Aparentemente, ya sabemos todo lo que hay que saber sobre la evaporación. Sin embargo, hemos tenido otra sorpresa: resulta que las gotas pequeñas son rezagadas y se evaporan más lentamente que sus contrapartes más grandes, según los físicos de los Institutos de Varsovia dela Academia de Ciencias de Polonia.
Esto se aplica no solo al agua, sino también a otros líquidos: ¡resulta que las gotas muy pequeñas se evaporan más lentamente de lo previsto por los modelos actuales! Investigadores del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia IPC PAS en Varsovia,en cooperación con el Instituto de Física del PAS IP PAS, utilizando análisis teóricos, simulaciones por computadora y experimentos, han descrito el curso de la evaporación de gotitas de tamaño micro y nanométrico. El resultado de la investigación, presentado en la revista Materia blanda , es una ecuación que predice con precisión el curso de la evaporación para gotas de diferentes tamaños y diferentes fluidos. La ecuación se puede utilizar, entre otros, para construir modelos climáticos más precisos, así como para diseñar motores de combustión interna o unidades de enfriamiento más eficientes..
"A primera vista, la desaceleración de la evaporación de pequeñas gotas descrita por nosotros puede parecer un efecto de poca importancia. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que cada gota que ha terminado su vida debido a la evaporación en el medio ambiente haprimero tuvo que disminuir al tamaño de micro- y luego nanómetros, y así ha pasado por la fase de evaporación más lenta ", enfatiza el profesor Robert Holyst IPC PAS y señala que un ejemplo de estructuras compuestas por un gran número delas pequeñas gotas son nubes que en gran parte dan forma al clima de nuestro planeta ". Si tenemos en cuenta que el clima es un estado de cierto equilibrio dinámico en el medio ambiente que se altera con relativa facilidad incluso por factores aparentemente menores, entonces la desaceleraciónde la velocidad de evaporación de las pequeñas gotas que estamos examinando se transforma repentinamente de ser un problema a escala de laboratorio a un fenómeno global ".
Durante la evaporación, el flujo de calor entre la gota y el medio ambiente juega un papel clave. En publicaciones anteriores, físicos de IPC PAS e IP PAS demostraron que la evaporación comienza a ocurrir incluso cuando las diferencias de temperatura local son solo diez milésimas deKelvins. Sin embargo, el transporte de energía entre el líquido y el medio ambiente no siempre tiene que estar relacionado con la existencia de un gradiente de temperatura.
"Cuando una molécula de gas se acerca a la superficie de un líquido a una distancia de varias a una docena de caminos libres medios, virtualmente deja de chocar con otras moléculas en su entorno. En este punto, una descripción típica del fenómeno por medio de la termodinámicaya no es suficiente. Cerca de la superficie del líquido, el transporte de energía tiene lugar de manera diferente, balísticamente. La molécula de gas simplemente toma su energía y golpea la superficie, a veces varias veces ", dice el Dr. Marek Litniewski IPC PAS,coautor de la investigación.
La longitud media del camino libre de una molécula en el aire es decir, desde la colisión con una molécula hasta la colisión con la siguiente es de hasta 70 nm. Durante la evaporación, la transferencia balística de energía ya comienza a desempeñar un papel para las moléculas de gas en micrómetros.lejos de la superficie de la gota, que en la escala del fenómeno debe considerarse como un valor relativamente grande. Surge la pregunta: ¿cuánta energía se puede transmitir de esta manera y cómo? Aunque una sola molécula de gas choca con una sola moléculade líquido, este último está acoplado más fuerte o débilmente con sus vecinos cercanos y más lejanos.Como resultado, la colisión ocurre entre muchos cuerpos y su descripción teórica está lejos de ser trivial.
"Si la gota es grande, su superficie desde el punto de vista de la molécula de gas será prácticamente plana. Por lo tanto, cuando dicha molécula rebota en la superficie, puede chocar con otra molécula de gas cercana y volver a golpear la superficie,depositando otra porción de energía en él. La situación cambia cuando la gota disminuye de tamaño y su superficie se vuelve cada vez más curva. La partícula luego rebota en la superficie generalmente una vez, después de lo cual vuela hacia el espacio. La transferencia de energía alel interior del líquido es, por tanto, menos eficaz. Como resultado, las gotas se evaporan más lentamente cuanto más pequeñas son, y el proceso puede ralentizarse al menos varias veces ", explica el profesor Holyst.
Los análisis por computadora y las simulaciones fueron respaldados por experimentos realizados en IP PAS por el Dr. Daniel Jakubczyk. En condiciones cuidadosamente controladas, se midieron varias tasas de evaporación de una sola gota. Los experimentos se realizaron para gotas de varios tamaños y para líquidos de diferentescomo agua y etilenglicol. Resultó que el modelo propuesto por los físicos del IPC PAS describía en todos los casos con precisión el curso del fenómeno. Para estimar la rapidez con la que se evaporaría una gota, bastaba con proporcionar solo dos parámetros sustanciamasa y entalpía de evaporación.
"La evaporación tiene lugar a nuestro alrededor, siempre y en todas partes. La ciencia lo ha estado estudiando con más detenimiento durante más de 120 años y hasta ahora todos estamos convencidos de que comprendemos bien este fenómeno. Sin embargo, cuando analizamoslos detalles del proceso de evaporación, de repente vemos lo mucho que nos hemos perdido. Esto nos enseña humildad y nos anima a realizar más investigaciones ", concluye el profesor Holyst.
La investigación sobre la evaporación fue financiada por una subvención OPUS del Centro Nacional de Ciencias de Polonia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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