Воздействует ли испарение на окружающую среду?

Предположим, что это сухой (фактически в окружающем воздухе водяной пар отсутствует) и жаркий день ( Т а м б я е н т ≈ 40   С ). Температура моего тела в этот день Т б о г у ≈ 37 С . В качестве охлаждающего механизма мое тело начинает потеть, выделяя чистую воду (по крайней мере, в хорошем приближении) на поверхность моей кожи. Эта вода (с этого момента я буду называть пот водой) имеет ту же температуру, что и мое тело изначально. Молекулы в этой воде примерно подчиняются распределению Максвелла-Больцмана, и, следовательно, значительная часть молекул воды имеет достаточную энергию, чтобы уйти и войти в паровую фазу. Когда эти высокоэнергетические молекулы переходят в паровую фазу, вода на моей коже охлаждается до определенной температуры. Т р е г ты с е г что ниже моей температуры тела ( Т р е г ты с е г < Т б о г у ). Теперь из-за этого температурного градиента между моим телом и водой тепло течет от моего тела, которое имеет более высокую температуру, к воде, которая имеет более низкую температуру, нагревая воду и одновременно охлаждая мое тело.

Теперь мой вопрос можно сформулировать так: если мы возьмем молекулы воды (как в жидкой, так и в паровой фазе) как систему, совершает ли эта система работу над окружающей средой при испарении? То есть, когда самые энергичные из молекул жидкой фазы вырываются на свободу в газообразную фазу, толкаются ли они в атмосферу и в результате совершают над ней работу? Во-вторых, если ответ на первый вопрос утвердительный, можно ли считать это причиной охлаждения воды при испарении? То есть система (первоначально только жидкая вода) частично испаряется и, следовательно, расширяется против атмосферы, совершающей над ней работу. Эта работа уменьшает энергию системы и, следовательно, ее температуру. После этого снижения температуры тепло переходит от человеческого тела к охлаждаемой системе, нагревая ее и заставляя цикл повторяться.

Я задаю эти два вопроса потому, что если работы расширения нет или если работа расширения не является причиной понижения температуры, то испарение пота на теле при температуре ниже температуры окружающей среды (как в этом случае, когда Т б о г у "=" 37 С < Т а м б я е н т "=" 40 С ) является примером самопроизвольно охлаждающейся системы, более холодной , чем ее окружение, без совершения работы над окружением. Это было бы нарушением второго закона. Итак, я прав, думая, что испарение пота приводит к тому, что система (все молекулы пота, как паровые, так и жидкие) совершают работу над окружающей средой, расширяясь против атмосферы, и именно эта работа уменьшает внутреннюю энергию системы, которая снижает его температуру?

Учтите, что вода самопроизвольно испаряется (что охлаждает ее) в вакууме, полностью исключая работу из сценария. Второй закон не нарушается, потому что вновь созданная газовая фаза имеет гораздо большую энтропию, чем жидкая фаза.
@Chemomechanics Я уже думал об этом и собирался включить его, но мой вопрос уже казался слишком длинным. В вашем случае испарения в / против вакуума внутренняя энергия изолированной системы не изменится, но температура все равно будет падать, потому что кинетическая энергия преобразуется в потенциальную во время испарения. Это я поняла. Но испарение пота все еще раздражает меня, потому что кажется, что это пример системы, более холодной, чем ее окружение, спонтанно охлаждающейся, не совершая работы с окружающей средой. Ведь такой процесс не может происходить?
Этого не может быть в однофазной системе.
Спасибо, хорошо, если у меня есть небольшая система при температуре Т л о ж погружают в тепловую ванну на Т час я г час где Т час я г час > Т л о ж , Вполне вероятно, что небольшая система может самопроизвольно начать снижать температуру, если внутри небольшой системы произойдет фазовый переход? Моя интуиция (явно неверная) подсказывает мне, что такая система никогда не должна уменьшаться.
Системы будут развиваться, чтобы максимизировать общую энтропию.
Спасибо. Хорошо, я обычно цитирую 2-й закон: «Тепло не может перейти от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой без совершения работы, сопровождающей течение». В случае потоотделения, можем ли мы предположить, что это даже не применимо, потому что в этом случае тепло не переходит от холодного к горячему. Скорее, система (первоначально жидкий пот) самопроизвольно охлаждается из-за испарительного расширения (которое не обязательно должно выполнять работу, поскольку кинетическая энергия может быть преобразована в потенциальную). Затем тепло начинает течь от более горячего человеческого тела к более прохладной системе (жидкий пот).

Ответы (2)

Воздействует ли испарение на окружающую среду?

На самом деле, по-видимому, да, по крайней мере, согласно веб-сайту Гиперфизики: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/phase.html#hvap . Цитирую с сайта:

«В процессе парообразования воды необходимо добавить большое количество энергии для преодоления оставшихся сил сцепления между молекулами и дополнительное количество энергии идет на работу PdV для расширения газа из его очень малого жидкого объема до занимаемого объема. образовавшимся паром».

Далее следует вывод о том, что п г В работа, необходимая для превращения воды (потоотделения) в газообразную форму при 37°С, составляет 34,2 кал/г, что на 6,8 кал/г меньше, чем при 100°С.

Анализ довольно длинный, поэтому я оставляю вам копать дальше.

Надеюсь это поможет.

Если взять молекулы воды (как в жидкой, так и в паровой фазе) как систему, совершает ли эта система работу над окружающей средой при испарении? То есть, когда самые энергичные из молекул жидкой фазы вырываются на свободу в газообразную фазу, толкаются ли они в атмосферу и в результате совершают над ней работу?

Действительно, над атмосферой (частью без вновь добавленной воды) совершается работа, потому что это тело в целом немного расширяется в гравитационном поле при добавлении новых частиц. Это несколько неинтуитивно, потому что вновь добавленная молекула воды намного меньше пустого объема, который она имеет вокруг себя в воздухе, поэтому можно представить себе, что молекулы воды просто диффундируют в пустое пространство между молекулами воздуха, а молекулы воздуха не т пострадал.

Но это не так; добавление новых частиц фактически заставляет воздух расширяться. Есть два способа понять это.

Во-первых, если вода кипит в атмосфере, то эта работа совершается, когда пузырь пара еще расширяется в жидкости. Поскольку он расширяется против атмосферного давления + гидростатического давления воды над ним, он совершает некоторую работу над атмосферой (поскольку жидкая вода практически несжимаема). Затем, когда пузырек выходит в атмосферу, он начинает остывать со 100 градусов по Цельсию до более низкой температуры, и пар также диффундирует в атмосферу. Это означает, что некоторая работа возвращается из атмосферы в пар, но не в такой степени, как она была первоначально заложена при кипении, поэтому в конечном итоге в атмосфере совершается положительная работа.

Во-вторых, если испарение происходит при температуре атмосферы (поэтому изменение температуры воды равно нулю), то кипения нет, а только диффузия с поверхности воды. Работа над атмосферой продолжается. Это связано с тем, что атмосфера — довольно редкий газ, подчиняющийся закону идеального газа. Для воображаемого воздушного кармана, содержащего Н частиц, объем этого кармана:

В "=" Н к Т п .

Это означает, что объем газового кармана определяется давлением п , температура Т и общее количество частиц Н в этом. Если воздух в кармане изменяется от состояния Т , п , Н 1 констатировать Т , п , Н 2 где Н 2 > Н 1 , его объем должен увеличиться. Это происходит, когда молекулы воды отталкивают молекулы воздуха во время столкновений/рассеяний и в конечном итоге смешиваются с ними.

если ответ на первый вопрос утвердительный, то можно ли считать это причиной охлаждения воды при испарении? То есть система (первоначально только жидкая вода) частично испаряется и, следовательно, расширяется против атмосферы, совершающей над ней работу. Эта работа уменьшает энергию системы и, следовательно, ее температуру. После этого снижения температуры тепло переходит от человеческого тела к охлаждаемой системе, нагревая ее и заставляя цикл повторяться.

Да, испарение означает расширение газа в открытую атмосферу. Любое расширение газа в открытую атмосферу связано с тем, что этот расширяющийся газ становится холоднее (возможно, даже холоднее атмосферы), а остальная часть атмосферы нагревается (однако из-за ее размера это нелегко наблюдать в открытой атмосфере, но можно наблюдать при расширении в закрытый сосуд).

Однако этот охлаждающий эффект действует непосредственно только на пар, а не на оставшуюся жидкость. Эта жидкость не расширяется и не остывает, совершая работу. Однако оставшаяся жидкость все же остывает, т.к.

  1. теряя частицы, он теряет энергию с большей скоростью, чем скорость, которая поддерживала бы постоянную температуру; это связано с тем, что испарившаяся молекула уносит энергию, превышающую среднюю, на молекулу в оставшейся жидкости;

  2. более холодный воздух, богатый парами, может охлаждать жидкость за счет теплопроводности и ускорения испарения.

Воздействует ли испарение на окружающую среду?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v