испарение

ИСПАРЕНИЕ - переход вещества из жидкого или твёрдого состояния в газообразное (пар), обычно со свободной поверхности. Чаще всего под И. понимают переход жидкости в пар, он обусловлен разностью хим. потенциалов жидкости и пара. И. твёрдых тел наз. возгонкой или сублимацией. И. является фазовым переходом первого рода. При И. совершается работа по преодолению сил сцепления в жидкости (работа выхода) за счёт кинетич. энергии молекул, в результате чего жидкость охлаждается. Кол-во теплоты, к-рое нужно сообщить жидкости при изотермич. образовании единицы массы пара, наз. теплотой парообразования. В отличие от кипения, И. происходит при любой температуре, причём с повышением температуры скорость И. возрастает вследствие уменьшения работы выхода и увеличения доли молекул, обладающих необходимой кинетич. энергией, теплота испарения уменьшается, обращаясь в нуль в критич. точке. В замкнутой системе жидкость - пар при пост, темпре Т со временем устанавливается равновесное давление - давление насыщенного пара р_н(Т). Этому давлению соответствует равенство потоков испаряющихся и конденсирующихся (возвращающихся обратно в жидкость из пара) молекул. Производная dp_н/dT>0 определяется Клапейрона - Клаузиуса уравнением:

где S_п-S_ж и V_п-V_ж - скачки энтропии и объёма при фазовом переходе жидкость - пар. Для нахождения р_н используются эмпирич. выражения, напр.

lgp_н = А-B/T+ClgT +DT⁶, где А, В, С, D - индивидуальные для данного вещества постоянные. На фазовой диаграмме однокомпонентной системы (рис.) равновесная кривая р_н(Т) расположена между тройной и критич. точками. В области темп-р Т ниже темп-ры Т_а тройной точки эта кривая имеет метастабильное продолжение ab', где стабильным фазам соответствует равновесие кристалл - пар. Разные вещества имеют характерные фазовые диаграммы, широко разнесённые на плоскости р, Т. В координатах lg(p_н/p_к), Т_к/Т (где р_к, Т_к - критич. давление и темп-pa) кривые сближаются, но не стягиваются в одну линию. Для неассоциированных жидкостей набор таких кривых с хорошим приближением можно рассматривать как однопараметрич. семейство р_н/р_к- f(Т/Т_к, А). Параметр термодинамич. подобия (критерий подобия) А можно использовать для описания и др. свойств веществ в области газожидкостных состояний. Для капель жидкости радиуса r равновесное давление пара р_r при заданной темп-ре больше (а для пузырьков пара в жидкости - меньше), чем давление насыщения

Фазовая диаграмма однокомпонентной системы с одной нормально плавящейся кристаллич. фазой: а - тройная точка; к - критическая точка; ак - линия равновесия жидкость - пар; ас, ad - линии равновесия кристалл - пар и кристалл - жидкость соответственно.

при плоской границе раздела (см. Капиллярные явления ).Приближённо зависимость отношения р_r/р_н от r описывает Кельвина уравнение: р_r/р_н=ехр(2sV_ж/rRT), где s - поверхностное натяжение, V_ж - объём жидкости. Т. о., И. выше для мелких капель и крупные капли могут расти за их счёт (см. Атмосфера). При интенсивном испарении жидкости плотность пара вблизи поверхности ниже, чем при изотермич. равновесии фаз. Для установления стационарного потока массы испаряющегося вещества j_м необходим подвод к поверхности такого стационарного потока теплоты j_q, чтобы j_q/j_м@L+DE_п, где L - теплота фазового перехода, E_п - превышение внутр. энергии единицы массы пара над равновесной энергией. При интенсивных потоках подводимой энергии, напр, при лазерном нагреве, когда DE_пдL, И. мало связано с условиями фазового равновесия системы жидкость - пар и определяется газодинамич. условиями у поверхности раздела фаз. При И. сферич. частиц в поле очень мощного лазерного излучения за счёт реактивной отдачи получены давления до 10¹⁶ Па и сжатие мишени до плотностей, превышающих плотность исходной конденсированной фазы на два порядка. И. играет важную роль в энергетике, холодильной технике, в процессах сушки, испарительного охлаждения и т. д. В системе из двух или более компонент равновесный состав пара отличается от состава жидкой фазы, что используется для разделения (очистки) веществ (метод перегонки). Лит.: Радченко И. В., Молекулярная физика, М., 1965; Xирс Д., Паунд Г., Испарение и конденсация, пер. с англ., М., 1966; Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е., Техническая термодинамика, 4 изд., М., 1983; Филиппов Л. П., Подобие свойств веществ, М., 1978. В. Я. Скрипов.

   <<      Предметный указатель      >>