Испарение и конденсации

Чтобы круговорот воды работал, вода должна подняться с поверхности Земли обратно в небо, чтобы дождь снова пошел вниз и испортил ваш парад или полил ваши посевы или двор. Это невидимый процесс испарения, который превращает жидкую и замороженную воду в водяной пар, который затем взмывает в небо и превращается в облака.

Примечание. В этом разделе Школы наук о воде обсуждается «естественный» круговорот воды на Земле без вмешательства человека.

Испарение — это процесс превращения воды из жидкости в газ или пар. Испарение — это основной путь, по которому вода переходит из жидкого состояния обратно в круговорот воды в виде водяного пара из атмосферы. Исследования показали, что океаны , моря, озера и реки обеспечивают почти 90 процентов влаги в атмосфере за счет испарения, а оставшиеся 10 процентов вносятся за счет транспирации растений .

Очень небольшое количество водяного пара попадает в атмосферу в результате сублимации , процесса, при котором вода превращается из твердого вещества (лед или снег) в газ, минуя жидкую фазу . Это часто случается в Скалистых горах, так как в конце зимы и в начале весны с Тихого океана дуют сухие и теплые ветры чавычи. Когда действует эффект чавычи, местные температуры резко повышаются за считанные часы. Когда сухой воздух попадает на снег, он превращает снег непосредственно в водяной пар, минуя жидкую фазу. Сублимация — это распространенный способ быстрого исчезновения снега в засушливом климате. (Источник: обсерватория горы Вашингтон)

Почему происходит испарение
Для испарения необходимо тепло (энергия). Энергия используется для разрыва связей, удерживающих молекулы воды вместе, поэтому вода легко испаряется при температуре кипения (212 ° F, 100 ° C), но гораздо медленнее испаряется при температуре замерзания. Чистое испарение происходит, когда скорость испарения превышает скорость конденсации. Состояние насыщения существует, когда эти две скорости процесса равны, при этом относительная влажность воздуха составляет 100 процентов. Конденсация, противоположность испарению, происходит, когда насыщенный воздух охлаждается ниже точки росы (температура, до которой воздух должен быть охлажден при постоянном давлении, чтобы он стал полностью насыщенным водой), например, на внешней стороне стакана с ледяной водой. . Фактически, процесс испарения отводит тепло из окружающей среды, поэтому вода, испаряющаяся с вашей кожи, охлаждает вас.

Испарение управляет круговоротом воды
Испарение из океанов является основным механизмом, поддерживающим часть круговорота воды между поверхностью и атмосферой. В конце концов, большая площадь поверхности океанов (более 70 процентов поверхности Земли покрыто океанами) дает возможность для крупномасштабного испарения. В глобальном масштабе количество испаряющейся воды примерно такое же, как количество воды, доставленной на Землю в виде осадков. Однако это действительно различается географически. Испарение более распространено над океанами, чем осадки, а над сушей осадки выпадают.обычно превышает испарение. Большая часть воды, которая испаряется из океанов, выпадает обратно в океаны в виде осадков. Только около 10 процентов воды, испарившейся из океанов, переносится по суше и выпадает в виде осадков. После испарения молекула воды проводит в воздухе около 10 дней. Процесс испарения настолько велик, что без стока осадков и разгрузки подземных вод из водоносных горизонтов океаны почти опустели бы.

Люди используют испарение
Соль, полученная из прудов-испарителей в Индии
Поваренная соль могла быть получена из пруда-испарителя.

Предоставлено: Википедия, Creative Commons.

Если вы когда-нибудь окажетесь на острове и вам понадобится немного соли, просто возьмите миску, добавьте немного морской воды и подождите, пока солнце испарит воду. Фактически, один из способов производства поваренной соли — это испарение соленой воды в прудах-испарителях, метод, используемый людьми на протяжении тысячелетий.

Морская вода содержит другие ценные минералы, которые легко получить испарением. Мертвое море расположено на Ближнем Востоке в закрытом водоразделе и без каких-либо оттоков, что является ненормальным для большинства озер. Основным механизмом выхода воды из озера является испарение, которое в пустыне может быть довольно высоким — от 1300 до 1600 миллиметров в год. В результате воды Мертвого моря имеют самую высокую соленость и плотность (вот почему вы плывете «выше » ; когда вы лежите в соленой воде) из всех морей в мире, слишком высоко, чтобы поддерживать жизнь. Вода идеально подходит для размещения прудов-испарителей для добычи не только поваренной соли, но также магния, поташа и брома. (Источник: Обзор водных ресурсов Ближнего Востока,Проект банков данных по водным ресурсам Ближнего Востока ) .

Испарительное охлаждение: дешевое кондиционирование!
Карта США, показывающая, как испарительные охладители лучше всего работают в засушливых районах США (западная часть США)
Предоставлено: Энергетическая комиссия Калифорнии.

Ранее мы говорили, что во время испарения тепло удаляется из окружающей среды, что приводит к чистому охлаждению; Обратите внимание, как холодно становится ваша рука, когда врач протирает ее спиртом, прежде чем вытащить шприц с прикрепленной к нему пугающей иглой. В климате, где влажность низкая, а температуры высокие, охладитель испарителя, такой как «охладитель болота», может снизить температуру воздуха на 20 градусов по Фаренгейту, одновременно увеличивая влажность. Как показано на этой карте, испарительные охладители лучше всего работают в засушливых районах США (красные области, отмеченные A) и могут работать отчасти в областях, отмеченных синим цветом, отмеченными B. Во влажных районах восточной части США необходимо использовать обычные кондиционеры.

Собака в охлаждающем жилете.
Вот Фидо, который выглядит одновременно острым и крутым, поскольку он носит новейшую модную собачью одежду, которая также сохраняет его прохладу в жаркий день. Фидо носит «охлаждающий жилет», в котором владелец смачивает его, кладет на собаку, а свойства процесса испарения помогают собаке чувствовать себя комфортно.

Предоставлено: Викимедиа , Creative Commons.

Fido поддерживает испарительное охлаждение
Да, охладители для болот больше не только для дома. В конце концов, процесс испарения позволяет собаке оставаться в прохладе так же хорошо, как и в доме. Испарительные охладители — действительно довольно простые устройства, по крайней мере, по сравнению с кондиционерами. Охладители болот втягивают сухой горячий наружный воздух и пропускают его через испарительную подушку, которая остается влажной за счет подачи воды. В домашнем устройстве вентилятор втягивает воздух через подушку, вода в подушке испаряется, в результате получается более холодный воздух, который прокачивается через дом. Используется гораздо меньше энергии по сравнению с кондиционером. (Источник: Энергетическая комиссия Калифорнии )
Градирни при мощности производственного объекта . Электростанции, в том числе завод Боуэн в Джорджии, вырабатывают электроэнергию, используя тепло (в данном случае от сжигания угля) для преобразования воды в пар.

Предоставлено : Алан Кресслер , Геологическая служба США.

Одним из очень важных побочных продуктов термоэлектрических установок является тепло от энергетического оборудования. Растения собирают много отходов , используют их для охлаждения оборудования, а затем им необходимо сбрасывать использованную воду обратно в окружающую среду. Сброс горячей воды обратно в реки нанесет вред экологии, поэтому на многих электростанциях есть огромные градирни, где горячая вода распыляется внутри, а испарение используется для охлаждения сбрасываемой воды, прежде чем она вернется в окружающую среду.