Кінетычная тэорыя
Працэс выпарэння можна растлумачыць з дапамогай кінетычнай тэорыі. Падобна малекулам газу, малекулы вады таксама рухаюцца. Розніца ў тым, што малекулы вады не могуць разысціся, таму што сілы прыцягнення паміж імі ўсё яшчэ здольныя ўтрымліваць іх разам. І наадварот, сілы прыцягнення паміж малекуламі газу вельмі слабыя, таму малекулы газу не могуць зліпацца. Пры руху малекулы вады маюць хуткасць. Некаторыя малекулы вады маюць высокую хуткасць, а іншыя — нізкую. Размеркаванне хуткасцей малекул вады нагадвае размеркаванне Максвела.
Выпарэнне адбываецца, калі хуткасць малекул вады настолькі вялікая, што сіла прыцягнення паміж малекуламі вады не можа ўтрымаць іх разам. Падобна да ракеты, якая рухаецца ў космас, хуткасць ракеты настолькі вялікая, што сіла прыцягнення Зямлі не можа ўтрымаць яе на Зямлі. Варта адзначыць, што толькі малекулы з вялікай хуткасцю могуць вызваліцца ад сіл прыцягнення паміж малекуламі. Малекулы з малой хуткасцю ўсё роўна аб'ядноўваюцца, утвараючы ваду.
Малекулы вады маюць масу і хуткасць, таму малекулы вады маюць кінетычную энергію (EK = 1/2 мв² ) . Малекулы вады з высокай хуткасцю маюць большую кінетычную энергію, чым малекулы вады з нізкай хуткасцю. Такім чынам, можна сказаць, што малекулы вады, якія могуць пазбегнуць сіл прыцягнення паміж малекуламі (малекулы вады, якія ператвараюцца ў пару), маюць даволі вялікую кінетычную энергію. Звычайна кінетычная энергія малекул вады павялічваецца з павышэннем тэмпературы вады. Калі тэмпература вады дастаткова высокая, кінетычная энергія малекул вады павялічваецца. Такім чынам, больш вады ператворыцца ў пару. Гэта адпавядае вынікам даследаванняў, якія паказваюць, што хуткасць выпарэння звычайна вышэйшая пры высокіх тэмпературах.
Калі мы сушым мокрую вопратку на сонцы, яна паглынае цяпло, якое выпраменьваецца сонцам. Дадатковая энергія сонца прыводзіць да павелічэння кінетычнай энергіі малекул вады ў вопратцы. Паколькі кінетычная энергія павялічваецца, малекулы вады рухаюцца хутчэй (хуткасць малекул вады павялічваецца). Як толькі іх хуткасць або кінетычная энергія дасягае пэўнага значэння, малекулы вады могуць вызваліцца ад сіл прыцягнення паміж малекуламі вады, а затым ператварыцца ў пару. Важна адзначыць, што на высыханне мокрай вопраткі ўплывае не толькі дадатковае цяпло ад сонца. Мокрая вопратка таксама можа высыхаць дзякуючы дадатковаму цяплу ад цёплага паветра вакол яе (перадача цяпла шляхам цеплаправоднасці ад паветра да мокрай вопраткі).
У спякотны дзень зямля або падлога награваюцца хутчэй. Зямля награваецца хутчэй, таму што яе ўдзельная цеплаёмістасць даволі вялікая. Зямля награвае паветра над ёй (у гэтым выпадку перадача цяпла адбываецца шляхам цеплаправоднасці). Гарачае паветра пашыраецца (яго шчыльнасць памяншаецца) і рухаецца ўверх. Калі яно праходзіць над мокрым адзеннем, малекулы паветра сутыкаюцца з малекуламі вады ў адзенні. Малекулы вады рухаюцца хутчэй. Паколькі яны рухаюцца хутчэй, кінетычная энергія малекул вады павялічваецца. Хутка рухаючыяся малекулы вады сутыкаюцца з іншымі малекуламі вады. Паколькі яны пастаянна сутыкаюцца з малекуламі паветра, малекулы вады рухаюцца хутчэй (іх кінетычная энергія павялічваецца).
Як толькі іх хуткасць або кінетычная энергія дасягне пэўнага значэння, хутка рухаючыяся малекулы вады могуць вырвацца з-пад прыцягнення паміж малекуламі і ператварыцца ў пару... Кінетычная энергія малекул вады або малекул паветра цесна звязана з тэмпературай. Калі кінетычная энергія малекул вады вялікая, то ў той жа час тэмпература вады высокая. Або наадварот, калі тэмпература вады высокая, кінетычная энергія малекул вады павінна быць вялікай. Кінетычная энергія таксама звязана са хуткасцю. Чым большая кінетычная энергія малекул, тым большая хуткасць малекул. Або наадварот, чым большая хуткасць малекул, тым большая кінетычная энергія малекул.
А як наконт гарачай вады? Гарачая вада мае высокую тэмпературу. Паколькі тэмпература вады высокая, малекулы вады ў вадзе маюць вялікую сярэднюю кінетычную энергію. Паколькі сярэдняя кінетычная энергія малекул вады вялікая, многія малекулы вады маюць высокую хуткасць (многія малекулы вады рухаюцца хутка). Малекулы вады з высокай хуткасцю могуць вызваліцца ад сіл прыцягнення паміж малекуламі і ператварыцца ў пару. Толькі малекулы вады з высокай хуткасцю (малекулы вады з вялікай кінетычнай энергіяй) вызваляюцца ў пару, а малекулы вады з нізкай хуткасцю (малекулы вады з малой кінетычнай энергіяй) не ператвараюцца ў пару. Такім чынам, калі малекулы вады з высокай хуткасцю ператвараюцца ў пару, сярэдняя кінетычная энергія малекул вады, якія застаюцца разам, становіцца меншай. Чым меншая сярэдняя кінетычная энергія, тым ніжэйшая тэмпература вады (вада становіцца халаднейшай). Зыходзячы з гэтага кароткага апісання, можна сказаць, што выпарэнне - гэта працэс астуджэння.
Працэс астуджэння, выкліканы выпарэннем, — распаўсюджаная з'ява ў паўсядзённым жыцці. Калі паветра даволі гарачае, цела паглынае шмат цяпла. Каб падтрымліваць пастаянную тэмпературу цела, яно звычайна вызваляе цяпло праз пот. Паколькі пот атрымлівае дадатковае цяпло ад сонца і навакольнага паветра, кінетычная энергія малекул поту павялічваецца. Паколькі кінетычная энергія малекул поту павялічваецца, хуткасць малекул поту павялічваецца. Малекулы поту ператвараюцца ў пару. Калі пот выпараецца, цела адчувае прахалоду. Вось яшчэ адзін прыклад... Звычайна пасля душа наша цела адчувае прахалоду. Гэта адбываецца таму, што вада, якая прыліпае да паверхні скуры, выпараецца.
Працэс выпарэння, апісаны вышэй, адбываецца кожны дзень. Марская вада, азёрная вада і рачная вада таксама могуць выпарацца…
Ціск пары
Пад парай тут маецца на ўвазе вадзяная пара. Звярніце ўвагу на малюнак. Закрыты кантэйнер, напоўнены вадой (мяркуем, што паветра з кантэйнера выдалена). Згодна з кінетычнай тэорыяй, малекулы вады заўсёды рухаюцца. Пры руху малекулы вады маюць хуткасць і кінетычную энергію. Малекулы вады, якія маюць дастатковую хуткасць і кінетычную энергію, могуць вызваліцца ад сіл прыцягнення паміж малекуламі вады і ператварыцца ў пару... Той жа працэс адбываецца з малекуламі вады ў суседнім кантэйнеры. З цягам часу ўсё больш і больш малекул вады ператвараюцца ў пару. Паколькі кантэйнер закрыты, малекулы вады, якія ператварыліся ў пару, не могуць выйсці ў атмасферу (малекулы затрымліваюцца ў кантэйнеры). Колькасць малекул вады, якія ператвараюцца ў пару, дастаткова вялікая, каб існуе верагоднасць сутыкненняў паміж малекуламі і сценкамі кантэйнера.
Некаторыя малекулы, якія ўдараюцца аб сценкі ёмістасці, адбіваюцца назад на паверхню вады і злучаюцца, утвараючы ваду. Гэты працэс паўтараецца бесперапынна. З цягам часу ўсё больш і больш малекул вады ператвараюцца ў пару (пераходзяць з вадкасці ў пару). У той жа час некаторыя малекулы, якія ўдараюцца аб сценкі ёмістасці, зноў ператвараюцца ў ваду (пераходзяць з пары ў вадкасць). Калі колькасць малекул, якія пераходзяць з вадкасці ў пару, роўная колькасці малекул, якія пераходзяць з пары ў вадкасць, то наступае раўнавага. Калі наступае раўнавага, верх ёмістасці, якая змяшчае пару, называецца насычаным... Ціск пары ў насычанай вобласці называецца ціскам насычанай пары.
Пераход з вадкасці ў пару называецца выпарэннем. Пераход з пары ў вадкасць называецца кандэнсацыяй. Звярніце ўвагу, што ціск насычанай пары залежыць толькі ад тэмпературы, а не ад аб'ёму. З павышэннем тэмпературы вады кінетычная энергія малекул вады павялічваецца.
Кінетычная энергія малекул вады павялічваецца, таму хуткасць малекул вады павінна павялічвацца. Такім чынам, усё больш і больш малекул з высокай хуткасцю будуць ператварацца ў пару (змяняць стан з вадкасці ў пару). Паколькі аб'ём кантэйнера фіксаваны, ціск пары залежыць толькі ад колькасці малекул (N) і хуткасці (v).
Чым больш малекул (чым большы N) пераўтвараецца ў пару і чым вышэйшая хуткасць гэтых малекул (чым большы v), тым больш павялічваецца ціск пары. Такім чынам, раўнавага будзе ўстанаўлівацца пры больш высокім ціску пары. Таму ціск насычанай пары таксама будзе павялічвацца. Ціск насычанай пары існуе толькі тады, калі дасягнута раўнавага. Ніжэй паказана змяненне ціску насычанай пары вады з тэмпературай.
Ціск пары залежыць ад аб'ёму, а ціск насычанай пары — не. Калі аб'ём кантэйнера павялічваецца або памяншаецца, у рэшце рэшт будзе дасягнута раўнавага. Прыведзеная вышэй ілюстрацыя проста дапаможа вам зразумець ціск насычанай пары, які ўзнікае ў атмасферы. Розніца ў тым, што на папярэдняй ілюстрацыі мы меркавалі, што ў той частцы кантэйнера, якая не ўтрымлівала вады, няма паветра. Такім чынам, частка кантэйнера, якая не ўтрымлівала вады, была занята толькі вадзяной парай. Наадварот, паверхня Зямлі заўсёды запоўнена паветрам. Сутыкненні паміж малекуламі пары і іншымі малекуламі газу толькі падаўжаюць час, неабходны для дасягнення раўнавагі. Аднак раўнавага ў рэшце рэшт будзе дасягнута, калі колькасць малекул вады, якія ператвараюцца ў пару, будзе роўная колькасці малекул пары, якія ператвараюцца ў ваду.
