Wszystko paruje
Symulacje przeprowadzone w IChF PAN wykazały jednak, że podczas parowania do próżni lub własnej pary układ bardzo szybko uzyskuje równowagę mechaniczną. Z powierzchni cieczy odrywają się wtedy cząsteczki, których mechaniczny odrzut pozwala równoważyć ciśnienie wewnątrz kropli. Jeśli tempo parowania na powierzchni osiągnęło wartość maksymalną, a układ nadal nie był w stanie zrównoważyć ciśnień, wewnątrz kropli rozwierały się przestrzenie z nowymi powierzchniami – zaczynała ona wrzeć.
Zaobserwowano jednak, że mechaniczne równoważenie ciśnień może być niewystarczające i wówczas na powierzchni cieczy dochodzi do spadku temperatury: kropla kosztem energii wewnętrznej dąży do utrzymania równowagi ciśnienia. Obserwacja ta sugeruje, że czynnikiem mającym kluczowe znaczenie podczas parowania nie jest dyfuzja cząsteczek do otoczenia, lecz przepływ ciepła oraz równość ciśnień.
Badania będą kontynuowane, tym razem pod kątem analizy parowania do mieszaniny gazów, w szczególności powietrza. Część eksperymentalna zostanie przeprowadzona przez naukowców z Instytutu Fizyki PAN (IF PAN), kierowanych przez doc. dr hab. Krystynę Kolwas. Fizycy z IF PAN już wcześniej obserwowali parowanie mikrokropel cieczy do własnej pary lub próżni. W doświadczeniach używano kropel rozmiarów mikrometrowych. Ponieważ ich powierzchnia była naładowana elektrycznie, krople można było łapać za pomocą pola elektrycznego, oświetlać laserem i rejestrując zmiany w prążkach interferencyjnych obserwować, w jaki sposób ich rozmiar zmienia się w trakcie parowania.
Obecnie, dzięki nowej komorze badawczej z precyzyjnie kontrolowanym ciśnieniem i składem chemicznym atmosfery, będzie można przeprowadzić serię doświadczeń nad parowaniem do powietrza, a więc rozstrzygnąć, jaki czynnik ma decydujący wpływ na parowanie w sytuacji, gdy ciśnienia od początku są wyrównane. Wyniki eksperymentów w połączeniu z symulacjami komputerowymi pozwolą stworzyć kompleksowy obraz procesu parowania kropel wody w warunkach maksymalnie zbliżonych do występujących w przyrodzie.
Głębsze zrozumienie mechanizmów fizycznych odpowiedzialnych za parowanie wpłynie na wiele obszarów ludzkiej działalności. Lepsze modele klimatyczne pozwolą dokładniej prognozować zmiany pogody w krótkich i długich skalach czasowych, powstaną wydajniejsze urządzenia do chłodzenia procesorów i laserów. Ponieważ w silnikach mikrokopelki paliwa wstrzyknięte do komory spalania muszą przed zapłonem odparować, wiedza o parowaniu umożliwi w przyszłości zwiększenie wydajności samochodów. „Nasze badania pokazują, że wciąż opłaca się przyglądać starym wzorom” – podsumowuje prof. Hołyst.
Strony: 1 2
Zaloguj się Logowanie