증발

수증기가 충분히 냉각되고 응축된 후 뜨거운 차 한 잔 위에 떠 있는 미세한 물방울의 에어로졸.수증기는 눈에 보이지 않는 기체이지만 응축된 물방울의 구름이 햇빛을 굴절시켜 흩어지게 하고, 따라서 눈에 보인다.

냄비에 있는 수증기 방울.

증발 냉각 시연센서를 에탄올에 담갔다가 증발시키기 위해 꺼내면 에탄올이 증발함에 따라 계측기의 온도가 점차 낮아집니다.

뜨거운 포장도로에 내린 후 비가 증발함

증발은 액체가 ^[1]기상으로 변할 때 액체의 표면에서 일어나는 기화의 한 종류이다.주변 가스가 증발 물질에 포화되어서는 안 된다.액체의 분자가 충돌할 때, 그들은 충돌하는 방법에 따라 에너지를 서로 전달한다.표면 근처의 분자가 증기 압력을 극복할 수 있는 충분한 에너지를 흡수할 때, 그것은 탈출하여 ^[2]기체로 주변 공기로 들어갈 것이다.증발이 발생하면 기화된 액체에서 제거된 에너지가 액체의 온도를 낮추어 증발 ^[3]냉각을 일으킵니다.

평균적으로, 액체 속의 분자들 중 극소수만이 액체로부터 탈출하기에 충분한 열에너지를 가지고 있다.증발은 액체의 증발이 응축과 같을 때 평형에 도달할 때까지 계속됩니다.밀폐된 환경에서는 주변 공기가 포화될 때까지 액체가 증발합니다.

증발은 물의 순환에서 필수적인 부분이다.태양은 바다, 호수, 토양에 있는 수분, 그리고 다른 물의 원천으로부터 물의 증발을 촉진합니다.수문학에서, 증발과 증산은 총칭하여 증발 증산이라고 불립니다.물의 증발은 액체의 표면이 노출될 때 일어나 분자가 빠져나가 수증기를 형성할 수 있게 한다; 그러면 이 증기가 상승하여 구름을 형성할 수 있다.충분한 에너지가 있으면 액체는 증기로 변할 것이다.

이론.

액체의 분자가 증발하기 위해서는 표면 근처에 위치해야 하고, 적절한 방향으로 움직여야 하며, 액상 분자간 ^[4]힘을 극복할 수 있는 충분한 운동 에너지를 가져야 한다.분자 중 극히 일부만이 이러한 기준을 충족하면, 증발 속도는 낮아집니다.분자의 운동 에너지는 온도에 비례하기 때문에, 더 높은 온도에서 증발이 더 빠르게 진행됩니다.더 빨리 움직이는 분자들이 빠져나가면서, 남은 분자들은 평균 운동 에너지를 더 적게 갖게 되고, 액체의 온도는 낮아진다.이러한 현상을 증발 냉각이라고도 합니다.이것이 증발하는 땀이 인체를 시원하게 하는 이유이다.증발은 또한 기체와 액체 사이의 높은 유속과 높은 증기 압력을 가진 액체에서 더 빠르게 진행되는 경향이 있습니다.예를 들어, 빨래 라인의 빨래는 바람이 많이 부는 날보다 (증발로) 더 빨리 마릅니다.증발에 중요한 세 가지 요소는 열, 기압(습도 백분율 결정) 및 공기 이동입니다.

분자 수준에서 액체 상태와 증기 상태 사이에는 엄격한 경계가 없습니다.대신 위상이 결정되지 않은 Knudsen 층이 있습니다.이 층은 두께가 몇 분자에 불과하기 때문에 거시적 규모에서는 명확한 위상 전이 계면을 ^{[citation needed]}볼 수 없습니다.

주어진 가스(예를 들어 상온에서 식용유)에서 눈에 띄게 증발하지 않는 액체는 분자가 증기로 변하는 데 필요한 열에너지를 자주 제공할 수 있는 패턴으로 에너지를 서로 전달하지 않는 경향이 있는 분자를 가지고 있습니다.하지만 이 액체들은 증발하고 있다.단지 프로세스가 훨씬 더 느리기 때문에 눈에 잘 띄지 않습니다.

증발 평형

물의 증기 압력 대 온도.760 Torr =1 ATM.

만약 기화가 밀폐된 영역에서 일어난다면, 탈출하는 분자는 액체 위에 증기로 축적됩니다.많은 분자들이 액체로 돌아가며, 수증기의 밀도와 압력이 증가함에 따라 되돌아오는 분자들이 더 자주 발생한다.탈출과 귀환의 과정이 ^[4]평형에 도달하면 증기는 "포화"되어 증기 압력과 밀도, 액체 온도 중 어느 쪽에도 더 이상의 변화가 일어나지 않는다.순수한 물질의 증기와 액체로 구성된 시스템의 경우, 이 평형 상태는 Clausius-Clapeyron 관계에 따라 주어진 물질의 증기 압력과 직접 관련이 있습니다.

\displaystyle \ln \frac {P_{2}} {P_{1}} \오른쪽)=-{\frac {Delta H_{\rm {vap}} {R}}\left({\frac {1}{\frac {})T_{2}}-{\frac {1}{T_{1}}}\right)}

여기서₁ P, P는₂ 온도 T₁, T에서의₂ 증기압력, δH는_vap 기화의 엔탈피, R은 보편 가스 상수이다.개방형 시스템의 증발 속도는 닫힌 시스템에서 발견되는 증기 압력과 관련이 있습니다.액체가 가열되면 증기 압력이 주변 압력에 도달하면 액체가 끓습니다.

액체 분자가 증발하는 능력은 주로 개별 입자가 가질 수 있는 운동 에너지의 양에 기초한다.낮은 온도에서도, 액체의 개별 분자가 기화에 필요한 최소 운동 에너지량 이상을 가지고 있다면 기화시킬 수 있다.

증발율에 영향을 미치는 요인

참고: 여기서는 주변 가스의 일반적인 예로서 공기가 사용되지만, 다른 가스가 그러한 역할을 할 수 있습니다.

공기 중에 증발하는 물질의 농도: 공기 중에 이미 고농도의 물질이 증발하고 있는 경우, 주어진 물질은 더 천천히 증발합니다.
공기 유량: 이것은 부분적으로 위의 농도 지점과 관련이 있다."신선한" 공기(즉, 이미 물질이나 다른 물질과 함께 포화되지 않은 공기)가 항상 물질 위를 이동한다면, 공기 중의 물질 농도가 시간에 따라 상승할 가능성이 적어 기화 속도가 빨라집니다.이는 증발면의 경계층이 유속과 함께 감소하여 정체층의 확산 거리를 감소시킨 결과이다.
액체에 녹아 있는 미네랄의 양
분자간 힘: 액체 상태에서 분자를 함께 유지하는 힘이 강할수록, 탈출하기 위해 더 많은 에너지를 얻어야 한다.이것은 기화의 엔탈피를 특징으로 한다.
압력.: 표면에 가해지는 힘이 줄어들면 분자가 스스로 발진하는 것을 막을 수 있다면 증발이 더 빨리 일어난다.
표면적: 표면적이 큰 물질은 잠재적으로 탈출할 수 있는 부피의 단위당 표면 분자가 더 많기 때문에 더 빨리 증발할 것입니다.
물질의 온도: 물질의 온도가 높을수록 표면에 있는 분자의 운동 에너지가 더 커지며 따라서 물질의 증발 속도가 더 빨라진다.

미국 국립 기상국은 전국 다양한 야외 장소에서 표준화된 "팬" 개방 수면에서 실제 증발 속도를 측정합니다.다른 사람들도 전 세계에서 똑같이 한다.미국 데이터는 수집되어 연간 증발 지도에 정리됩니다.측정 범위는 연간 30인치 미만에서 120인치(3,000mm) 이상입니다.

일반적으로 '증발이 극히 드문 현상'인 복잡한 환경에서 발생하기 때문에 물의 증발 메커니즘은 완전히 이해되지 않는다.이론적 계산에는 엄청나게 길고 큰 컴퓨터 시뮬레이션이 필요합니다.'액체 물의 증발 속도는 현대 기후 모델링의 주요 불확실성 중 하나입니다.'^[5]^[6]

열역학

증발은 열이 증발하는 동안 흡수되는 흡열 과정이다.

적용들

산업 분야에는 많은 인쇄 및 코팅 공정, 용액에서 소금 회수, 목재, 종이, 천 및 화학 물질 등의 건조가 포함됩니다.
시료를 건조하거나 농축하기 위해 증발을 사용하는 것은 분광학 및 크로마토그래피와 같은 많은 실험실 분석의 일반적인 준비 단계이다.이러한 용도로 사용되는 시스템에는 회전 증발기 및 원심 증발기가 포함됩니다.
빨래줄에 옷을 널면 주변 온도가 물의 끓는점 이하라도 물이 증발한다.이것은 낮은 습도, (태양으로부터의) 열, 바람과 같은 요인에 의해 가속화된다.의류 건조기에서는 뜨거운 공기가 옷을 통해 불어 물이 매우 빠르게 증발하게 한다.
물과 다른 액체를 저장하고 냉각하는 데 사용되는 인도의 전통적인 다공질 점토 용기인 마키/마카.
스페인 전통 다공질 점토 용기인 보티조.
증발식 쿨러: 물을 적신 필터 위에 건조한 공기를 불어넣기만 하면 건물을 크게 냉각시킬 수 있습니다.

연소 기화

연료 방울은 연소실의 뜨거운 가스와 혼합되어 열을 받으면 기화됩니다.열(에너지)은 연소실의 고온 내화벽에서 방사선을 통해 수신될 수도 있습니다.

연소 전 증발

내연기관은 실린더 내 연료의 기화에 의존하여 연료/공기 혼합물을 형성하여 연소가 잘 되도록 합니다.가솔린의 총 연소량에 대한 화학적으로 올바른 공기/연료 혼합물은 가솔린 1개 부분 공기 또는 무게 기준으로 15/1로 확인되었습니다.이것을 부피비로 변경하면, 1부 휘발유에 대한 8,000부 또는 부피로 환산하면 8,000/1부가 됩니다.

성막

박막은 물질을 증발시켜 기판상에 응축하거나 용매에 용해시켜 기판상에 얇게 펴 바르고 용매를 증발시킴으로써 퇴적할 수 있다.헤르츠-크누센 방정식은 이러한 경우의 증발 속도를 추정하기 위해 종종 사용됩니다.

「」를 참조해 주세요.

물질의 상전이(
v
t
)
로. 부터	단단한	액체.	가스	플라즈마
단단한		녹는	승화
액체.	냉동		기화
가스	퇴적	응축		이온화
플라즈마			재결합

레퍼런스

^ "the definition of evaporate". Dictionary.com. Retrieved 2018-01-23.
^ The New Student's Reference Work (1914). 1914. p. 636.
^ Lohner, Science Buddies,Svenja. "Chilling Science: Evaporative Cooling with Liquids". Scientific American. Retrieved 2018-01-23.
^ ^a ^b Silberberg, Martin A. (2006). Chemistry (4th ed.). New York: McGraw-Hill. pp. 431–434. ISBN 0-07-296439-1.
^ Richard Saykally (11 June 2015). "Five Things We Still Don't Know About Water". Nautilus. Retrieved 20 October 2021.
^ Kotaro Ohashi (18 May 2020). "Evaporation coefficient and condensation coefficient of vapor under high gas pressure conditions". Scientific Reports. Nature. 10 (8143): 8143. Bibcode:2020NatSR..10.8143O. doi:10.1038/s41598-020-64905-5. PMC 7235219. PMID 32424295.

추가 정보

Sze, Simon Min (25 September 2001). Semiconductor Devices: Physics and Technology. ISBN 0-471-33372-7. 증발에 의한 성막에 대해 특히 자세히 설명합니다.

외부 링크

Wikimedia Commons의 증발 관련 미디어

[1] "the definition of evaporate". Dictionary.com. Retrieved 2018-01-23.

[2] The New Student's Reference Work (1914). 1914. p. 636.

[3] Lohner, Science Buddies,Svenja. "Chilling Science: Evaporative Cooling with Liquids". Scientific American. Retrieved 2018-01-23.

[Silberberg-4] Silberberg, Martin A. (2006). Chemistry (4th ed.). New York: McGraw-Hill. pp. 431–434. ISBN 0-07-296439-1.

[naut-sayk-5] Richard Saykally (11 June 2015). "Five Things We Still Don't Know About Water". Nautilus. Retrieved 20 October 2021.

[6] Kotaro Ohashi (18 May 2020). "Evaporation coefficient and condensation coefficient of vapor under high gas pressure conditions". Scientific Reports. Nature. 10 (8143): 8143. Bibcode:2020NatSR..10.8143O. doi:10.1038/s41598-020-64905-5. PMC 7235219. PMID 32424295.

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