое распределение молекул по энергиям и по скоростям движения. Наиболее энергичные и скоростные молекулы могут «выпрыгнуть» из воды, оторвавшись от поверхности водоёма. Часть из них снова возвращается в водоём, но некоторые сталкиваются между собой уже в воздухе, образуя капельки пара. Именно такие капельки и создают влажный воздух над водоёмом. С повышением влажности воздуха процесс испарения замедляется и в конечном итоге наступает состояние насыщения – количество пара над поверхностью воды стабилизируется. Реально ощутить такое состояние насыщения возможно только в закрытом помещении, например, в ванной комнате. Над открытой поверхностью природных водоёмов состояние насыщения пара практически никогда не создаётся, т. к. ветер и солнце постоянно перемешивают воздух и изменяют его состав. Особенно активно действует ветер, сдувая водяной пар от поверхности водоема и перенося влагу на земную поверхность. Так создаются облака и дождевые тучи, из которых временами идёт благодатный дождь, а иногда выливаются сокрушительные грозовые ливни.

Чем ниже температура воды, тем медленнее она испаряется. Этот процесс не прекращается даже при 0оС, т.е. при температуре замерзания. И даже если температура понизится ниже 0оС, вода, превратившаяся в лёд, тоже будет испаряться. И ничего странного в этом нет, т. к. все жидкости испаряются и даже все твёрдые вещества также испаряются. Вода, испаряясь, превращается в пар, который насыщает окружающий воздух влагой. Именно поэтому человек ощущает комфорт, находясь вблизи водоемов – будь это река, озеро или море. Именно из-за недостатка влаги в атмосфере человеку так тяжело дышать в жарких и сухих пустынях. Но, даже маленькие водоёмы, образующиеся в результате редких дождей в пустыне, также испаряются, лишая обитателей этих суровых мест главного компонента для продолжения жизни – воды.

Итак, мы выяснили главное – вода испаряется при любой температуре, от момента превращения льда в жидкость и до момента полного превращения жидкости в пар в результате испарения. Наиболее интенсивно испарение происходит при кипении. В этом случае вода достаточно быстро выкипает, т.е. превращается в пар. Даже пар может испаряться. При дальнейшем повышении температуры капельки влаги становятся всё меньше и меньше, в конечном итоге разделяясь на молекулы воды. Образуется сухой насыщенный пар. Если продолжать его нагревать, то можно получить перегретый пар, который широко используется в тепловых машинах, турбинах, способствуя существенному повышению к.п.д. этих устройств.

С вопросом, почему вода испаряется при комнатной температуре мы разобрались.

Осталось выяснить, что такое комнатная температура. Согласно Википедии, неформальное понятие «комнатная температура» соответствует диапазону от 15 до 25 градусов Цельсия и обозначает температуру в замкнутых помещениях, при которой человек чувствует себя комфортно, находясь в комнатной одежде. Как известно, комфорт зависит от многих факторов, в том числе и от состояния самого субъекта и его привычек.

На этом обсуждение вопроса – почему вода испаряется при комнатной температуре – следует закончить, чтобы не утонуть в терминологических подробностях, испаряющихся также при любой температуре, а не только при комнатной.

Материалы по теме: voday.ru, seapeace.ru, ibrain.kz, life.mosmetod.ru, newfiz.narod.ru, chem21.info, ru.wikipedia.org.

————————

Все статьи цикла – Что, как и почему. – читайте на нашем сайте.

Некоторые свежие статьи

Почему небо голубое?

Почему деревья растут так, как… они растут?

Почему некоторые реки имеют извилистое русло, а другие – прямолинейное?

Почему на экваторе жарко, а на полюсе холодно?

Свечение земли. Как это происходит?

Почему речная вода пресная?

Звёзды видны днём, если смотреть из колодца?

Из-за чего морская вода солёная?

Почему мерцают звезды?

Что такое фотон?

Почему мёд полезнее сахара?

Для чего птицы используют окурки?

Уничтожит ли ядерная война 99 процентов человечества?

Возможно ли движение со скоростью быстрее скорости света?

Где находится самая безжизненная пустыня на Земле?

В безопасности ли птицы на электрических проводах?

Где инопланетяне? Решение парадокса Ферми.

Обращение к подписчикам канала. 25.02.2019.

Друзья сайта и наши постоянные авторы

Андрей Козлович. О книгах

Жизнь звёзд во всей красе

Источник

Первый ответ на вопрос, что станет с водой в открытом космосе, широкой публике дал известный американский писатель-фантаст Айзек Азимов. В его рассказе “Заброшенные у Весты” уцелевшие обитатели осколка космического корабля смогли совершить посадку на астероид, благодаря созданию ракетного двигателя из струи жидкости. Для этого одному из героев пришлось проплавить внешнюю стенку корабельного бака воды. По утверждению героя рассказа, вода одновременно кипела и сублимировалась в вакууме.

Источник изображения: wisgoon.com

А как происходит на самом деле?

Всем известно, что с падением давления точка кипения воды становится все ниже и наоборот, при повышении давления точка кипения растет. При атмосферном давлении вода закипает при привычных нам 100 градусах Цельсия. Если давление увеличить вдвое, то вода закипит уже при 120 градусах (это было прекрасно известно кочегарам паровозов). А вот если давление упадет до 0,07 атмосферного, то вода закипит при комнатной температуре.

Вода в условиях вакуума практически сразу начинает кипеть. Источник изображения: nextews.com

В космосе давление настолько низкое, что его невозможно обнаружить самыми точными земными приборами. Собственно о величине давления в космосе невозможно судить по прямым измерениям, физики в этой ситуации используют различные косвенные методы для определения его значения. Исходя из этого факта можно предположить, что вода в условиях практически идеального вакуума должна мгновенно закипеть.

Все не так просто, как кажется…

Главным фактором вызывающим замерзание воды является температура внешней среды. А в открытом космосе эта температура крайне низкая — примерно 2,7 градуса по Кельвину (рекордные места космоса по холоду имеют и вовсе температуру лишь на полградуса выше абсолютного ноля).

Карта реликтового излучения. Источник изображения nasa.gov

Температура открытого космоса обеспечивается реликтовым излучением, это остатки тепла Вселенной после Большого Взрыва. Такой холод, с другой стороны, должен вызвать мгновенное замерзание жидкости.

Итак, рассмотрение 2 противодействующих факторов — космических давления и температуры не дают однозначный ответ о поведении воды в открытом космосе. В такой ситуации на первый план выходят теплоемкость воды и ее теплопередача. Оказывается теплоемкость воды очень высока, а вот скорость передачи тепла (или его потери) у воды относительно низкая. Охлаждаться же могут только те молекулы, которые непосредственно контактируют с вакуумом. Молекулы же внутри жидкости просто не могут терять температуру.

Но и это еще не все…

Неожиданно в игру включается еще один фактор — силы поверхностного натяжения жидкости. В космосе не только почти полный вакуум и крайне низкая температура, но еще и невесомость. Вся жидкость мгновенно примет шарообразную форму, значит количество молекул подвергающихся охлаждению еще больше уменьшится.

В невесомости жидкость принимает форму шара. Источник изображения: omactiv.md

А вот внутренняя энергия воды останется неизменной. Дальше следует вспомнить, что даже в мороз вывешенная одежда высыхает, так как часть молекул воды всегда имеют достаточно энергии для испарения. И это происходит при нормальном давлении. А в начальный момент энергией для испарения в условиях космического вакуума обладают практически все молекулы жидкости. Охладиться от вакуума они не могут, поскольку с ним не контактируют находясь внутри жидкости, а теплопередача для этого слишком мала.

Что же получается?

Итак, охладиться есть шанс только у молекул находящихся на поверхности жидкости и непосредственно контактирующих с космическим холодом. А практически все остальные молекулы воды имеют внутреннюю энергию достаточно для кипения, ведь давление в космосе ничтожно.

Источник изображения: yousense.info

Раз внутренней энергии достаточно, то она и сыграет первостепенную роль. Вода, помещенная в открытый космос мгновенно вскипит. Молекулы жидкости устремятся в различные стороны и непосредственно войдут в контакт с космическим холодом. Начнется быстрое охлаждение. Только что вскипевшая вода станет стремительно замерзать. В итоге мы получим мелкие льдинки стремящиеся разлететься, ведь импульс у частичек жидкости полученный при кипении никуда не делся.

В результате ответ на вопрос, что произойдет с водой в открытом космосе, звучит так — сначала вода мгновенно вскипит, затем быстро превратится в разлетающиеся частички льда. А Айзек Азимов в своем описании реактивной струи из воды был практически прав.

Источник

Вячеслав Евченко

24 мая 2020 · 24,4 K

Почему если температура кипения воды 100 градусов по Цельсию, то она испаряется на солнце уже при температуре 30 градусов?

Если например вылить на бетон ведро воды в 30ти градусную жару она минут за 5-20 полностью испарится, при том что ее температура кипения 100 градусов!!

Главный редактор издания «Популярный университет», химик по образованию, продвигаю массы… · popuni.ru

Чтобы выяснить, почему так происходит, нам необходимо заглянуть на молекулярный уровень. Посмотрим на поверхность воды поближе. Мы увидим, что молекулы внутри нее постоянно колеблются. Все это происходит из-за того, что при температурах выше абсолютного нуля молекулы имеют отличную от нуля энергию. Из-за этого они вынуждены постоянно двигаться и сталкиваться, передавая эту энергию друг другу. Не зря говорят, что температура — это мера энергии молекул. При повышении температуры повышается и энергия молекул.

С другой стороны молекулы вместе удерживают различные силы межмолекулярного взаимодействия. В случае воды это водородные связи. Они образуются благодаря взаимодействию атомов кислорода и водорода в различных молекулах. Из-за этого вода имеет такую высокую температуру кипения — целых 100°C. Однако это не значит, что испаряться вода может только при достижении этой температуры.

Испарение происходит из-за того, что не все молекулы воды в системе имеют одинаковую энергию. Они подчиняются функции распределения Максвелла (см. рисунок).

Оно описывает распределение молекул в системе по скоростям. Чем выше скорость молекулы, тем выше ее энергия. Согласно этому распределению, большая часть молекул имеют среднее значение энергии, но также всегда существуют и такие, которые имеют меньшее и большее количество энергии. Именно молекулы с повышенным количеством энергии могут вылетать с поверхности воды даже при небольших температурах. Они имеют достаточную скорость, чтобы побороть силы межмолекулярного взаимодействия и выскочить с поверхности жидкости. Поэтому вода испаряется даже при низких температурах.

Кипение и испариение – это разные процессы. Испаряется любая жидкость при любой температуре. А кипение – это “испарение на максималках”. Когда парообразование идёт не только с поверхности жикости, но и внутри неё.

Температура это СРЕДНЯЯ кинетическая энергия всех молекул. То что средняя кинетическая энергия не превышает нужного для испарения значения, не означает что все молекулы имеют недостаточно энергии для этого, некоторые из них имеют, за счет них и испарение).

Источник

25 ноября 2011

Автор
КакПросто!

Испарение – естественный физический процесс, обусловленный постоянным движением молекул в жидкости. Важно отметить, что испарение воды происходит при любой температуре окружающей среды.

Если емкость с водой оставить открытой, то через определенный промежуток времени вся жидкость из нее испарится. Испарение – физический процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. В воде, как и в любой другой жидкости, есть молекулы, кинетическая энергия которых позволяет им преодолеть межмолекулярное притяжение. Эти молекулы с силой разгоняются и вылетают на поверхность. Поэтому если стакан с водой накрыть бумажной салфеткой, то через некоторое время она станет немного влажной. Но испарение воды в разных условиях протекает с различной интенсивностью. Ключевыми физическими характеристиками, влияющими на скорость протекания данного процесса и его длительность, являются плотность вещества, температура, площадь поверхности, наличие ветра.Чем больше плотность вещества, тем ближе друг к другу расположены молекулы. А значит, им сложнее преодолеть межмолекулярное притяжение, и они в гораздо меньшем количестве вылетают на поверхность. Если поместить две жидкости с разной плотностью (к примеру, воду и метиловый спирт) в одинаковые условия, то быстрее испарится та, плотность которой меньше. Плотность воды равна 0,99 г/см3, а плотность метилового спирта – 0,79 г/см3. Следовательно, метанол испарится быстрее. Не менее важным фактором, влияющим на скорость испарения воды, является температура. Как уже говорилось, испарение происходит при любой температуре, но с ее увеличением скорость движения молекул растет, и они в большем количестве начинаю покидать жидкость. Поэтому горящая вода испаряется быстрее, чем холодная.Интенсивность испарения воды зависит также и от площади ее поверхности. Вода, налитая в бутылку с узким горлышком будет испаряться медленно, т.к. вылетевшие молекулы будут оседать на сужающихся вверху стенках бутылки и скатываться обратно. А молекулы воды, находящейся в блюдце, беспрепятственно будут покидать жидкость.Процесс испарения значительно ускорится, если над поверхностью, с которой происходит испарение, перемещаются воздушные потоки. Дело в том, что помимо выхода молекул из жидкости происходит их возвращение обратно. И чем сильнее циркуляция воздуха, тем меньше молекул, опускаясь, попадут обратно в воду. А значит, объем ее будет стремительно уменьшаться.

Источники:

испарение воды

Источник

Недавно от одного из подписчиков нашего телеграм канала я получил следующий вопрос:

Известно что понижение температуры вещества осуществляется за счёт поглощения энергии другим веществом. В космосе – почти вакуум, а значит, не смотря на низкую температуру, замерзание невозможно. Что же случится с ведром воды, гипотетически вылитым в открытый космос?

Давайте разберёмся вместе, что же произойдёт.

Температура разреженного вещества в космическом пространстве сильно колеблется в зависимости от того где это вещество находится. Для простоты наших рассуждений будем рассматривать ситуацию, когда наше ведро с водой оказалось на орбите Земли, в её тени, где температура может опускаться до минус 170 градусов.

Возможно ли охлаждение в космическом вакууме?

Существует три типа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Для первых двух способов необходимо, чтобы тело ( в данном случае жидкая вода) находилось в прямом контакте с каким-либо другим телом. Только при наличии контакта происходит передача тепла, Так например в земной атмосфере вода в ведре обменивается теплом со стенками ведра и воздухом атмосферы.

А вот тепловое излучение работает независимо от наличия вещества вокруг тела. Любое нагретое тело постоянно испускает тепловое излучение. Тепловое излучение «разлетается» во все стороны и тепло передаётся любому другому телу, которое окажется на пути этого излучения. В условиях вакуума тепловое излучение является единственным механизмом теплопередачи. Именно этим способом тепло передаётся например от Солнца к Земле. Поэтому охлаждение и замерзание вещества в космосе вполне возможно. Вещество будет просто испускать излучение уменьшая свою температуру.

«Странное» кипение в вакууме.

Температура, при которой жидкость закипает, зависит от давления окружающей среды. Так если увеличить атмосферное давление в 2 раза, то вода закипит при температуре около 120 градусов, а если снизить давление до 7% от нормы, то вода закипит уже при 20 градусах Цельсия. Этот факт хорошо известен например альпинистам: вода высоко в горах закипает не достигнув 100 градусов по Цельсию. В условиях космического вакуума давление настолько низкое, что его невозможно зафиксировать прямым измерением. Вода в таких условиях мгновенно закипит независимо от температуры и, как ни странно, именно это может привести её к замерзанию.

Кипящая вода при температуре 20 градусов в условиях низкого давления

Как кипящая вода может замёрзнуть?

За счёт кипения вода будет отдавать огромное количество тепла и её температура будет быстро снижаться, намного быстрее чем от теплового излучения, каждый, кто хоть раз выпускал из баллона с дезодорантом много газа за раз, мог ощутить, насколько жидкость в баллоне охлаждается при этом. Аналогичная ситуация и с кипением воды.

В зависимости от формы и размеров емкости вода может успеть покрыться ледяной коркой, которая предотвратит дальнейшее кипение и вода будет медленно остывать за счёт теплового излучения, но для этого посудина должна иметь большой объём и узкое горлышко, как например у винной бутылки. После этого в условиях вакуума вода будет сублимировать, то есть переходить из твёрдого напрямую в газообразное состояние. Со временем весь лёд перейдёт в газообразное состояние, так что, можно сказать, что вода сначала частично испарится, потом замёрзнет, а потом испарится полностью.

А что будет, если отправить воду в космос без посудины?

Если же мы выплеснем ведро воды в космосе, то защитная корка не сможет образоваться, вода будет разбросана кипением в окружающее пространство в виде мелких капель, часть воды быстро испарится, а остальная образует микроскопические кристаллы льда, которые, в свою очередь, также будут сублимировать вплоть до полного испарения.

Авторы: астрофизик Фёдор Карасенко, кандидат технических наук Александр Петров

Подписывайтесь на наш канал здесь, а также на наш канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где мы отвечаем на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!

Источник