Путаница в отношении энергии, необходимой для испарения воды с воздухом вместо тепла

Но что происходит, когда, скажем, мощный вентилятор испаряет воду с поверхности воды? Здесь воде не передается «энергия», поэтому она (по крайней мере, ее основная часть) остается при той же температуре, в отличие от испарения после кипения. Но если воде на поверхности удается испариться, значит, часть энергии нужно брать из окружающей среды!

Хотя температура жидкости является мерой средней кинетической энергии молекул воды, отдельные молекулы могут иметь скорости (и, следовательно, кинетическую энергию) выше и ниже среднего.

Испарение происходит только у поверхности воды. Это связано с тем, что некоторые молекулы воды на поверхности имеют более высокие скорости (они более энергичны). Эти молекулы могут иметь достаточную энергию, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения между молекулами на поверхности, что позволяет им улететь и стать газообразным H$_2$Молекулы O над поверхностью. Средняя кинетическая энергия молекул, остающихся на поверхности, становится меньше, охлаждая воду на поверхности. Это называется испарительным охлаждением.

Мощный вентилятор, обдувающий поверхность воздухом, удаляет водяной пар у поверхности (снижает давление пара), облегчая выход более энергичных молекул воды на поверхности. По сути, вентилятор увеличивает скорость испарения с поверхности.

Надеюсь это поможет.

Боб Д. написал отличный ответ. Я просто хотел добавить ссылку на лекции Фейнмана по физике, где на первой лекции он говорит именно об этом:

https://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_01.html

См. раздел 1.3 для вашего вопроса и ответа :)

(Причина, по которой я добавляю ссылку, заключается в том, что я думаю, что вы должны прочитать все это - возможно, вы получите больше информации)

В обоих случаях вода поглощает энергию. Это не совсем то же самое количество энергии для испарения и кипения, но это похоже.

Энергия сохраняется. Это означает, что энергия, поступающая в систему, равна изменению энергии системы. В этом случае мы планируем передать всю энергию в виде теплоты (а не в виде работы), поэтому мы можем написать уравнение

$Q$это тепло, поступающее в систему.$E_f$это его конечная энергия.$E_i$является его начальной энергией.

Сначала рассмотрим кипячение$1 \;\mathrm{g}$воды от комнатной температуры до полного выкипания. Начальное состояние имеет некоторую тепловую энергию,$E_{\mathrm{liquid};0}$, для$1 \;\mathrm{g}$жидкой воды комнатной температуры. Конечное состояние имеет тепловую энергию$E_{\mathrm{vapor};b}$для$1 \;\mathrm{g}$водяного пара при температуре кипения. Таким образом, тепловложение равно

Далее рассмотрим испарение$1 \;\mathrm{g}$жидкой воды комнатной температуры полностью превращается в водяной пар. При этом можно считать, что температура воздуха остается неизменной, а водяной пар находится в тепловом равновесии с воздухом. Таким образом, начальное состояние такое же, но конечное состояние — это водяной пар при комнатной температуре, а не водяной пар при температуре кипения. Таким образом, тепловложение равно

Тепловложение в обоих случаях неодинаково. Для испарения воды требуется меньше тепла, чем для ее кипячения, потому что конечное состояние имеет более низкую энергию. (Водяной пар при более низкой температуре обладает меньшей энергией.) Однако энергия, необходимая для испарения воды, по-прежнему значительна и по величине сравнима с энергией, необходимой для кипячения воды. Это связано с тем, что энергия, необходимая для нагрева водяного пара, относительно мала по сравнению с теплотой парообразования, то есть энергией, необходимой для разрыва водородных связей между молекулами воды.

Во время кипячения тепло должно быть обеспечено каким-то внешним источником, чтобы нагреть воду. При испарении тепло может исходить просто из окружающей среды, например, из оставшейся воды, из воздуха и т. д. В результате при испарении воды окружающая среда охлаждается. Это механизм охлаждения пота. Вы потеете, пот испаряется, отбирая тепло у оставшегося пота и у вашего тела, и вы чувствуете себя прохладнее. Другим, более драматичным последствием является то, что лужа воды может замерзнуть при температуре воздуха выше точки замерзания, если воздух сухой. В этом случае часть воды может испаряться в воздух, охлаждая оставшуюся воду до тех пор, пока она не замерзнет. Таким образом, при заданной температуре и влажности воздуха вода может быть охлаждена примерно до температуры смоченного термометра .

То, что вода не получает энергии для испарения, неверно. Возьмем, к примеру, потливость. Если вы испаряете воду с поверхности кожи, это охлаждает вас, потому что энергия для испарения этой воды поступает из вашего тела. То же самое и при испарении с поверхности воды. Поскольку молекулы с более высокой скоростью покидают поверхность воды в большей пропорции, чем молекулы, реконденсирующиеся в ней, чистая температура воды снижается, потому что улетучиваются частицы с более высокой скоростью, что снижает чистую энергию в воде. При более медленном испарении с поверхности воды температура воды не должна снижаться, потому что энергия испарения переносится из окружающей среды куда-то еще. В противном случае все эти испарительные охладители, которые у нас повсюду, не работали бы.