Nous sommes tous bien conscients d'un fait grave de la vie depuis l'enfance. Pour refroidir le thé chaud, il est nécessaire de le verser dans une soucoupe froide et de le souffler longuement sur sa surface. Quand vous avez six ou sept ans, vous ne pensez pas vraiment aux lois de la physique, vous les prenez simplement pour acquises ou, en termes physiques, vous les prenez comme un axiome. Cependant, au fur et à mesure que nous apprenons la science au fil du temps, nous découvrons des similitudes intéressantes entre les axiomes et les preuves cohérentes, traduisant en douceur nos hypothèses d'enfance en théorèmes adultes. Il en va de même pour le thé chaud. Aucun d'entre nous n'aurait pu imaginer que cette façon de le refroidir est directement liée à l'évaporation du liquide.
Physique du processus
Afin de répondre à la question de savoir ce qui détermine le taux d'évaporation d'un liquide, il est nécessaire de comprendre la physique même du processus. L'évaporation est le processus de transition de phase d'une substance d'un état liquide d'agrégation à un état gazeux. Toute substance liquide peut s'évaporer, y compris très visqueuse. En apparenceet vous ne pouvez pas dire qu'une certaine bouillie gélatineuse peut perdre une partie de sa masse en raison de l'évaporation, mais dans certaines conditions, c'est exactement ce qui se passe. Un solide peut aussi s'évaporer, seul ce processus est appelé sublimation.
Comment ça se passe
Pour commencer à comprendre de quoi dépend le taux d'évaporation d'un liquide, il faut partir du fait qu'il s'agit d'un processus endothermique, c'est-à-dire un processus qui se produit avec l'absorption de chaleur. La chaleur de transition de phase (chaleur d'évaporation) transfère de l'énergie aux molécules d'une substance, augmentant leur vitesse et augmentant la probabilité de leur séparation, tout en affaiblissant les forces de cohésion moléculaire. En se détachant de la masse de la substance, les molécules les plus rapides sortent de ses limites et la substance perd sa masse. Dans le même temps, les molécules liquides éjectées bouillent instantanément, effectuant le processus de transition de phase lors de la séparation, et leur sortie est déjà à l'état gazeux.
Demande
En comprenant les raisons dont dépend le taux d'évaporation d'un liquide, il est possible de réguler correctement les processus technologiques se produisant sur leur base. Par exemple, le fonctionnement d'un climatiseur, dans l'échangeur de chaleur-évaporateur dont le réfrigérant bout, prélevant la chaleur de la pièce refroidie, ou l'ébullition de l'eau dans les tuyaux d'une chaudière industrielle, dont la chaleur est transférée au besoins de chauffage et de production d'eau chaude. Comprendre les conditions dont dépend le taux d'évaporation d'un liquide offre la possibilité de concevoir et de fabriquer des équipements modernes et technologiques de dimensions compactes et avec un coefficient accrutransfert de chaleur.
Température
L'état liquide d'agrégation est extrêmement instable. Avec notre terrestre n. y. (notion de "conditions normales", c'est-à-dire adaptées à la vie humaine), il tend périodiquement à passer en phase solide ou gazeuse. Comment cela peut-il arriver? Qu'est-ce qui détermine le taux d'évaporation d'un liquide ?
Le critère principal est, bien sûr, la température. Plus nous chauffons le liquide, plus nous apportons d'énergie aux molécules de la substance, plus nous rompons de liaisons moléculaires, plus le processus de transition de phase est rapide. L'apothéose est obtenue avec une ébullition nucléée régulière. L'eau bout à 100°C à pression atmosphérique. La surface d'une casserole ou, par exemple, d'une bouilloire, où elle bout, n'est qu'à première vue parfaitement lisse. Avec une augmentation multiple de l'image, nous verrons des pics aigus sans fin, comme dans les montagnes. La chaleur est fournie ponctuellement à chacun de ces pics, et en raison de la petite surface d'échange de chaleur, l'eau bout instantanément, formant une bulle d'air qui monte à la surface, où elle s'effondre. C'est pourquoi une telle ébullition est appelée pétillante. Le taux d'évaporation de l'eau est maximum.
Pression
Le deuxième paramètre important, dont dépend le taux d'évaporation d'un liquide, est la pression. Lorsque la pression tombe en dessous de la pression atmosphérique, l'eau commence à bouillir à des températures plus basses. Le travail des célèbres autocuiseurs est basé sur ce principe - des casseroles spéciales, d'où l'air a été pompé, et l'eau bouillait déjà à 70-80 ºС. L'augmentation de la pression, en revanche,augmente le point d'ébullition. Cette propriété utile est utilisée lors de la fourniture d'eau surchauffée d'une centrale thermique au chauffage central et à l'ITP, où, afin de maintenir le potentiel de chaleur transférée, l'eau est chauffée à des températures de 150 à 180 degrés, lorsqu'il est nécessaire d'exclure la possibilité de bouillir dans les tuyaux.
Autres facteurs
Le soufflage intensif de la surface du liquide avec une température supérieure à la température du jet d'air fourni est un autre facteur qui détermine le taux d'évaporation du liquide. Des exemples de cela peuvent être tirés de la vie quotidienne. Souffler la surface du lac avec le vent, ou l'exemple avec lequel nous avons commencé l'histoire: souffler du thé chaud versé dans une soucoupe. Il se refroidit du fait que, se détachant de la masse de la substance, les molécules emportent avec elles une partie de l'énergie, la refroidissant. Ici, vous pouvez également voir l'effet de la surface. Une soucoupe est plus large qu'une tasse, donc plus de masse d'eau peut potentiellement s'échapper de son carré.
Le type de liquide lui-même affecte également le taux d'évaporation: certains liquides s'évaporent plus rapidement, d'autres, au contraire, plus lentement. L'état de l'air ambiant a également une influence importante sur le processus d'évaporation. Si la teneur en humidité absolue est élevée (air très humide, comme près de la mer), le processus d'évaporation sera plus lent.
