تبخر

التبخر هو نوع من أنواع التبخير يحدث على سطح السائل أثناء تحوله إلى الحالة الغازية. ^{[ 1 ]} يؤدي ارتفاع تركيز المادة المتبخرة في الغاز المحيط إلى إبطاء عملية التبخر بشكل ملحوظ، كما هو الحال عندما تؤثر الرطوبة على معدل تبخر الماء. ^{[ 2 ]} عندما تتصادم جزيئات السائل، فإنها تنقل الطاقة فيما بينها وفقًا لكيفية تصادمها. عندما يمتص جزيء قريب من السطح طاقة كافية للتغلب على ضغط البخار ، فإنه يتسرب ويدخل الهواء المحيط على شكل غاز. ^{[ 3 ]} عند حدوث التبخر، تؤدي الطاقة المفقودة من السائل المتبخر إلى خفض درجة حرارته، مما ينتج عنه التبريد التبخيري. ^{[ 4 ]}

في المتوسط، لا تمتلك سوى نسبة ضئيلة من جزيئات السائل طاقة حرارية كافية للهروب منه. ويستمر التبخر حتى يتحقق التوازن، حيث يتساوى معدل تبخر السائل مع معدل تكثفه. وفي بيئة مغلقة، يستمر تبخر السائل حتى يتشبع الهواء المحيط به.

يُعدّ التبخر جزءًا أساسيًا من دورة الماء . فالشمس (الطاقة الشمسية) تُحفّز تبخر الماء من المحيطات والبحيرات ورطوبة التربة وغيرها من مصادر المياه. في علم المياه ، يُطلق على التبخر والنتح (الذي يشمل التبخر داخل ثغور النباتات ) اسم التبخر النتحي . يحدث تبخر الماء عندما ينكشف سطح السائل، مما يسمح للجزيئات بالخروج وتكوين بخار الماء؛ ثم يصعد هذا البخار مُشكّلًا السحب. ومع توفر طاقة كافية، يتحول السائل إلى بخار.

لكي تتبخر جزيئات السائل، يجب أن تكون قريبة من السطح، وأن تتحرك في الاتجاه الصحيح، وأن تمتلك طاقة حركية كافية للتغلب على قوى التجاذب بين جزيئات السائل . ^{[ 5 ]} عندما تستوفي نسبة صغيرة فقط من الجزيئات هذه المعايير، يكون معدل التبخر منخفضًا. وبما أن الطاقة الحركية للجزيء تتناسب طرديًا مع درجة حرارته، فإن التبخر يحدث بسرعة أكبر عند درجات الحرارة المرتفعة. ومع هروب الجزيئات الأسرع حركة، تنخفض الطاقة الحركية المتوسطة للجزيئات المتبقية، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة السائل. تُعرف هذه الظاهرة أيضًا بالتبريد التبخيري . ولهذا السبب يُبرد العرق المتبخر جسم الإنسان. كما يميل التبخر إلى أن يكون أسرع مع ارتفاع معدلات التدفق بين الطورين الغازي والسائل، وفي السوائل ذات ضغط البخار العالي . على سبيل المثال، تجف الملابس المنشورة على حبل الغسيل (بالتبخر) بشكل أسرع في يوم عاصف مقارنةً بيوم هادئ. ثلاثة عناصر أساسية للتبخر هي الحرارة، والضغط الجوي (الذي يحدد نسبة الرطوبة)، وحركة الهواء.

على المستوى الجزيئي، لا يوجد حد فاصل واضح بين الحالة السائلة والحالة البخارية. بدلاً من ذلك، توجد طبقة كنودسن ، حيث تكون الحالة غير محددة. ولأن هذه الطبقة لا يتجاوز سمكها بضعة جزيئات، فلا يمكن رؤية سطح انتقال طور واضح على المستوى العياني. ^{[ 6 ]}

السوائل التي لا تتبخر بشكل ملحوظ عند درجة حرارة معينة في غاز معين (مثل زيت الطهي في درجة حرارة الغرفة ) تحتوي على جزيئات لا تميل إلى نقل الطاقة فيما بينها بنمط كافٍ لتزويد الجزيء بالطاقة الحرارية اللازمة للتحول إلى بخار. ومع ذلك، فإن هذه السوائل تتبخر ، ولكن هذه العملية أبطأ بكثير وبالتالي أقل وضوحًا.

التوازن التبخيري

إذا حدث التبخر في حيز مغلق، تتراكم الجزيئات المتصاعدة على شكل بخار فوق السائل. يعود العديد من هذه الجزيئات إلى السائل، وتزداد وتيرة عودتها مع ازدياد كثافة البخار وضغطه. عندما تصل عملية التصاعد والعودة إلى حالة اتزان ، [ ^{5 ] يُقال} إن البخار "مشبع"، ولن يحدث أي تغيير إضافي في ضغط البخار أو كثافته أو درجة حرارة السائل. بالنسبة لنظام يتكون من بخار وسائل لمادة نقية، ترتبط حالة الاتزان هذه ارتباطًا مباشرًا بضغط بخار المادة، كما هو موضح في علاقة كلاوزيوس-كلابيرون .

${\displaystyle \ln \left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)=-{\frac {\Delta H_{\rm {vap}}}{R}}\left({\frac {1}{T_{2}}}-{\frac {1}{T_{1}}}\right)}$

حيث _يُمثل P1 _و P2 ضغط البخار عند درجتي الحرارة T1 _و T2 على التوالي، و ΔHvap _هي إنثالبي التبخر ، _و R هو ثابت الغازات العام . يرتبط معدل التبخر في نظام مفتوح بضغط البخار في نظام مغلق. عند تسخين سائل، يغلي السائل عندما يصل ضغط بخاره إلى الضغط الجوي المحيط .

تعتمد قدرة جزيئات السائل على التبخر بشكل كبير على مقدار الطاقة الحركية التي تمتلكها كل جزيئة. حتى في درجات الحرارة المنخفضة، يمكن لجزيئات السائل أن تتبخر إذا كانت تمتلك طاقة حركية تفوق الحد الأدنى اللازم للتبخر.

ملاحظة: يُستخدم الهواء هنا كمثال شائع للغاز المحيط؛ ومع ذلك، قد تقوم غازات أخرى بهذا الدور.

تركيز المادة المتبخرة في الهواء

إذا كان الهواء يحتوي بالفعل على تركيز عالٍ من المادة المتبخرة، فإن المادة المعينة ستتبخر ببطء أكبر.

معدل تدفق الهواء

يرتبط هذا جزئيًا بنقاط التركيز المذكورة أعلاه. فإذا كان الهواء النقي (أي الهواء غير المشبع بالمادة أو بمواد أخرى) يتحرك فوق المادة باستمرار، فإن تركيز المادة في الهواء يقل احتمال ارتفاعه مع مرور الوقت، مما يشجع على تبخر أسرع. ويعود ذلك إلى انخفاض سمك الطبقة الحدية عند سطح التبخر مع ازدياد سرعة التدفق، مما يقلل مسافة الانتشار في الطبقة الراكدة.

كمية المعادن المذابة في السائل

القوى بين الجزيئية

كلما زادت قوة الروابط التي تُبقي الجزيئات متماسكة في الحالة السائلة، زادت الطاقة اللازمة للهروب. ويُعرف هذا بمحتوى حرارة التبخر .

ضغط

يحدث التبخر بشكل أسرع إذا كان هناك جهد أقل على السطح يمنع الجزيئات من الانطلاق.

مساحة السطح

المادة التي لها مساحة سطح أكبر ستتبخر بشكل أسرع، حيث يوجد عدد أكبر من جزيئات السطح لكل وحدة حجم والتي من المحتمل أن تكون قادرة على الهروب.

درجة حرارة المادة

كلما ارتفعت درجة حرارة المادة زادت الطاقة الحركية للجزيئات على سطحها، وبالتالي زادت سرعة تبخرها.

التأثير الضوئي الجزيئي

تؤثر كمية الضوء على التبخر. فعندما تصطدم الفوتونات بسطح السائل، يمكنها أن تجعل الجزيئات الفردية تتحرر وتختفي في الهواء دون الحاجة إلى حرارة إضافية. ^{[ 7 ]}

في الولايات المتحدة، تقيس هيئة الأرصاد الجوية الوطنية، في مواقع خارجية مختلفة في جميع أنحاء البلاد، معدل التبخر الفعلي من سطح مائي مفتوح معياري . وتفعل جهات أخرى الشيء نفسه حول العالم. تُجمع البيانات الأمريكية وتُصنف في خريطة تبخر سنوية. وتتراوح القياسات من أقل من 30 بوصة إلى أكثر من 120 بوصة (3000 ملم) سنويًا. 

نظرًا لأن التبخر يحدث عادةً في بيئة معقدة، حيث يُعدّ حدثًا نادرًا للغاية، فإن آلية تبخر الماء غير مفهومة تمامًا. تتطلب الحسابات النظرية عمليات محاكاة حاسوبية طويلة وكبيرة للغاية. يُعدّ معدل تبخر الماء السائل أحد أهم مصادر عدم اليقين في نماذج المناخ الحديثة. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

تتضمن الديناميكا الحرارية للتبخر اكتساب الجزيئات طاقة حركية كافية للتغلب على قوى التجاذب بينها والخروج على شكل غاز، مما يتطلب طاقة (حرارة التبخر الكامنة) ويؤدي إلى التبريد نتيجة خروج الجزيئات الأسرع. يزيد هذا التحول الطوري الماص للحرارة من الإنتروبيا الإجمالية، بما يتوافق مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية، ويتأثر بدرجة الحرارة والضغط والرطوبة ومساحة السطح، مما يجعله أساسيًا في التبريد والأحوال الجوية.

التبخر عملية ماصة للحرارة ، حيث يتم امتصاص الحرارة أثناء التبخر.

• تشمل التطبيقات الصناعية العديد من عمليات الطباعة والطلاء ؛ واستخلاص الأملاح من المحاليل؛ وتجفيف مجموعة متنوعة من المواد مثل الأخشاب والورق والقماش والمواد الكيميائية.
• يُعد استخدام التبخير لتجفيف أو تركيز العينات خطوة تحضيرية شائعة للعديد من التحليلات المختبرية، مثل التحليل الطيفي والكروماتوغرافيا . وتشمل الأنظمة المستخدمة لهذا الغرض المبخرات الدورانية والمبخرات الطاردة المركزية .
• عند نشر الملابس على حبل الغسيل، حتى وإن كانت درجة الحرارة المحيطة أقل من درجة غليان الماء، يتبخر الماء. وتتسارع هذه العملية بفعل عوامل مثل انخفاض الرطوبة ، والحرارة (من الشمس)، والرياح. أما في مجفف الملابس ، فيُدفع الهواء الساخن عبر الملابس، مما يسمح بتبخر الماء بسرعة كبيرة.
• الماتكي /الماتكا ، وهو وعاء طيني مسامي هندي تقليدي يستخدم لتخزين وتبريد الماء والسوائل الأخرى.
• البوتيجو ، وهو وعاء طيني مسامي إسباني تقليدي مصمم لتبريد الماء الموجود بداخله عن طريق التبخر.
• المبردات التبخيرية ، التي يمكنها تبريد المبنى بشكل كبير عن طريق نفخ الهواء الجاف فوق مرشح مشبع بالماء.

• مقياس التبخر (مقياس التبخر)
• كريوفوروس
• التبلور
• تحلية المياه
• التقطير
• تدفق التباين الدوامي (المعروف أيضًا باسم ارتباط الدوامة، تدفق الدوامة)
• المبخر
• النتح التبخري
• التبخر السريع
• حرارة التبخر
• معادلة هيرتز-كنودسن
• علم المياه (الزراعة)
• الحرارة الكامنة
• تدفق الحرارة الكامنة
• التبخر من المقلاة
• التسامي (التحول الطوري) (انتقال الطور من الحالة الصلبة مباشرة إلى الحالة الغازية)
• النتح

• وسائط متعلقة بالتبخر على ويكيميديا ​​كومنز