§ 298. Испарение при кривых поверхностях жидкости

Дохнем на какой-нибудь блестящий металлический предмет (например, на лезвие перочинного ножа). Мы увидим, что на лезвии осядут мелкие капельки влаги. Затем этот налет начнет исчезать по краям, как бы сбегая с лезвия: испарение происходит только у края жидкости, где поверхность ее имеет выпуклую форму.

Что же происходит в том случае, если поверхность жидкости имеет вогнутую форму, например вогнутый мениск в узких капиллярах, имеющихся в пористых материалах? В этом случае испарение жидкости затруднено. Это является одной из причин, почему дрова, даже совсем сухие, все же содержат значительное количество воды (около 12%), содержащейся в тонких каналах между волокнами дерева. Известно, что сухое белье, сухая бумага и т. п. тоже содержат некоторое количество влаги. Это наблюдение показывает нам, что скорость испарения при одной и той же температуре зависит не только от рода жидкости, а также и от формы ее поверхности. При выпуклой поверхности испарение происходит интенсивнее, чем при плоской, а при вогнутой, наоборот, менее интенсивно.

Чем это объяснить? Обратим внимание на то, что при испарении с выпуклой поверхности (капля, рис. 493, а) площадь ее уменьшается; наоборот, при испарении с вогнутой поверхности (пузырь внутри жидкости, рис. 493, 6) площадь ее возрастает. Но при изменении поверхности меняется и число молекул, расположенных на ней, а мы знаем, что молекулы на поверхности обладают дополнительной энергией по сравнению с молекулами внутри жидкости. Поэтому увеличение поверхности жидкости связано с затратой дополнительной энергии. Эта дополнительная энергия и должна быть доставлена при испарении с вогнутой поверхности. Поэтому вогнутость поверхности затрудняет вылет молекул за ее пределы, т. е. уменьшает испарение по сравнению с плоской поверхностью.

Рис. 493. а) Если капля  частично испарится, то ее новая поверхность  меньше начальной, б) Если жидкость частично испарится внутри пузыря , то поверхность нового пузыря  больше начальной

Наоборот, испарение выпуклой капли уменьшает поверхность жидкости, а следовательно, и запас ее поверхностной энергии. В результате могут испариться новые молекулы. Таким образом, выпуклость поверхности облегчает молекулам вылет за ее пределы, т. е. усиливает испарение по сравнению с плоской поверхностью. Отсюда следует, что равновесие пара и жидкости в случаях выпуклой, плоской и вогнутой поверхностей устанавливается при разных плотностях пара: самая большая плотность пара получается в случае выпуклой поверхности, самая малая — в случае вогнутой. Чем меньше радиус поверхности, тем больше различие.

Если для вогнутой поверхности пар уже является насыщенным, то для плоской и в особенности для выпуклой поверхности насыщение может еще не быть достигнуто. Вот почему при сырой погоде прежде всего отсыревают пористые материалы, смачиваемые водой. Наоборот, маленькие капли с очень выпуклой поверхностью испаряются очень легко. Если маленькие капли находятся вблизи плоской поверхности воды или вблизи больших капель, то они испаряются, а получившийся пар вновь конденсируется на больших каплях. Таким образом, большие капли как бы поглощают маленькие. Рост больших капель за счет маленьких легко наблюдать, если рассматривать в микроскоп (при увеличении в 50 — 100 раз) слегка охлажденную стеклянную пластинку, которую заставили запотеть, дохнув на нее.