Šaldymo mokslas: garavimo aušinimas su skysčiais


Dabar tai kietas! Sužinokite, kaip jį sušaldyti su garinimu. Pagrindinės sąvokos Fizika Garinimas Šilumos perdavimas Temperatūra Įvadas Ar kada nors susimąstėte, kodėl prakaituojame, kai mūsų aplinka yra karšta arba kai mes dirbame? Prakaitavimas yra gelbėjimo strategija, kuri atšaldo kūną ir palaiko temperatūrą. Be prakaitavimo kū

Dabar tai kietas! Sužinokite, kaip jį sušaldyti su garinimu.

Pagrindinės sąvokos
Fizika
Garinimas
Šilumos perdavimas
Temperatūra

Įvadas
Ar kada nors susimąstėte, kodėl prakaituojame, kai mūsų aplinka yra karšta arba kai mes dirbame? Prakaitavimas yra gelbėjimo strategija, kuri atšaldo kūną ir palaiko temperatūrą. Be prakaitavimo kūnas negali reguliuoti jo temperatūros, o tai gali sukelti perkaitimą arba netgi šilumos smūgį. Bet kodėl prakaitavimas turi aušinimo efektą? Atsakymas yra garavimo aušinimas. Norint, kad skystis, pvz., Prakaitas, tekėtų į skystą būseną, reikia energijos. Ši energija yra paimta iš mūsų kūno arba prakaito šilumos pavidalu. Gautas šilumos perdavimas sukelia norimą aušinimo efektą. Šioje veikloje galite stebėti šią aušinimo galią, pasiruošę atvėsti?

Fonas
Skystis keičiamas į dujinę būseną vadinamas garinimu. Kiekvienas skystis gali būti paverstas dujomis, jei į skystį įkaitinta šiluma. Transformacijai reikalinga energija yra žinoma kaip garavimo šiluma. Kiek jums reikia energijos, priklauso nuo tokių veiksnių kaip skysčio tipas ar aplinkinė temperatūra. Jei lauke jau yra labai karšta, skysčio išgarinimui reikės mažiau energijos; jei tai labai šalta, jums reikės daugiau.

Norint paversti dujomis, skystyje esančios molekulės turi laisvai patekti į orą. Tai reiškia, kad vandeniliniai ryšiai, turintys molekules, turi būti sugadinti. Taigi molekulės, galinčios suformuoti daug vandenilio jungčių, yra daug sunkiau paversti dujomis ir turi didesnę garavimo šilumą. Tai taip pat turi įtakos skysčio virimo temperatūrai. Molekulės, pritraukiančios viena kitą, labai stipriai pradeda virti aukštesnėje temperatūroje, lyginant su silpnomis pramogomis. Apatinė virimo temperatūra paprastai reiškia, kad skystis greičiau išgaruos. Vanduo, pavyzdžiui, su vienu deguonimi ir dviem vandenilio atomais, gali sudaryti dvi molekules vandenilio jungtis. Jo išgarinimo šiluma yra 2 260 džaulų viename grame, arba 541 kalorijų viename grame, ir pradeda virti 100 laipsnių Celsijaus (212 laipsnių pagal Celsijų).

Jūsų kūnas naudoja prakaitavimo procesą. Prakaitas, kuris susideda iš 90 proc. Vandens, pradeda išgaruoti. Būtinas garavimo šilumas išgaunamas iš paties prakaito, dėl kurio šiluma perduodama iš skysčio į dujinę būseną. Dėl to atsiranda aušinimo efektas (vadinamas garinimo aušinimu), kuris padeda išlaikyti kūno temperatūrą ir atvėsina kūną, kai jis tampa per karštas. Aušinimo laipsnis priklauso nuo garavimo greičio ir garavimo šilumos. Šioje veikloje sužinosite, koks skystis turi didesnę aušinimo galią: alkoholį ar vandenį. Ką, jūsų manymu, daugiau atvės, kai jis išgaruos?

Medžiagos

  • Alkoholis
  • Vanduo
  • Du maži puodeliai ar dubenys
  • Šaukštas
  • Pipetė arba medicininis lašintuvas

Paruošimas

  • Užpildykite vieną mažą puodelį ar dubenį su vienu šaukštu vandens.
  • Užpildykite antrą mažą puodelį ar dubenį su vienu šaukštu alkoholio.

Procedūra

  • Naudodami pipetę arba medicininį lašintuvą, iš pirmojo indo (vandens) įpilkite vandens.
  • Atsargiai nuleiskite vieną ar du lašus ant nugaros pusės ir skystį padėkite pirštais. Kai vanduo liečia jūsų odą, kaip jis jaučiasi?
  • Švelniai užpurkškite ant odos ploto, kurį jūs tiesiog užpildėte. Ar jūsų oda jaučiasi kitaip, kai pučia ant vandens? Ar galite pojūtį suvokti temperatūros skirtumą? Kaip jis jaučiasi?
  • Nuplaukite pipetę su tam tikru spiritu ir po to imkite dalį alkoholio.
  • Išimkite tą patį kiekį skysčio ant kitos rankos ir skystį padėkite pirštais. Ar alkoholis jaučiasi kitaip, kai jis liečia jūsų odą? Kaip?
  • Vėlgi, užpūsti virš savo rankos, kur įdėjote alkoholį . Koks jausmas jaučiatės? Ar jūsų ranka jaučiasi šiltesnė ar vėsesnė, lyginant su vandeniu, kai pūstas ant skysčio? Ar galite galvoti, kodėl?
  • Papildoma : išsiaiškinkite, kaip greitai išgaruoja alkoholis ir vanduo. Įdėkite tą patį (nedidelį) vandens kiekį ir patrinkite alkoholį dviem skirtingais puodeliais ir įdėkite juos į saulę. Atkreipkite dėmesį į tai, kiek laiko skysčiai visiškai išgaruoja. (Priklausomai nuo to, kaip šilta, tai gali užtrukti šiek tiek laiko.) Kuris skystis išgaruoja greičiau? Išgaravimo greitį netgi galite nustatyti pasverdami puodelius pradžioje ir per visą eksperimentą, kad sužinotumėte, kiek vandens prarandama dėl garavimo.

Pastabos ir rezultatai
Ar jaučiatės vandens aušinimo galia ir trina alkoholį? Abu skysčiai turi jaustis šalti ant odos. Pūtimas ant šlapios rankos padeda vandeniui ir alkoholiui išgaruoti. Oro srautas taip pat palaikys šilumos perdavimą nuo odos. Jūs turėjote pastebėti, kad jūsų oda jaučiasi daug švelnesnė, kai į ranką įdėkite alkoholį, lyginant su vandeniu. Vanduo ir alkoholis pradės išgaruoti, kai pradėsite pūsti ant rankos. Palyginti su vandeniu, alkoholis turi mažesnę garavimo šilumą. Tai reiškia, kad esant tokiam pačiam skysčio kiekiui, vandens išgarinimas, palyginti su alkoholiu, vyksta daugiau.

Tai neatitinka jūsų pastebėjimo, kad alkoholis turi didesnį aušinimo efektą nei vanduo. Taip yra todėl, kad šilumos perdavimo kiekis taip pat priklauso nuo garavimo greičio. Kadangi alkoholis išgaruoja daug greičiau, palyginti su vandeniu, dėl mažesnės virimo temperatūros (82, palyginti su 100 ° C), jis gali nuvalyti daugiau šilumos iš odos. Tai reiškia, kad tam tikrą laiką daug daugiau alkoholio išgaruoja nei vanduo. Tai tikriausiai pastebėjote taip pat ir tada, kai atlikote papildomą aktyvumą, kai saulės spinduliuose išleidote tą patį kiekį alkoholio ir vandens, ir stebėjote jų garavimo greitį. Kiti veiksniai, turintys įtakos garavimo greičiui, yra paviršiaus plotas, temperatūra ir oro srautas.

Išvalyti
Nuplaukite nenaudojamą alkoholį žemyn kriaukle su dideliu kiekiu šalto vandens. Nuplaukite rankas muilu ir nuvalykite darbo zoną.

Daugiau ištirti
Tiesiog laikykite vėsioje vietoje - kaip iš garsių medžiagų įsijungia garinimas
Specialioji šiluma, garavimo ir vandens tankis, iš Khan akademijos
Persodinimas Kūno atšaldymas, iš HyperPhysics
Vandens ir etanolio garavimo iš Khan akademijos šiluma
Mokslo veikla visoms amžiaus grupėms!, Iš mokslo bičiulių

Ši veikla atnešė jums bendradarbiaujant su mokslo bičiuliais