Calculul vitezei de evaporare. Spații cu lichide inflamabile Misiunea de lucru

ANEXA ȘI

METODA DE CALCUL DE PARAMETRI DE EVAPORARE A LICHIDELOR INFLAMABILE NEÎNCĂLZITE ȘI A GAZELOR DE HIDROCARBURI LICHEFATE

I.1 Viteza de evaporare W, kg/(s m 2), determinată din datele de referință și experimentale. Pentru lichidele inflamabile care nu sunt încălzite peste temperatura ambiantă, în lipsa datelor, este permis să se calculezeW conform formulei 1)

W = 10 -6 h p n , (I.1)

_______

1) Formula este aplicabilă la temperaturi ale suprafeței subiacente de la minus 50 la plus 40 °C.

unde h - coeficient luat conform tabelului I.1 în funcție de viteza și temperatura fluxului de aer deasupra suprafeței de evaporare;

M -masa molară, g/mol;

p n - presiunea vaporilor saturați la temperatura de proiectare a lichidului t r , determinat din datele de referință, kPa.

Tabelul I.1

Viteza fluxului de aer în cameră,	Valoarea coeficientului h la temperatura t,° C, aer din interior
Domnișoară
	10,0

I.2 Pentru gazele de hidrocarburi lichefiate (GPL), în lipsa datelor, este permiscalculați greutatea specifică a vaporilor de GPL evaporat m GPL , kg/m 2, conform formulei 1)

, (ȘI 2)

_______

1) Formula este aplicabilă la temperaturi ale suprafeței subiacente de la minus 50 la plus 40 °C.

Unde M - masa molară a GPL, kg/mol;

L isp - caldura molara de evaporare a GPL la temperatura initiala a GPL Tf, J/mol;

T 0 - temperatura inițială a materialului pe suprafața căruia este turnat GPL, corespunzătoare temperaturii de proiectare tp, K;

T - temperatura initiala a GPL, K;

l TV - coeficientul de conductivitate termică a materialului pe suprafața căruia se toarnă GPL, W/(m K);

A -coeficientul efectiv de difuzivitate termică a materialului pe suprafața căruia se toarnă GPL, egal cu 8,4·10 -8 m 2 /s;

t - timpul curent, s, luat egal cu timpul de evaporare completă a GPL, dar nu mai mult de 3600 s;

numărul Reynolds(n - viteza debitului de aer, m/s; d - dimensiunea caracteristică a strâmtorii GPL, m;

tu in - vâscozitatea cinematică a aerului la temperatura de proiectare tr, m2/s);

eu in - coeficientul de conductivitate termică a aerului la temperatura de proiectare tr, W/(m K).

Exemple- Calculul parametrilor de evaporare a lichidelor inflamabile neîncălzite și a gazelor de hidrocarburi lichefiate

1 Determinați masa de vapori de acetonă care intră în cameră ca urmare a depresurizării de urgență a aparatului.

Date pentru calcul

Într-o cameră cu o suprafață de 50 m2, este instalat un dispozitiv cu acetonă cu un volum maxim V a p = 3 m 3. Acetona intră în aparat prin gravitație printr-o conductă cu un diametru d= 0,05 m cu debit q, egal cu 2 10 - 3 m 3 /Cu. Lungimea secțiunii conductei de presiune de la rezervor la supapa manuală l 1 = 2 m. Lungimea secțiunii conductei de evacuare cu diametrul d = 0,05 m de la rezervor la supapa manuală L 2 egală cu 1 m. Viteza fluxului de aer în încăperea cu ventilație generală în funcțiune este de 0,2 m/s. Temperatura camerei t р =20 °С. Densitatea r acetona la o temperatură dată este de 792 kg/m 3. Presiunea de vapori saturați a acetonei p a la t p este egal cu 24,54 kPa.

Calcul

Volumul de acetonă eliberat din conducta de presiune este V n.t este

M 3,

unde t - timp estimat de oprire a conductei egal cu 300 s (cu oprire manuală).

Volumul de acetonă eliberat din conducta de evacuareV din este

Volumul de acetonă care intră în cameră

V a = V ap + V n.t + V din = 3 + 6,04 · 10 -1 + 1,96 · 10 -3 = 6,600 m 3.

Pe baza faptului că 1 litru de acetonă este turnat pe 1 m 2 de suprafață a podelei, aria de evaporare estimată S r = 3600 m 2 de acetonă va depăși suprafața podelei camerei. Prin urmare, suprafața podelei camerei este considerată ca zonă de evaporare a acetonei egală cu 50 m2.

Rata de evaporare este:

Se folosește W = 10 -6 · 3,5 · 24,54 = 0,655 · 10 -3 kg/(s m2).

Masa de vapori de acetonă formată în timpul depresurizării de urgență a aparatului T, kg, va fi egal

T= 0,655 · 10 -3 · 50 · 3600 = 117,9 kg.

2 Determinați masa de etilenă gazoasă formată în timpul evaporării unei scurgeri de etilenă lichefiată în condiții de depresurizare de urgență a rezervorului.

Date pentru calcul

Rezervor izoterm de etilenă lichefiată cu un volum V i.r.e = 10000 m 3 instalat într-un terasament de beton cu zonă liberă S despre = 5184 m2 și înălțimea flanșei N despre = 2,2 m. Nivel de umplere rezervor a = 0,95.

Conducta de alimentare cu etilenă lichefiată intră în rezervor de sus, iar conducta de evacuare iese din partea de jos.

Diametrul conductei de evacuare d t p = 0,25 m. Lungimea secțiunii conductei de la rezervor la supapa automată, a cărei probabilitate de defecțiune depășește 10 -6 pe an și nu este asigurată redundanța elementelor sale, L = 1 m. Consum maxim de etilenă lichefiată în modul de distribuire G zh.e = 3,1944 kg/s. Densitatea etilenei lichefiate r zh.e la temperatura de functionareT ek= 169,5 K este egal cu 568 kg/m3. Densitatea gazului etilenă r g.e la T ekegal cu 2,0204 kg/mc. Masa molară de etilenă lichefiată M zh.e = 28 · 10 -3 kg/mol. Căldura molară de vaporizare a etilenei lichefiateL иcn la T ek egal cu 1,344 · 10 4 J/mol. Temperatura betonului este egală cu temperatura maximă posibilă a aerului în zona climatică corespunzătoare T b = 309 K. Coeficientul de conductivitate termică a betonului livre =1,5 W/(m K). Coeficientul de difuzivitate termică a betonului A= 8,4 · 10 -8 m 2 /s. Debitul minim de aer umin = 0 m/s, iar maximul pentru o zonă climatică dată u max = 5 Domnișoară. Vâscozitatea cinematică a aerului n în la temperatura de proiectare a aerului pentru o zonă climatică dată tr = 36° C este egal cu 1,64 · 10 -5 m 2 /s. Coeficientul de conductivitate termică a aerului l in at t r egal cu 2,74 · 10 -2 W/(m · K).

Calcul

Dacă rezervorul izoterm este distrus, volumul de etilenă lichefiată va fi

M 3.

Volumul digului liber V despre = 5184 · 2,2 = 11404,8 mc.

Datorită faptului că V zh.e< V об ia zona de evaporare ca S isp zona de dig liber S aproximativ egal cu 5184 m 2.

Apoi masa de etilenă evaporată m i.e din zona strâmtorii la viteza fluxului de aer u = 5 m/s se calculează folosind formula (I.2)

Masa m adică la u = 0 m/s va fi 528039 kg.

ANEXA K

METODE PENTRU CALCULUL REGIMULUI DE TEMPERATURĂ AL INCENDILOR ÎN LOCURI ALE CLĂDIRILOR CU DIVERSE SCOPURI

K.1 Simboluri

V-volumul camerei, m 3;

S-suprafața camerei, m2;

Ai - pătrat ideschiderea camerei, m 2 ;

Bună - înălţime i deschiderea camerei, m;

Suprafața totală a deschiderilor camerei, m 2 ;

- înălțimea redusă a deschiderilor încăperii, m;

P-deschiderea încăperii, calculată prin formula (K.1) sau (K.2), m 0,5;

Ri - sarcina totală de incendiu eu- a treia componentă a materialelor solide combustibile și puțin combustibile, kg;

q - cantitatea de sarcină de foc aferentă suprafeței podelei, kg/m;

q kr.k - cantitatea critică specifică de sarcină de foc, kg/m2;

q La - cantitatea de încărcare a focului raportată la suprafața suprafețelor de primire a căldurii din încăpere, kg/m2;

P Mier - viteza medie de ardere a lemnului, kg/(m 2 min);

P Mier i- rata medie de burnouti-a componenta a unui material solid inflamabil sau slab inflamabil; kg/m2 min);

- putere termică mai mică a lemnului, MJ/kg;

- putere calorică mai mică a i-a componentă a materialului de încărcare la foc, MJ/kg;

e f - gradul de întuneric al torței;

T 0 - temperatura aerului ambiant, K;

T w - temperatura suprafeţei structurii, K;

t-timpul curent de dezvoltare a incendiului, min;

t n.s.p - durata minimă a etapei inițiale de incendiu, min;

Durata maximă a unui incendiu local la arderea lichidelor și gazelor inflamabile, min.

K.2 Determinarea parametrilor termici integrali ai unui incendiu volumetric care se dezvoltă liber într-o încăpere

K.2.1 Determinarea tipului de posibil incendiu în incintă

Se calculează volumul camerei V

Calculați deschiderea localului P, m 0,5, volum V £ 10 m3

, (K.1)

pentru camere cu V> 10m 3

. (K.2)

Din literatura de referință, selectați cantitatea de aer necesară pentru arderea a 1 kg de material i sarcina de focV 0i, nm3/kg.

Calculați cantitatea de aer necesară pentru arderea a 1 kg de material cu încărcare la foc V 0,667 .

Departamentul Educație, Politică pentru Tineret, Cultură Fizică și Sport

administrația districtului Morgaushsky

Instituție de învățământ municipală

„Școala secundară de bază Kashmash”

Cercetare

Subiect: "Evaporare"

Instituția de învățământ municipală „Școala Kashmashskaya”

Zaitseva Victoria

supraveghetor:

satul Kashmashi - 2010

Introducere
Parte principală:
Concluzie
Aplicație
Literatură

Introducere

Relevanța subiectului:

În natură, apa se evaporă constant de pe suprafața mărilor, râurilor, lacurilor și a solului. Se ridică sus sub formă de abur. Aburul se răcește acolo și formează multe picături de apă sau bucăți mici de gheață. Din aceste picături și bucăți de gheață se formează norii. Din nor, apa se întoarce pe pământ sub formă de ploaie și zăpadă.

Problema de subiect:

De ce dispar rufele umede și apa turnată pe podea?

Obiect temă:

Procesul de evaporare a substanțelor

Subiect subiect:

Lichide și vapori

Scopul lucrării: studiul procesului de evaporare în condiţii casnice.

Obiectivele postului:

1. Studiază literatura de specialitate pe tema muncii;

2. Demonstrați experimental cum are loc procesul de evaporare;

3. Identificați motivele care afectează procesele de evaporare.

Metode:

Studiul literaturii;

Observare;

CapitolI Evaporare

Evaporarea este procesul prin care un lichid se transformă treptat în aer sub formă de vapori sau gaz.

Toate lichidele se evaporă, dar cu viteze diferite.

Când lichidul este încălzit, evaporarea are loc mai repede - într-un lichid cald viteza de mișcare a moleculelor este mai mare, mai multe molecule au șansa de a părăsi lichidul.

Cu cât suprafața lichidului care se evaporă este mai mare, cu atât evaporarea are loc mai rapid. Apa într-o tigaie rotundă se va evapora mai repede decât într-un ulcior înalt.

Umându-ți mâna cu ceva lichid care se evaporă rapid (alcool, parfum), poți simți o răcire puternică a zonei umede. Răcirea va crește dacă suflați pe mână.

Ciclul apei în natură

La căldură extremă, râurile, iazurile și lacurile devin puțin adânci, apa se evaporă, adică trece de la starea lichidă la starea gazoasă - se transformă în abur invizibil. În timpul zilei, apa bălților, bălților, lacurilor, râurilor, mărilor, umiditatea conținută în plante este încălzită de Soare și se evaporă și cu cât este încălzită mai repede. Puteți observa acest lucru dacă două farfurii identice sunt umplute cu cantități diferite de apă și una dintre ele este plasată la soare, iar cealaltă este plasată la umbră. Acolo unde apa este încălzită de razele soarelui, se va evapora considerabil mai repede. Accelerează evaporarea și vântul. O bucată de hârtie umedă în vânt se va usca mai repede decât una rămasă acolo unde aerul este calm și nemișcat.

În zilele calde și uscate, o persoană transpiră, dar transpirația nu îl deranjează prea mult: se usucă instantaneu. Și când este umed și fierbinte, chiar și hainele tale se ud din cauza transpirației. Dar dacă umiditatea se evaporă constant din mări, râuri, lacuri, dacă lasă plante și dispare în atmosferă, atunci de ce nu se usucă Pământul?

Acest lucru nu se întâmplă deoarece apa este într-un ciclu constant. După ce s-a evaporat, se ridică împreună cu aerul încălzit, luând forma unor picături mici.

Concluzie:

Procesul de evaporare este un fenomen foarte interesant, este interesant să-l observăm și să observăm cât de des apare în viața noastră.

Cred că știința va folosi procesul de evaporare de mai multe ori în beneficiul oamenilor și al planetei noastre.

CapitolII Experienţe practice

Viteza de evaporare depinde de:

1) suprafata lichida;

2) temperatura;

3) mișcarea moleculelor deasupra suprafeței lichidului (vânt);

4) tipul de substanță;

1. Dependența evaporării de zona suprafeței evaporate dacă temperatura lichidului este aceeași.

Progresul experimentului:

Turnați aceeași cantitate de apă în pahar și farfurie. Să lăsăm până dimineață.

A doua zi dimineata vedem ca apa din farfurie s-a evaporat (volumul de lichid a devenit mai mic), dar mai este apa in pahar.

Concluzie: Cu cât suprafața lichidului care se evaporă este mai mare, cu atât evaporarea are loc mai rapid, deoarece numărul de molecule care se evaporă va fi mai mare pe o suprafață mai mare.

2. Dependența evaporării de temperatură

Progresul experimentului:

Am luat 2 vase identice, am turnat apă rece într-unul dintre ele, iar apă caldă în celălalt. Nivelul apei era același. După ceva timp, în vasul care conținea apă fierbinte era mai puțin lichid.

Concluzie: Cu cât temperatura este mai mare, cu atât rata de evaporare este mai rapidă

3. Dependența evaporării de vânt.

Progresul experimentului:

Viteza de evaporare depinde de mișcarea aerului pe suprafața liberă a lichidului. Când creăm vânt, evaporarea are loc mai repede

Aplicați aceeași cantitate de apă pe 2 coli de hârtie. Vom crea un vânt peste o coală de hârtie folosind un caiet sau un uscător de păr.

Concluzie: Dacă aerul de deasupra lichidului se mișcă, viteza de evaporare crește, deoarece fluxul de aer ajută moleculele lichide să se desprindă de suprafață și să se schimbe într-o stare de vapori. Aerul fierbinte va accelera acest proces.

Dependența evaporării de tipul de substanță.

Progresul experimentului:

Pentru a realiza acest experiment, am luat două șervețele de hârtie. Ea a turnat puțină apă pe primul, iar pe al doilea a stropit parfum. Apoi am început să observ evaporarea lichidelor.

Parfumul s-a evaporat cel mai repede, fără a lăsa urme pe șervețel. Tot ce a mai rămas a fost un miros plăcut. Al doilea lucru de evaporat a fost apa.

Concluzie: Cred că diferite lichide au rate de evaporare diferite.

5. Este interesant!

Progresul experimentului:

Am aplicat un strat subțire de parfum pe dosul mâinii. Pe măsură ce parfumul mi s-a evaporat din mână, mi s-a făcut frig.

Concluzie: Aceasta înseamnă că pentru a evapora lichidul este necesar un flux constant de energie din palmă.

6. Este interesant!

Progresul experimentului:

Am șters o jumătate de tablă cu o cârpă umedă, iar cealaltă cu o cârpă ușor umedă. A doua jumătate a plăcii mele era uscată, dar prima jumătate era încă udă.

Concluzie: Aceasta înseamnă că placa trebuie șters cu o cârpă uscată.

Concluzii:

În timp ce lucram la subiectul „Evaporare”, am găsit răspunsuri la întrebările mele. Am aflat de ce rufele umede se usucă și apa turnată pe podea dispare.

Viteza de evaporare a lichidului depinde de suprafața liberă a lichidului. Cu cât aria de evaporare este mai mare, cu atât se produce evaporarea mai rapidă.

Viteza de evaporare depinde de temperatura lichidului. Cu cât temperatura lichidului este mai mare, cu atât are loc o evaporare mai rapidă.

Viteza de evaporare depinde de mișcarea aerului pe suprafața liberă a lichidului.

Viteza de evaporare depinde de tipul de lichid luat.

Concluzie

În timp ce lucram la subiectul evaporării, am găsit răspunsuri la întrebările mele. Am învățat cum are loc evaporarea, că rata de evaporare a substanțelor este diferită. Oamenii folosesc în mod activ procesul de evaporare în viața lor, îl folosesc în producția de diferite mecanisme și mașini și îl folosesc în viața de zi cu zi. În natură, acest proces are loc indiferent de activitatea umană, iar sarcina oamenilor este să nu perturbe acest proces. Pentru a face acest lucru, trebuie să iubești natura și să iubești Pământul nostru! Experimentele pe care le-am făcut au fost foarte interesante și cred că mai sunt multe experimente care pot fi făcute pe această temă. Acum sunt mereu atentă la evaporarea care are loc în natură sau în viața umană și mă bucur că știu deja atât de multe despre asta!

Anexa 1

Procesul de evaporare în viața umană.

Evaporarea poate fi uneori periculoasă. De exemplu: dacă termometrul se rupe, mercurul se poate scurge din el, care se evaporă rapid. Vaporii săi sunt foarte periculoși și otrăvitori pentru oameni. Benzina este, de asemenea, periculoasă datorită vaporilor săi: vărsarea de benzină și o scânteie accidentală poate duce la o explozie instantanee și un incendiu. În bucătărie, gospodina folosește adesea procesul de evaporare pentru a pregăti și conserva alimentele. De exemplu: aburul generat în interiorul unei oale sub presiune apasă pe apă, drept urmare aceasta fierbe la o temperatură mai ridicată, iar alimentele se gătesc mai repede.

Procesul de evaporare este adesea folosit pentru sterilizarea ustensilelor pentru conservarea alimentelor.

Pentru răceli, oamenii folosesc adesea procesul de evaporare atunci când inhalează ierburi medicinale.

Oamenii pot simți aroma parfumului pentru o lungă perioadă de timp doar prin evaporare; în primul rând, alcoolul se evaporă de pe suprafața pielii, iar apoi substanțe aromatice mai puțin volatile, care continuă să amintească de persoană chiar și atunci când a plecat.

Procesul de evaporare folosind un curent fierbinte de aer vă permite să creați coafuri frumoase. Munca unui coafor fără uscător de păr este imposibilă!

Procesul de evaporare în natură

Râurile dizolvă multe substanțe chimice conținute în roci din apele lor și le duc în mare. Una dintre aceste substanțe este sarea obișnuită, pe care o mâncăm. Când apa de mare se evaporă, sarea dizolvată în ea rămâne în mare. De aceea mările sunt atât de sărate.

Când picăturile de apă dintr-un nor întâlnesc o masă de aer cald, ele se evaporă - și norul dispare! Prin urmare, norii își schimbă constant forma. Umiditatea pe care o conțin este transformată în mod constant în apă sau abur. Picăturile de apă conținute în nor au greutate, așa că gravitația le trage în jos și sunt eliberate din ce în ce mai jos. Când cea mai mare parte a acestora, în cădere, ajunge la straturi de aer mai calde, acest aer cald le face să se evapore. Așa obții nori din care nu plouă. Se evaporă, iar picăturile nu au timp să ajungă la suprafața pământului.

Energia solară alimentează un motor termic incredibil de puternic, care, depășind gravitația, ridică cu ușurință un cub uriaș în aer (fiecare parte are aproximativ optzeci de kilometri). Astfel, un strat gros de apă de un metru se evaporă de pe suprafața planetei noastre în fiecare an.

În timpul evaporării, o substanță lichidă se transformă treptat într-o stare de vapori sau gazoasă după ce cele mai mici particule (molecule sau atomi), deplasându-se cu o viteză suficientă pentru a depăși forțele de coeziune dintre particule, se desprind de la suprafață.

În ciuda faptului că procesul de evaporare este mai bine cunoscut ca trecerea unei substanțe lichide în vapori, există evaporare uscată, când la temperaturi sub zero gheața trece de la starea solidă la starea de vapori, ocolind faza lichidă. De exemplu, dacă agățați rufele umede să se usuce la rece, acestea îngheață și devin foarte tari, dar după un timp se înmoaie și se usucă.

Cum se evaporă lichidul

Moleculele lichidului sunt situate aproape una lângă cealaltă și, în ciuda faptului că sunt conectate prin forțe de atracție, nu sunt legate de anumite puncte și, prin urmare, se mișcă liber în întreaga zonă a substanță (se ciocnesc în mod constant între ele și își schimbă viteza).

Particulele care merg la suprafață capătă avânt în timpul mișcării lor, suficient pentru a părăsi substanța. Odată ajuns în vârf, ei nu își opresc mișcarea și, după ce au depășit atracția particulelor inferioare, zboară din apă, transformându-se în abur. În acest caz, unele dintre molecule revin în lichid din cauza mișcării haotice, în timp ce restul merg mai departe în atmosferă.

Evaporarea nu se termină aici, iar următoarele molecule ies la suprafață (acest lucru se întâmplă până când lichidul se evaporă complet).

Dacă vorbim, de exemplu, de ciclul apei în natură, putem observa procesul de condensare atunci când aburul, concentrat, revine înapoi în anumite condiții. Astfel, evaporarea și condensarea în natură sunt strâns legate între ele, deoarece datorită lor există un schimb constant de apă între pământ, pământ și atmosferă, datorită căruia mediul este alimentat cu o cantitate imensă de substanțe utile.

Este de remarcat faptul că intensitatea evaporării pentru fiecare substanță este diferită și, prin urmare, principalele caracteristici fizice care afectează viteza de evaporare sunt:

1. Densitate. Cu cât substanța este mai densă, cu atât moleculele sunt mai aproape una de cealaltă, cu atât este mai dificil pentru particulele superioare să învingă forța de atracție a altor atomi, prin urmare, evaporarea lichidului are loc mai lent. De exemplu, alcoolul metilic se evaporă mult mai repede decât apa (alcoolul metilic - 0,79 g/cm3, apa - 0,99 g/cm3).
2. Temperatura. Viteza de evaporare este, de asemenea, afectată de căldura de evaporare. În ciuda faptului că procesul de evaporare are loc chiar și la temperaturi sub zero, cu cât temperatura substanței este mai mare, cu atât căldura de evaporare este mai mare, ceea ce înseamnă că particulele se mișcă mai repede, care, crescând intensitatea evaporării, lasă lichidul în masa (prin urmare, apa clocotita se evapora mai repede decat apa rece).Datorita pierderii moleculelor rapide, energia interna a lichidului scade si, prin urmare, temperatura substantei scade in timpul evaporarii. Dacă în acest moment lichidul se află lângă o sursă de căldură sau este încălzit direct, temperatura acestuia nu va scădea, la fel cum intensitatea evaporării nu va scădea.
3. Suprafață. Cu cât suprafața ocupă un lichid este mai mare, cu atât mai multe molecule se evaporă din acesta, cu atât este mai mare rata de evaporare. De exemplu, dacă turnați apă într-un ulcior cu gât îngust, lichidul va dispărea foarte lent pe măsură ce particulele evaporate încep să se așeze pe pereții îngustați și să coboare. În același timp, dacă turnați apă într-un vas, moleculele vor părăsi liber suprafața lichidului, deoarece nu va mai avea nimic pe care să se condenseze pentru a se întoarce în apă.
4. Vânt. Procesul de evaporare va fi mult mai rapid dacă aerul se deplasează deasupra recipientului în care se află apa. Cu cât face asta mai repede, cu atât rata de evaporare este mai mare. Este imposibil să nu ținem cont de interacțiunea vântului cu evaporarea și condensarea.Moleculele de apă, care se ridică de la suprafața oceanului, se întorc parțial înapoi, dar cele mai multe dintre ele condensează sus pe cer și formează nori, pe care vântul îi conduce la aterizare, unde picăturile cad sub formă de ploaie și, pătrunzând în pământ, după un timp se întorc în ocean, furnizând vegetației care crește în sol cu ​​umiditate și minerale dizolvate.

Rolul în viața plantelor

Importanța evaporării în viața vegetației este greu de supraestimat, mai ales având în vedere că o plantă vie este formată din optzeci la sută apă. Prin urmare, dacă o plantă nu are suficientă umiditate, ea poate muri, deoarece nutrienții și microelementele necesare vieții nu îi vor fi furnizate împreună cu apă.

Apa, deplasându-se prin corpul plantei, transportă și formează în interiorul acesteia substanțe organice, pentru formarea cărora planta are nevoie de lumina solară.

Dar aici evaporarea joacă un rol important, deoarece razele soarelui au capacitatea de a încălzi obiectele extrem de puternic și, prin urmare, pot provoca moartea unei plante din cauza supraîncălzirii (mai ales în zilele toride de vară). Pentru a evita acest lucru, apa se evaporă din frunze, prin care se eliberează mult lichid în acest moment (de exemplu, de la unul până la patru pahare de apă se evaporă din porumb pe zi).

Aceasta înseamnă că cu cât mai multă apă intră în corpul plantei, cu atât evaporarea apei de către frunze va fi mai intensă, planta se va răci mai mult și va crește normal. Puteți simți evaporarea apei de către plante dacă atingeți frunzele verzi în timp ce mergeți într-o zi fierbinte: cu siguranță vor fi răcoroase.

Legătura cu o persoană

Rolul evaporării în viața corpului uman nu este mai puțin important: luptă împotriva căldurii prin transpirație. Evaporarea are loc de obicei prin piele, precum și prin tractul respirator. Acest lucru poate fi observat cu ușurință în timpul bolii, când temperatura corpului crește sau în timpul exercițiilor fizice, când crește rata de evaporare.

Dacă sarcina este mică, organismul lasă de la unu până la doi litri de lichid pe oră, cu sport mai intens, mai ales când temperatura exterioară depășește 25 de grade, intensitatea evaporării crește și de la trei până la șase litri de lichid se poate elibera cu sudoare.

Prin piele și tractul respirator, apa nu numai că părăsește organismul, ci și intră în el odată cu evaporările din mediu (nu degeaba medicii prescriu adesea vacanțe la mare pacienților lor). Din păcate, împreună cu elementele utile, particulele dăunătoare intră adesea în el, inclusiv substanțe chimice și fumuri nocive, care provoacă daune ireparabile sănătății.

Unele dintre ele sunt toxice, altele provoacă alergii, altele sunt cancerigene, altele provoacă cancer și alte boli la fel de periculoase, în timp ce multe au mai multe proprietăți dăunătoare simultan. Vaporii nocivi pătrund în organism în principal prin sistemul respirator și prin piele, după care, odată în interior, sunt absorbiți instantaneu în sânge și răspândiți în tot organismul, provocând efecte toxice și provocând boli grave.

În acest caz, foarte mult depinde de zona în care locuiește persoana (în apropierea unei fabrici sau fabrici), de incinta în care locuiește sau lucrează, precum și de timpul petrecut în condiții periculoase pentru sănătate.

Vaporii nocivi pot pătrunde în organism de la obiectele de uz casnic, de exemplu, linoleum, mobilier, ferestre etc. Pentru a păstra viața și sănătatea, este indicat să evitați astfel de situații și cea mai bună cale de ieșire ar fi să părăsiți teritoriul periculos, inclusiv să faceți schimb de apartament sau loc de muncă, iar atunci când vă amenajați locuința, fiți atenți la certificatele de calitate ale celui achiziționat. materiale.

Departamentul ETT. Disciplina „Fundamentele tehnologiei de bază a componentelor electronice”

Lucrări de laborator Nr. 1. Caracteristici de aplicare a filmului

Cu evaporare cu vid termic

Scopul lucrării: familiarizarea cu caracteristicile generării și propagării unui flux de molecule în vid și distribuția grosimii filmului pe suprafața unui substrat cu suprafață mare în timpul evaporării în vid termic.

Concepte și relații de bază

În evaporarea în vid termic, un flux de atomi sau molecule ale unei substanțe este generat prin încălzirea unui material în vid la o temperatură apropiată sau peste punctul său de topire.

Evaporarea de la suprafața fazei lichide cel mai des folosit în tehnologie. Au fost propuse mai multe modele pentru a explica mecanismul procesului. În cele mai simple dintre ele, faza lichidă (materialul topit) este considerată ca un sistem de oscilatori, ale căror molecule de suprafață sunt asociate cu o anumită energie de evaporare. Se presupune că trecerea la faza gazoasă are loc atunci când energia de vibrație a moleculelor de pe suprafață este egală sau depășește energia de evaporare. De asemenea, se presupune că toate moleculele de suprafață au aceeași energie de legare și o probabilitate egală de evaporare. Datorită interferenței vibrațiilor oscilatorului, evaporarea moleculelor individuale devine posibilă.

Într-un model statistic îmbunătățit, starea moleculelor de pe suprafață este descrisă printr-o distribuție de energie Maxwelliană și o distribuție spațială care raportează deplasarea moleculelor din poziția lor de echilibru la energia lor potențială. Evaporarea unei molecule are loc atunci când aceasta este deplasată la o astfel de distanță încât energia ei potențială devine egală cu energia de evaporare.

Studiile experimentale au arătat că modelul statistic este destul de bine aplicabil lichidelor, a căror evaporare are loc datorită schimbului de atomi unici cu vapori monoatomici (mercur, potasiu, beriliu și o serie de alte metale). Unele lichide organice se comportă în mod similar, ale căror molecule au simetrie sferică și entropii scăzute de evaporare (de exemplu, tetraclorura de carbon - CCl 4).

În substanțele ale căror molecule au grade diferite de libertate în starea condensată și gazoasă, în timpul evaporării ar trebui să existe o schimbare nu numai în mișcarea de translație, ci și în energia internă a moleculelor. În același timp, este puțin probabil din punct de vedere statistic ca o moleculă de la suprafață să primească în același moment atât energiile cinetice, cât și cele potențiale necesare evaporării la echilibru termodinamic. Este mai probabil ca molecula să primească mai întâi energia cinetică necesară și apoi să primească o cantitate de energie internă înainte de evaporare.

Se crede că dintre diferitele tipuri de energie internă a moleculelor, energia de rotație are cea mai mare influență asupra probabilității de evaporare. Acest lucru este confirmat de faptul că timpul de relaxare necesar unei molecule cu energie cinetică adăugată pentru a obține un grad de libertate de rotație este mai mare decât pentru alte procese. Astfel, limitarea evaporării apare din cauza pierderii unui grad de libertate, ceea ce reduce numărul de stări posibile pentru moleculele din faza lichidă. Această formă de constrângere de tranziție de fază se numește constrângere de entropie.

Evaporarea limitată de entropie este confirmată pentru lichidele cu molecule polare mici care se evaporă de pe suprafețe netulburate (benzină, cloroform, etanol, metanol etc.). Unele lichide organice au un grad de libertate de rotație chiar și în stare activată.

În timpul evaporării metalelor, principalul tip de particule în faza gazoasă sunt atomi de metal unici și doar o mică parte (mai puțin de 0,1%) sunt molecule diatomice. Pentru unele elemente (C, S, Se, Te, P, As, Sb) perechile constau din molecule poliatomice.

Evaporarea de pe suprafața fazei solide, numită sublimare, se explică prin prezența pe suprafața materialului a treptelor și stărilor monoatomice cu numere diferite de atomi în primul și în straturile următoare. Deoarece forțele de legare care acționează asupra unui anumit atom de la atomii vecini sunt aditive (adăugate), valorile energiei de evaporare pentru atomii în diferite stări vor fi diferite. Atomii cu cel mai mic număr de legături (vecini) se evaporă mai întâi, ceea ce creează condiții favorabile pentru evaporarea altor atomi.

La evaporarea materialelor cu compoziție complexă, este necesar să se țină seama de fracționarea substanței și de posibilitatea de disociere. Este foarte important să se țină cont de particularitățile interacțiunii materialului evaporat cu materialul evaporatorului.

Zborul particulelor de materie din evaporator la suprafața substratului este însoțită de ciocnirile lor între ele și cu molecule de gaze reziduale. Pentru a reduce o astfel de interacțiune, evaporarea se efectuează la o presiune a vaporilor saturați ai substanței de cel mult 10 -2 Torr și a gazelor reziduale - nu mai mult de 10 -4 - 10 -5 Torr.

Condensarea atomilor(molecule) substanței apare după ce materialul zboară la suprafața substratului. Depinde de raportul dintre energiile libere ale fluxului de particule și suprafața. Modul de creștere a filmului strat cu strat (modul Frank–van der Merwe) se realizează dacă energia de legare a atomilor substanței depuse cu substratul este mai mare decât energia de legare a atomilor între ei.

Regimul insulei Volmer-Weber se realizează atunci când atomii unei substanțe sunt legați unul de celălalt mai puternic decât de substrat. Nucleele mici cresc, transformându-se în insule mari de fază condensată. După umplerea golurilor (canalelor) dintre insule, acestea se îmbină și formează o peliculă continuă.

În regimul intermediar Stranski-Krastanov, apare mai întâi creșterea strat cu strat a unuia sau a două monostraturi. Apoi începe creșterea insulelor pe suprafața lor. Dacă insulele sunt de dimensiuni suficiente, ele se îmbină pentru a forma o peliculă continuă. Unul dintre motivele acestui comportament este modificarea parametrului rețelei la umplerea următorului monostrat.

Calculul ratei de evaporare

Masa substanței evaporate, căzând pe o platformă sferică elementară dintr-un evaporator cu suprafață mică, este determinată de următoarea relație:

, (1)

unde este timpul de evaporare; – unghiul dintre normala la suprafata evaporatorului si directia catre punctul selectat al substratului; – raza sferei pe care se află aria sferică elementară cu cantitatea măsurată de substanță.

Viteza de evaporare a unei substanțe în vid se calculează prin formula:

, (2)

unde este viteza de evaporare, g cm–2 s–1; – greutatea atomică (moleculară) a substanței, – presiunea sa de vapori saturați, Torr; - temperatura, K.

Presiunea de vapori saturați a unei substanțe în volumul de evaporare este determinată de relația:

, (3)

în care cantităţile şi caracterizează proprietăţile materialului evaporat. Pentru toate materialele din tabelul periodic = 8,8 (pentru Si–10,2); =/4,576, K; – căldură de vaporizare, cal/mol. Valorile, densitatea și punctul de topire ale unui număr de metale sunt date în tabelul 1.

Pentru un substrat plat, a cărui suprafață este situată în mod arbitrar în raport cu suprafața unui evaporator plat de dimensiuni finite a unei zone mici, ecuația (1) este transformată în forma:

, (4)

unde este unghiul dintre normala la suprafața substratului și direcția de evaporare.

tabelul 1

În aplicarea practică a metodei de depunere a filmului, nu cantitatea de material evaporat este importantă, ci grosimea filmelor rezultate și distribuția acesteia pe suprafața substratului.

Calculul grosimii peliculei

Modelele indicate de distribuție a substanței evaporate conduc la faptul că distribuția grosimea peliculei pe suprafața substratului poate fi complexă. Deoarece pentru o zonă elementară a substratului cantitatea de material (unde este densitatea materialului evaporat), grosimea filmului pentru un substrat situat în mod arbitrar este determinată de relația:

(5)

În această relație, poziția punctului substratului la care se calculează grosimea filmului este determinată de trei mărimi.

Pentru evaporator cu suprafata plana zonă mică și un substrat plat situat la o distanță paralelă cu suprafața evaporatorului (Fig. 1), grosimea filmului este determinată de raportul:

, (6)

Unde ; – coordonate de-a lungul suprafeței substratului (distanța de la

Figura 1. Poziția substratului față de evaporator

centrul substratului într-un punct A până la punctul B, în care se determină grosimea filmului); – valoarea coordonatelor normalizate; – cantitatea totală de substanță evaporată.

Cea mai mare grosime a peliculei se obține la punctul A substrat, iar modificarea relativă a grosimii filmului pentru diferite puncte ale substratului în acest caz are forma:

, . (7)

Evaporator de puncte este o sferă ale cărei dimensiuni sunt neglijabile în comparație cu distanța până la suprafața substratului și dimensiunile acestuia. Dintr-un astfel de evaporator o cantitate de substanță se evaporă într-un unghi solid elementar . Dacă filmul este aplicat pe un substrat plat situat în mod arbitrar, atunci, după cum urmează din figură, relațiile de bază pentru un evaporator punctual iau următoarea formă:

; . (8)

Tabelul 2 arată dependența grosimii relative de x/h pentru un evaporator punct și suprafață.

Tabel - Dependența uniformității grosimii de x/h

x/h		0,25	0,5	0,75
(d/d0)n		0,83	0,64	0,41	0,25	0,04
(d/d0)t		0,88	0,71	0,51	0,35	0,09

Pentru dimensiuni standard de substrat de 60x48 mm cu o distanță evaporator-substrat de 200 mm, denivelarea grosimii filmului este de aproximativ 10%. Și în convertoarele analog-digitale moderne, cerințele pentru precizia rezistenței (împărțirea rezistenței) nu depășesc 0,05%. Pentru a asigura uniformitatea necesară la aplicarea foliilor pe substraturi de dimensiuni mari și mici, se folosesc diferite metode:

Utilizarea evaporatoarelor cu suprafață mare,

Utilizarea evaporatoarelor inelare,

Utilizarea unui număr mare de evaporatoare care funcționează simultan,

Mișcarea substraturilor de-a lungul unei traiectorii complexe (planetare),

Deplasarea evaporatorului la o distanță strict definită față de centrul substratului rotativ,

Utilizarea diafragmelor rotative cu formă specială cu un substrat staționar.

Atunci când se utilizează evaporator cu disc plat dimensiuni finite ale razei R, expresiile corespunzătoare pentru grosimi iau forma finală:

, . (9)

Pentru evaporator inel raza R, al cărui centru coincide cu centrul substratului plat situat paralel cu planul evaporatorului, expresia pentru grosimea filmului ia următoarea formă:

. . (10)

Opțiunea cel mai des folosită în practică este cu deplasarea evaporatorului faţă de centrul substratului rotativ. Pentru această opțiune cu un evaporator cu suprafață mică, expresiile corespunzătoare iau o formă similară cu formulele pentru un evaporator inel. Diferența este că, în loc de raza inelului subțire R, formula include distanța l de la evaporator la axa de rotatie a substratului.

. . (11)

Utilizare diafragme rotative (amortizoare) forma specială se bazează pe reglarea suplimentară a cantității de material furnizată de la evaporator într-o anumită zonă a substratului. Este foarte important ca centrul de rotație al diafragmei să coincidă cu centrul evaporatorului și al substratului. Pentru a reduce reducerea nedorită a grosimii, curgerea substanței evaporate în punctele cele mai îndepărtate ale substratului nu este întreruptă. Pe măsură ce se apropie de centrul geometric al substratului, marginea oblonului ar trebui să fie un arc de lungime crescătoare, astfel încât durata întreruperii curgerii la orice distanță dată să asigure că rata de depunere la o anumită locație scade până la viteza la punctele cele mai îndepărtate. Contururile amortizoarelor pentru acoperire uniformă sunt spirale, ale căror linii exacte pentru diferite condiții sunt obținute prin calcul pe computer. Utilizarea diafragmelor rotative face posibilă obținerea uniformității grosimii într-o fracțiune de procent. Dezavantajul acestei metode este consumul excesiv de material, deoarece partea principală a materialului evaporat este blocată și depusă pe suprafața amortizorului.

Misiunea pentru muncă

Când vă pregătiți acasă Este necesar, pentru un anumit material și grosimea filmului materialului evaporat, să se determine temperatura unui evaporator cu suprafață cu suprafață mică la care cea mai mare grosime a filmului d 0 va fi egală cu cea dată. Pentru calcul, sunt utilizate dependențele (2), (3), (7), datele din tabel și opțiunile de activitate.

Când lucrați în laborator Este necesar să obțineți următoarele dependențe într-un experiment pe computer:

Distribuție absolută a grosimii d(x) pentru un dat d 0 pentru o suprafață mică, disc, inel și decalaj față de centrul evaporatoarelor rotative ale substratului. (Pentru ultimele trei tipuri de evaporator este necesar mai întâi să se selecteze o temperatură care să asigure aceeași grosime d 0 la x = 0);

Abaterea relativă a grosimii filmului unui material dat în funcție de distanță X de-a lungul suprafeței substratului la un d 0 dat pentru evaporatoarele studiate;

Pentru un anumit d 0 și dimensiunea substratului 100x150 mm 2, selectați tipul de evaporator, toate caracteristicile acestuia (cu excepția F) și distanța h, asigurând uniformitatea grosimii peliculei de nu mai puțin de 2%.

Notă: informațiile suplimentare necesare pentru calcul sunt date în lista „Opțiuni de activitate”.

Cerințe de raportare

Raportul este întocmit individual pe coli A4. Când vă pregătiți acasă, trebuie să studiați conținutul lucrării, să calculați temperatura pentru versiunea dvs. a sarcinii și să introduceți principalele relații analitice și secvența de calcul în raportul pregătit. Raportul întocmit pentru apărare trebuie să cuprindă:

Partea teoretică și rezultatele calculelor (pregătire acasă),

Schițe de configurare a sistemului de evaporare,

Formule de calcul,

Secvența de calcule și distribuția grosimii absolute și relative de-a lungul diagonalelor substratului,

Analiza rezultatelor,

Răspunsuri la întrebările de securitate.

6. Întrebări de securitate

Ce determină grosimea maximă posibilă a peliculei în timpul evaporării în vid termic?

Ce relații leagă grosimea filmului de temperatura evaporatorului?

Cum se evaporă materialele sub formă de pulbere?

Ce tipuri de evaporatoare sunt folosite pentru a evapora materialele sub formă de pulbere?

Ce este sublimarea?

Care sunt cerințele pentru materialele evaporatorului?

În ce condiții are loc creșterea strat cu strat în timpul evaporării?

Cum are loc evaporarea de la suprafața fazei solide?