¿Cómo la evaporación causa enfriamiento?

Cuando aplicas perfume en tu cuerpo, se siente un poco más frío. Lo mismo puede decirse de la acetona y el agua. Este es el resultado de la evaporación, o la transformación de materiales de su estado líquido a vapor. La única diferencia es la rapidez con la que se percibe el frío. En el caso de la acetona, el área de su cuerpo más cercana al líquido se enfriará más rápido. Esto se debe al hecho de que la acetona se evapora más rápido que el agua o el aroma. 

Secamos nuestra ropa mojada después de lavarla poniéndola al sol, también hemos visto que cuando el agua se derrama en el piso, se seca después de un tiempo. Pero, ¿sabes cuál es la razón y por qué es esta agua? La respuesta detrás de esto es el fenómeno de la evaporación. En este artículo, discutiremos qué es la evaporación y cuáles son los factores que afectan la evaporación, y cómo la evaporación provoca el enfriamiento en el cuerpo. Entonces, primero entendamos qué es la evaporación.

¿Qué es la evaporación?

La evaporación es un tipo de vaporización que ocurre en la superficie de los líquidos e incluye la transformación de partículas líquidas en partículas gaseosas. Como resultado, se considera que este proceso implica un cambio en el estado de la materia de los líquidos. 

O en otras palabras, la evaporación es un proceso en el que un líquido se convierte en vapor sin alcanzar su punto de ebullición (o temperatura). La evaporación solo ocurre desde la superficie del líquido. 

Las moléculas de líquido siempre están en movimiento aleatorio y chocan entre sí y obtienen energía cinética de las colisiones. Ahora, algunos de ellos se energizan tanto que dejan el líquido y se convierten en gas y escapan. Por lo tanto, podemos ver que el proceso de evaporación no necesita que ocurra el punto de ebullición. Puede ocurrir a una temperatura mucho más baja que el punto de ebullición del líquido. 

El gas circundante no debe estar saturado por el material que se evapora. Dependiendo de cómo choquen entre sí las moléculas del líquido, se transmiten energía entre sí. Cuando una molécula en la superficie usa suficiente energía para exceder la presión de vapor, las partículas líquidas generalmente escaparán y entrarán al aire circundante como un gas. La energía extraída del líquido vaporizado durante la evaporación reduce la temperatura del líquido, lo que da como resultado un enfriamiento por evaporación.

Ahora, comprendamos los factores de los que depende la tasa de evaporación:

Factores que afectan la evaporación

1. Temperatura: La tasa de evaporación depende directamente de la temperatura. Más la temperatura, más es la tasa de evaporación. A mayor temperatura, hace que el líquido gane más energía cinética.
2. Área de superficie: la tasa de evaporación depende directamente del área de superficie a la que se expone el líquido. Cuanto mayor sea el área superficial, mayor será la tasa de evaporación.  
3. Velocidad del viento: mayor es la velocidad del viento, mayor es la tasa de evaporación. Esta es la razón por la cual la ropa se seca fácilmente en un día ventoso.
4. Fuerza de atracción intermolecular: Los líquidos que tienen una mayor fuerza de atracción intermolecular entre ellos se evaporan mucho más lentamente en comparación con los líquidos que tienen menos fuerza de atracción intermolecular. Esto se debe a que las moléculas del líquido están débilmente unidas y pueden convertirse fácilmente en vapor al obtener una energía cinética menor.
5. Humedad del aire: si el aire exterior ya contiene una mayor cantidad de vapor de agua, la tasa de evaporación disminuirá.

El enfriamiento natural es causado por la evaporación. El concepto básico es que para que la materia cambie de estado, debe recibir o perder energía. Cuando las moléculas de materia cambian de fase de líquido a gas, requieren energía para superar su energía potencial a través de la energía cinética. Como resultado, el líquido absorbe energía de su entorno. 

Cuando se transmite energía, la temperatura del material sube o baja dependiendo de si la energía se transfiere de la sustancia al entorno o viceversa. Hay, sin embargo, excepciones a esta regla. Aunque la temperatura del material sube hasta alcanzar el punto de ebullición durante la evaporación, no hay transferencia de calor visible.

Las moléculas del material absorben constantemente la energía térmica de su entorno, enfriándolas hasta que se acercan al punto de ebullición, momento en el que comienzan a separarse del líquido y se transforman en vapor. Debido a que no hay diferencia de temperatura hasta que se completa el proceso de evaporación, es decir, el líquido completo se convierte en vapor, la energía requerida para este cambio de fase se denomina calor latente de vaporización, lo que implica que este calor no afectará la interpretación de la temperatura. en un termómetro.

Aplicaciones del enfriamiento evaporativo

1. Cuando ponemos un poco de alcohol o gasolina en el dorso de nuestras manos y las agitamos, el alcohol pronto se evapora y nuestras manos se enfrían mucho. Esto se debe al hecho de que el espíritu requiere calor de vaporización latente para pasar de una forma líquida a vaporizada. El espíritu tira de nuestro alcance esta energía vaporizadora latente. La mano pierde calor y se enfría.
2. Durante los calurosos días de verano, el agua se mantiene fría con frecuencia en una vasija de barro llamada cuadro o Matka. Para refrescarse durante los calurosos días de verano, el agua generalmente se guarda en una olla de barro conocida como jarra o Matka. La vasija de barro contiene una gran cantidad de poros u orificios extremadamente pequeños en sus paredes. Parte del agua pasa constantemente a través de estos poros hacia el exterior de la olla. Esta agua se evapora constantemente, absorbiendo el calor latente necesario para la vaporización de la olla de barro y el agua restante. Como resultado, el agua restante pierde calor y se enfría. Este es también un ejemplo de enfriamiento inducido por evaporación. Cabe mencionar que debido al gran valor del calor latente de vaporización del agua, no se evapora toda el agua del planeta.
3. Durante las calurosas tardes de verano, muchas personas, especialmente en los pueblos, rocían agua en el suelo frente a sus casas. Esta agua se evapora eliminando el alto calor latente de vaporización del suelo y del aire circundante. Una vez que se elimina el calor del área, se vuelve fría y cómoda. El agua que se evapora de las hojas de los árboles enfría el aire circundante de la misma manera.
4. La transpiración , a menudo conocida como sudoración, es el mecanismo a través del cual nuestro cuerpo mantiene una temperatura constante. Cuando la temperatura de nuestro cuerpo sube demasiado en un día caluroso o después de realizar un ejercicio extenuante, nuestras glándulas sudoríparas liberan humedad o transpiración en nuestros cuerpos. Cuando la transpiración se evapora, nuestro cuerpo absorbe el calor latente vaporizante. Esto mantiene nuestros cuerpos frescos.
5. Un enfriador del desierto se enfría mejor en un día cálido y seco, ya que funciona según el principio de evaporación. Cuanto mayor sea la temperatura en un día caluroso, menor será la tasa de evaporación del agua, y cuanto mayor sea la tasa de evaporación del agua, más rápida será la tasa de evaporación del agua. Como resultado de la mayor tasa de evaporación del agua, un enfriador del desierto se enfría mejor en un día caluroso y seco.
6. Es un hecho bien conocido que los humanos pueden beber té caliente de un platillo más rápido que de una taza. Esto se explica por el fenómeno del enfriamiento inducido por evaporación. El platillo tiene una gran superficie. Debido a la gran superficie del platillo, el té caliente se evapora más rápidamente. Esta rápida evaporación enfría el té caliente más rápido, haciéndolo más fácil de beber.

Problemas de muestra

Problema 1. Usamos ropa de algodón en verano. Explique este hecho por razones adecuadas.

Solución:

Durante el verano, transpiramos (sudamos) mucho debido al mecanismo de enfriamiento de nuestro cuerpo por evaporación del sudor, que quita el calor del cuerpo y hace que el cuerpo se enfríe. El algodón, al ser un buen absorbente del sudor, absorbe el sudor y ayuda a aumentar la velocidad de evaporación al aumentar el área superficial y exponerlo a la atmósfera.

Problema 2. ¿Cómo se mantiene fresca el agua que se mantiene en una vasija de barro (matka)?

Solución:

Cuando mantuvimos el agua en la olla de barro (matka), las moléculas de agua se evaporan de los varios poros diminutos de la olla. Durante este proceso, toma el calor del agua y así el agua se enfría debido a la pérdida de calor. Esta es la razón por la que el agua mantenida en una olla de barro se mantiene fresca.

Problema 3. Solemos rociar agua en el suelo o en los tejados durante los veranos. ¿Por qué?

Solución:

Esto se debe a que cuando rociamos agua sobre el suelo o el techo, el agua de allí se evapora tomando el calor del suelo o del techo y, en el proceso, lo enfría.  

Problema 4. Podemos beber té caliente con leche en un platillo en lugar de una taza. Dar razones.

Solución: 

Sabemos que la tasa de evaporación aumenta a medida que aumenta el área superficial del líquido. Por lo tanto, cuando ponemos la leche o el té caliente en un plato, la superficie del líquido aumenta, por lo que aumenta la tasa de evaporación de la leche o el té y, debido al aumento de la tasa de evaporación, se extrae más calor de la leche caliente. o té y se enfría más rápidamente en comparación con cuando estaba en la taza y podemos beber fácilmente la leche o el té caliente en un platillo en lugar de una taza.

Problema 5. ¿Por qué nuestra palma se siente fría cuando le ponemos un poco de acetona o perfume?

Solución:

Cuando echamos un poco de acetona o gasolina en la palma de la mano, la acetona o el perfume empiezan a evaporarse. En este proceso, toma el calor necesario requerido de nuestra palma y debido a la pérdida de calor sentimos frío. Esta es la razón por la cual nuestra palma se siente fría cuando le ponemos un poco de acetona o perfume.

Problema 6. ¿Cómo funcionan los enfriadores de aire según el principio de evaporación? Explique usando el diagrama apropiado.

Solución:

Esto se debe al mecanismo de trabajo del enfriador de aire. Los enfriadores de aire tienen un extractor que aspira el aire seco de la habitación interior. En el enfriador hay una almohadilla que se ha mojado con agua. El agua se evapora de la almohadilla tomando el calor del aire seco y, en el proceso, enfriando el aire. Este aire fresco liberado de los enfriadores de aire que circula dentro de la habitación. Por lo tanto, los enfriadores de aire funcionan según el principio del efecto de enfriamiento causado por la evaporación.

Fig. 1.1: Modelo de enfriador de aire

Problema 7. Nos sentimos bien cuando nos aplicamos desinfectantes para manos en la mano. Dar razón por qué?

Solución:

Los desinfectantes que aplicamos sobre nuestras manos contienen alcohol como uno de sus constituyentes principales y el alcohol se evapora mucho más rápido que el agua. Por lo tanto, cuando aplicamos desinfectantes para manos sobre nuestra mano, el alcohol comienza a evaporarse tomando el calor de nuestro propio cuerpo y, por lo tanto, debido a la pérdida de calor de nuestro cuerpo, nos sentimos frescos.

Problema 8. En verano, nuestra ropa se seca mucho más rápido en comparación con el invierno y los monzones. ¿Por qué?

Solución:

Durante el verano, la temperatura es más alta que en invierno y los monzones y sabemos que la tasa de evaporación depende directamente de la temperatura, por lo que en verano la ropa se seca mucho más rápido en verano en comparación con el invierno y los monzones. Otro factor importante es la humedad, en verano la humedad del aire es mucho menor que en los monzones, por lo que la ropa se seca lentamente en los monzones.