ในโลกรอบตัวเรา มีปรากฏการณ์ทางกายภาพและกระบวนการต่างๆ มากมายเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและต่อเนื่อง สิ่งที่สำคัญที่สุดคือกระบวนการระเหย มีข้อกำหนดเบื้องต้นหลายประการสำหรับปรากฏการณ์นี้ ในบทความนี้ เราจะวิเคราะห์รายละเอียดเพิ่มเติมแต่ละรายการ
การระเหยคืออะไร
นี่คือกระบวนการเปลี่ยนสารให้อยู่ในสถานะก๊าซหรือไอระเหย เป็นเรื่องปกติสำหรับสารที่มีความคงตัวของของเหลวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม สิ่งที่คล้ายกันพบได้ในของแข็ง มีเพียงปรากฏการณ์นี้เท่านั้นที่เรียกว่าการระเหิด สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากการสังเกตร่างกายอย่างระมัดระวัง ตัวอย่างเช่น สบู่ก้อนหนึ่งจะแห้งเมื่อเวลาผ่านไปและเริ่มแตก เนื่องจากหยดน้ำในองค์ประกอบจะระเหยกลายเป็นก๊าซ H2O
คำจำกัดความในวิชาฟิสิกส์
การระเหยเป็นกระบวนการดูดความร้อนโดยที่แหล่งพลังงานที่ถูกดูดซับคือความร้อนของการเปลี่ยนเฟส ประกอบด้วยสององค์ประกอบ:
- ความร้อนจำนวนหนึ่งที่จำเป็นในการเอาชนะแรงดึงดูดของโมเลกุลเมื่อมีการขาดระหว่างโมเลกุลที่เชื่อมต่อ
- ความร้อนที่จำเป็นสำหรับการขยายโมเลกุลในกระบวนการเปลี่ยนสารของเหลวให้เป็นไอหรือก๊าซ
มันเกิดขึ้นได้อย่างไร
การเปลี่ยนแปลงของสารจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซสามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี:
- การระเหยเป็นกระบวนการที่โมเลกุลหลุดออกจากพื้นผิวของสารเหลว
- การเดือดเป็นกระบวนการของการกลายเป็นไอจากของเหลวโดยนำอุณหภูมิไปที่ความร้อนจำเพาะของการเดือดของสาร
แม้ว่าปรากฏการณ์ทั้งสองนี้จะเปลี่ยนสารเหลวให้กลายเป็นแก๊ส แต่ก็มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ การเดือดเป็นกระบวนการที่แอคทีฟซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่งเท่านั้น ในขณะที่การระเหยเกิดขึ้นภายใต้สภาวะใดๆ ความแตกต่างอีกประการหนึ่งคือ การเดือดเป็นลักษณะเฉพาะของความหนาทั้งหมดของของเหลว ในขณะที่ปรากฏการณ์ที่สองเกิดขึ้นเฉพาะบนพื้นผิวของของเหลวเท่านั้น
ทฤษฎีจลนพลศาสตร์โมเลกุลของการระเหย
ถ้าเราพิจารณากระบวนการนี้ในระดับโมเลกุล มันจะเกิดดังนี้:
- โมเลกุลในสารเหลวมีการเคลื่อนไหวที่ไม่เป็นระเบียบอย่างต่อเนื่อง พวกมันทั้งหมดมีความเร็วต่างกันโดยสิ้นเชิง ในขณะเดียวกัน อนุภาคถูกดึงดูดเข้าหากันเนื่องจากแรงดึงดูด ทุกครั้งที่ชนกัน ความเร็วของพวกมันจะเปลี่ยนไป เมื่อถึงจุดหนึ่ง บางคนพัฒนาความเร็วสูงมาก ทำให้พวกเขาเอาชนะแรงโน้มถ่วงได้
- ธาตุเหล่านี้ซึ่งปรากฏบนพื้นผิวของของเหลวมีพลังงานจลน์ที่สามารถเอาชนะได้พันธะระหว่างโมเลกุลและปล่อยของเหลวไว้
- มันเป็นโมเลกุลที่เร็วที่สุดเหล่านี้ที่บินออกจากพื้นผิวของสารเหลว และกระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและต่อเนื่อง
- เมื่อลอยขึ้นไปในอากาศ พวกมันจะกลายเป็นไอน้ำ เรียกว่าการทำให้กลายเป็นไอ
- ด้วยเหตุนี้ พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคที่เหลือจึงเล็กลงเรื่อยๆ สิ่งนี้อธิบายการระบายความร้อนของของเหลว จำได้ว่าในวัยเด็กเราถูกสอนให้เป่าของเหลวร้อน ๆ เพื่อให้เย็นลงเร็วขึ้น ปรากฎว่าเราเร่งกระบวนการระเหยของน้ำ และอุณหภูมิก็ลดลงเร็วขึ้นมาก
มันขึ้นกับปัจจัยอะไร
มีหลายเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้ที่จะเกิดขึ้น มันมาจากทุกที่ที่มีอนุภาคของน้ำ: เหล่านี้คือทะเลสาบ, ทะเล, แม่น้ำ, วัตถุเปียกทั้งหมด, ร่างกายของสัตว์และผู้คน, เช่นเดียวกับใบพืช. สรุปได้ว่าการระเหยเป็นกระบวนการที่สำคัญและขาดไม่ได้สำหรับโลกรอบข้างและสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
นี่คือปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อปรากฏการณ์นี้:
- อัตราการระเหยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของของเหลวโดยตรง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าแต่ละคนมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง ตัวอย่างเช่น สารที่ความร้อนของการกลายเป็นไอต่ำจะถูกแปลงเร็วขึ้น ลองเปรียบเทียบสองกระบวนการ: การระเหยของแอลกอฮอล์และน้ำธรรมดา ในกรณีแรกการแปลงสภาพเป็นก๊าซจะเกิดขึ้นเร็วขึ้นเนื่องจากความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่นของแอลกอฮอล์คือ 837 kJ / kg และสำหรับน้ำเกือบสามครั้งมากกว่า - 2260 kJ/kg.
- ความเร็วก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเริ่มต้นของของเหลวด้วย ยิ่งสูงเท่าไหร่ ไอน้ำก็จะยิ่งก่อตัวเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น ลองนำน้ำหนึ่งแก้ว เมื่อมีน้ำเดือดในภาชนะ การกลายเป็นไอจะเกิดขึ้นในอัตราที่สูงกว่าเมื่ออุณหภูมิของน้ำต่ำกว่ามาก
- อีกปัจจัยหนึ่งที่กำหนดความเร็วของกระบวนการนี้คือพื้นที่ผิวของของเหลว จำไว้ว่าซุปร้อนจะเย็นตัวลงในชามขนาดใหญ่ได้เร็วกว่าในจานรองขนาดเล็ก
- อัตราการกระจายของสารในอากาศส่วนใหญ่จะกำหนดอัตราการระเหย กล่าวคือ ยิ่งเกิดการแพร่กระจายเร็วขึ้น การกลายเป็นไอเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อมีลมแรง หยดน้ำจะระเหยเร็วขึ้นจากพื้นผิวของทะเลสาบ แม่น้ำ และอ่างเก็บน้ำ
- อุณหภูมิของอากาศในห้องก็มีส่วนสำคัญเช่นกัน เราจะพูดถึงเรื่องนี้เพิ่มเติมด้านล่าง
ความชื้นในอากาศเป็นอย่างไร
เนื่องจากกระบวนการระเหยเกิดขึ้นจากทุกที่อย่างต่อเนื่องและต่อเนื่องจึงมีอนุภาคของน้ำในอากาศอยู่เสมอ ในรูปแบบโมเลกุล พวกมันดูเหมือนกลุ่มขององค์ประกอบ H2O ของเหลวสามารถระเหยได้ขึ้นอยู่กับปริมาตรของไอน้ำในบรรยากาศ ค่าสัมประสิทธิ์นี้เรียกว่าความชื้นในอากาศ มาในสองประเภท:
- ความชื้นสัมพัทธ์คืออัตราส่วนของปริมาณไอน้ำในอากาศต่อความหนาแน่นของไออิ่มตัวที่อุณหภูมิเดียวกันเป็นเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่น คะแนน 100% หมายถึงว่าบรรยากาศอิ่มตัวด้วยโมเลกุลของ H2O.
- ลักษณะที่แน่นอนของความหนาแน่นของไอน้ำในอากาศ แสดงด้วยตัวอักษร f และแสดงจำนวนโมเลกุลของน้ำใน 1m3 อากาศ
การเชื่อมต่อระหว่างกระบวนการระเหยและความชื้นในอากาศสามารถกำหนดได้ดังนี้ ยิ่งความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศต่ำ การระเหยจากพื้นผิวโลกและวัตถุอื่นๆ ก็จะยิ่งเร็วขึ้น
การระเหยของสารต่างๆ
ในสารต่าง ๆ กระบวนการนี้ดำเนินการต่างกัน ตัวอย่างเช่น แอลกอฮอล์ระเหยได้เร็วกว่าของเหลวหลายชนิดเนื่องจากความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอต่ำ บ่อยครั้งที่สารเหลวดังกล่าวเรียกว่า ระเหย เนื่องจากไอน้ำระเหยจากสารเหล่านี้อย่างแท้จริงในเกือบทุกอุณหภูมิ
แอลกอฮอล์ระเหยได้แม้ที่อุณหภูมิห้อง ในกระบวนการเตรียมไวน์หรือวอดก้า แอลกอฮอล์จะถูกขับผ่านแสงจันทร์ โดยไปถึงจุดเดือดเท่านั้น ซึ่งมีค่าประมาณ 78 องศา อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิการระเหยที่แท้จริงของแอลกอฮอล์จะสูงขึ้นเล็กน้อย เนื่องจากในผลิตภัณฑ์ดั้งเดิม (เช่น mash) เป็นการผสมผสานระหว่างน้ำมันหอมระเหยและน้ำต่างๆ
การควบแน่นและการระเหิด
ปรากฏการณ์ต่อไปนี้สามารถสังเกตได้ทุกครั้งที่น้ำเดือดในกาต้มน้ำ โปรดทราบว่าเมื่อน้ำเดือด น้ำจะเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซ เกิดขึ้นในลักษณะนี้ คือ ไอน้ำร้อนพุ่งด้วยบินออกจากกาต้มน้ำผ่านพวยกาด้วยความเร็วสูง ในกรณีนี้จะมองไม่เห็นไอน้ำที่เกิดขึ้นโดยตรงที่ทางออกจากรางจ่าย แต่อยู่ห่างจากมันเพียงเล็กน้อย กระบวนการนี้เรียกว่าการควบแน่น คือ ไอน้ำจะข้นจนเรามองเห็นได้
การระเหยของของแข็งเรียกว่าการระเหิด ในเวลาเดียวกัน พวกมันผ่านจากสถานะการรวมตัวเป็นสถานะก๊าซ โดยผ่านระยะของเหลว กรณีการระเหิดที่มีชื่อเสียงที่สุดเกี่ยวข้องกับผลึกน้ำแข็ง ในรูปแบบเดิม น้ำแข็งเป็นของแข็ง ที่อุณหภูมิสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส น้ำแข็งจะเริ่มละลายกลายเป็นของเหลว อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีที่อุณหภูมิติดลบ น้ำแข็งจะกลายเป็นไอ โดยผ่านเฟสของของเหลว
ผลของการระเหยต่อร่างกายมนุษย์
ด้วยการระเหยทำให้อุณหภูมิในร่างกายของเราลดลง กระบวนการนี้เกิดขึ้นผ่านระบบระบายความร้อนด้วยตัวเอง ในวันที่อากาศร้อนอบอ้าว คนที่ทำงานหนักบางอย่างจะร้อนมาก ซึ่งหมายความว่าจะเพิ่มพลังงานภายใน และอย่างที่คุณทราบ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 42 ° โปรตีนในเลือดมนุษย์เริ่มจับตัวเป็นก้อน หากกระบวนการนี้ไม่หยุดทันเวลา อาจทำให้เสียชีวิตได้
ระบบทำความเย็นอัตโนมัติได้รับการออกแบบเพื่อควบคุมอุณหภูมิสำหรับชีวิตปกติ เมื่ออุณหภูมิถึงระดับสูงสุดที่อนุญาต เหงื่อออกที่ใช้งานจะเริ่มผ่านรูขุมขนบนผิวหนัง แล้วจากผิวของผิวหนังก็เกิดขึ้นการระเหยซึ่งดูดซับพลังงานส่วนเกินของร่างกาย กล่าวอีกนัยหนึ่งการระเหยเป็นกระบวนการที่ช่วยให้ร่างกายเย็นลงสู่สภาวะปกติ