Бізді қоршаған әлемде әртүрлі физикалық құбылыстар мен процестердің алуан түрлілігі үнемі және үздіксіз болып жатыр. Ең маңыздыларының бірі булану процесі. Бұл құбылыстың бірнеше алғышарттары бар. Бұл мақалада біз олардың әрқайсысын толығырақ талдаймыз.
Булану дегеніміз не?
Бұл заттарды газ немесе бу күйіне айналдыру процесі. Ол тек сұйық консистенциялы заттарға тән. Бірақ қатты денелерде ұқсас нәрсе байқалады, тек осы құбылыс сублимация деп аталады. Мұны денелерді мұқият бақылау арқылы көруге болады. Мысалы, сабын уақыт өте кеуіп, жарылып кете бастайды, бұл оның құрамындағы су тамшыларының буланып, H2O газ күйіне өтуіне байланысты.
Физикадағы анықтама
Булану – жұтылатын энергия көзі фазалық ауысу жылуы болатын эндотермиялық процесс. Ол екі компонентті қамтиды:
- байланысқан молекулалар арасында үзіліс болған кезде молекулалық тартылыс күштерін жеңу үшін қажетті жылудың белгілі мөлшері;
- сұйық заттарды буға немесе газға айналдыру процесінде молекулаларды кеңейту жұмысына қажет жылу.
Бұл қалай болып жатыр?
Заттың сұйық күйден газ тәрізді күйге ауысуы екі жолмен жүреді:
- Булану – сұйық заттың бетінен молекулалардың сыртқа шығу процесі.
- Қайнау – температураны заттың қайнау кезіндегі меншікті жылу температурасына дейін жеткізу арқылы сұйықтықтың булану процесі.
Бұл екі құбылыстың екеуі де сұйық затты газға айналдыратынына қарамастан, олардың арасында айтарлықтай айырмашылықтар бар. Қайнау белгілі бір температурада ғана жүретін белсенді процесс, ал булану кез келген жағдайда жүреді. Тағы бір ерекшелік, қайнау сұйықтықтың бүкіл қалыңдығына тән, ал екінші құбылыс тек сұйық заттардың бетінде болады.
Буланудың молекулалық-кинетикалық теориясы
Егер бұл процесті молекулалық деңгейде қарастыратын болсақ, онда ол келесідей болады:
- Сұйық заттардағы молекулалар тұрақты ретсіз қозғалыста болады, олардың барлығының жылдамдығы мүлдем басқаша. Бұл кезде бөлшектер тартылу күштерінің әсерінен бір-біріне тартылады. Олар бір-бірімен соқтығысқан сайын жылдамдықтары өзгереді. Бір сәтте кейбіреулер ауырлық күштерін жеңуге мүмкіндік беретін өте жоғары жылдамдықты дамытады.
- Сұйықтың бетінде пайда болған бұл элементтердің кинетикалық энергиясы сонша, олар жеңуге қабілетті.молекулааралық байланыстар және сұйықтықты қалдырады.
- Сұйық заттың бетінен ұшатын осы өте жылдам молекулалар және бұл процесс үздіксіз және үздіксіз жүреді.
- Ауада бір рет олар буға айналады - бұл булану деп аталады.
- Осының салдары ретінде қалған бөлшектердің орташа кинетикалық энергиясы азайып, кішірейеді. Бұл сұйықтықтың салқындатылуын түсіндіреді. Есіңізде болсын, бала кезімізде бізге ыстық сұйықтықты тез салқындату үшін үрлеуді үйреткен. Судың булану процесін жылдамдаттық, ал температура әлдеқайда тез төмендеді.
Ол қандай факторларға байланысты?
Бұл процестің орындалуы үшін көптеген шарттар қажет. Ол су бөлшектері бар барлық жерден келеді: бұл көлдер, теңіздер, өзендер, барлық ылғалды заттар, жануарлар мен адамдар денелерінің жабындары, сондай-ақ өсімдік жапырақтары. Булану қоршаған әлем мен барлық тіршілік иелері үшін өте маңызды және таптырмас процесс деп қорытынды жасауға болады.
Бұл құбылысқа әсер ететін факторлар:
- Булану жылдамдығы сұйықтықтың құрамына тікелей байланысты. Олардың әрқайсысының өзіндік ерекшеліктері бар екені белгілі. Мысалы, булану жылуы төмен заттар тезірек айналады. Екі процесті салыстырайық: алкоголь мен қарапайым судың булануы. Бірінші жағдайда газ тәріздес күйге өту жылдамырақ жүреді, өйткені спирт үшін булану мен конденсацияның меншікті жылуы 837 кДж/кг, ал су үшін үш есе дерлік.көбірек - 2260 кДж/кг.
- Жылдамдық сұйықтықтың бастапқы температурасына да байланысты: ол неғұрлым жоғары болса, соғұрлым тез бу пайда болады. Мысал ретінде бір стақан суды алайық, ыдыстың ішінде қайнаған су болғанда, судың температурасы төмен болған кездегіге қарағанда булану әлдеқайда жоғары жылдамдықпен жүреді.
- Бұл процестің жылдамдығын анықтайтын тағы бір фактор сұйықтықтың бетінің ауданы болып табылады. Ыстық сорпа кішкентай тәрелкеге қарағанда үлкен диаметрлі ыдыста жылдамырақ суытатынын есте сақтаңыз.
- Заттардың ауада таралу жылдамдығы негізінен булану жылдамдығын анықтайды, яғни диффузия неғұрлым жылдам болса, соғұрлым тез булану жүреді. Мысалы, қатты жел кезінде су тамшылары көлдердің, өзендердің және су қоймаларының бетінен тезірек буланады.
- Бөлмедегі ауа температурасы да маңызды рөл атқарады. Бұл туралы төменде толығырақ айтатын боламыз.
Ауа ылғалдылығының рөлі қандай?
Булану процесі барлық жерден үздіксіз және үздіксіз жүретіндіктен, ауада әрқашан су бөлшектері болады. Молекулалық түрде олар H2O элементтер тобына ұқсайды. Атмосферадағы су буының көлеміне байланысты сұйықтықтар булануы мүмкін, бұл коэффициент ауа ылғалдылығы деп аталады. Ол екі түрде келеді:
- Салыстырмалы ылғалдылық – ауадағы су буының мөлшерінің сол температурадағы қаныққан будың тығыздығына пайызбен қатынасы. Мысалы, 100% ұпай көрсетедіатмосфера H2O молекулаларымен толық қаныққан.
- Абсолют ауадағы су буының тығыздығын сипаттайды, f әрпімен белгіленген және 1м3 ауада қанша су молекуласы бар екенін көрсетеді.
Булану процесі мен ауа ылғалдылығы арасындағы байланысты төмендегідей анықтауға болады. Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы неғұрлым төмен болса, жер бетінің және басқа заттардың булануы соғұрлым тезірек болады.
Әртүрлі заттардың булануы
Әртүрлі заттарда бұл процесс басқаша жүреді. Мысалы, спирттің булану жылуының аздығына байланысты көптеген сұйықтықтарға қарағанда тез буланады. Көбінесе мұндай сұйық заттарды ұшқыш деп атайды, өйткені су буы олардан кез келген дерлік температурада буланып кетеді.
Алкоголь тіпті бөлме температурасында да булануы мүмкін. Шарап немесе арақ дайындау процесінде алкоголь самогон арқылы айдалады, тек қайнау температурасына жетеді, ол шамамен 78 градусқа тең. Дегенмен, алкогольдің нақты булану температурасы сәл жоғары болады, себебі бастапқы өнімде (мысалы, езбе) ол әртүрлі хош иісті майлармен және сумен үйлеседі.
Конденсация және сублимация
Шәйнекте су қайнаған сайын келесі құбылысты байқауға болады. Су қайнаған кезде сұйық күйден газ тәрізді күйге ауысатынын ескеріңіз. Бұл осылай болады: су буының ыстық ағынышәйнектің шүмегінен жоғары жылдамдықпен ұшып кетеді. Бұл жағдайда түзілген бу шүмектен шығатын жерде тікелей емес, одан аз қашықтықта көрінеді. Бұл процесс конденсация деп аталады, яғни су буы біздің көзімізге көрінетіндей дәрежеде қоюланады.
Қатты заттың булануы сублимация деп аталады. Сонымен бірге олар сұйық сатыны айналып өтіп, агрегация күйінен газ күйіне өтеді. Сублимацияның ең танымал жағдайы мұз кристалдарымен байланысты. Өзінің бастапқы түрінде мұз қатты зат, 0°С жоғары температурада ол сұйық күйге еніп, ери бастайды. Дегенмен, кейбір жағдайларда теріс температурада мұз сұйық фазаны айналып өтіп, бу түріне өтеді.
Буланудың адам ағзасына әсері
Буланудың арқасында денемізде терморегуляция жүреді. Бұл процесс өзін-өзі салқындату жүйесі арқылы жүзеге асады. Ыстық ыстық күнде белгілі бір дене еңбегімен айналысатын адам қатты қызады. Бұл ішкі энергияны арттырады дегенді білдіреді. Ал өздеріңіз білетіндей, 42°-тан жоғары температурада адам қанындағы ақуыз ұюды бастайды, егер бұл процесс дер кезінде тоқтатылмаса, ол өлімге әкеледі.
Өзін-өзі салқындату жүйесі қалыпты өмір сүру үшін температураны реттейтіндей етіп жасалған. Температура рұқсат етілген ең жоғары деңгейге жеткенде, терідегі тесіктер арқылы белсенді терлеу басталады. Содан кейін терінің бетінен пайда боладыбулану, ол дененің артық энергиясын сіңіреді. Басқаша айтқанда, булану – ағзаның қалыпты күйге дейін салқындауына ықпал ететін процесс.
