Содержание
Каково значение испарения воды в жизни растения?
Ответ или решение2
А
Роль испарения в жизни растения очень велика. Во первых, транспирация (испарение) спасает растение от перегрева, которое грозит ему на прямых солнечных лучах. Во вторых, когда вода испаряется, она, тем самым, обеспечивает постоянное свое поступление от корневой системы к листьям, что обеспечивает непрерывную связь между органами растения. В третьих, с транспирационным током передвигаются питательные органические и растворимые минеральные вещества. При этом, чем сильнее испарение, тем интенсивнее происходит обмен веществами.
Н
Почему водный цикл важен для растений и человека
Вся жизнь зависит от воды. Вода составляет от 60 до 70 процентов всего живого вещества, и люди не могут жить без питьевой воды более недели. Водный цикл, или гидрологический цикл, распределяет пресную воду по всей поверхности земли.
Цикл воды состоит из шести этапов
- Испарение — это процесс, когда вода превращается в газ и поднимается в атмосферу — пар.
- Конденсация возникает, когда водяной пар превращается в крошечные капли жидких облаков.
- Осаждение — это процесс, когда крошечные конденсированные капли воды, сливаются и падают на землю в жидкой форме — дождь.
- Транспирация — это процесс, при котором вода употребляется корнями растения и выпаривается листьями.
- Инфильтрация — это процесс, когда вода впитывается в землю. Поверхностный сток возникает, когда гравитация и солнечная теплопередача воды вокруг поверхности земли через реки, ручьи, озера, тающий лед и океаны.
Испарение и инфильтрация приносят пользу жизни человеку, животных и растений путем очистки воды. Когда вода испаряется, загрязняющие вещества и осадки в ней остаются позади. Даже водная жизнь нуждается в очистке воды, так как соленая вода должна находиться в определенных пределах рН и солевом растворе. Когда вода подвергается инфильтрации, земля очищает ее от загрязнителей и загрязняющих веществ.
Ряд факторов, которые определяют скорости транспирации растений
Температура: скорости испарения повышаются по мере повышения температуры, особенно в течение вегетационного периода, когда воздух становится теплее из-за более сильного солнечного света и более теплых воздушных масс.
Относительная влажность: легче испаряется вода в сушильном воздухе, чем в более насыщенный воздух.
Движение ветра и воздуха: ветер будет перемещать воздух вокруг, в результате чего более насыщенный воздух, близкий к листу, заменяется более сухим воздухом.
Доступность влажности почвы: когда отсутствует влажность, растения могут начать снижаться (преждевременное старение, что может привести к потере листьев), а также уменьшить количество воды.
Знаешь ответ?
Как написать хороший ответ?Как написать хороший ответ?
Будьте внимательны!
- Копировать с других сайтов запрещено. Стикеры и подарки за такие ответы не начисляются. Используй свои знания. 🙂
- Публикуются только развернутые объяснения. Ответ не может быть меньше 50 символов!
0 /10000
Вода и ее значение в жизни растений. Испарение воды листьями.
Значение воды в жизни растений. Вода имеет очень важное значение для растительного организма.
Ее недостаток приводит к замедлению роста и в конечном счете приводит к его гибели. Вода участвует и влияет на следующие процессы:
1. Образование органических веществ в ходе фотосинтеза невозможно без участия воды. Недостаток влаги приводит к полному прекращению фотосинтеза в листьях и других зеленых частях растения.
2. Вода осуществляет транспорт растворенных веществ — сахаров, минеральных солей и т. д. Вещества в организме растений не могут перемещаться в сухом виде. Поэтому транспорт любых веществ по организму растений осуществляется в виде растворов. Как вы помните, растворенные минеральные (неорганические) вещества переносятся по сосудам ксилемы — древесины, а органические вещества по ситовидным трубкам луба — флоэмы.
3. Если бы листья не испаряли воду, то растворы перестали бы подниматься по стеблям на большие расстояния. Это особенно важно для высоких древесных растений. Поскольку силы, с которой клетки корня выталкивают водные растворы в стебель, не хватает для того, чтобы вода достигла листьев.
Процесс испарения способствует продвижению воды по стеблю, как бы подгоняя ее вверх.
4. Вода составляет значительную часть массы живых клеток. Значит, при росте, размножении и формировании новых клеток необходимо достаточное количество воды. Нужны и другие вещества, из которых состоят клетки. Это белки, жиры, углеводы и минеральные соли. Но в целом их нужно меньше, чем воды.
5. В жаркие дни испарение защищает листья от перегрева солнечными лучами.
Испарение воды (транспирация) происходит в основном в листьях. Чем больше пластинка листа, тем больше испаряется влаги. В испарении воды растением можно убедиться, поставив следующие опыты (рис. 1, а-б).
Рис.1 Опыты по определению испарения воды листьями растений
Опыт №1. Возьмем комнатное растение и на один из его побегов наденем колбу. Горлышко колбы закроем ватой. Через несколько дней на внутренней стороне колбы появятся капельки воды. Они образовались из паров, которые выделяются листьями.
(рис. 1, а)
Для проведения опыта №2 возьмем 3 пробирки, наполненные водой (рис. 1, б).
В первую пробирку наливается вода, при этом она ничем не прикрывается. Во вторую пробирку приливаем такой же объем воды и сверху наливается масло тонким слоев (0,5-0,6 см). В третью пробирку помещается веточка с листьями, приливается вода по уровню, равному с первыми двумя пробирками. Сверху приливаем растительное масло. Через 2-3 дня можно обнаружить, что воды в первой пробирке стало меньше, поскольку ничто не препятствовало ее испарению с поверхности.Уровень воды во второй пробирке не изменился, так как слой масла препятствовал испарению. В третьей пробирке количество воды также уменьшилось, потому что идет процесс испарения листьями.
Вода испаряется даже в плотно закупоренном сосуде, если в него через маленькое отверстие вставлена веточка растения, (рис.1, в).
Испарение воды осуществляется через устьица. Если растению не хватает воды, устьица закрываются (рис.
2).
Рис.2 Закрытое и открытое устьице
Приспособление листьев к влажному и сухому климату. В районах с повышенной влажностью листья у растений крупные и темно-зеленые, на них очень много устьиц. Насыщенность воздуха и почвы влагой способствует увеличению размера листьев.
Листья растений, произрастающих в засушливых местах, приспособлены к замедленному испарению. У одних растений они мелкие, у других преобразовались в колючки, чешуйки. Иногда они покрыты восковым налетом или густыми волосками.
Листья саксаула, растущего в южных областях Казахстана, из-за недостатка влаги видоизменены в мелкие чешуйки (рис. 3). Устьица находятся в молодых побегах, поэтому процесс фотосинтеза происходит в молодых зеленых побегах, а не в листьях.
Рис.3 Саксаул
У песчаной акации и чингиля, растущих на засоленных и песчаных почвах, листья мелкие, узкоконусовидной формы. Снаружи они покрыты небольшими короткими густыми волосками — серебристым пушком, поэтому воду они испаряют в очень незначительном количестве.
Обычно, если влаги достаточно, то устьица растений открываются, и лишняя вода испаряется. Когда наступает дефицит влаги, устьица закрываются и испарение прекращается.
Испарение воды листьями — обязательный процесс, без него вода не поднималась бы : по стеблю, а вместе с ней не транспортировались бы по растению растворенные вещества. Вода всасывается корнем, а испаряется листьями через устьица. Фотосинтез без воды тоже невозможен. Испарение воды — защита от перегрева. Чтобы растениям хватало воды, они приспособились к разному климату. У растений засушливых мест листья мелкие с толстой оболочкой, видоизмененные в колючки или чешуйки (саксаул), У растений влажных мест листья широкие, большие, с большим количеством устьиц.
Внешнее и внутреннее строение листа
Видоизменения листа
Проверочное тестовое задание включает в себя вопросы с одним и несколькими правильными ответами
Скорость испарения воды | Физика Фургон
Категория
Выберите категориюО фургоне физикиЭлектричество и магнитыВсе остальноеСвет и звукДвижение вещейНовая и захватывающая физикаСостояния материи и энергииКосмосПод водой и в воздухе
Подкатегория
Поиск
Задайте вопрос
Последний ответ: 22.
10.2007
Вопрос:
Можете ли вы рассчитать скорость, с которой вода будет превращаться в пар, учитывая температуру и давление на квадратный дюйм? Например, при примерно 0,8 фунта на квадратный дюйм и температуре 100 градусов по Фаренгейту, с какой скоростью будет испаряться вода? Повлияет ли снижение давления или повышение температуры на скорость испарения?
Спасибо.
— Рик Грешам (51 год)
Портленд, Орегон, США
A:
| Ответ: да, скорость испарения воды действительно можно рассчитать, но она зависит еще от нескольких вещей, о которых вы не упомянули. На скорость испарения влияет 1) Температура воды на поверхности воздух-вода 2) Влажность воздуха 3) Площадь поверхности воздух-вода 4) Температура воздуха (подробнее об этом ниже) В реальной ситуации испарения воды ни одна из этих четырех вышеперечисленных величин не остается постоянной, потому что сам процесс испарения изменяет их. 5) потоки воды, переносящие тепло и способность поддерживать постоянную температуру на уровне 100 градусов по Фаренгейту. По той же причине воздух у поверхности воды становится более насыщенным водой по мере испарения воды. Скорость испарения будет зависеть от: 6) воздушного потока, обтекающего поверхность воды/воздуха. Эти факторы объясняют, почему: Люди потеют, чтобы сохранять прохладу. Люди говорят: «Дело не в жаре, а в влажности». Люди используют вентиляторы, чтобы охлаждаться в жаркие дни. Распыление тонкого водяного тумана в воздухе ускорит его испарение (увеличив общую площадь поверхности). Я предполагаю, что ваши 0,8 PSIA являются показателем парциального давления воды в воздухе, и это покрывает упомянутую выше зависимость от влажности. Глядя в таблицу давлений пара (это говорит мне, с каким давлением водяного пара жидкая вода находится в равновесии при разных температурах), я вижу, что давление пара воды при 100 градусах по Фаренгейту составляет 0,96 фунта на квадратный дюйм. Если давление пара меньше 0,8, вода вообще не будет испаряться, а фактически в этой атмосфере вода будет конденсироваться. Ирвинг Ленгмюр разработал способ измерения давления пара (скорость потери массы)/(единица площади) = (давление пара — парциальное давление окружающей среды)*sqrt((молекулярная масса)/(2*pi*R*T)) (из Земанского и Диттмана, Тепло и термодинамика , McGraw Hill, авторские права датированы с 1937 по 1981 год в моем экземпляре). Окружающее парциальное давление воды равно 0,8 фунта/кв. T — температура в градусах Кельвина — 310 градусов выше абсолютного нуля. R — газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль-градус К). Естественно, единицы измерения в таких формулах — это катастрофа. Я бы предложил использовать стандартные метрические единицы (СИ) для всего. Умножьте давление в PSI на 689.5, чтобы получить давление в паскалях (ньютонах/кв. м), а молекулярная масса должна быть в кг/моль (чтобы исключить моли в газовой постоянной R). Для воды это 0,018 кг/моль. Арифметические вычисления дают довольно большое число — 1,1 кг на квадратный метр в секунду. Имейте в виду, что это предполагает, что температура поддерживается на уровне 100 градусов на границе раздела, а влажность поддерживается вплоть до границы раздела, а это означает, что вы должны продувать воздух большим вентилятором с высокой скоростью, чтобы унести испаряющуюся воду. Реальная ситуация связана с тем, что влажность вблизи границы раздела намного выше, чем даже на небольшом расстоянии, и что водяной пар должен диффундировать. Этот эффект довольно сильно замедлит испарение, потому что скорость испарения пропорциональна разнице между давлением пара и парциальным давлением вещества, а диффузия может уносить воду только так быстро. По мере испарения воды парциальное давление воды в газе прямо над водой будет почти равно давлению пара, а затем оно будет падать по мере удаления от поверхности, и насколько круто оно падает (что зависит от расхода воздуха). скорость и как долго вода испаряется) определяет скорость, с которой вода будет диффундировать. Даже если вентилятор продувает воздух мимо поверхности, процесс ограничивается диффузией очень близко к поверхности, потому что тонкий слой воздуха (называемый «пограничным слоем») рядом с поверхностью не перемещается относительно поверхности. Снижение парциального давления воды повысит скорость испарения, как указано выше. Понижение давления воздуха увеличивает скорость диффузии. Парциальное давление воды при температуре 100 градусов по Фаренгейту на самом деле настолько велико, что пузырьки будут самопроизвольно образовываться в жидкости и заставлять ее быстро кипеть, если вода находится в вакууме (нарушая площадь поверхности из-за всех пузырьков). Повышение температуры увеличивает скорость испарения. Он появляется в знаменателе (в квадратном корне) выше, но гораздо более важная зависимость появляется с давлением пара. давление пара пропорционально exp(-скрытая теплота/RT) (F. Reif, Fundamentals of Statistical and Thermal Physics, McGraw Hill, 1965). Скрытая теплота составляет 540 кал/грамм (еще раз обратите внимание на единицы измерения!). Том |
При испарении воды уходит довольно много тепла — 540 калорий на грамм — когда она испаряется. Этого достаточно, чтобы охладить 540 граммов воды на градус или 50 граммов воды чуть более чем на десять градусов. Если вы не будете очень осторожны, чтобы возместить потерянную тепловую энергию во время испарения, температура понизится. И даже тогда температура прямо у поверхности будет ниже, чем где-либо еще в воде и будет зависеть от
Его выражение:
, и даже этого может быть недостаточно (или вы находитесь в близком вакууме только с мизерным давлением водяного пара над водой), а также чтобы на воде не было никаких примесей (слой масла испортит все дело, пот содержит много масел).
Я не буду заниматься диффузией, потому что она слишком сильно зависит от деталей установки. Константа диффузии азота составляет 0,185 см**2/сек при комнатной температуре и 1 атм.
Т снова находится в абсолютной шкале. Кроме того, с повышением температуры увеличивается и скорость диффузии, но это температура воздуха, а не воды — отсюда зависимость от температуры воздуха, о которой я упоминал ранее.(опубликовано 22.10.2007)
Дополнение №1: скорость конденсации воды
В:
связанный вопрос — что насчет скорости конденсации?
Предположим, что вместо 0,8 PSIA у нас было 1,1 PSIA. Применяется тот же расчет, но с обратным направлением?
Да, ты прав. К сожалению, осложнения все еще применяются. Когда вода конденсируется, остается обедненный слой с меньшим количеством водяного пара. Насколько велик этот эффект, зависит от того, насколько быстро атмосфера перемешивается ветрами и т. д. Точно так же, когда пар конденсируется, он отдает энергию в верхнюю часть жидкости, нагревая ее. Насколько она становится горячей (и, следовательно, насколько сильно она испаряется) зависит от того, насколько хорошо перемешана жидкость.
Mike W.
(опубликовано 16.01.2008)
Дополнение #2: равновесие жидкость-пар
Q:
Другой связанный вопрос — скорость испарения в закрытом контейнере:
Испарение в закрытом сосуде будет продолжаться только до тех пор, пока в жидкость не вернется столько же молекул, сколько вылетит (= давление насыщенного пара).
Существует ли подходящее уравнение для расчета условий такого состояния равновесия? Например, я хочу выяснить, можно ли предотвратить чистое испарение небольшого количества жидкости в относительно большом контейнере при постоянной температуре жидкости, увеличив давление окружающего воздуха/газа в контейнере или уменьшив давление. размер контейнера или увеличение количества жидкости соответственно.
— Марко В. (35 лет)
З? Швейцария
A:
Да, действительно есть уравнение. Оно называется уравнением Клапейрона, и для большинства условий отлично работает более простая приближенная версия, называемая уравнением Клаузиуса-Клапейрона.
Давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью, сильно зависит от температуры, и параметры в уравнении различны для каждого вещества.
Вот ссылка на обсуждение уравнений: ,
Эти уравнения также можно найти в любом стандартном тексте по термодинамике.
Давление, полученное в уравнении, представляет собой парциальное давление пара из жидкости. Повышение давления окружающего воздуха обычно малоэффективно, если только жидкость не состоит из тех же молекул, что и воздух, азот или кислород. Итак, что нужно сделать, так это рассчитать парциальное давление при заданной температуре, преобразовать (используя закон идеального газа pV=nRT, где p — давление, V объем контейнера, n молей пара, R — газовая постоянная, T — абсолютная температура) в выяснить, сколько молей пара это будет. Если ответ окажется меньше, чем количество вложенных молей жидкости, оставшаяся жидкость будет находиться в равновесии с паром. Если он выйдет больше, вместо этого произойдет то, что вся жидкость испарится.
Mike W.
(опубликовано 09.03.2008)
Дополнение №3: идеальная скорость испарения , но вы ссылаетесь на Zemansky и Dittman, Heat and Thermodynamics как на ваш источник. Но у меня есть эта книга (7-е издание) и я не могу найти уравнение или вывод. Не подскажете, где найти уравнение? А не могли бы вы уточнить, как найти парциальное давление окружающей среды? Справедливо ли это уравнение для воды ниже точки кипения?
Спасибо.
— Пол (65 лет)
Бунвилл, Калифорния, США
A:
Пол: Я дам частичный ответ, не тратя время на поиск источника уравнения.
Если вы посмотрите на это уравнение, то оно говорит о том, что скорость, с которой масса покидает жидкость, когда над жидкостью нет пара, равна равновесной массовой плотности пара, умноженной на типичную тепловую скорость одной из молекул. , с числовым коэффициентом, полученным в результате усреднения по всем направлениям, в которых могут двигаться молекулы.
Когда над жидкостью уже есть некоторое количество пара, чистая скорость уменьшается на любую долю равновесного давления, равного парциальному давлению окружающей среды. Если окружающее парциальное давление уже равно равновесному давлению, результирующая скорость равна нулю — столько молекул переходит из пара в жидкость, сколько идет в обратном направлении.
Итак, уравнение имеет смысл. В равновесии скорость, с которой молекулы покидают поверхность, равна скорости их поступления на поверхность. Но вы можете рассчитать эту скорость входа, предположив, что молекулы равновесного газа движутся со случайными тепловыми скоростями. Здесь сделаны два простых предположения: пар образует классический идеальный газ (обычно верно) и что когда молекула пара попадает в жидкость, вероятность ее прилипания составляет 100%, что, я думаю, довольно близко к истине.
Уравнение должно работать нормально для воды с температурой ниже точки кипения. Однако при использовании этого уравнения есть одна вещь, с которой вы должны быть очень осторожны.
Если ветра нет, парциальное давление окружающей среды у поверхности достигает почти равновесного значения, поэтому чистая скорость испарения падает. Насколько далеко он остается ниже равновесия, зависит от ветра, у которого нет фундаментального уравнения. Вы также предполагаете, что скорость испарения не настолько велика, чтобы сильно охлаждать поверхность. Это во многом зависит от того, хорошо ли перемешана жидкость, что опять же не описывается каким-либо фундаментальным уравнением.
Что касается парциального давления окружающей среды вдали от поверхности, то это просто произведение равновесного давления пара на относительную влажность (для воды) по определению относительной влажности. Нет никакого основного уравнения, чтобы сказать вам, какой должна быть относительная влажность. Это зависит от того, что происходит с погодой. Вы можете получить инструменты, которые будут измерять его, или проверить отчет о погоде.
Майк В.
(опубликовано 04.05.2009)
Дополнение №4: Скорость испарения в бассейне
Q:
Наш город рассматривает возможность строительства нового муниципального бассейна.
Частью аргумента (на недавнем публичном форуме по этой теме) необходимости нового бассейна является то, что городские власти говорят нам, что наши 240 000 галлонов. бассейн теряет 70 000 галлонов. ежедневно. Женщина позади меня задала вопрос: «Сколько теряется от испарения?» Возможно ли для неспециалиста рассчитать правильное значение по порядку величины для испарения в нашем бассейне? Какие измерения и уравнения понадобятся человеку?
— Джим Расмуссен (52 года)
Хэмптон, Айова, США
A:
Здравствуйте, Джим,
. Мы часто получаем подобные вопросы. Это крепкий орешек. Ответ зависит от ряда параметров: площади поверхности, температуры, скорости ветра, влажности и т. д. Переменных так много, что простой (или даже сложной) формулы не существует. Лучший способ определить ответ — провести простой эксперимент. Наберите ведро воды из бассейна, оставьте на 24 часа, а затем измерьте падение уровня воды. Вы можете довольно точно оценить местную скорость испарения, умножив на отношение площадей поверхности бассейна и ведра, умноженное на объем воды, испарившейся из ведра.
Однако кажется, что 70 000 галлонов в день — это слишком много для испарения. Я бы действительно поискал какой-то другой механизм, утечку, разбрызгивание или…
Вот веб-сайт, который более подробно объясняет предложенный мной эксперимент. Удачи.
LeeH
(опубликовано 21.06.2009)
Дополнение №5: выражение для скорости испарения
(скорость потери массы)/(единица площади) = (давление пара — парциальное давление окружающей среды)*sqrt((молекулярная масса)/(2*pi*R*T))
кажется неправильным.
Из этого уравнения следует, что скорость потери массы пропорциональна sqrt(1/T). Если это так, то с повышением температуры скорость потери массы уменьшается. Это неправда.
— Джо Атертон
Великобритания
A:
Упс. Мы разместили этот комментарий от читателя без проверки. При дальнейшем рассмотрении мы даже не проверили, чему должно равняться выражение.
Однако, если вы обратите внимание, уравнение также включает давление насыщенного пара.
Даже если бы плотность насыщенного пара N/V не возрастала с T (а она растет), закон идеального газа p=NkT/V гласил бы, что выражение будет возрастающей функцией от T.
На самом деле, если вы включить это (и предположить, что начальное давление пара равно нулю), можно получить около sqrt(kT/m) N/V, где N/V — концентрация молекул насыщения в паре. (Я не беспокоюсь здесь о числовом факторе). Так что это, по сути, типичная тепловая скорость, умноженная на концентрацию молекул. Это должна быть скорость испарения в единицах молекул/(площадь*время).
п.с. В различных присланных заметках было две формы уравнения. Один из них, описанный здесь, дает количество потерь на единицу площади*время. Другой включает дополнительный коэффициент m и дает потерю массы на единицу площади*время.
Майк В.
(опубликовано 28.06.2010)
Дополнение №6: источник уравнения скорости испарения работу можно проследить до этой ссылки:
«Испарение и структура поверхности жидкостей».
Г. Уилли. Опубликовано в Proc. Р. Соц. Лонд. А. 19(-1/2) * (давление насыщенного пара — фактическое давление)
где m — масса молекулы, k — постоянная Боцмана, а T — температура в градусах Кельвина. Единицы работают до (1 / кв. м * секунды)
— Скотт (29 лет)
Тусон, аз
A:
Спасибо!
Mike W.
(опубликовано 29.07.2010)
Дополнение № 7: осушители и повреждение водой
Вопрос:
В мире восстановления повреждений от воды ведутся споры. Вызывает ли осушитель испарение водяного пара из воздуха в конструкционных материалах, поврежденных водой?
Испарение создается только теплом?
Я видел уравнения для расчета скорости испарения, является ли влажность той частью уравнения, которая замедляет эту скорость, или понижение влажности действительно вызывает испарение?
— Бен Юстесен (32 года)
Мозес-Лейк, Вашингтон, США
A:
Это интересный вопрос.
Испарение в том смысле, что молекулы воды покидают поверхность, будет происходить все время. Однако вас, ребята, волнует чистое испарение, разница между чистой скоростью вылета молекул воды и скоростью других, поступающих из воздуха на поверхность. Осушение воздуха увеличивает чистую скорость испарения за счет уменьшения скорости поступления молекул из воздуха.
Любое испарение требует тепла, потому что требуется энергия, чтобы оторвать молекулу воды от материала, к которому она прилипла. Даже при комнатной температуре это тепло может поступать из окружающей среды. Скорость, с которой молекулы воды отрываются, очень чувствительна к температуре, поэтому люди, которые говорят, что вам нужно нагреть вещи, правы. Если вы хотите, чтобы сушка происходила достаточно быстро, чтобы избежать сильного роста плесени и т. д., то нагрев будет большим подспорьем. Запуск осушителей также помогает, как я уже упоминал, но даже если воздух совершенно сухой, чистая скорость не может быть выше, чем чистая скорость испарения, которая очень чувствительна к температуре.
Mike W.
(опубликовано 17.10.2011)
Дополнение №8: солнечный свет и испарение
Q:
Я инженер (проводил исследования в Урбане). Я также изучал метеорологию. Но я хотел получить дополнительное представление о некоторых «утверждениях» относительно воды, испаряющейся из искусственного канала, в основном из-за воздействия прямых солнечных лучей. (Насколько я понимаю, испарение воды зависит от температуры воздуха и температуры воды, влажности воздуха, расхода воздуха, а также от площади поверхности воды и скорости турбулентного потока воды.) драма вокруг солнечного поля на вершине канала в Индии (страна горячего и сухого воздуха), где неплотное покрытие искусственного водного канала (возможно, шириной 10 метров) может сэкономить около 9миллионов литров воды (2,5 мил галлона) в год. Утверждается, что это … только при покрытии менее 1 км канала длиной 458 км. (Если вы выполните поиск в Интернете, вы увидите, что поле солнечной панели приподнято над поверхностью, где воздух может обильно обтекать воду.
) Мой вопрос заключается в том, является ли утверждение о свободном покрытии небольшого участка текущей воды (1,7 м / s) может сэкономить до 2,5 миллионов галлонов воды в год или это огромная политическая драма? (Я полагаю, что более важный вопрос заключается в том, нагревает ли солнечный свет воду непосредственно или только частицы воды и поверхности потока?) Пожалуйста, дайте мне знать, что вы думаете.
— Санни (30 лет)
Сакраменто, Калифорния
A:
Эта оценка на самом деле кажется мне очень реалистичной, основанной на грубых расчетах. Хотя все упомянутые вами факторы действительно проявляются в чистой скорости испарения воды, ключевым моментом является то, что на каждый кг испаряемой воды должен приходиться чистый тепловой поток около 2 МДж в воду для обеспечения скрытой теплоты. Солнечный свет (скажем, 1000 Вт/м 90 245 2 90 246 ), падающий на эти 10 90 245 4 90 246 м 90 245 2 90 246 , будет выделять много энергии. Некоторые, в основном инфракрасные, будут непосредственно поглощаться водой.
Большая часть видимого света будет поглощаться этими камнями на дне канала, и большая часть этого тепла должна затем передаваться текущей воде, хотя часть будет рассеиваться в землю под ним. В пределах довольно больших погрешностей моего незнания деталей картины солнечного света в этом районе, цвета скал и т. д. эти 2,5 млн галлонов в год звучат почти правильно.
Это просто вопрос удержания дополнительной энергии от попадания в воду, и не предполагается, что поток воздуха над водой вообще уменьшится.
Mike W.
(опубликовано 22.09.2013)
Дополнение №9: вопрос научной выставки о скорости испарения воды
Вопрос:
Я провожу исследование для научной выставки, и Мой вопрос заключался в том, испаряется ли вода быстрее всего в грязи, песке или сама по себе. Можете ли вы придумать способ, которым я могу угадать точный ответ, не проводя эксперимент?
— Джейден (11 лет)
Ирвин, Калифорния, США
A:
Нет, я не могу придумать хороший способ угадать.
Вот несколько осложнений, которые усложняют задачу. Ровная поверхность воды позволяет ветру дуть прямо на нее. Это может помочь ускорить испарение. В песке много мелких трещин, которые могут частично заполняться, увеличивая площадь поверхности. Это может ускорить испарение. Грязь может иметь шероховатую влажную поверхность, что также увеличивает площадь поверхности и увеличивает скорость испарения. Но, возможно, грязь в основном состоит из глины с гладкой поверхностью, и это может уменьшить испарение.
Эксперименты — великая вещь!
Майк В.
отправлено без проверки Ли, пока он не вернется из Парижа
горячий пар поднимается
вода и огонь
джин проясняет запотевшее стекло
вода конденсируется под чашкой горячего чая
too weird to believe
evaporation
tea and sugar in boiling milk
compressing gas
boiling point of solutions
Still Curious?
Вопросы и ответы по Expore в смежных категориях
- Кипение, испарение и конденсация
Скорость испарения, скорость конденсации и относительная влажность
В предыдущем разделе я утверждал нечто, что может показаться удивительным: испарение и конденсация происходят вокруг вас одновременно все время, но вы часто не видите результатов, потому что они происходит на молекулярном уровне.
Очевидные фазовые изменения происходят, когда есть либо «чистая» конденсация, либо «чистое» испарение (при условии, что для начала у вас есть немного жидкой воды). «Чистая» конденсация означает, что скорость конденсации превышает скорость испарения, что приводит к образованию капель жидкой воды. С другой стороны, если предположить, что у вас есть некоторое количество жидкой воды для начала, «чистое» испарение, которое означает, что скорость испарения превышает скорость конденсации, заставляет капли жидкой воды сжиматься (или полностью исчезать) или лужи на земле высушить и т. д.
Состояния суммарного испарения и суммарной конденсации чрезвычайно важны для синоптиков, поскольку они влияют на образование облаков и осадков, а также на испарение осадков (и последующее охлаждение за счет испарения), среди прочего. Чтобы лучше понять, как достигается чистое испарение и чистая конденсация, нам нужно немного больше узнать о том, что контролирует скорость испарения (количество молекул воды, испаряющихся в данной области за определенный период времени) и скорость конденсации (количество молекул воды).
молекулы водяного пара, конденсирующиеся в жидкую воду в данной области в течение заданного периода времени).
Во-первых, связи, которые свободно соединяют молекулы воды в жидкой фазе, не так уж прочны, поэтому иногда естественная вибрация молекул воды разрывает эти связи, что приводит к испарению. Конечно, как известно, колебания молекул зависят от температуры: чем выше температура, тем быстрее колебания молекул и тем больше вероятность того, что жидкая молекула воды оторвется от своих соседей и испарится в водяной пар. Таким образом, это означает, что температура воды является основным регулятором скорости испарения. Более низкая температура воды приводит к более низкой скорости испарения, в то время как более высокая температура воды приводит к более высокой скорости испарения.
Как насчет скорости конденсации? Чтобы изучить регуляторы скорости конденсации, давайте проведем небольшой эксперимент, начав с закрытого пустого контейнера, наполненного сухим воздухом (без молекул водяного пара).
Теперь давайте нальем немного воды в контейнер и посмотрим, что произойдет. Со временем наиболее энергичные молекулы воды разрывают молекулярные связи со своими соседями и испаряются в надводное пространство, постепенно увеличивая там количество молекул водяного пара. С течением времени и по мере того, как все больше молекул воды входят в паровую фазу в пространстве над водой, некоторые молекулы водяного пара снова конденсируются в жидкость, когда они вступают в контакт (случайно) с границей раздела между жидкой водой и воздухом над ней.
Эксперимент, который начинается с контейнера без молекул воды (слева). На втором этапе эксперимента в емкость добавляется вода, и вода начинает испаряться. В то же время молекулы воды в газовой фазе могут свободно конденсироваться обратно в жидкость. Сначала скорость испарения намного превышает скорость конденсации.
Авторы и права: Дэвид Бэбб
Первоначально скорость конденсации невелика, потому что присутствует всего несколько молекул водяного пара, и вероятность того, что любая из них соприкоснется с границей раздела между воздухом и водой, мала.
Фактически, скорость испарения намного превышает скорость конденсации на ранней стадии (происходит чистое испарение). Но с течением времени и чистым испарением воздух над водой содержит все большее количество молекул водяного пара. По мере увеличения количества молекул водяного пара вероятность того, что молекула водяного пара соприкоснется с границей раздела между воздухом и водой и снова конденсируется в жидкость, также увеличивается, что приводит к увеличению скорости конденсации.
Таким образом, по мере увеличения количества молекул водяного пара в воздухе над водой увеличивается и скорость конденсации. Скорость конденсации будет продолжать увеличиваться до тех пор, пока не совпадет со скоростью испарения, что является состоянием, называемым равновесием , что означает, что скорость конденсации равна скорости испарения. При равновесии температура оставшейся воды на дне сосуда ниже температуры воды, которая присутствовала в начале эксперимента. Это потому, что наиболее энергичные молекулы воды испарились, тем самым понизив среднюю кинетическую энергию (другими словами, температуру) оставшейся воды.
При этом температура оставшейся воды равна температуре «воздуха» над водой. Это состояние равновесия, когда скорость конденсации равна скорости испарения, изображено слева внизу.
На второй фазе эксперимента нагревается сосуд, находящийся в равновесии (слева). При повышении температуры воды (справа) скорость испарения также увеличивается. В свою очередь количество водяного пара в «воздушном пространстве» над водой увеличивается. В конце концов, скорость конденсации увеличивается и уравновешивает ускоренную скорость испарения, достигая нового равновесия.
Авторы и права: Дэвид Бэбб
Если мы возьмем наш контейнер в равновесие и увеличим температуру (изображено справа вверху), что произойдет? Повышение температуры воды вызывает увеличение скорости испарения, и на какое-то время происходит чистое испарение. Но с увеличением испарения в воздухе над водой находится больше молекул воды, что, в свою очередь, увеличивает скорость конденсации. Скорость конденсации снова увеличивается, пока не сравняется со скоростью испарения, и будет достигнуто новое равновесие (с большей скоростью испарения и скоростью конденсации, чем исходное равновесие, показанное выше справа).
Относительная влажность (RH) равна скорости конденсации, деленной на скорость испарения, умноженной на 100 процентов.
Авторы и права: Стив Семан
Итак, как скорости испарения и конденсации связаны с погодой? Ну, они лежат в основе переменной, о которой вы, возможно, слышали — относительная влажность . Хотя вы, возможно, слышали термин «относительная влажность» раньше, вы можете не знать, что он на самом деле говорит вам. Во-первых, относительная влажность — это скорость конденсации, деленная на скорость испарения, умноженная на 100 процентов (показано справа). Относительная влажность обычно колеблется от нескольких процентов (когда скорость испарения намного больше, чем скорость конденсации) до 100 процентов, что происходит при равновесии. Однако 100 процентов не является верхним пределом относительной влажности, потому что в действительности скорость конденсации иногда немного превышает скорость испарения (так растут капли воды).
О чем говорит относительная влажность? Он говорит нам, насколько близка скорость конденсации к скорости испарения.
Когда относительная влажность приближается к 100 процентам, скорость конденсации приближается к скорости испарения. Низкие значения относительной влажности означают, что скорость испарения значительно превышает скорость конденсации. Но поскольку относительная влажность зависит от скорости испарения, которая зависит от температуры, относительная влажность не говорит нам, сколько водяного пара присутствует в воздухе. Например, относительная влажность составляет 100 процентов на обеих стадиях нашего эксперимента, описанного выше, в которых скорость конденсации равна скорости испарения (равновесие), но после повышения температуры в состоянии равновесия присутствует больше молекул водяного пара. Сама по себе относительная влажность также не является хорошим показателем того, насколько душным или влажным кажется воздух большинству людей.
На практике мы не можем рассчитать относительную влажность, используя приведенное выше уравнение справа, потому что мы не можем легко определить скорость испарения и конденсации в любой момент времени.
Однако мы можем связать скорости испарения и конденсации с погодными переменными, которые мы можем легко измерить. Поскольку мы знаем, что скорость конденсации зависит от количества присутствующего водяного пара, и мы используем точку росы для оценки количества присутствующего водяного пара, естественно, что скорость конденсации связана с точкой росы. Действительно, чем выше точка росы, тем выше скорость конденсации. Между тем, температура контролирует скорость испарения (чем выше температура, тем выше скорость испарения), поэтому относительная влажность зависит от точки росы (которая отражает количество присутствующего водяного пара) и температуры . Однако я должен отметить, что мы не можем просто подставить точку росы и температуру в приведенное выше уравнение для относительной влажности и сделать простой расчет. Математические связи между скоростью конденсации и точкой росы, скоростью испарения и температурой слишком сложны для этого и выходят за рамки данного курса.
Тем не менее, понимание основных связей между температурой и скоростью испарения, точкой росы и скоростью конденсации приводит нас к следующему важному извлеченному уроку:
Урок: Когда скорость испарения намного превышает скорость конденсации, существует большая разница между температурой и точкой росы, а относительная влажность низкая. Когда скорость испарения и скорость конденсации одинаковы, существует небольшая разница между температурой и точкой росы, а относительная влажность высока.
Этот урок имеет много важных применений. Во-первых, это помогает нам понять утверждение, которое я сделал в предыдущем разделе, о том, что потенциал для охлаждения за счет испарения во время дождя максимален, когда существует большая разница между температурой и точкой росы. Когда существует большая разница между температурой и точкой росы, скорость испарения намного превышает скорость конденсации (относительная влажность низкая), что означает большое0009 чистое испарение , вызывающее заметное охлаждение.