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為什么潑在地上的水很快就干了,而洗完的衣服卻不容易晾干?
來(lái)源:萌鐵蛋 MnFeN 瀏覽 1489 次 發(fā)布時(shí)間:2021-08-28
化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)方面就不說(shuō)了,說(shuō)一個(gè)不太一樣的。為什么潑在地上的水很快就干了,而洗完的衣服卻不容易晾干?并不是由于比表面積不同,衣服就只是一層布料,比表面積同樣很大。而是因?yàn)橐旱蔚恼魵鈮号c它表面的曲率半徑有關(guān)。這一關(guān)系由開(kāi)爾文方程描述:
聽(tīng)說(shuō)公式會(huì)讓人不想看科普所以我只講這一個(gè)公式好了(x)其中,R是通用氣體常量,T是溫度,ρ是液滴表面的曲率半徑。p?是表面平整的液體原本的蒸氣壓,p是這個(gè)液滴的蒸氣壓。p?、表面張力γ、液體摩爾體積V_m對(duì)于同種溫度的同種液體可以認(rèn)為近似是常量。把以上常量合并為常量C,所以在同樣溫度下,對(duì)于同種液體,可以得出如下的半定量關(guān)系:
即:
對(duì)于潑在地上的水,表面幾乎平整,曲率半徑近似無(wú)窮大,上式的冪趨近于0,指數(shù)項(xiàng)趨近于1,所以蒸氣壓就等于純水的蒸氣壓(p=p?)。而下圖展示的是一個(gè)表面的縱切圖,左側(cè)是桌面上的一個(gè)水滴,中間是桌面上一個(gè)凹陷裂縫中的水,右側(cè)是類似墻角、桌角等地方的積水。
對(duì)于桌面上的一個(gè)小水滴,表面凸出,曲率半徑為正值,上式的冪為正,指數(shù)項(xiàng)大于1,即p>p?,所以小水滴比相同比表面積的純水具有更大的蒸氣壓,揮發(fā)得更快。而對(duì)于凹陷處的水,由于液體的表面張力(類似毛細(xì)現(xiàn)象),它們會(huì)形成一個(gè)凹液面,曲率半徑為負(fù),所以上式的冪為負(fù),指數(shù)項(xiàng)小于1,即p < p? ,所以凹陷處等位置的具有凹液面的水比純水具有更小的蒸氣壓,揮發(fā)得更慢。回到晾衣服的問(wèn)題:衣服布料的細(xì)小纖維中存在顯著的毛細(xì)現(xiàn)象,水會(huì)浸潤(rùn)其中,并形成曲率半徑很?。ㄘ?fù)數(shù),絕對(duì)值很?。┑陌家好?,顯著降低了液體蒸氣壓,所以衣服并不容易被晾干。
所以從上式分析:衣服怎么樣能更快晾干呢?對(duì)p有影響的物理量有:飽和蒸氣壓p?,表面張力γ,液體摩爾體積V_m,曲率半徑ρ,溫度T,氣體常量R。改變溫度:最簡(jiǎn)單的烘干衣服。注意溫度同時(shí)也改變了表面張力、飽和蒸氣壓p?等很多物理量,一舉多得……雖然這個(gè)解決辦法是廢話(x)改變表面張力、摩爾體積、飽和蒸氣壓:這相當(dāng)于改變液體的性質(zhì),換句話說(shuō)是換了一種液體。雖然水洗是很難晾干的,但是干洗就利用了這個(gè)原理,更換了其它溶劑,蒸氣壓大幅提高,室溫下很快就揮發(fā)干了。另外一些無(wú)機(jī)合成實(shí)驗(yàn)中水溶液里面結(jié)晶出來(lái)的粉末產(chǎn)物先用酒精洗滌再用乙醚洗滌最后再干燥也是這個(gè)原理(劃掉)改變曲率半徑ρ:曲率半徑取決于液體與衣服材質(zhì)的浸潤(rùn)程度,從而改變接觸角。如果選用不能很好地被水浸潤(rùn)的布料,那么表面張力的作用就會(huì)被削弱,形成更平一些的凹陷表面(曲率半徑的絕對(duì)值增大),從而使衣服中水的蒸氣壓提高,速干衣物就利用了這一原理。
改變氣體常量R:把那個(gè)試圖修改宇宙規(guī)律的拖出去(x)
更新一下計(jì)算過(guò)程:以上公式代入了常溫下水的數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn),只要隨著蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行,水滴曲率半徑μ的絕對(duì)值達(dá)到微米尺度,就可以顯著減小水滴的蒸氣壓。