يمكن تفسير عملية التبخر باستخدام النظرية الحركية. فجزيئات الماء، مثل جزيئات الغاز، تتحرك أيضًا. والفرق هو أن جزيئات الماء لا تتشتت لأن قوى التجاذب بينها تُبقيها متماسكة. في المقابل، تكون قوى التجاذب بين جزيئات الغاز ضعيفة، فلا يمكنها الاندماج. وعندما تتحرك جزيئات الماء، فإنها تمتلك سرعة. فهناك جزيئات ماء تتحرك بسرعات عالية، وهناك جزيئات أخرى تتحرك بسرعات منخفضة. ويشبه توزيع سرعة جزيئات الماء توزيع ماكسويل.
يحدث التبخر عندما تكون سرعة جزيئات الماء كبيرة بما يكفي بحيث لا تستطيع قوى التجاذب بينها الحفاظ على تماسكها. وكما هو الحال مع الصواريخ المتجهة إلى الفضاء، فإن سرعة الصاروخ تكون كبيرة بما يكفي بحيث لا تستطيع جاذبية الأرض تثبيته على سطحها. تجدر الإشارة إلى أن الجزيئات ذات السرعات العالية فقط هي التي تستطيع الإفلات من قوى التجاذب بينها، بينما تبقى الجزيئات ذات السرعات المنخفضة متماسكة كالماء.
تمتلك جزيئات الماء كتلة وسرعة، مما يمنحها طاقة حركية (EK = ½ m v²). تتميز جزيئات الماء عالية السرعة بطاقة حركية أعلى من جزيئات الماء منخفضة السرعة. وبالتالي، يمكن القول إن جزيئات الماء التي تستطيع الإفلات من قوى التجاذب بين الجزيئات (جزيئات الماء التي تتحول إلى بخار) تمتلك طاقة حركية كبيرة. عادةً، تزداد الطاقة الحركية لجزيئات الماء مع ارتفاع درجة حرارته. فإذا كانت درجة حرارة الماء مرتفعة بما يكفي، تزداد الطاقة الحركية لجزيئات الماء، مما يؤدي إلى تحول كمية أكبر من الماء إلى بخار. ويتوافق هذا مع نتائج الأبحاث التي تُظهر أن معدل التبخر يكون أعلى عادةً عند درجات الحرارة المرتفعة.
عند تجفيف الملابس المبللة تحت أشعة الشمس، تمتص الملابس المبللة الحرارة المنبعثة منها. وتؤدي هذه الطاقة الشمسية إلى زيادة الطاقة الحركية لجزيئات الماء في الملابس، مما يزيد من سرعتها. وعندما تصل سرعة جزيئات الماء إلى قيمة معينة، تتحرر من قوى التجاذب بينها، فتتحول إلى بخار. تجدر الإشارة إلى أن تجفيف الملابس المبللة لا يعتمد فقط على حرارة الشمس، بل يمكن أن تجف أيضًا بفعل حرارة الهواء الدافئ المحيط بها (حيث تنتقل الحرارة بالتوصيل من الهواء إلى الملابس المبللة).
في يوم حار، ترتفع درجة حرارة الأرض. تُسخّن الأرض الهواء فوقها (في هذه الحالة، ينتقل الحرارة بالتوصيل). يتمدد الهواء الساخن (تقل كثافته) ويصعد إلى الأعلى. عند مرور جزيئات الماء فوق الملابس المبللة، تصطدم جزيئات الماء ببعضها داخل الملابس. تتحرك جزيئات الماء بسرعة أكبر، فتزداد طاقتها الحركية. تصطدم جزيئات الماء المتحركة بسرعة بجزيئات أخرى. وبسبب الاصطدام المستمر بجزيئات الهواء، تزداد سرعة جزيئات الماء (تزداد طاقتها الحركية). بمجرد أن تصل السرعة أو الطاقة الحركية إلى قيمة معينة، تستطيع جزيئات الماء سريعة الحركة الإفلات من التجاذب بينها وتتحول إلى بخار. ترتبط الطاقة الحركية لجزيئات الماء ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة. فإذا كانت الطاقة الحركية لجزيئات الماء كبيرة، تكون درجة حرارة الماء مرتفعة. والعكس صحيح، فعندما تكون درجة حرارة الماء مرتفعة، تكون الطاقة الحركية لجزيئات الماء كبيرة. كما ترتبط الطاقة الحركية بالسرعة. كلما زادت الطاقة الحركية للجزيء، زادت سرعته. أو بالعكس، كلما زادت سرعة الجزيء، زادت طاقته الحركية.
ماذا عن الماء الساخن؟ يتميز الماء الساخن بدرجة حرارة عالية. وبسبب هذه الحرارة، تمتلك جزيئات الماء طاقة حركية متوسطة. ونظرًا لارتفاع متوسط الطاقة الحركية لجزيئات الماء، فإن العديد منها يتمتع بسرعات عالية. وبفضل هذه السرعة العالية، تستطيع جزيئات الماء الإفلات من قوى التجاذب بينها والتحول إلى بخار. أما جزيئات الماء ذات السرعة المنخفضة (أي ذات الطاقة الحركية القليلة) فلا تتحول إلى بخار. وبالتالي، عندما تتحول جزيئات الماء ذات السرعة العالية إلى بخار، يقل متوسط طاقتها الحركية. وكلما قل متوسط الطاقة الحركية، انخفضت درجة حرارة الماء. وبناءً على هذا الوصف الموجز، يمكن القول إن التبخر عملية تبريد.
تُعدّ عملية التبريد الناتجة عن التبخر ظاهرةً شائعةً في حياتنا اليومية. فعندما يكون الهواء ساخنًا بدرجة كافية، يمتص الجسم كميةً كبيرةً من الحرارة. وللحفاظ على ثبات درجة حرارة الجسم، يُطلق الجسم عادةً الحرارة عن طريق التعرّق. ولأن العرق يكتسب حرارةً إضافيةً من الشمس والهواء المحيط، تزداد الطاقة الحركية لجزيئات ماء العرق، وبالتالي تزداد سرعتها. فتتحول جزيئات العرق إلى بخار. وعندما يتبخر العرق، نشعر ببرودة الجسم.
عادةً، بعد الاستحمام، نشعر ببرودة في الجسم. وذلك لأن الماء الملتصق بسطح الجلد يتبخر.
تحدث عملية التبخر الموصوفة سابقاً بشكل يومي. ويمكن أن تتبخر مياه البحر ومياه البحيرات ومياه الأنهار أيضاً.
ضغط البخار
المقصود بالبخار هنا هو بخار الماء. انظر إلى الشكل. وعاء مغلق مملوء بالماء (بافتراض إزالة الهواء منه). وفقًا لنظرية الحركة، تتحرك جزيئات الماء باستمرار. وعند حركتها، تمتلك جزيئات الماء سرعة وطاقة حركية. تمتلك جزيئات الماء سرعة وطاقة حركية كبيرتين تمكنها من التغلب على قوى التجاذب بينها والتحول إلى بخار.
تحدث العملية نفسها في جزيئات الماء داخل وعاء. مع مرور الوقت، يتحول المزيد من جزيئات الماء إلى بخار. ولأن الوعاء مغلق، لا تستطيع جزيئات الماء المتحولة إلى بخار الخروج إلى الغلاف الجوي (فهي محصورة داخل الوعاء). ونظرًا لكثرة جزيئات الماء المتحولة إلى بخار، فمن المحتمل حدوث تصادمات بينها وبين جدران الوعاء.
بعض جزيئات الماء التي تصطدم بجدران الوعاء تنعكس نحو سطح الماء وتندمج فيه. تتكرر هذه العملية باستمرار. ومع مرور الوقت، يتحول المزيد من جزيئات الماء إلى بخار (من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية). في الوقت نفسه، تتحول بعض الجزيئات التي تصطدم بجدران الوعاء مرة أخرى إلى ماء (من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة). إذا تساوى عدد الجزيئات المتحولة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية مع عدد الجزيئات المتحولة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، يتحقق التوازن. عند حدوث هذا التوازن، يُقال إن الجزء العلوي من الوعاء الذي يحتوي على الغاز مشبع. يُعرف ضغط البخار في منطقة التشبع بضغط البخار المشبع.
يُطلق على تحوّل المادة من الحالة السائلة إلى الحالة البخارية اسم التبخر. أما تحوّلها من البخار إلى الحالة السائلة فيُطلق عليه اسم التكثيف. تجدر الإشارة إلى أن ضغط البخار المشبع يعتمد فقط على درجة الحرارة ولا يعتمد على الحجم. فإذا ارتفعت درجة حرارة الماء، تزداد الطاقة الحركية لجزيئاته.
تزداد الطاقة الحركية لجزيئات الماء، مما يستلزم زيادة سرعتها. وبالتالي، يتحول المزيد من الجزيئات سريعة الحركة إلى بخار (متحولًا من الحالة السائلة إلى البخار). ولأن حجم الوعاء ثابت، فإن ضغط البخار يعتمد فقط على عدد الجزيئات (N) وسرعتها (v).
كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحول إلى بخار، وزادت سرعة هذه الجزيئات، ارتفع ضغط البخار. وبالتالي، يتحقق التوازن عند ضغط بخار أعلى. لذلك، يكون ضغط البخار المشبع أعلى أيضًا. ولا يوجد ضغط بخار مشبع إلا عند تحقق التوازن.
يعتمد ضغط البخار على الحجم، بينما لا يعتمد ضغط البخار المشبع على الحجم. فإذا زاد حجم الوعاء أو نقص، سيحدث توازن. يهدف الرسم التوضيحي أعلاه إلى توضيح ضغط البخار المشبع في الغلاف الجوي. والفرق هو أننا في المثال السابق نفترض عدم وجود ماء في الجزء الخالي من الماء في الوعاء. وبالتالي، فإن هذا الجزء من الخزان لا يحتوي على ماء، بل على بخار الماء فقط. من ناحية أخرى، سطح الأرض مليء بالهواء دائمًا. إن تصادم جزيئات البخار مع جزيئات الغاز الأخرى يُطيل أمد التوازن. ومع ذلك، سيحدث توازن في النهاية إذا تساوى عدد جزيئات الماء التي تتحول إلى بخار مع عدد جزيئات البخار التي تتحول إلى ماء.
