Кипение. Испарение

Кипение.
Испарение = парообразование происходит со свободной поверхности жидкости при любой положительной температуре.
При определенных условиях – может происходить внутри жидкости
начинается кипение
Разница лишь в количестве молекул, которое испаряется со свободной поверхности жидкости

Кипение.
Кипение – это парообразование во всем объеме жидкости, происходящее, при определенной температуре.

Кипение.

Кипение.
Процесс:
1. В жидкости всегда есть небольшое количество воздуха в виде пузырьков, невидимых невооруженным глазом.
2. При незначительном нагревании жидкости растет температура пара в пузырьках, возрастает его давление, увеличивается объем пузырька.
3. Под действием силы Архимеда пузырьки начинают подниматься вверх.
4. Попадая в верхние, более холодные слои воды, пузырьки охлаждаются, уменьшаются в объеме и с шумом схлопываются не достигнув поверхности.
5. Последующее увеличение температуры приводит к тому, что внутрь пузырьков с их поверхности испаряются молекулы жидкости. В объеме пузырька получается смесь воздуха и насыщенного пара.
6. При увеличении температуры, давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление воздуха => можно считать давление внутри пузырька = давлению насыщенного пара.
Кипение происходит при температуре, которая называется температурой кипения. Для каждого вещества она своя. Берется из таблиц.

Кипение.
Процесс:
7. Увеличение объема пузырька: когда давление насыщенного пара внутри превосходит внешнее давление
8. Если глубина сосуда 1 м, то ρ ∙ g ∙ h < pa. Значит им можно пренебречь.
9. При увеличении температуры жидкости объем пузырька возрастает. Когда сила Архимеда становится больше силы тяжести и силы сцепления пузырька со стенкой, то пузырек всплывает.
10. Если пузырьки поднимаются в жидкости, имеющей постоянную температуру, то они увеличиваются в объеме в соответствии с законом Бойля-Мариотта, так как давление в верхних слоях жидкости уменьшается.
11. Всплывая, пузырьки переносят содержащийся в них насыщенный пар к свободной поверхности жидкости.
12. Всплывшие пузырьки начинают лопаться, когда давление насыщенного пара внутри будет превосходить внешнее давление.

Кипение.

Температура кипения.
Температура кипения – температура, при которой давление насыщенного пара жидкости начинает превосходить внешнее давление на жидкость.
Температура кипения зависит от внешнего давления на жидкость!!!
На высоте h = 5 км над уровнем моря
tk (воды) = 83 °C, так как давление в 2 раза ниже атмосферного.
Эверест - tk (воды) = 74 °C

Температура кипения.
При более высоком давлении и температура кипения выше
В котлах паровых машин, где давление пара порядка 15 атмосфер (1,5 ∙ 106 Па)
tk (воды) = 200 °C
ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ ОСТАЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ В ПРОЦЕССЕ КИПЕНИЯ!!!

Температура кипения.

Температура кипения.
Жидкость, не содержащая газ (воздух) и находящаяся в сосуде, со стенок которого удален газ, не кипит.
Такая жидкость, нагретая до температуры, превышающей нормальную температуру кипения, называется перегретой.

Температура кипения.
Перегретая жидкость

Задание!
Почему температура жидкости остается постоянной в процессе кипения?

Поверхностное натяжение.
Газ
Жидкость
при уменьшении температуры газа и увеличении давления
уменьшается скорость движения молекул + сокращается расстояние между ними
Силы притяжения становятся существенными

Поверхностное натяжение.
Жидкость сохраняет объем
Образует свободную поверхность на границе с газом (паром)
Молекулы на поверхности жидкости находятся в особых условиях по сравнению с молекулами ее внутренних слоев.
Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул равна нулю.

Поверхностное натяжение.
На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном ее объеме.
жидкость принимает сферическую форму
Капли дождя
Сферическая форма жидкости в космосе
Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая ее поверхность к минимуму.

Поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.
Это притяжение обусловливает дополнительную потенциальную энергию молекул на поверхности жидкости.
Поверхностная энергия – дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости.

Сила поверхностного натяжения.
Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.
Сила поверхностного натяжения в отсутствие внешней силы сокращает до минимума площадь поверхности пленки.
Fпов = σ ∙ l

Сила поверхностного натяжения.
Благодаря силе поверхностного натяжения по поверхности воды могут плавать легкие предметы и удерживаться водомерки.

Сила поверхностного натяжения.
Чем меньше сила поверхностного натяжения, тем легче жидкость проникает в ткань и смачивает различные тела.

Смачивание
Стандартная форма капли - сферическая
После соприкосновения с поверхностью твердого тела не сохраняется
Изменение формы зависит от материала, из которого сделано твердое тело
Зависимость формы капли от материала подложки объясняется различием:
Сил взаимодействия между молекулами жидкости
Сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела на границе раздела двух сред

Смачивание
Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости, то жидкость смачивает поверхность.
Смачивание – искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.
Смачивание твердых поверхностей жидкостью характеризуется:
мениском
углом смачивания

Смачивание
Мениск
- это форма поверхности жидкости вблизи стенки сосуда
Угол смачивания
- это угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой.

Капиллярность
Капиллярность – явление подъема или опускания жидкости в капиллярах.
К капиллярности приводит различие сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела и сил взаимодействия между молекулами жидкости
Высота поднятия жидкости в капилляре: