¿Qué determina el tamaño de una gota de agua?

Oye !

Lo creas o no, esta es una pregunta realmente interesante.

Sabemos que la transición de vapor a líquido es un evento espontáneo (¡obviamente!) Pero eso significaría que requiere un cambio negativo en la energía de Gibbs, ¿no? Ahora echemos un vistazo más de cerca a los diversos procesos involucrados.

1. Dado que el gas se condensa para reafirmar un líquido, el cambio de energía de Gibbs es negativo (¡como es de esperar al liberar ese calor latente!)
2. Desafortunadamente, hay un nuevo parámetro de energía que surge debido a la energía superficial del líquido (debido a la tensión superficial de los líquidos) que contribuye a un cambio positivo en la energía de Gibbs.

Ahora, como el radio es muy pequeño (menos de 1), el aumento de energía superficial (que se escala como r ^ 2) es mayor que la reducción de energía de volumen (que se escala como r ^ 3). En cierto radio crítico, las dos energías se cancelan entre sí y forman un equilibrio inestable. Más allá de esto, las gotas aumentan espontáneamente de tamaño.

(Donde v es volumen, sigma es tensión superficial y p / p0 es relación de sobresaturación).

Pero por debajo de este valor, no puede ser un evento espontáneo. Así que lo que sucede ?

Básicamente, las gotas más pequeñas se forman y se desintegran al azar, y es solo a través de una colisión aleatoria (debido al movimiento aleatorio) que se juntan para formar gotas más grandes (la energía cinética positiva de la formación se cancela por la energía cinética del impacto).

Por lo tanto, mientras que las gotas se forman en el vapor de enfriamiento a 100 ‘c a 1 Atm, ¡es puramente un evento estadístico cuya probabilidad es muy cercana a 1 debido a la gran cantidad de colisiones y al pequeño valor del radio crítico!

Para obtener una explicación detallada de la nucleación homogénea (eso es lo que se llama como las gotitas se nuclean en otras gotitas y no en otras superficies), consulte la Teoría de la nucleación clásica (CNT) y la ecuación de velocidad según la teoría de colisión.

Salud !

Referencias: Wikipedia e imágenes de Google.

El artículo de Wikipedia ofrece un método para calcular el radio de una gota de líquido inmediatamente después de que sale de un gotero, que, después de permitir que la gota cilíndrica se vuelva a formar en una esfera, proporciona un radio proporcional a la raíz del cubo de la cantidad de diámetro del cuentagotas multiplicado por la superficie tensión del líquido dividida por la densidad del líquido y la aceleración debida a la gravedad. Como se explica al final del artículo de Wikipedia, el radio de la gota de lluvia es un problema mucho más complicado, pero termina cerca de 6 mm.