Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"

Всё об экологии ищите здесь:

   
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная Видео Ученые исследуют испарение на наноуровне

Ученые исследуют испарение на наноуровне

Ученые исследуют испарение на наноуровне

Про испарение известно всем, поэтому каждый считает, что данное явление легко объяснить. А ведь всем известно, что внешность бывает обманчива и, порой за, кажется, элементарным процессом, кроется много тайн и загадок. В последнее время, обнаруживается все больше, ранее неизвестных механизмов испарения. Эксперименты и расчеты, проведенные в Институте Физико-Химических исследований и Институте Физики Польской Академии Наук, показали, что процесс испарения играет важную роль еще на наноуровне, сообщает telegrafist.net.

Слишком жарко? Это может быть не потому, что на улице просто лето. Но возможно, пот с вашей кожи испаряется недлстаточно эффективно.  Испарение влияет на «климат» внутри вашего организма, но не менее важен процесс испарения и для климата всей планеты. Теперь, благодаря опытам и расчетам научных коллективов Института Физико-Химических исследований (IPC PAS) и Института Физики Польской Академии Наук (IP PAS),  секреты испарения раскрыты.

«Обычно, можно легко предсказать, что будет в начале или в конце какого-либо физического процесса. А вот ответить на вопрос, почему это происходит и почему именно так, не всегда просто. При испарении капель, как давно известно, температура до начала испарения и после ее завершения, всегда одинаковая, но что происходит между двумя этими моментами? На этот вопрос мы и попытались найти ответ», — говорит профессор Robert Hołyst (IPC PAS).

Существуют теоретические модели процесса испарения, которые предполагают, что скорость испарения зависит от того, насколько быстро молекулы отделяются от поверхности жидкости. Измерения показали, что при испарении барьер формируется на поверхности капли, мешая молекулам переходить их жидкости в пар и обратно. Эксперименты, недавно проведенные исследователями по всему миру,  показали однако, что такого барьера не существует, и, фактически, каждая молекула, попадающая на жидкую поверхность уже не отделяется от нее. Исследователи заметили резкий скачок температур на границе между каплей и окружающей средой, и обнаружили, что давление во время испарения, остается постоянным.

Приняв это во внимание, исследовательская группа профессора Hołyst’а решили использовать компьютерное моделирование, чтобы проанализировать испарение капель на наноуровне. В это же время, команда Института Физики PAS осуществляла другой эксперимент на сверхточных приборах. Проводили испарение микрокапель внутри электродинамической ловушки. Результаты исследования показали, что температура испаряющейся жидкости является главным фактором, ответственным за испарение капель.

Экспериментальные данные и результаты компьютерного моделирования охватывают 12 порядков испарения и 3 порядка величины изменения радиуса капли. В экспериментах скорость испарения прецизионно регулируется даже очень небольшая разница в температурах (в интервале от одной десятой мК до нескольких K) между газом вдали от капли и температурой испарения жидкости.

Новая формула предложенная по результатмам исследователями из МПК PAS правильно описывает ход процесса, как для типичных, крупных капель, так и для крошечных капель с размерами порядка нанометров.

«Испарением теперь оказывается процесс, движимый очень маленькой разницей температур. Часто, только десятитысячной части Кельвина достаточно, чтобы испарение уже случилось!», Говорит д-р инж. Даниэль Jakubczyk (IP PAS).

Из-за столь малого перепада температур каждая капля оказывается окружена облаком собственного пара.

 

Ключевую роль в испарении играет тепловой поток между каплей и его окрестностях. И это мешает в случае небольших размеров объектов, так как каждая капля окружена тонким слоем собственного пара. «Тепловая изоляция здесь напоминает ситуацию имеющую место при быстрой разморозке. Каждый знает, что, как мы все видели капли воды скользящие по горячей сковороде. Если поток тепла между кастрюлей и капля был бы действительно эффективным, капелька будет кипеть и испаряться мгновенно. Это, однако, не происходит, так как частицы скользят по паров воды, образуя изолирующий слой между каплей и горячей поверхностью» , объясняет профессор Hołyst.

Теплоизоляционный слой, образуя вокруг испаряющейся капли, достаточно толст, чтобы эффективно сдерживать поток тепла. Толщина слоя зависит, однако, в первую очередь от условий окружающей среды и не связана с размером капель. Вот почему нанометрового размера капли «чувствует» толстый изолирующий слой (по сравнению с ее размером) и испаряется медленнее, чем следовало бы, согласно классической теории. Из-за размеров нанокапель, изолирующий слой на их поверхности, как правило, содержит не так много молекул. Это разрежение является дополнительным изолирующим механизмом, ограничивая поток энергии за счет молекулярного режима движения и низкой эффективности передачи ИК-излучения и поглощения в этой конфигурации.

По материалам http://www.sciencedaily.com

Abctract of the article Robert Hołyst at Soft Matter
We use molecular dynamics (MD) simulations of a two-component Lennard-Jones (LJ) fluid to analyze the energy flux from an inert gas to the interface of an evaporating liquid droplet. Using this analysis we derive an analytical equation for the radius of the droplet, R (t), as a function of time, t. The formula is valid for evaporation of droplets of any material or size into the gas characterized by the mean free path, λ, much larger than the molecular diameter, σ. We find linear dependence R (t) [similar] t, for high λ/R (t) ratios and standard law R2 (t) [similar] t for small λ/R (t) ratios. We apply equation for R (t) to experimental results of evaporation of water micro-droplets into air and glycerol, diethylene glycol and triethylene glycol micro-droplets into the nitrogen gas evaporating in time from seconds to tens of minutes. The experimental results together with computer simulations span 12 orders of magnitude of evaporation times and more than 3 orders of magnitude of droplets' radii. In the experiments the evaporation rate is governed by a very small difference in temperatures (from one tenth of mK to a few K) between the gas far from the droplet and evaporating liquid. From MD simulations we also obtain suitable boundary conditions for the energy flux at the interface, used in irreversible thermodynamics, and the accommodation coefficients used in kinetic models of evaporation.

 



Graphical abstract: Nanoscale transport of energy and mass flux during evaporation of liquid droplets into inert gas: computer simulations and experiments

исследователимолекулыклимат 

20.07.2013, 5550 просмотров.



Новости
26.09.2022 22:04:17

Зеленые облигации привлекут в отрасль ТКО 90 млрд рублей

Ценные бумаги выпустят согласно принципам устойчивого развития и разместят на московской бирже

облигации, зеленые, экология

25.09.2022 22:23:30

Переработка электронных отходов удвоилась

За три года после запуска реформы обращения с отходами российские предприятия увеличили объёмы утилизации электротехнических отходов вдвое — почти до 80 тысяч тонн.

отходы, переработка, электронные

24.09.2022 17:06:09

Объемы мусора в России выросли

В 2021 году в России образовалось 8 миллиардов 448 миллионов тонн отходов производства и потребления, что на 21,5 процента больше, чем в 2020 году.

мусор, производство, потребление

23.09.2022 11:24:41

В Эквадоре для очистки залива запустили «плавучие острова»

Ученые доставили в залив более 200 саженцев красного мангрового дерева, которое способно поглощать загрязняющие вещества

Эквадор, очитка, залив

22.09.2022 00:05:00

Всемирный День без автомобиля

Ежегодно 22 сентября во многих странах мира проводится Всемирный День без автомобиля (World Carfree Day), девиз которого — «Город как пространство для людей, пространство для жизни».

день, Автомобиль, всемирный

19.09.2022 23:43:04

В стране началась акция #БумБатл

В стране началась третья крупнейшая акция по сбору макулатуры #БумБатл. Ранее в ней приняли участие более миллиона человек, которые собрали 3,1 тыс. т бумаги. В этом году продолжительность мероприятия увеличили в четыре раза.

макулатура, акция, страна

17.09.2022 00:50:55

Отходы сортируют 46 процентов москвичей

Экологическая сознательность москвичей не сильно выросла за два года с начала программы по сортировке мусора в городе

опрос, отходы, сортировка

RSS
Архив "Новости"
Подписка на RSS
Реклама: