microbik.ru
1
Измерение скорости испарения воды по изменению влажности

Преображенский Глеб

9 класс

Научный руководитель В.Ю. Битюрина
Аннотация

В работе решалась проблема, как изменяется скорость испарения с увеличением влажности и как можно использовать зависимость влажности воздуха от времени для определения скорости испарения? Мы связали скорость испарения воды со свободной поверхности сосуда объемом V0, помещенном в сосуд объемом V, с влажностью воздуха в сосуде. Были исследованы зависимости влажности воздуха от времени, вычислены скорости испарения воды при разных значениях влажности.

Процесс испарения воды сопровождает нас постоянно, поэтому данное явление нужно изучать и уметь определять параметры процесса, например, такие как скорость испарения.

Как изменяется скорость испарения с увеличением влажности и как можно использовать зависимость влажности воздуха от времени для определения скорости испарения?

Попробуем связать скорость испарения воды со свободной поверхностью сосуда объемом V0, помещенном в сосуд объемом V и с влажностью воздуха в сосуде.


Рис.1. Экспериментальная установка

Введем понятие скорости испарения. Скорость испарения – число молекул, вылетающих в единицу времени с единицы площади свободной поверхности , измеряется в .

Число молекул можно определить как (количество вещества), умноженное на Na (число Авогадро). , где молярная масса воды , число Авогадро Na= 6.

Таким образом, скорость испарения , где площадь свободной поверхности S измеряется, а масса вычисляется , где V0 – объем испарившейся воды.

Плотность пара , где V - объем пара (то есть сосуда). Испарившийся объем измеряем по остатку воды в емкости, масса испарившейся воды вычисляется , где плотность воды.

Относительная влажность . Плотность насыщенного пара определяется из таблицы по значению температуры.

, отсюда .

Для измерения влажности воздуха в опытах использовался датчик влажности, входящий в систему учебного оборудования L-микро,

При проведении опыта по мере испарения воды увеличивается влажность воздуха под колпаком, датчик измеряет влажность, данные заносятся в память компьютера.

Объем воды 4 мл, его объемом и объемом испарившейся воды можно пренебречь по сравнению с объемом колпака, который равен 606 мл, площадь свободной поверхности воды 0,0006 м2.

Мы исследовали зависимости скорости испарения от влажности воздуха при двух различных температурах. Цель: снять зависимость влажности воздуха под колпаком от времени, исследовать по ней зависимость скорости испарения от влажности воздуха (рис. 2.)
Рис.2. Зависимость влажности от времени для двух температур
По полученным графикам вычисляем скорости испарения в зависимости от влажности для пяти точек, данные заносим в таблицу, строим графики зависимости (рис. 3).

Рис.3. Зависимость скорости испарения от времени
Получается, что скорость испарения с увеличением влажности убывает быстро от 4практически до нуля.

Мы связали скорость испарения воды со свободной поверхностью сосуда объемом V0, помещенном в сосуд объемом V, с влажностью воздуха, получили формулу для расчета скорости испарения, провели два эксперимента при различных температурах.

Выяснилось, что увеличение влажности в замкнутом объеме с течением времени происходит все медленнее, скорость испарения уменьшается за короткий промежуток времени практически до нуля. Это можно объяснить установлением в сосуде динамического равновесия между водой и паром. Таким образом, мы в начале эксперимента при небольших влажностях измеряли непосредственно скорость испарения воды, а при влажностях более 40%, мы измеряли уже разницу скоростей испарения и конденсации жидкости.

Литература

  1. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. – М.: Наука, 1974.

  2. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1998.

  3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов / Под ред. П.Г. Романкова. – 11-е изд. Перепечатка с изд. 1987 г. – М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004.