Bevezetés a meteorológiába

4. Párolgás, forrás, lecsapódás,

A párolgás

Azt a halmazállapot-változást, amely közben a folyadék légneművé válik, párolgásnak nevezzük. A párolgás a folyadék szabad felszínén megy végbe, és a tapasztalat szerint minden folyadék minden hőmérsékleten párolog, de a párolgás sebessége függ a folyadék anyagától.

Azonos tömegű vizet és alkoholt öntsünk mérleg tálkáiba, majd várjunk. Mit tapasztalunk, miért?

 

Most hideg és meleg vízzel végezzük el a kísérletet. Most mit tapasztalunk?

 

Végül azonos tömegű alkohollal végezzük el a kísérletet, és az egyiket fúvassuk meleg levegővel. Most mi az eredmény?

5.4.1. Mire emlékszel a tavalyi anyagból? Hogyan működött a meteorológiai állomás száraz-nedves hőmérőpárja?

 

 

A párolgás mikéntjéről: a párolgást a folyadékrészecskék rendezetlen mozgásával értelmezhetjük. A folyadékfelszín közelében levő, nagy sebességű, felfelé haladó részecskék egy része kilép na folyadékból, a többi vonzása ellenére is. Ezekből nagy hőmérsékleten több van, illetve nagyobb felületen szintén. A párolgó folyadék hőmérséklete és belső energiája csökken, mivel éppen a nagy sebességű részecskék hagyják el a folyadékot, és a folyadékban a kisebb sebességű, energiájú részecskék maradnak.

5.4.2. Hozz példákat a párolgás hasznos és káros, vagy kellemetlen oldaláról példákkal a mindennapi életből! (Egy kevésbé hétköznapi: A sebészek a kisebb műtéteknél az érzéstelenítést klór-etillel is végezhetik, ami gyorsan párolog, erősen lehűti a testrészt, ami elérzéstelenedik.)

 

A forrás

A forrás olyan halmazállapot-változás, amely során nemcsak a folyadék felszínén, hanem belsejében is keletkezik gőz.

5.4.3. Víz forralásakor milyen anyagú buborékok keletkeznek a víz belsejében?

 

 

Megfelelő hőmérsékleten a petróleum, az alkohol és más folyadékok is forrnak. Ha pl. alkoholt melegítünk, 78 Celsius fokon forrásba jön, és nem emelkedik tovább a hőmérséklete mindaddig, amíg az alkohol teljes egészében gőzzé nem válik. A felvett energia a halmazállapot megváltozásához szükséges. Az a hőmérséklet, amelyen az anyag forr, az anyag forráspontja.

Ez a táblázat azt mutatja, mekkora hőmennyiség szükséges a

kül. tömegű, 100 Celsius fok hőmérsékletű víz elforralásához

Hőmennyiség (Q)	4520 kJ	9040 kJ	18080 kJ
Tömeg (m)	2 kg	4 kg	8 kg
Hányadosuk	2260 kJ/kg	2260 kJ/kg	2260 kJ/kg

Hányadosuk tehát minden esetben megegyezik, ez jellemző a vízre (2260 kJ/kg). Ezt forráshőnek nevezzük, amit tehát a hőmennyiség és a tömeg hányadosaként számolhatunk ki, jele . Az anyagok forráspontja a légnyomástól is függ. a légnyomás emelkedésével emelkedik a forráspont, a lenti táblázat adatai 100 kPa légnyomáson értendők.

A forrás beindulásának feltétele, hogy a folyadék buborékokat tartalmazzon. A buborékmentes folyadék nem forr, akkor sem, ha melegítésekor már elérte az adott nyomáshoz tartozó forrásponját. Hőmérséklete tovább nő, a folyadék túlhevítetté válik. Ekkor rázkódás, vagy másmilyen zavar esetén robbanásszerűen forrásba jön.

Az olvadáspont környékén a túlhevítéshez hasonló jelenséget figyelhetünk meg. Amíg a szilárd test olvadása a külső nyomáshoz tartozó olvadásponton mindenképpen bekövetkezik, a hűtéskor a folyadék hőmérséklete jóval az olvadáspont alá süllyedhet. Ekkor túlhűtésről beszélünk. A túlhűtött folyadékba egy darabka szilárd kristályt ejtve a megszilárdulási folyamat azonnal beindul, és a megmaradt folyadék olvadáspontjára melegszik. Ilyesmi jelenség játszódik le például, amikor az ónos eső lehull a fagypont alatti hőmérsékletű földre, és ott azonnal megfagyva okoz baleseteket, de ilyen az is, amikor a repülőgép hátrahagyta kondenzcsík megjelenik, mert ott is apró hamuszemcsékre rakódik ki a túlhűtött, tiszta levegő páratartalma.

Vannak olyan szilárd anyagok, melyek a folyékony halmazállapot kihagyásával közvetlenül légneműbe mennek át. Ilyen anyag pl. a kámfor és a jód. Ezt a jelenséget szublimációnak nevezzük.

5.4.4. A forráspontjára melegített 0,5 kg terpentinolaj elforralásához 145 kJ hőmennyiség szükséges. Mekkora a forráshője?

 

 

5.4.5. A víz forráshője 2260 kJ/kg. Mennyi vizet lehet elforralni 5650 kJ hővel?

 

 

 

Néhány anyag forráspontja (Celsius fok) és forráshője (kJ/kg)

Alkohol	78	844
Alumínium	2060	10900
Levegő	-193	210
Konyhasó	1140	2850
Éter	35	361

 

5.4.6. Miért fölösleges a forrásban lévő ételt továbbra is nagy gázlánggal melegíteni?

 

 

A lecsapódás

Azt a halmazállapot-változást, amely során a gőz folyékonnyá válik, lecsapódásnak nevezzük.

5.4.7. Keress példákat lecsapódásra a mindennapi életből!

 

 

Lecsapódás közben csökken a gőz belső energiája, nő a környezet belső energiája. A gőz lecsapódáskor tulajdonképpen leadja azt a hőmennyiséget, amelyet gőzzé váláskor felvett.

A forrás és a lecsapódás jelenségét használják fel a folyadékok tisztítására. A forrásban levő víz gőzét hűtött csövön vezetik keresztül, erre a gőz lecsapódik. A vízben oldott anyagok, pl. a sók nem kerülnek a gőzbe, hanem visszamaradnak az edényben., ezért a cső végén tiszta víz (desztillált víz) csepeg. Ezt az eljárást lepárlásnak, vagy desztillálásnak nevezzük.

Lepárlással választják szét a kőolajból a benzint, tertóleumot, gázolajat, stb. A szétválasztás azért lehetséges, mert ezeknek az anyagoknak más-más a forráspontjuk. A kőolaj melegítésekor előbb a benzin-, petróleum-, majd az olajgőzök távoznak el, amelyeket külön-külön, hűtött csővezetékeken vezetnek el, amelyeken a hűtés következtében lecsapódnak.

 

Ha fedéllel lezárunk egy vizet tartalmazó edényt, amit melegítünk, kis idő múlva annyi vízgőz lesz a víz feletti térben, hogy több víz már nem tud elpárologni. (Egyébként minél melegebb a levegő, annál több párát képes magába fogadni, ill. tartani.) Tehát a levegő telítetté válik.

 

Az alábbi táblázat azt mutatja, hogy hány gramm vízgőz teszi telítetté a különböző hőmérsékletű 1 köbméter térfogatú levegőt.

 

Hőmérséklet (Celsius fok)	0	4	8	20
A vízgőz tömege (g)	4,8	6,4	8,3	17,3

Ha tehát a fenti értékeknél kevesebb víz található a levegőben, akkor a vízgőz telítetlen. A gyakorlatban a vízgőztartalom mértékének maghatározásához azt adják meg, hogy a tényleges vízgőztartalom hány százaléka a lehetséges maximális vízgőztartalomnak, vagyis mekkora a relatív nedvesség.

A levegő víztartalmának a meghatározásához hajszálas nedvességmérőt használnak, ugyanis a zsírtalanított hajszál nedvesség hatására megnyúlik. Te is megpróbálhatsz ilyent alkotni!

 

 

 

 

 

 

 

Az alábbi képek közül a baloldali egy hagyományos, Szovjetunióban gyártott higrométert (páraérzékelőt) mutat, ahol kívűl látható az a megbarnult hajszálköteg, ami nedvesség hatására megnyúlik, amit egy írószerkezettel kötöttek össze, míg a jobb oldali egy poliamid szálas pántköteg megnyúlásán alapul. Ilyeneket használnak a mai, korszerű légtechnikai berendezéseknél, ahol a belső páratartalom változására önműködően reagáló szerkezeteket alkalmaznak. A képet az Aereco Légtechnikai Kft. bocsájtotta rendelkezésünkre.

A vízgőz összenyomható. Ha jelentős nyomás éri, az edény falára kicsapódik. Létezik azonban egy anyagra jellemző kritikus hőmérséklet, ami felett nem cseppfolyósítható. Efelett a molekulák olyan mozgási energiával bírnak, ahol már nem képesek a rájuk ható vonzerők dominálni, és kénytelenek gáz halmazállapotban maradni, és ekkor a vízgőz is gázként viselkedik, azaz nyomással nem cseppfolyósítható anyagként.

5.4.9. Gondolkoztál már azon, hogy mi az oka annak, hogy a konyhai tűzhely körül a falak hosszabb idő után zsírosak, olajosak lesznek, de nem a kifröccsenő zsírtól, olajtól?

Gondolkoztál már azon, hogy mi az oka annak, hogy amikor reggel apuval beültök a hideg autóba, bepárásodik az ablak, ami a fűtés hatására később elmúlik?

Gondolkoztál már azon, hogy mi az oka annak, hogy a reggeli köd napsütés hatására eloszlik?

Gondolkoztál már azon, hogy mi az oka annak, hogy a hidegről a szobába belépő ember szemüvege bepárásodik?

Ha nem, akkor most gondolkozzál!