Что такое испарение и конденсация?

Значение испарения воды невероятно велико для людей и планеты Земля, ведь от этого зависит жизнь всех существ: животных, растений.

Испарение — это процесс преобразования вещества в пар. Он происходит на поверхности вещества, от которого отделяются молекулы. Конденсация — обратный процесс, когда пар становится жидкостью или кристаллизуется. Эти явления всегда происходят одновременно, но с разной интенсивностью. Их сочетание внутри слоев воздуха образует туман.

Смену агрегатных состояний веществ легче понять на примере воды, ведь каждый человек сталкивается с таянием снега, дождем, пьет горячий чай. Предложенные опыты помогут описать такие понятия как: влажность воздуха, точка росы, атмосферное давление, а так же разобраться, почему жидкости имеют разную скорость испарения.

Проект: «Скорость испарения воды»

Земля на 70% покрыта водной оболочкой, которая включает: океаны, моря, реки, озера, подземные воды, искусственные водоемы, а так же ледники и пар, находящийся в воздухе. Скорость испарения воды зависит от влажности воздуха, температуры, скорости ветра — таким образом формируются будущие осадки. Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и поверхностью земли под действием солнечного излучения создает климат планеты.

Опыт показывает, как изменения погодных условий способны повлиять на процесс испарения воды. За время проведения эксперимента можно изучить, как испаряется вода под воздействием разных температур, при отсутствии и порывах ветра, колебаниях влажности воздуха и атмосферного давления.

Что нам понадобится:

• полотенце для рук;
• бельевая веревка;
• две прищепки;
• стакан;
• часы;
• интернет;
• блокнот для записей.

Ход эксперимента:

1. Составьте таблицу из 6 колонок: дата, время высыхания, влажность, температура, ветер, атмосферное давление.
2. Две-три недели, ежедневно необходимо проверять текущую погоду в своем городе на сайте https://www.gismeteo.ru/ во время проведения опыта и записывать данные. Чтобы было удобнее проанализировать информацию, можно делать пометки, например, ветер: слабый (до 2 м/с), умеренный (2,5-6,5 м/с), сильный (выше 6,5 м/с). Рассчитайте объем воды, которым можно смочить полотенце так, чтобы с него не стекали капли, укажите его в тетради. Действие нужно проводить в одинаковое время суток каждый день.
3. Намочите полотенце для рук. Запомните время, закрепите полотенце на бельевой веревке. Проверяйте насколько оно высохло каждые 5-10 минут. Запишите время полного высыхания.
4. Проведите оценку, учитывая время высыхания и показатели влажности, температуры, скорости ветра, давления. Это нелегко, так как получилось много переменных величин. Например: «время высыхания сократилось/возросло, из-за…».

Вывод:

Испарение воды — это процесс перехода из жидкого состояния в парообразное. Чем теплее на улице, тем быстрее испаряется вода. Это можно заметить по тому, как высыхают лужи на солнце. Так если, после купания ощущается прохлада, то необходимо обтереться полотенцем, чтоб не замерзнуть. Это происходит, потому что для парообразования нужна теплота.

Известно, что температура испарения воды может быть даже отрицательной. Если повесить мокрое белье зимой на улице, сначала оно замерзнет, затем высохнет, так как даже лед постепенно испаряется, благодаря тому, что молекулы не замедляются полностью. Если наблюдать за чашкой горячего чая, можно увидеть, как над ней интенсивно образуется пар — это чай отдает тепло воздуху, происходит испарение.

Воздух содержит некоторое количество водяного пара — это и есть показатель влажности. Теплый воздух содержит больше водяных паров, чем холодный. Рядом с водоемами их количество тоже увеличивается. Но когда показатель влажности близок к верхнему пределу, испарение происходит медленнее.

Другой фактор, влияющий на испарение воды — ветер. Движение воздуха относит мельчайшие капельки, предотвращая их попадание обратно на полотенце.

Сложнее всего определить влияние атмосферного давления, но чем оно ниже, тем быстрее вода меняет агрегатные состояния.

Проект: «Испарение воды в разных условиях»

Жидкость испаряется, потому что молекулы движутся, сталкиваются, некоторые молекулы на достаточной скорости попадают на поверхность жидкости и покидают ее. В ходе эксперимента будет установлено, как изменяется скорость испарения под действием тепла и потока воздуха.

Что нам понадобится:

• четыре поролоновых губки одного размера;
• стакан;
• пластиковые тарелки;
• электрический вентилятор;
• переносной обогреватель, можно использовать обычную батарею под окном, если она теплая, но это не так удобно;
• часы;
• блокнот для записей.

Ход эксперимента:

1. Подготовьте все необходимое. Для проведения исследования будут использоваться электроприборы, поэтому необходимо соблюдать правила безопасности:
   1. не включайте приборы мокрыми руками;
   2. не допускайте попадание капель, особенно на работающий прибор.
2. Положите каждую губку на отдельную тарелку, налейте на них по 0,5 стакана воды. Одну тарелку отставьте, это будет губка, которая высохнет сама по себе. Вторую губку поместите рядом с обогревателем, на некотором отдалении, чтоб исключить электрическое замыкание. На третью губку направьте поток воздуха из вентилятора, соблюдая требования безопасности. Запишите время на часах, проверяйте губки каждые несколько минут. Когда полностью высохнут вторая и третья губки, посчитайте время, выключите приборы.
3. Время высыхания четвертой губки нужно измерить, поместив ее рядом с обогревателем и направив вентилятор. Запишите время, и останется дождаться, когда высохнет первая губка. Можно сравнить скорость высыхания, используя разные режимы работы электрических приборов.
4. Сравните время высыхания всех губок. Объясните почему так получилось?

Вывод:

Тепло увеличивает скорость движения молекул, таким образом больше молекул покидает поверхность воды и поднимается в воздух в виде пара.

Поток воздуха так же помогает молекулам преодолеть поверхность и относит их в сторону.

Проект: «Скорость испарения различных жидкостей»

Благодаря процессу испарения мы видим облака на небе. Так же, можно наблюдать, как высыхают лужи после дождя. Но все ли жидкости высыхают с одинаковой скоростью?

Что нам понадобится:

• четыре одинаковых мензурки или стаканчика с делениями;
• вода;
• апельсиновый сок;
• жидкость для снятия лака с ногтей;
• ручка и бумага для заметок.

Ход эксперимента:

1. Налейте равное количество каждой жидкости в разные мензурки, разместите их в сухом месте с комнатной температурой. Примерно неделю наблюдайте, как изменяется объем жидкостей.
2. Проанализируйте изменения за неделю. Запишите объем испарившейся жидкости в каждой мензурке? Почему скорость испарения разных жидкостей неодинакова?

Вывод:

Скорость испарения зависит от состава жидкостей. В алкоголе содержится вода и этиловый спирт, могут быть и другие добавки. Спирт испаряется быстрее, так как его молекулы слабее связаны между собой, поэтому активнее. В состав жидкости для снятия лака с ногтей чаще всего добавляют растворители — ацетон, этилацетат, и спирты — пропиленгликоль или этиловый спирт. Все эти вещества испаряются быстрее воды.

Апельсиновый сок состоит из мякоти фрукта, сахара и воды. Вода постепенно будет испаряться, а жидкость сначала загустеет, потом превратится в сироп. Температура кипения сиропа выше, чем у воды, значит сок будет испаряться все медленнее.

Проект: «Что вызывает росу»

Роса — это явление природы, при котором содержащаяся в воздухе влага образует капли. Летним утром их можно увидеть на траве, случается это потому, что воздух охлаждается и не может удерживать большое количество водяных паров. При этом из водяного пара происходит выделение энергии — того тепла, которое превратило жидкость в газ. Влажность воздуха снижается, а вода попадает на землю. Температура, достаточная для конденсации пара называется точкой росы. В рамках исследования мы проведем два эксперимента.

Эксперимент №1

Что нам понадобится:

• 2 одинаковых стакана;
• лед;
• 1 или 2 термометра.

Ход эксперимента:

1. Стаканы должны быть сухими, а опыт проводится в безветренном помещении.
2. Аккуратно, чтобы капли не попали на наружные стенки стакана, наполните первый стакан водой комнатной температуры. Во второй насыпьте 2/3 кубиков льда, долейте холодной воды, чтоб оба стакана были наполнены одинаково. Через 15 минут стенки одного стакана будут по-прежнему сухими, а второй покроется конденсатом. Замерьте температуру воды в обоих стаканах.
3. Проанализируйте разницу температур, попробуйте объяснить, почему появилась влага на одном стакане.

Вывод:

Роса — это влага, которая из газообразного состояния из-за понижения температуры превратилась в капли. Она появилась на стакане со льдом, потому что его стенки были холодными. При контакте поверхности стекла с воздухом, пар охладился и перешел в жидкое состояние. Стакан с водой комнатной температуры тоже охладился, но незначительно. Уровень снижения температуры не достиг точки росы.

Эксперимент №2

Что нам понадобится:

• помощь взрослых;
• двухлитровая пластиковая бутылка;
• глубокая тарелка;
• стакан;
• кубики льда;
• термометр.

Ход эксперимента:

1. Попросите взрослых срезать дно пластиковой бутылки. Подготовьте все необходимое.
2. Наполните тарелку водой почти до края. Поставьте в тарелку бутылку со срезанным дном и пробкой, оставьте на 8 часов. Спустя время, наполните стакан кубиками льда на 2/3. Долейте холодной воды, вставьте термометр внутрь. Аккуратно поместите стакан со льдом и термометром под бутылку. Как только на стенках стакана начнет появляться конденсат, запишите температуру. Это точка росы.
3. Подумайте, какую роль сыграла бутылка. Опишите как менялось состояние воды.

Вывод:

За время пока бутылка стояла в воде, влажность воздуха внутри нее приблизилась к 100%, так как было предотвращено испарение в окружающую среду. После того, как внутрь поставили стакан со льдом, прошло совсем немного времени, прежде чем выпала роса.

Проект: «Что такое конденсация?»

Конденсация — это процесс перехода вещества из газообразного в жидкое или твердое состояние. Например водяной пар, поднимаясь на несколько километров собирается в капельки воды, если он поднимается еще выше, то образуются кристаллы льда. Облака из пара называют кучевыми, а из льдинок — перистыми. Конденсация водяного пара превращает его в воду, конденсация воды образует лед.

Роса — это физическое явление, которое обусловлено конденсацией пара на поверхности земли. В это время, выделяемая энергия выбрасывается в воздух. Например, температура конденсации воды равна 0 градусов, она отдает тепло окружающей среде, таким образом охлаждается, затем замерзает.

Молекулы все время в движении, чем теплее, тем больше увеличивается их скорость и расстояние между ними. Это создает давление, которое передается предметам. Чтобы узнать, как процесс конденсации влияет на давление, проведем опыт.

Что произойдет, если остудить водяной пар внутри бутылки, на горлышке которой располагается воздушный шарик, наполненный водой?

Что нам понадобится:

• помощь взрослых в проведении исследования;
• 10-литровая бутылка с широким горлышком;
• чайник;
• специальные шарики для наполнения водой (еще их называют водяными бомбочками).

Ход эксперимента:

1. Подготовьте все необходимое. Наполните шарик водой так, чтоб он не проваливался сквозь горлышко бутылки, но и не был слишком большим.
2. Вскипятите чайник, попросите взрослого помощника перелить кипяток в бутылку. Закройте горлышко шариком, отойдите на несколько шагов. Через некоторое время шарик втянется в бутылку.
3. Подумайте, почему шарик втянулся в бутылку, объясните суть этого явления. Что происходило с молекулами воды на каждом этапе эксперимента?

Вывод:

Когда вода нагрелась, скорость молекул увеличилась, и жидкость начала превращаться в пар. На этом этапе расстояние между молекулами увеличилось, поэтому им потребовалось больше места. Давление внутри и снаружи бутылки было в состоянии равновесия, потому что пар и тепло могли беспрепятственно выходить из бутылки.

Затем, по мере охлаждения, испарение замедлилось, началась конденсация воды из воздуха. Так как температура снизилась, это вызвало снижение скорости молекул, уменьшило расстояние между ними. Теперь вода и пар занимают меньше места. Когда бутылку закрыли шариком, давление внутри бутылки уменьшилось, а снаружи осталось тем же. Поэтому шарик втянуло внутрь.

Перепады давления в природе вызывают ветер и влияют на самочувствие людей. Чтобы продолжить этот опыт, измените количество кипятка и посмотрите, что произойдет.

Заключение

Процессы испарения и конденсации оказывают определяющее воздействие на формирование климата. Кроме этого, их понимание необходимо в быту, технике и медицине. Например, если долго варить суп — из него исчезнет бульон. Испарение жидкости охлаждает организмы людей, животных и растений. Это свойство применяют, когда нужно снизить температуру тела. Благодаря испарению люди создали паровой двигатель, появились паровозы и пароходы. Сегодня, с помощью контакта большой поверхности воды с газом создают охладители для двигателей ядерных реакторов.

С помощью данных проектов ваш ребенок поймет, чем отличается испарение от конденсации, как можно использовать эти два свойства воды. Надеемся, ему понравится изучать природные свойства, ваш ребенок станет более любознательным и захочет совершить свои открытия в этой области.