Сұйықтардағы булану үрдісінің жылдамдығын зерттеу

           СҰЙЫҚТАР ДАҒЫ БУЛАНУ ҮРДІСІНІҢ ЖЫЛДАМДЫҒЫН ЗЕРТТЕУ. 

     Әр  түрлі технологиялық процестерде  сұйықтың булануы қолданыс алады. Буланудың жылдамдығы сыртқы орта жағдайларына тәуелділігі. Бұл түрлі технологиялық салаларда және қоршаған ортада күрделі мәселе болып есептеледі. Табиғаттағы су айналымы булану фазалары және көлемді конденсация арқылы жүзеге асырылатыны айту жеткілікті. Су айналымынан, планетаға күн сәулесінің әсер етуі немесе жалпы алғандағы тіршілік иелерінің қалыпты өмір сүруі сияқты құбылыстар тәуелді болып келеді. Сонымен, менің жұмысымның мақсаты – буланудың жылдамдығын түрлі орта жағдайларына байланысты зерттеу, яғни сұйық заттың түрінен, сұйық бетінің ауданынан және ауаның температурасынан. Графиктерді құрастыру арқылы заңдылықтарды бақылаймыз.  Булану— заттың сұйық немесе қатты агрегаттық күйден газ тәрізді (бу) күйге (бірінші текті фазалық ауысу) ауысу процесі.Cудың сұйық немесе қатты күйден газға (буға) айналу процесі, сұйықтықтан қоршаған кеңістікке өткен молекулалар саны мен беттің қайтадан жұтқан молекулалар саны арасындағы айырма. Кері жағдай, яғни бетте қайта жұтылған сұйықтық молекулаларының саны одан бөлінген молекулалар санынан көп болса, онда оны конденсация дейді. Қар мен мұз бетінен булануды немесе қатты фазадан сұйық фазаны айналып газ күйіне өтуді булану десе, ал қар бетіндегі сұйық фазаны айналып өтетін конденсацияны — сублимация дейді. Су беті немесе топырақтан булануды физикалық булану, ал өсімдікгер транспирациясын биологиялық булану деп бөледі. Қатты дененің булануы сублимация деп аталады. Булану процесі кез келген температурада жүруі мүмкін, бірақ ол температура жоғарылаған сайын тезірек өтеді. Жабық ыдыстағы булану процесі сұйықтықтың не қатты дененің үстіндегі кеңістік қаныққан буға толғанша тұрақты температурада жүреді. Қаныққан будың қысымы тек температураға ғана тәуелді және ол температура жоғарылаған сайын артып отырады. Егер қаныққан будың қысымы сыртқы қысымға тең не артық болса, онда булану қайнау процесіне айналады. Қайнаудың ең жоғары температурасы берілген заттың алмағайып температурасы болып есептеледі. Одан жоғары температурада сұйықтық пен будың арасындағы тепе-теңдік күй сақталмайды. Сұйықтық буға айналуы үшін оның құрамындағы молекулалар ілініс күшін жеңуі керек. Осы күшті жеңуге (шығу жұмысы) және түзілген сыртқы будың қысымын жеңуге жұмсалатын жұмыс молекулалардың жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы есебінен атқарылады. Еске түсірсек, қандай да бір көлемдегі суды тұрақты температурада буға айналдыру үшін белгілі бір мөлшердегі жылуды яғни булану жылуын беру қажет. Мысалы, бөлмелік температурада судың меншікті булану жылуын 2,46 МДж/кг болады. 1 г суда болатындықтан, мұндағы , сонда сұйықтағы бір молекуланың булануы үшін   . энергия жұмсау керек. Булану салдарынан сұйықтықтың температурасы төмендеп, салқындайды, сондықтан Булану процесі тұрақты температурада жүруі үшін оған үнемі жылу беріп отыру керек. Заттың бірлік массасын тұрақты температурада буға айналдыруға қажетті жылу мөлшері булану жылуы деп аталады. Булану процесі техникада (іштен жанатын қозғалтқышта, салқындатқыш қондырғыларда, т.б.) кеңінен қолданылады. Булану табиғаттағы ылғал алмасудың негізі болып табылады.

     Булану  жылдамдығының температурадан тәуелділігін зерттедік. Ол үшін пластина, шыны, өсімдік майы, спирт, су, секундомер, термометр, тоңазытқыш, 3% су тотығы керек. Зерттеуді шыны пластиналарға шприц көмегімен сұйық заттарды тамызып сұйықтың булануын бақылаймыз.

Ауаның  температурасын өзгертіп, шыныны тоңазытқышқа саламыз.

     Зерттеудің  нәтижесі бойынша әр түрлі температурада  бірдей сұйық заттардың булануға кеткен уакыттары әр түрлі. Бірдей сұйық  заттарда өтетін булану үрдісінің жылдамдығы аса жоғары температурада тез өтеді. Бұл осы үрдістің берілген физикалық параметрден тәуелділігін көрсетеді. Температураны төмендеткенде булану үрдісі ұзағырақ жүреді және керісінше жағдайда булану тез жүреді.. (1-сурет).

         1-сурет

     Булану  үрдісінің өту жылдамдығы сұйықтың беттік ауданынан тәуелділігі. Ол үшін су, спирт, сағат, шприц,  пластина, шыны, өсімдік майы, спирт, су, сызғыш, 3% су тотығы керек. Зерттеуді бастар алдында беттің ауданын формуласымен өлшедік. Шприц көмегімен пластинаға түрлі сұйықтарды тамызып, олардың толық булануын зерттейміз. Ауаның температурасы тұрақты ( ) өзгертілмейді.

Жағдайды  өзгертіп, осы сұйық буланатын ыдыстың ауданын өзгертіп бақылаймыз.

     Зерттеу нәтижесі бойынша ыдыстың бетінің  әр түрлі  ауданына байланысты  булану да түрлі уақыт аралығында өтеді. Көріп отырғаныздай, ауднаны үлкен ыдыстағы сұйық тез буланады. Бұл осы берілген физикалық параметрден тәуелді екенін көрсетеді. Ыдыстың ауданы кішірейген сайын булану уақыты ұзағырақ болады және керісінше.

      2-сурет

     Булану  үрдісінің сұйық заттардың түріне, қасиетіне байланыстылығын зерттедік. Зерттеуге су, спирт, өсімдік майы, су тотығы, сағат, медициналық шприц, шыны пласниналар. Шприц арқылы пластинаға түрлі сұйықтарды тамызып, толық булану үрдісін бақылаймыз. Температура тұрақты өзгертпейміз. Температуралар барлық сұйықтарда бірдей болады. Спирттің, судың, майдың және су тотығының булану айырмашылықтарын оның алдында жасаған тәжірибеден аламыз. Осы сұйықтар әр түрлі уақытта толық буланады. Тәжірибеден көріп отырғанымыздай, спирт пен суда булану үрдісі, өсімдік майына қарағанда жылдам өтеді, яғни булану үрдісі сұйықтың түріне, қасиетіне тәуелді болатынын көріп отырмыз.

     Қорытындылай  келе, зерттеу барысында булану үрдісі бойынша   әр түрлі ақпарат  көздері қарастырылды. Булану үрдісінің  жылдамдығына  әсер ететін физикалық  параметрлер анықталды. Булану үрдісінің  жылдамдығына тәуелді физикалық параметрлер зерттеліп, алынған нәтижелерге талдау жасалынды. Теориялық болжамдар тәжірибе барысында дәлелденді. Сұйықтың булану үрдісінің өту жылдамдығы  келесі физикалық параметрлерге байланысты:

• Температура жоғарылаған сайын сұйықтың булану үрдісінің өту жылдамдығы да үдейді, ал керісінше жағдайда жылдамдық кемиді..
• Сұйық еркін беттік ауданы кең болса, онда булану үрдісінің жылдамдығы кемиді ал керісінше жағдайда жылдамдық жоғарылайды..
• Сұйықтың булану үрдісінің жылдамдығы сұйықтың түріне және сұйықтың қасиетіне тәуелді болып келеді.

Сонымен, сұйықтың булану үрдісі температура, еркін беттік аудан және сұйықтың түрі мен қасиеті сияқты физикалық параметрлерге тәуелді болады. 
 
 
 
 
 
 
 

Пайдаланылған әдебиет: 

1 Фукс Н.А., Испарение и рост капель в газообразной среде  Москва ,1953. – 88с.

2 Братсерт У. Х. Испарение в атмосферу. Перевод на русский язык.1985. -  352 с

3 Г.Я. Мякишев « Термодинамика»

4 Черноуцан А.И., Анфимов М. Пока вода испаряется... //Квант. — 1991. — № 11. — С. 31-33.