Испарение (физич.)

Испарение, переход вещества из жидкого или твёрдого агрегатного состояния в газообразное — пар. Обычно под И. понимают переход жидкости в пар, происходящий на свободной поверхности жидкости.

И. твёрдых тел называется возгонкой или сублимацией. Вследствие теплового движения молекул И. возможно при любой температуре, но с возрастанием температуры, т. е. интенсивности теплового движения молекул, скорость И. увеличивается.

В замкнутом пространстве (закрытом сосуде) И. происходит при заданной постоянной температуре до тех пор, пока пространство над оставшимся избытком жидкости (или твёрдого тела) не будет заполнено насыщенным паром. Давление насыщенного пара зависит только от температуры и повышается с ее возрастанием. Кривая, изображающая давление насыщенного пара в зависимости от температуры, называется равновесной кривой И. (см. рис.). Если давление насыщенного пара, заполняющего микрополости в жидкости, становится равным или несколько большим давления в газовой фазе над поверхностью жидкости, то И. переходит в кипение. Наиболее высокой температурой кипения является критическая температура данного вещества. Критическая температура и давление определяют критическую точку — конечную точку на равновесной кривой И. Выше этой точки сосуществование в равновесии двух фаз — жидкости и пара — невозможно.

При переходе из жидкости в пар молекула должна преодолеть силы молекулярного сцепления в жидкости. Работа против этих сил (работа выхода), а также против внешнего давления уже образовавшегося пара совершается за счёт кинетической энергии теплового движения молекул. В результате И. жидкость охлаждается. Поэтому, чтобы процесс И. был изотермическим, т. е. протекал при постоянной температуре, необходимо сообщать каждой единице массы вещества определённое количество теплоты l (дж/кг или дж/моль), называемое теплотой испарения. Теплота И. уменьшается с ростом температуры, особенно быстро вблизи критической точки, обращаясь в этой точке в нуль. Теплота И. связана с производной давления насыщенного пара по температуре Клапейрона — Клаузиуса уравнением, на основе которого определяются численные значения l для жидкостей.

Скорость И. резко снижается при нанесении на поверхность жидкости достаточно прочной плёнки нелетучего вещества. И. жидкости в газовой среде, например в воздухе, происходит медленнее, чем в разреженном пространстве (вакууме), так как вследствие соударений с молекулами газа часть частиц пара вновь возвращается в жидкость (конденсируется).

И. относится к фазовым переходам 1-го рода, которые характеризуются отличной от нуля теплотой фазового перехода. При процессе, обратном И., т. е. при образовании из пара жидкой фазы (конденсации), происходит выделение теплоты И.

И. применяется в технике как средство очистки веществ или разделения жидких смесей перегонкой. И. лежит в основе пароэнергетики, работы холодильных и др. установок, а также всех процессов сушки материалов.

В естественных условиях И. является единственной формой передачи влаги с океанов и суши в атмосферу и основной составляющей круговорота воды на земном шаре.

Лит.: Кикоин И. К. и Кикоин А. К., Молекулярная физика, М. ,1963; Букалович М. П., Новиков И. И., Техническая термодинамика, 3 изд., М.—Л., 1962; Константинов А. Р., Испарение в природе Л., 1963.

П А Ребиндер