Strona główna Aktualności
Przyroda

Parowanie do poprawki – a wraz z nim globalne ocieplenie

23.10.2015 Przyroda

Podczas parowania odrzut cząsteczek zmienia ciśnienie przy powierzchni cieczy. Źródło: IChF PAN/ Grzegorz Krzyżewski

Proces parowania, jeden z najpowszechniejszych na naszej planecie, przebiega inaczej, niż się dotychczas wydawało – wykazały nowe symulacje komputerowe przeprowadzone w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie (IChF PAN).

Odkrycie oznacza konsekwencje m.in. dla obecnych modeli globalnego klimatu, gdzie kluczową rolę odgrywa parowanie oceanów - pokreślono w informacji prasowej przesłanej w czwartek PAP.

 

Parują morza i oceany, mikrokrople paliwa w silniku i pot na skórze. Dla każdego z nas parowanie ma ogromne znaczenie: kształtuje klimat planety, wpływa na koszty podróży samochodem, jest jednym z najważniejszych czynników regulujących temperaturę ciała człowieka. Tak powszechne, parowanie wydawało się już zjawiskiem odartym z tajemnic. W uznanym czasopiśmie naukowym "Soft Matter" fizycy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie udowadniają jednak, że to przekonanie było błędne i mechanizm parowania musi działać inaczej, niż dotychczas zakładano.

 

"Nauka kiepsko sobie radzi z opisami procesów zachodzących w przyrodzie. Znakomicie opisujemy stany: to, co jest na początku procesu, to, co jest na końcu. Ale co się dzieje pomiędzy? Jak naprawdę przebiega dany proces? Od wielu lat zadajemy sobie to pytanie w odniesieniu do zjawiska parowania – i dochodzimy do coraz ciekawszych wniosków" - zauważa prof. Robert Hołyst z IChF PAN.

 

W rozważaniach naukowych i technicznych do opisu szybkości parowania używa się wzoru Hertza-Knudsena, zależności znanej od ponad stu lat. Wynika z niej dość intuicyjne przewidywanie: w danej temperaturze szybkość parowania cieczy zależy od tego, jak aktualne ciśnienie przy powierzchni różni się od ciśnienia, które panowałoby, gdyby parująca ciecz znajdowała się w równowadze termodynamicznej z otoczeniem.

 

"Im układ bardziej odchylony od stanu równowagi, tym dynamiczniej powinien do niej powracać. To przecież takie intuicyjne! Sprawdziliśmy więc wzór Hertza-Knudsena – bo lubimy sprawdzać. W tym celu przygotowaliśmy wyjątkowo dokładne symulacje komputerowe, które po raz pierwszy pozwoliły bliżej przyjrzeć się przebiegowi parowania" - opowiada dr hab. Marek Litniewski (IChF PAN).

 

Zaawansowane symulacje komputerowe, przeprowadzone z użyciem dynamiki molekularnej - wykazały, że wartości niektórych parametrów opisujących parowanie są nawet kilkukrotnie większe od przewidywanych przez wzór Hertza-Knudsena. Zauważono jednak efekt znacznie ciekawszy: strumień gazu uwalniającego się z powierzchni cieczy w trakcie parowania zmieniał się w niewielkim stopniu mimo znacznych fluktuacji ciśnienia.

 

"Wniosek z tej obserwacji mógł być tylko jeden: szybkość parowania i ciśnienie pary, czyli wielkości fizyczne, które dotychczas uznawano za ściśle ze sobą powiązane, wcale takimi nie były. Przez ponad wiek w opisie teoretycznym zjawiska parowania wszyscy popełnialiśmy poważny błąd!" - stwierdza dr Litniewski.

 

Dotychczasowy model parowania bazował na zasadzie zachowania masy: masa cząsteczek uwolnionych z powierzchni cieczy musiała odpowiednio zwiększać masę gazu w jej otoczeniu. Fizycy z IChF PAN zauważyli jednak, że skoro cząsteczki uwalniane z powierzchni mają pewną prędkość, do opisu zjawiska należałoby użyć zasady zachowania pędu.

 

"Zdaliśmy sobie sprawę, że parowanie w pewnym stopniu przypomina strzelanie z działa: pocisk wylatuje w jedną stronę, ale całkowity pęd układu musi zostać zachowany, więc działo ulega odrzutowi w przeciwną. Podobnie dzieje się z cząsteczkami parującej cieczy. Skoro unoszą pęd, musi być odrzut, a skoro jest odrzut, to ciśnienie odczuwane przez cząsteczki na powierzchni cieczy będzie inne!" - mówi prof. Hołyst.

 

W nowych symulacjach komputerowych zmierzono także prędkości cząsteczek uwalnianych z powierzchni cieczy. Okazały się one niewielkie, rzędu setek mikrometrów na sekundę, co odpowiada zaledwie kilku kilometrom na godzinę. Fakt ten oznacza, że praktycznie każdy naturalnie występujący przepływ nad powierzchnią cieczy musi silnie zaburzać proces parowania. Nie można więc go opisywać wzorem wyprowadzonym dla bardzo szczególnego przypadku, dla cieczy znajdującej się w równowadze termodynamicznej z otoczeniem.

 

Odkrycie naukowców z IChF PAN ma ogromne znaczenie m.in. dla zrozumienia rzeczywistych mechanizmów odpowiedzialnych za globalne ocieplenie. Wbrew potocznemu przekonaniu, gazem cieplarnianym najobficiej występującym w atmosferze naszej planety nie jest dwutlenek węgla, lecz para wodna. Wiadomo jednocześnie, że prędkości przepływów mas powietrza nad oceanami mogą znacznie przekraczać 100 km na godzinę, a zatem z pewnością wpływają na szybkość parowania. Dotychczasowe oceny tempa parowania oceanów muszą więc być obarczone błędami, co z pewnością rzutuje na dokładność przewidywań współczesnych modeli ziemskiego klimatu.

 

Naukowcy z IChF PAN prowadzą badania nad parowaniem we współpracy z Instytutem Fizyki PAN w Warszawie, gdzie są realizowane doświadczenia weryfikujące poprawność symulacji.

 

PAP - Nauka w Polsce

 

zan/ mrt/

Podziel się
Ocena: 0 głosów

Logowanie



Nie pamiętam hasła

Rejestracja

Komentarze: 5
Skomentuj Zobacz wszystkie   Dyskutuj na forum

Uwaga Redakcje!

Wszelkie materiały PAP (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone w serwisie "Nauka w Polsce" chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych.

 

PAP S.A. zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - www.naukawpolsce.pap.pl. W przypadku portali społecznościowych prosimy o umieszczenie jedynie tytułu i leadu naszej depeszy z linkiem prowadzącym do treści artykułu na naszej stronie, podobnie jak to jest na naszym profilu facebookowym. 

 

Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów video.

 

Informacje tekstowe z kategorii "Świat" można pozyskać odpłatnie abonując Serwis Nauka i Zdrowie PAP. Serwis ten zawiera ponadto wiele innych najnowszych doniesień naukowych z zagranicy oraz materiałów dotyczących szeroko rozumianej problematyki zdrowotnej. 

 

Informacje na temat warunków umowy można uzyskać w Dziale Sprzedaży i Obsługi Klienta PAP, tel.: (+48 22) 509 22 25, e-mail:  pap@pap.pl

 

Informacje o przedruku artykułów z Serwisu Nauka w Polsce, prośby o patronaty medialne, informacje o prowadzonych badaniach, organizowanych konferencjach itd., prosimy przesyłać na adres: naukawpolsce@pap.pl

 

 

Najpopularniejsze materiały

więcej

Książka

Inka o... Inkach - monumentalne dzieje państwa inkaskiego Inka o... Inkach - monumentalne dzieje państwa inkaskiego

Z historią, zwyczajami, życiem codziennym oraz religią Inków spisaną na pocz. XVII w. przez potomka hiszpańskiego konkwistadora i inkaskiej księżniczki można zapoznać się w monumentalnym tomie "O Inkach uwagi prawdziwe", który ukazał się nakładem Państwowego Instytutu Wydawniczego.

Więcej

Myśl na dziś

Stosunek pomiędzy nauką a myśleniem staje się autentyczny dopiero wówczas, gdy dostrzegamy przedzielającą je przepaść.
Martin Heidegger

Nasz blog

Dobry robot Dobry robot

Sztuczna inteligencja i roboty coraz śmielej wkraczają między ludzi. Aby zapobiec nieszczęściom i zapewnić komfortową pracę z maszynami naukowcy starają się nauczyć je moralności.

Więcej

Tagi