Kühleffekt durch Verdunstung

Die Verdunstung soll einen Kühleffekt verursachen, da sie Energie aus der Umgebung absorbiert, um ihre Phase von der einer Flüssigkeit in eine Gasphase zu ändern. Ich bezweifle, warum die Umgebung bereit wäre, mehr Energie abzugeben als die Wassermoleküle. Wären nicht „niedrigere Temperatur der Wassermoleküle im Vergleich zur Umgebung“ oder andere solche Bedingungen, die eine spezifische Wärmekapazität oder Leitfähigkeit usw. betreffen könnten, zwingend erforderlich, um sicherzustellen, dass die Wärme von der Umgebung auf die Wassermoleküle übertragen wird und nicht auf die anderen andersherum ?

Antworten (1)

Beim Verdampfen müssen die Flüssigkeitsmoleküle die intermolekularen Anziehungskräfte überwinden und in die Umgebung entweichen. Nur die energiereichsten Moleküle in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche haben genug kinetische Energie, um die Anziehungskräfte zu überwinden. Wenn diese hochenergetischen Moleküle aus der Flüssigkeit entweichen (dh verdampfen), nimmt die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle in der Flüssigkeit ab und die Temperatur ist nichts anderes als ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie des Systems. Daher sinkt die Temperatur mit der Verdunstung.

Damit nun mehr Flüssigkeitsmoleküle genug Energie haben, um die zwischenmolekularen Kräfte zu überwinden, muss die durchschnittliche Energie der Flüssigkeit hoch sein. Die Flüssigkeit kann mehr Energie gewinnen, indem sie Energie aus ihrer Umgebung aufnimmt. Dies ist aber nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nur möglich, wenn die Temperatur der Flüssigkeit niedriger ist als die ihrer Umgebung. Ein solcher Energiefluss tritt auf, bis die Flüssigkeit und ihre Umgebung die gleiche Temperatur haben (oder bis die gesamte Flüssigkeit verdampft ist).

Verdunstungskühlung ist also offensichtlich nur möglich, wenn die Flüssigkeit kühler ist als ihre unmittelbare Umgebung. Ein sehr gutes Beispiel dafür wäre das Schwitzen, bei dem der Schweiß unserem Körper Energie entzieht und verdunstet.

Bearbeiten:

Beim Schwitzen hat der Schweiß die gleiche Temperatur wie der Körper. Wenn jedoch die energiereicheren Moleküle aus der Flüssigkeit entweichen, nimmt die durchschnittliche Energie (und damit die Temperatur der Flüssigkeit) ab, was wiederum dazu führt, dass der Schweiß mehr Wärme vom Körper aufnimmt.

Die durchschnittliche Energie muss nicht hoch sein, damit eine große Anzahl von Flüssigkeitsmolekülen die gewünschte Energie besitzt, um Anziehungskräfte zu überwinden. Die Oberflächenmoleküle müssen nur genug Energie erreichen, was ohne große Änderung der durchschnittlichen Energie der gesamten Flüssigkeit möglich ist. Das ist der Grund, warum die Verdampfung unterhalb des Siedepunktes stattfindet. Rechts?
Schwitzen ist kein gutes Beispiel zur Erklärung dieser speziellen Frage, es sei denn, es wird begründet, warum die Schweißtröpfchen eine niedrigere Temperatur als der Körper haben, um Energie von diesem aufnehmen und verdunsten zu können.
Ja du hast Recht. Was ich vermitteln wollte, war, dass, wenn die durchschnittliche Energie höher ist, mehr Moleküle die Energie haben würden, die erforderlich ist, um die intermolekularen Kräfte zu überwinden.
Ich dachte, das wurde im ersten Teil der Antwort erklärt. Jedenfalls habe ich eine Erklärung hinzugefügt.
Danke. Der bearbeitete Teil klärt Zweifel darüber, was Ihr Punkt ist. Aber jetzt brauche ich eine Klarstellung, weil die Dinge anders sind, als ich es mir früher vorgestellt habe. Ich dachte, dass der Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig eine gewisse Energie erfordert, die die Flüssigkeit nicht hat. Es nimmt also Energie aus seiner Umgebung auf, verdunstet und bewirkt, dass sich die Umgebung abkühlt. Ihre Erklärung erwähnt, dass die Energie von Natur aus den Oberflächenmolekülen gehört und die durch die Verdunstung verursachte Temperaturabnahme der Flüssigkeit einen Kühleffekt verursacht. Habe ich recht ?
Einige Moleküle in der Oberfläche besitzen genug kinetische Energie, um den intermolekularen Kräften zu entkommen und somit zu verdampfen. Der Rest Ihres Verständnisses scheint richtig zu sein.
Warum haben nur einige der Oberflächenmoleküle kinetische Energie? Wie wurde es weitergegeben?
Ich sagte, nur einige Moleküle besitzen genug kinetische Energie, um den intermolekularen Kräften zu entkommen. Flüssige Moleküle folgen der Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung und es gibt immer einige Moleküle, die eine überdurchschnittliche kinetische Energie besitzen. Sie können hier mehr darüber lesen: en.m.wikipedia.org/wiki/Maxwell –Boltzmann_distribution