Verdampfen

Dieser Artikel behandelt den Phasenübergang des Verdampfens, zum entsprechenden Beschichtungsverfahren, das diese Methode nutzt, siehe thermisches Verdampfen

Verdampfendes Wasser auf einer Herdplatte

Das Verdampfen ist der Phasenübergang einer Flüssigkeit oder eines Flüssigkeitsgemisches in den gasförmigen Aggregatzustand.

Für das Verdampfen einer Flüssigkeit muss die Verdampfungsenthalpie aufgebracht werden. Der Umgebung bzw. der Flüssigkeit wird Wärme entzogen. Wird dem System keine Wärme von außen zugeführt, erreicht ein geschlossenes System einen bestimmten Gleichgewichtszustand, der durch die Temperatur und den Aggregatzustand der Phasenanteile der Stoffe beschrieben wird.

Verdampfungsformen

Es wird beim Verdampfen zwischen zwei Formen unterschieden

• Sieden
• Verdunstung

Eine Flüssigkeit siedet, wenn der temperaturabhängige Sattdampfdruck der Flüssigkeit größer ist als der Druck der überlagerten Gasphase.

Beim Verdunsten ist eine Flüssigkeit mit einem anderen Gas überlagert, das überhitzt ist (der Zustand des überlagerten Gases liegt im T-s-Diagramm oberhalb des kritischen Punktes). Das überlagerte Gas kann abhängig von seiner Temperatur einen bestimmten Volumen- bzw. Molanteil der Flüssigkeit aufnehmen. Über einer Flüssigkeit stellt sich im Gleichgewicht der Partialdruck der verdampfenden Flüssigkeit ein, der dem gesättigten Zustand entspricht. Das Verhältnis des Partialdrucks der verdampften Phase zum Partialdruck bei Sättigung in dem überlagerten Gas wird als relative Feuchtigkeit φ bezeichnet.

Die Flüssigkeit verdunstet, solange der Sättigungsdampfdruck in der Gasphase nicht erreicht ist.

Beispiel: Isobare Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung von Wasser, Zustandsverlauf im T-s-Diagramm

Beispiel

Auf der Erde verdunstet Wasser bei einem äußeren Luftdruck von 1,013 bar bis zu einer Temperatur von 100 °C. Die Verdunstungsrate wird durch die Temperatur der Flüssigkeit und den Sättigungsgrad der überlagerten Luft mit Wasserdampf bestimmt. Bei starker Luftbewegung (Wind) wird die Luft über einem Wasserbehältnis mit hoher Rate gegen ungesättigte Luft ausgetauscht; die Verdunstungsrate des Wassers wird größer. Weiterhin wird die Verdunstungsrate erhöht, wenn die Temperatur ansteigt, da bei höherer Temperatur die Luft mehr Wasser aufnehmen kann (der Sättigungspartialdruck ist höher).

Bei einer Temperatur von 100 °C und dem äußeren Luftdruck von 1,013 bar siedet Wasser. Solange es sich um ein offenes System mit konstantem Druck handelt, verdampft das Wasser. Der Massenstrom der siedenden Flüssigkeit wird durch die Wärmezufuhr zur Flüssigkeit bestimmt.

Literatur

• Literatur zur Technischen Thermodynamik