Kinetisk teori
Fordampningsprocessen kan forklares ved hjælp af kinetisk teori. Ligesom gasmolekyler bevæger vandmolekyler sig også. Forskellen er, at vandmolekyler ikke kan adskilles, fordi de tiltrækkende kræfter mellem dem stadig er i stand til at holde dem sammen. I modsætning hertil er de tiltrækkende kræfter mellem gasmolekyler meget svage, så gasmolekyler kan ikke klæbe sammen. Når vandmolekyler bevæger sig, har de hastighed. Nogle vandmolekyler har høje hastigheder, mens andre har lave hastigheder. Fordelingen af vandmolekylernes hastigheder ligner Maxwell-fordelingen.
Fordampning sker, når vandmolekylernes hastighed er stor nok til, at den tiltrækkende kraft mellem vandmolekylerne ikke kan holde dem sammen. Ligesom en raket, der bevæger sig ud i rummet, er rakettens hastighed stor nok til, at Jordens tyngdekraft ikke kan forhindre den i at blive på Jorden. Det skal bemærkes, at kun molekyler med store hastigheder er i stand til at undslippe de tiltrækkende kræfter mellem molekylerne. Molekyler med lave hastigheder kombineres stadig og danner vand.
Vandmolekyler har masse og hastighed, således at vandmolekyler har kinetisk energi (EK = 1/2 mv² ) . Vandmolekyler med høje hastigheder har større kinetisk energi end vandmolekyler med lave hastigheder. Man kan således sige, at vandmolekyler, der kan undslippe de tiltrækkende kræfter mellem molekyler (vandmolekyler, der bliver til damp), har en ret stor kinetisk energi. Normalt stiger vandmolekylernes kinetiske energi, når vandtemperaturen stiger. Hvis vandtemperaturen er høj nok, stiger vandmolekylernes kinetiske energi. Således vil mere vand blive til damp. Dette er i overensstemmelse med forskningsresultater, der viser, at fordampningshastigheden normalt er større ved høje temperaturer.
Når vi tørrer vådt tøj i solen, absorberer det varmen, der udsendes af solen. Den ekstra energi fra solen får vandmolekylernes kinetiske energi i tøjet til at stige. Fordi den kinetiske energi stiger, bevæger vandmolekylerne sig hurtigere (vandmolekylernes hastighed øges). Når deres hastighed eller kinetiske energi når en bestemt værdi, kan vandmolekylerne undslippe de tiltrækkende kræfter mellem vandmolekylerne og derefter omdannes til damp. Det er vigtigt at bemærke, at tørringen af vådt tøj ikke kun påvirkes af den ekstra varme fra solen. Vådt tøj kan også tørre på grund af den ekstra varme fra den varme luft omkring tøjet (varmeoverførsel ved ledning fra luften til det våde tøj).
På en varm dag opvarmes jorden eller gulvet hurtigere. Jorden opvarmes hurtigt, fordi dens specifikke varme er ret stor. Jorden opvarmer luften over den (i dette tilfælde sker varmeoverførsel ved ledning). Den varme luft udvider sig (dens densitet falder) og bevæger sig opad. Når den passerer hen over vådt tøj, støder luftmolekylerne sammen med vandmolekylerne i tøjet. Vandmolekylerne bevæger sig hurtigere. Fordi de bevæger sig hurtigere, øges vandmolekylernes kinetiske energi. De hurtigt bevægende vandmolekyler støder sammen med andre vandmolekyler. Fordi de kontinuerligt kolliderer med luftmolekyler, bevæger vandmolekylerne sig hurtigere (deres kinetiske energi øges).
Når deres hastighed eller kinetiske energi når en vis værdi, kan de hurtigt bevægende vandmolekyler undslippe tiltrækningen mellem molekylerne og omdannes til damp ... Vandmolekylers eller luftmolekylers kinetiske energi er tæt forbundet med temperaturen. Hvis vandmolekylernes kinetiske energi er stor, er vandtemperaturen samtidig høj. Eller omvendt, når vandtemperaturen er høj, skal vandmolekylernes kinetiske energi være stor. Kinetisk energi er også relateret til hastighed. Jo større molekylernes kinetiske energi er, desto større er molekylernes hastighed. Eller omvendt, jo større molekylernes hastighed er, desto større er molekylernes kinetiske energi.
Hvad med varmt vand? Varmt vand har en høj temperatur. Fordi vandtemperaturen er høj, har vandmolekylerne i vandet en stor gennemsnitlig kinetisk energi. Fordi den gennemsnitlige kinetiske energi for vandmolekyler er stor, har mange vandmolekyler høje hastigheder (mange vandmolekyler bevæger sig hurtigt). Vandmolekyler med høj hastighed kan undslippe de tiltrækkende kræfter mellem molekylerne og blive til damp. Kun vandmolekyler med høj hastighed (vandmolekyler med stor kinetisk energi) undslipper til damp, mens vandmolekyler med lav hastighed (vandmolekyler med lille kinetisk energi) ikke bliver til damp. Når vandmolekyler med høj hastighed omdannes til damp, bliver den gennemsnitlige kinetiske energi for de vandmolekyler, der forbliver sammen, derfor mindre. Jo mindre den gennemsnitlige kinetiske energi er, desto lavere er vandtemperaturen (vandet bliver koldere). Baseret på denne korte beskrivelse kan man sige, at fordampning er en afkølingsproces.
Afkølingsprocessen forårsaget af fordampning er en almindelig forekomst i hverdagen. Når luften er ret varm, absorberer kroppen en masse varme. For at opretholde en konstant kropstemperatur frigiver kroppen typisk varme gennem sved. Fordi sved modtager yderligere varme fra solen og den omgivende luft, øges svedmolekylernes kinetiske energi. Fordi svedmolekylernes kinetiske energi øges, øges svedmolekylernes hastighed. Svedmolekylerne omdannes til damp. Når sved fordamper, føles kroppen kølig. Her er et andet eksempel... Normalt føles vores krop kølig efter et bad. Dette skyldes, at vandet, der klæber til hudens overflade, fordamper.
Den ovenfor beskrevne fordampningsproces finder sted hver dag. Havvand, søvand og flodvand kan også fordampe…
Damptryk
Det, der menes med damp her, er vanddamp. Se billedet. En lukket beholder fyldt med vand (antag, at luften i beholderen er fjernet). Ifølge kinetisk teori bevæger vandmolekyler sig altid. Når vandmolekyler bevæger sig, har de hastighed og kinetisk energi. Vandmolekyler, der har tilstrækkelig hastighed og kinetisk energi, kan undslippe de tiltrækkende kræfter mellem vandmolekylerne og blive til damp... Den samme proces sker med vandmolekylerne i beholderen ved siden af. Med tiden bliver flere og flere vandmolekyler til damp. Fordi beholderen er lukket, kan de vandmolekyler, der er blevet til damp, ikke undslippe ud i atmosfæren (molekylerne er fanget i beholderen). Antallet af vandmolekyler, der bliver til damp, er stort nok til, at der er mulighed for kollisioner mellem molekylerne og beholderens vægge.
Nogle af de molekyler, der rammer beholderens vægge, vil blive reflekteret tilbage til vandoverfladen og kombineret for at danne vand. Denne proces gentages kontinuerligt. Med tiden vil flere og flere vandmolekyler blive til damp (ændre sig fra væske til damp). Samtidig vil nogle af de molekyler, der rammer beholderens vægge, blive til vand igen (ændre sig fra damp til væske). Hvis antallet af molekyler, der skifter fra væske til damp, er lig med antallet af molekyler, der skifter fra damp til væske, vil der opstå ligevægt. Når der opstår ligevægt, siges toppen af beholderen, der indeholder damp, at være mættet... Damptrykket i det mættede område er kendt som mættet damptryk.
Skiftet fra væske til damp kaldes fordampning. Skiftet fra damp til væske kaldes kondensation. Bemærk, at mættet damptryk kun afhænger af temperaturen og ikke af volumen. Når vandets temperatur stiger, øges vandmolekylernes kinetiske energi.
Vandmolekylernes kinetiske energi øges, så vandmolekylernes hastighed må øges. På denne måde vil flere og flere molekyler med høj hastighed blive til damp (ændre tilstand fra væske til damp). Fordi beholderens volumen er fast, afhænger damptrykket kun af antallet af molekyler (N) og hastigheden (v).
Jo flere molekyler (jo større N), der omdannes til damp, og jo højere hastigheden af disse molekyler er (jo større v), desto mere stiger damptrykket. Dermed vil der opstå ligevægt ved et højere damptryk. Derfor vil det mættede damptryk også stige. Mættet damptryk eksisterer kun, når ligevægt er nået. Følgende viser ændringen i vands mættede damptryk med temperaturen.
Damptrykket afhænger af volumen, men det gør mættet damptryk ikke. Hvis volumenet af en beholder stiger eller falder, vil ligevægt til sidst nås. Illustrationen ovenfor er blot for at guide dig til at forstå det mættede damptryk, der forekommer i atmosfæren. Forskellen er, at vi i den foregående illustration antog, at der ikke var luft i den del af beholderen, der ikke indeholdt vand. Derfor var den del af beholderen, der ikke indeholdt vand, kun optaget af vanddamp. I modsætning hertil er Jordens overflade altid fyldt med luft. Kollisioner mellem dampmolekyler og andre gasmolekyler forlænger kun den tid, det tager for ligevægt at nå ligevægt. Ligevægt vil dog til sidst nås, når antallet af vandmolekyler, der bliver til damp, er lig med antallet af dampmolekyler, der bliver til vand.
