Фізика. Повторне видання. 8 клас. Засєкіна (2025)

§ 10. Досліджуємо пароутворення: випаровування і кипіння

- Пароутворення. Випаровування... Невже це не одне й те саме?

ДОСЛІДЖУЙ

Порівняй малюнки, на яких зображено процес випаровування (мал. 10.1, а) та процес кипіння (мал. 10.1, б) води. Спробуй самостійно, спираючись на свій життєвий досвід та знання, отримані на уроках природничих курсів, розподілити твердження (1-10) на ті, що описують випаровування, і ті, що стосуються кипіння.

Мал. 10.1. а - випаровування, б - кипіння

1. Пара утворюється лише з вільної поверхні.
2. Пара утворюється за будь-якої температури.
3. Пара утворюється в усьому об’ємі рідини.
4. Пара утворюється лише за нагрівання до певної температури.
5. Утворюються бульбашки.
6. Пароутворення відбувається інтенсивно.
7. Пароутворення відбувається повільно.
8. Це штучний процес.
9. Це природний процес.
10. Для цього процесу потрібне зовнішнє джерело енергії.

Випаровування	Кипіння

Перевір свої відповіді за матеріалом параграфа.

ДІЗНАВАЙСЯ

У чому особливість процесу випаровування? Процес перетворення рідини на пару — це пароутворення, яке може відбуватися двома способами — випаровуванням і кипінням. Перетворення пари на рідину — це конденсація.

Хоча переважна частина молекул у рідині і газі беруть участь у локалізованих рухах — коливаннях або перескоках, і певна кількість молекул рухається вільно (поступально). Про це свідчить дифузія, бо тільки вільні молекули можуть брати у ній участь. Саме ці вільні молекули можуть подолати притягання сусідніх молекул і вилетіти з рідини (мал. 10.1, а). Молекули, що вилетіли з поверхні рідини, утворюють над нею пару — відбувається процес випаровування.

Випаровування (evaporation) — перехід речовини з рідкого або твердого агрегатного стану в газоподібний (пару), який відбувається на вільній поверхні рідини.

Швидкість випаровування залежить від кількох причин. У цьому ти можеш переконатися самостійно, виконавши досліди, описані в кінці параграфа. Пояснити ці особливості можна на основі молекулярно-кінетичного вчення про будову речовини (табл. 10.1).

Таблиця 10.1

Чинники, що впливають на випаровування	Пояснення
Випаровування відбувається за будь-якої температури	Деяка кількість молекул, які рухаються швидко і мають достатню енергію, щоб подолати сили притягання, є в рідині за будь-якої температури
Рідина випаровується швидше за вищої температури	Що вища температура рідини, то більшою є кількість молекул, які швидко рухаються і можуть подолати сили притягання навколишніх молекул і вилетіти з поверхні рідини
Швидкість випаровування залежить від різновиду рідини	Швидше випаровується та рідина, молекули якої притягуються одна до одної з меншою силою. Адже в цьому разі подолати притягання і вилетіти з рідини може більша кількість молекул
Швидкість випаровування рідини залежить від площі її вільної поверхні	Це пояснюється тим, що рідина випаровується з вільної поверхні речовини, і що більша площа вільної поверхні рідини, тим більше молекул одночасно вилітає з неї в повітря
Швидкість випаровування залежить від наявності й швидкості потоків повітря та його вологості	З переходом молекул із рідини в пару одночасно відбувається і зворотний процес. Безладно рухаючись над поверхнею рідини, частина молекул, що її залишили, знову в неї повертаються. Тому рідина випаровується швидше під час вітру, який відносить молекули пари, і поверхня над рідиною не насичена великою кількістю водяної пари

Внутрішня енергія рідини, яка випаровується, зменшується. Це пояснюється тим, що під час випаровування з рідини вилітають найшвидші молекули, і середня швидкість решти молекул рідини стає меншою, отже, і середня кінетична енергія молекул, що залишаються в рідині, зменшується. Тому, якщо немає припливу енергії до рідини ззовні, то, випаровуючись, вона охолоджується. Виходячи з води навіть у спекотний день, ми відчуваємо холод. Вода, випаровуючись із поверхні нашого тіла, забирає від нього певну кількість теплоти.

Якщо процес випаровування відбувається повільно, то зниження температури майже не відбувається, бо рідина отримує тепло від навколишнього повітря.

У чому особливість процесу кипіння? За певної температури (температури кипіння) рідини починають інтенсивно випаровуватися не лише з вільної поверхні, а й в усіх їх шарах. Це явище називають кипінням.

Кипіння (boiling) — перехід рідини в пару, який характеризується інтенсивним випаровуванням рідини не тільки з її вільної поверхні, а й у шарах рідини.

• Переглянь в е-додатку анімаційну модель процесу кипіння (10.1).

Мал. 10.2

Розглянемо процес утворення пари за кипіння рідини (мал. 10.2, а). Кипіння потребує зовнішнього джерела енергії. У природі рідина кипить лише за наявності природних джерел енергії (поблизу вулканічно-активних зон). Нагріватимемо воду в посудині. Через деякий час дно і стінки посудини вкриються бульбашками. Це — бульбашки повітря, розчиненого уводі. Під час нагрівання рідини вода випаровується вздовж поверхні бульбашки в її середину. З підвищенням температури бульбашка заповнюється не тільки повітрям, розчиненим у воді, а й водяною парою (мал. 10.2, б). Зі збільшенням кількості водяної пари всередині бульбашок їх об’єм поступово збільшується, а відповідно збільшується і виштовхувальна (архімедова) сила, що діє на бульбашку. Бульбашки відриваються від поверхні стінок і дна посудини й підіймаються до поверхні рідини. Якщо вода в посудині ще не прогріта повністю і верхні її шари залишаються холодними (мал. 10.2, в), бульбашки стискаються, створюючи характерний шум, який ми чуємо перед початком кипіння рідини. Якщо ж вода прогрілася повністю (мал. 10.2, г), але її продовжують нагрівати, процес пароутворення всередині бульбашок відбувається інтенсивніше. Кількість пари всередині бульбашок збільшується, відповідно підвищується і тиск пари. Унаслідок цього об’єм бульбашок збільшується, і за певної температури рідини бульбашки починають спливати на поверхню і лопатися, а водяна пара, що містилася в бульбашках, виходить назовні (мал. 10.2, ґ). Іноді до того ж можна спостерігати туман, який утворюється над посудиною: водяна пара змішується з холодним повітрям і конденсується у вигляді маленьких крапельок. Самої пари, звичайно, не видно.

Під час кипіння температура рідини залишається сталою, оскільки вся теплота, що надається рідині, витрачається на внутрішнє випаровування в шарах рідини.

ДУМАЙ

1. Чим випаровування відрізняється від кипіння?
2. Чому рідина випаровується за будь-якої температури?
3. Від чого залежить швидкість випаровування рідини?
4. Чому для виготовлення парфумів використовують спирт, а не воду?
5. Чому ґрунт просихає швидше у вітряну погоду?
6. Чому в закритій посудині рідина вихолоджується повільніше?

ДІЙ

ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ

Візьми участь у груповій роботі

Виконуй досліди з дотриманням правил безпеки життєдіяльності!

Об’єднайтесь у групи і проведіть дослідження чинників, від яких і як саме залежить випаровування рідин.

Група 1. Візьміть три різні рідини — воду, етиловий спирт і рослинну олію та помістіть з піпетки по одній краплі цих рідин на три предметні скельця. Висловіть припущення, чи одночасно випаруються ці речовини. Зафіксуйте час, за який краплини випаруються.

Рідина	Час, за який крапля випарувалася
Вода
Етиловий спирт
Олія

Група 2. Нанесіть по краплині води на скельця: холодне (із холодильника) і нагріте (можна нагріти в руках або в інший спосіб). Висловіть припущення, чи одночасно випарується вода на скельцях. Зафіксуйте час, за який краплини випаруються.

Рідина	Час, за який крапля випарувалася
Вода на холодному скельці
Вода на нагрітому скельці

Група 3. Нанесіть по краплині води на скельця. Утворіть над одним зі скелець потік повітря (помашіть рукою або скористайтеся вентилятором — але обережно, щоб зовсім не здути краплину). Висловіть припущення, чи одночасно випарується вода на скельцях. Зафіксуйте час, за який краплини випаруються.

Рідина	Час, за який крапля випарувалася
Вода
Вода під потоком повітря

Група 4. Нанесіть по краплині води на скельця. Одну із краплин максимально розподіліть на скельці (щоб її площа була більшою). Висловіть припущення, чи одночасно випарується вода на скельцях. Зафіксуйте час, за який краплини випаруються.

Рідина	Час, за який крапля випарувалася
Вода з меншою площею
Вода з більшою площею

Обміняйтесь результатами дослідів і сформулюйте висновки.

Зміст