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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?

來源:萌鐵蛋 MnFeN 瀏覽 798 次 發布時間:2021-08-28

化學(xue)熱力學(xue)化學(xue)動力學(xue)方面就(jiu)不(bu)(bu)說了,說一(yi)個(ge)不(bu)(bu)太一(yi)樣的(de)。為(wei)什么潑(po)在(zai)地上的(de)水很(hen)(hen)快就(jiu)干了,而洗完(wan)的(de)衣服(fu)卻不(bu)(bu)容(rong)易晾(liang)干?并(bing)不(bu)(bu)是(shi)(shi)由(you)于比表(biao)面積(ji)不(bu)(bu)同,衣服(fu)就(jiu)只是(shi)(shi)一(yi)層布料(liao),比表(biao)面積(ji)同樣很(hen)(hen)大。而是(shi)(shi)因為(wei)液滴(di)的(de)蒸(zheng)氣壓與它表(biao)面的(de)曲率(lv)半徑有關(guan)。這一(yi)關(guan)系(xi)由(you)開爾文方程描(miao)述(shu):

聽說公式會讓人不(bu)想看科普所以(yi)我只(zhi)講這(zhe)一個公式好(hao)了(x)其(qi)中,R是(shi)通用氣體(ti)(ti)常量(liang),T是(shi)溫(wen)度,ρ是(shi)液(ye)滴表面(mian)(mian)的曲率半徑(jing)。p?是(shi)表面(mian)(mian)平整的液(ye)體(ti)(ti)原(yuan)本的蒸(zheng)氣壓(ya),p是(shi)這(zhe)個液(ye)滴的蒸(zheng)氣壓(ya)。p?、表面(mian)(mian)張力γ、液(ye)體(ti)(ti)摩爾體(ti)(ti)積V_m對于(yu)(yu)同種溫(wen)度的同種液(ye)體(ti)(ti)可以(yi)認為近似是(shi)常量(liang)。把以(yi)上常量(liang)合并為常量(liang)C,所以(yi)在(zai)同樣(yang)溫(wen)度下,對于(yu)(yu)同種液(ye)體(ti)(ti),可以(yi)得出如(ru)下的半定量(liang)關系:

即:

對于潑在地上(shang)的(de)(de)水,表面幾乎平整,曲率半徑近(jin)似無窮(qiong)大,上(shang)式的(de)(de)冪趨近(jin)于0,指數項趨近(jin)于1,所以(yi)蒸氣壓(ya)(ya)就等于純水的(de)(de)蒸氣壓(ya)(ya)(p=p?)。而下圖(tu)展示的(de)(de)是(shi)(shi)一個表面的(de)(de)縱切圖(tu),左(zuo)側是(shi)(shi)桌面上(shang)的(de)(de)一個水滴,中間(jian)是(shi)(shi)桌面上(shang)一個凹陷裂縫中的(de)(de)水,右側是(shi)(shi)類似墻角、桌角等地方的(de)(de)積(ji)水。

對于(yu)桌面上(shang)的(de)一個小(xiao)水(shui)滴,表(biao)面凸出(chu),曲率半(ban)徑為(wei)正值(zhi),上(shang)式的(de)冪為(wei)正,指數項(xiang)大于(yu)1,即p&gt;p?,所(suo)以小(xiao)水(shui)滴比相同比表(biao)面積的(de)純水(shui)具有(you)更大的(de)蒸(zheng)氣壓,揮(hui)發得(de)更快。而對于(yu)凹陷處的(de)水(shui),由于(yu)液體(ti)的(de)表(biao)面張(zhang)力(類似(si)毛細(xi)現(xian)象(xiang)),它們會形(xing)成一個凹液面,曲率半(ban)徑為(wei)負(fu),所(suo)以上(shang)式的(de)冪為(wei)負(fu),指數項(xiang)小(xiao)于(yu)1,即p < p? ,所(suo)以凹陷處等位置的(de)具有(you)凹液面的(de)水(shui)比純水(shui)具有(you)更小(xiao)的(de)蒸(zheng)氣壓,揮(hui)發得(de)更慢。回到晾(liang)衣(yi)服的(de)問(wen)題:衣(yi)服布料(liao)的(de)細(xi)小(xiao)纖(xian)維中(zhong)(zhong)存在顯著的(de)毛細(xi)現(xian)象(xiang),水(shui)會浸潤其(qi)中(zhong)(zhong),并形(xing)成曲率半(ban)徑很(hen)小(xiao)(負(fu)數,絕(jue)對值(zhi)很(hen)小(xiao))的(de)凹液面,顯著降低了液體(ti)蒸(zheng)氣壓,所(suo)以衣(yi)服并不容易被晾(liang)干。


所以從上式分(fen)析:衣(yi)服(fu)怎(zen)么(me)(me)樣能更快晾干(gan)呢?對p有影響的(de)(de)物(wu)理量有:飽和蒸(zheng)氣(qi)(qi)壓p?,表(biao)面張(zhang)力(li)γ,液(ye)體(ti)(ti)摩爾體(ti)(ti)積V_m,曲(qu)(qu)率(lv)半(ban)徑ρ,溫度(du)T,氣(qi)(qi)體(ti)(ti)常(chang)量R。改(gai)變(bian)(bian)溫度(du):最(zui)簡單的(de)(de)烘干(gan)衣(yi)服(fu)。注意溫度(du)同時也改(gai)變(bian)(bian)了(le)(le)表(biao)面張(zhang)力(li)、飽和蒸(zheng)氣(qi)(qi)壓p?等很多物(wu)理量,一舉多得(de)……雖(sui)然這個解(jie)決辦法是(shi)廢(fei)話(hua)(x)改(gai)變(bian)(bian)表(biao)面張(zhang)力(li)、摩爾體(ti)(ti)積、飽和蒸(zheng)氣(qi)(qi)壓:這相當(dang)于改(gai)變(bian)(bian)液(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)性質,換(huan)句話(hua)說是(shi)換(huan)了(le)(le)一種液(ye)體(ti)(ti)。雖(sui)然水洗是(shi)很難晾干(gan)的(de)(de),但是(shi)干(gan)洗就(jiu)利用(yong)(yong)了(le)(le)這個原理,更換(huan)了(le)(le)其(qi)它(ta)溶劑,蒸(zheng)氣(qi)(qi)壓大幅提高(gao),室溫下(xia)很快就(jiu)揮發(fa)干(gan)了(le)(le)。另外一些(xie)無機合成實驗中水溶液(ye)里面結晶(jing)出來(lai)的(de)(de)粉末產物(wu)先用(yong)(yong)酒精洗滌再用(yong)(yong)乙醚洗滌最(zui)后再干(gan)燥也是(shi)這個原理(劃掉)改(gai)變(bian)(bian)曲(qu)(qu)率(lv)半(ban)徑ρ:曲(qu)(qu)率(lv)半(ban)徑取決于液(ye)體(ti)(ti)與衣(yi)服(fu)材質的(de)(de)浸潤程度(du),從而改(gai)變(bian)(bian)接觸角(jiao)。如果選用(yong)(yong)不能很好地被水浸潤的(de)(de)布料(liao),那么(me)(me)表(biao)面張(zhang)力(li)的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)就(jiu)會被削弱,形成更平一些(xie)的(de)(de)凹陷表(biao)面(曲(qu)(qu)率(lv)半(ban)徑的(de)(de)絕對值增(zeng)大),從而使衣(yi)服(fu)中水的(de)(de)蒸(zheng)氣(qi)(qi)壓提高(gao),速(su)干(gan)衣(yi)物(wu)就(jiu)利用(yong)(yong)了(le)(le)這一原理。


改變氣體(ti)常量R:把那(nei)個試圖修改宇(yu)宙規律的拖(tuo)出去(x)

更新一下計算過程(cheng):以上公式代入了(le)常溫(wen)下水的(de)數據。由此可(ke)見,只要隨著蒸(zheng)(zheng)發(fa)過程(cheng)的(de)進行,水滴曲率半徑μ的(de)絕(jue)對(dui)值(zhi)達(da)到(dao)微米尺度,就可(ke)以顯著減小水滴的(de)蒸(zheng)(zheng)氣壓。