Коротко
Испарение – это переход вещества из жидкого состояния в газообразное (пар), происходящий с поверхности жидкости. Конденсация – обратный процесс, когда пар превращается обратно в жидкость. Эти два явления постоянно происходят в природе, например, при образовании облаков и выпадении осадков, а также используются в технике и быту для охлаждения, сушки и разделения веществ.
Определение
Испарение – это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости. Конденсация – это процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.
Как происходит испарение
В любой жидкости молекулы постоянно движутся. Некоторые из них, находясь у поверхности, имеют достаточную кинетическую энергию, чтобы преодолеть силы притяжения со стороны соседних молекул и вылететь за пределы жидкости, становясь паром. Чем выше температура жидкости, тем больше молекул имеют такую энергию, и тем быстрее происходит испарение. Также на скорость испарения влияют площадь поверхности жидкости и наличие движения воздуха над ней.
Как происходит конденсация
Молекулы пара, движущиеся над поверхностью жидкости, могут сталкиваться друг с другом или с самой жидкостью. Если при столкновении молекула пара теряет достаточно энергии, она может быть захвачена силами притяжения молекул жидкости и вернуться в жидкое состояние. Этот процесс называется конденсацией. Конденсация происходит активнее при понижении температуры пара или при увеличении его концентрации, когда молекулы пара чаще сталкиваются с поверхностью жидкости.
Взаимосвязь испарения и конденсации
Испарение и конденсация – это два противоположных процесса, которые могут протекать одновременно. Если жидкость находится в закрытом сосуде, то сначала будет происходить активное испарение. По мере увеличения количества пара над жидкостью будет увеличиваться и скорость конденсации. В конце концов наступает динамическое равновесие, когда скорость испарения становится равной скорости конденсации. В этом случае количество жидкости и пара не меняется, хотя оба процесса продолжают идти.
Как найти и применять
- Определите, происходит ли переход из жидкости в газ или из газа в жидкость.
- Если жидкость превращается в пар, это испарение.
- Если пар превращается в жидкость, это конденсация.
- Обратите внимание на температуру и давление – они сильно влияют на скорость и возможность обоих процессов.
- Учтите, что испарение происходит с поверхности, а кипение – по всему объёму жидкости.
Разбор задач
Задача 1
Почему после дождя лужи постепенно высыхают, а мокрое бельё становится сухим?
Вода из луж и с поверхности мокрого белья постепенно переходит из жидкого состояния в газообразное – это процесс испарения. Молекулы воды с поверхности получают достаточно энергии от окружающей среды (воздуха, солнечного света) и улетают, превращаясь в водяной пар. Чем теплее и ветренее, тем быстрее происходит испарение.
Ответ: Лужи высыхают, а бельё сохнет из-за процесса испарения воды.
Задача 2
Почему зимой на окнах образуются капли воды или лёд с внутренней стороны?
В тёплом воздухе внутри помещения всегда содержится некоторое количество водяного пара. Оконное стекло зимой холоднее воздуха в комнате. Когда тёплый влажный воздух соприкасается с холодной поверхностью стекла, водяной пар охлаждается, теряет энергию и переходит обратно в жидкое состояние (конденсируется), образуя капли воды. Если температура стекла ниже нуля, вода сразу замерзает, образуя иней или лёд.
Ответ: На окнах образуются капли воды (конденсат) или лёд из-за конденсации водяного пара из тёплого комнатного воздуха на холодной поверхности стекла.
Где это встречается
- Сушка белья и других предметов — Вода испаряется с поверхности материала, оставляя его сухим. Этот процесс ускоряют нагреванием и обдувом.
- Работа холодильника и кондиционера — Хладагент испаряется в одной части системы, поглощая тепло, и конденсируется в другой, отдавая тепло, обеспечивая охлаждение.
- Дистилляция воды и разделение смесей — Жидкость нагревают до кипения (активное испарение), пар затем охлаждают и конденсируют, получая очищенную жидкость.
- Круговорот воды в природе — Вода испаряется с поверхности водоёмов и суши, образуя облака, а затем конденсируется и выпадает в виде осадков.
- Образование росы и тумана — При охлаждении воздуха водяной пар, содержащийся в нём, конденсируется на мелких частицах или поверхностях.
Типичные ошибки
| Неверно | Верно | Почему |
|---|---|---|
| Испарение – это то же самое, что кипение. | Испарение происходит при любой температуре с поверхности жидкости, а кипение – это интенсивный переход жидкости в пар по всему объёму при определённой температуре (температуре кипения). | Оба процесса связаны с переходом в пар, но отличаются условиями протекания и интенсивностью. |
| Конденсация происходит только при очень низких температурах. | Конденсация может происходить при любой температуре, если пара становится слишком много или он охлаждается ниже точки росы, то есть температуры, при которой пар становится насыщенным. | Считают, что холод напрямую вызывает конденсацию, забывая о концентрации пара и температуре насыщения. |
| Испарение всегда сопровождается выделением тепла. | При испарении жидкость поглощает тепло из окружающей среды (теплота парообразования), поэтому испарение вызывает охлаждение. | Путают с конденсацией, при которой тепло выделяется, или просто не задумываются о энергетическом балансе процесса. |
Не путать
- Кипение — Испарение происходит с поверхности при любой температуре, а кипение – по всему объёму жидкости при определённой температуре кипения, с образованием пузырьков пара.
- Сублимация (возгонка) — Испарение – переход из жидкости в газ. Сублимация – это прямой переход из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое.
Откуда взялось понятие
Понятия испарения и конденсации были известны и наблюдались с древнейших времён. Научное описание этих процессов развивалось по мере становления термодинамики и молекулярно-кинетической теории в XVIII-XIX веках. Значительный вклад в понимание фазовых переходов внесли такие учёные, как Джеймс Ватт, Майкл Фарадей, Рудольф Клаузиус и Джозайя Уиллард Гиббс.
Как запомнить
Испарение – это когда вода "улетает" в небо, а конденсация – когда "возвращается" обратно.
Проверь себя
3 задания-
Почему, выйдя из воды после купания, вы чувствуете прохладу?
Ответ
Вода испаряется с поверхности кожи, забирая тепло у тела, что вызывает ощущение прохлады. -
Что произойдёт, если нагреть закрытую бутылку с водой наполовину?
Ответ
Увеличится скорость испарения воды, и над жидкостью скопится больше водяного пара, повысится давление внутри бутылки. -
В чём разница между паром, выходящим из чайника, и туманом?
Ответ
Пар из чайника – это видимый туман, то есть мелкие капельки сконденсировавшейся воды. Сам водяной пар, не сконденсированный, невидим.
Частые вопросы
Почему испарение охлаждает?
При испарении самые быстрые и энергичные молекулы покидают жидкость. Средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, а это и есть проявление понижения температуры. Для того чтобы вылететь, молекулы также тратят энергию на преодоление сил притяжения, забирая её из самой жидкости или окружающей среды.
От чего зависит скорость испарения?
Скорость испарения зависит от температуры жидкости (чем выше, тем быстрее), площади поверхности (чем больше, тем быстрее), рода жидкости (разные жидкости испаряются с разной скоростью) и наличия ветра или движения воздуха над поверхностью (ветер уносит пар, позволяя новым молекулам испаряться).
Что такое насыщенный пар?
Насыщенный пар – это пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Это означает, что количество молекул, испаряющихся с поверхности жидкости за единицу времени, равно количеству молекул, конденсирующихся обратно в жидкость. При данной температуре насыщенный пар имеет максимально возможное давление.
В чём отличие испарения от кипения?
Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре, а кипение – это процесс образования пара по всему объёму жидкости (с образованием пузырьков) при строго определённой температуре, называемой температурой кипения.
Спросить про это понятие
Испарение и конденсация
Где это изучается
9 параграфовОдна и та же тема разложена по разным учебникам — можно сравнить формулировки и выбрать более понятную.