Η διαδικασία εξάτμισης μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας την κινητική θεωρία. Όπως τα μόρια αερίου, έτσι και τα μόρια νερού κινούνται. Η διαφορά είναι ότι τα μόρια του νερού δεν μπορούν να διασκορπιστούν επειδή η έλξη μεταξύ των μορίων μπορεί ακόμα να τα συγκρατήσει. Αντίθετα, η έλξη μεταξύ των μορίων αερίου είναι εύθραυστη, με αποτέλεσμα τα μόρια αερίου να μην μπορούν να συγχωνευθούν. Όταν κινούνται, τα μόρια του νερού έχουν ταχύτητα. Υπάρχουν μόρια νερού που έχουν υψηλές ταχύτητες. Υπάρχουν επίσης μόρια νερού που έχουν μικρή ταχύτητα. Η κατανομή της ταχύτητας του μορίου του νερού μοιάζει με την κατανομή Maxwell.
Η εξάτμιση συμβαίνει όταν η ταχύτητα των μορίων του νερού είναι αρκετά μεγάλη ώστε η έλξη μεταξύ των μορίων του νερού να μην μπορεί να τα συγκρατήσει. Όπως και οι πυραύλοι που κινούνται στο διάστημα, η ταχύτητα ενός πυραύλου είναι αρκετά μεγάλη ώστε η βαρυτική δύναμη της Γης να μην μπορεί να τον συγκρατήσει στη Γη. Σημειώστε ότι μόνο μόρια με μεγάλες ταχύτητες μπορούν να ξεφύγουν από την έλξη μεταξύ των μορίων. Τα μόρια με μικρές ταχύτητες παραμένουν μαζί όπως το νερό.
Τα μόρια νερού έχουν μάζα και ταχύτητα, επομένως τα μόρια νερού έχουν κινητική ενέργεια (EK = 1/2 m v2). Τα μόρια νερού υψηλής ταχύτητας έχουν υψηλότερη κινητική ενέργεια από τα μόρια νερού χαμηλής ταχύτητας. Έτσι, μπορεί να δηλωθεί ότι τα μόρια νερού που μπορούν να ξεφύγουν από την έλξη μεταξύ των μορίων (μόρια νερού που μετατρέπονται σε ατμούς) έχουν σημαντική κινητική ενέργεια. Συνήθως, η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού. Εάν η θερμοκρασία του νερού είναι αρκετά υψηλή, η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού αυξάνεται. Έτσι, περισσότερο νερό θα μετατραπεί σε ατμό. Αυτό συνάδει με τα αποτελέσματα έρευνας που δείχνουν ότι ο ρυθμός εξάτμισης είναι συνήθως υψηλότερος σε υψηλές θερμοκρασίες.
Όταν στεγνώνουμε βρεγμένα ρούχα στον ήλιο, τα βρεγμένα ρούχα απορροφούν θερμότητα που εκπέμπεται από τον ήλιο. Η προσθήκη ενέργειας από τον ήλιο προκαλεί αύξηση της κινητικής ενέργειας των μορίων του νερού στα ρούχα. Επειδή η κινητική ενέργεια αυξάνεται, τα μόρια του νερού κινούνται πιο γρήγορα (η ταχύτητα των μορίων του νερού αυξάνεται). Αφού η ταχύτητα ή η κινητική ενέργεια φτάσει σε μια συγκεκριμένη τιμή, τα μόρια του νερού μπορούν να ξεφύγουν από την έλξη μεταξύ των μορίων του νερού και στη συνέχεια να μετατραπούν σε ατμό. Λάβετε υπόψη ότι το στέγνωμα των βρεγμένων ρούχων δεν επηρεάζεται μόνο από την προσθήκη θερμότητας από τον ήλιο. Τα βρεγμένα ρούχα μπορούν επίσης να στεγνώσουν λόγω της πρόσθετης θερμότητας από τον ζεστό αέρα γύρω από τα ρούχα (η θερμότητα μετακινείται με αγωγιμότητα από τον αέρα στα βρεγμένα ρούχα).
Κατά τη διάρκεια μιας ζεστής ημέρας, το έδαφος θερμαίνεται περισσότερο. Η γη θερμαίνει τον αέρα από πάνω της (σε αυτήν την περίπτωση, η μεταφορά θερμότητας γίνεται μέσω αγωγιμότητας). Ο ζεστός αέρας διαστέλλεται (η πυκνότητα μειώνεται) και κινείται προς τα πάνω. Όταν περνούν βρεγμένα ρούχα, τα μόρια νερού χτυπούν μόρια νερού μέσα στα ρούχα. Τα μόρια νερού κινούνται πιο γρήγορα, η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού αυξάνεται. Τα μόρια νερού που κινούνται γρήγορα χτυπούν άλλα μόρια νερού. Επειδή χτυπιούνται συνεχώς από μόρια αέρα, τα μόρια του νερού κινούνται πιο γρήγορα (η κινητική ενέργεια αυξάνεται). Μόλις η ταχύτητα ή η κινητική ενέργεια φτάσει σε μια συγκεκριμένη τιμή, τα γρήγορα κινούμενα μόρια νερού μπορούν να ξεφύγουν από την έλξη μεταξύ των μορίων και να μετατραπούν σε ατμό. Η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού ή των μορίων του νερού σχετίζεται στενά με τη θερμοκρασία. Εάν η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού είναι μεγάλη, τότε ταυτόχρονα η θερμοκρασία του νερού είναι υψηλή. Ή αντίστροφα, όταν η θερμοκρασία του νερού είναι υψηλή, η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού πρέπει να είναι μεγάλη. Η κινητική ενέργεια σχετίζεται επίσης με την ταχύτητα. Όσο υψηλότερη είναι η κινητική ενέργεια του μορίου, τόσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα του μορίου. Ή αντίστροφα, όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα του μορίου, τόσο υψηλότερη είναι η κινητική ενέργεια του μορίου.
Τι γίνεται με το ζεστό νερό; Το ζεστό νερό έχει υψηλή θερμοκρασία. Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας του νερού, τα μόρια στο νερό έχουν μια αρκετά μέτρια κινητική ενέργεια. Λόγω της σημαντικής μέσης κινητικής ενέργειας των μορίων του νερού, πολλά μόρια νερού έχουν υψηλές ταχύτητες. Τα μόρια του νερού έχουν υψηλή ταχύτητα και μπορούν να ξεφύγουν από τη δύναμη έλξης μεταξύ των μορίων και να μετατραπούν σε ατμό. Τα μόρια νερού χαμηλής ταχύτητας (μόρια νερού με μικρή κινητική ενέργεια) δεν μετατρέπονται σε ατμό. Έτσι, όταν τα μόρια νερού των οποίων η υψηλή ταχύτητα μετατρέπονται σε ατμό, η μέση κινητική ενέργεια των μορίων του νερού γίνεται μικρότερη. Όσο μικρότερη είναι η μέση κινητική ενέργεια, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία του νερού. Με βάση αυτή τη σύντομη περιγραφή, μπορούμε να πούμε ότι η εξάτμιση είναι μια διαδικασία ψύξης.
Η διαδικασία ψύξης λόγω εξάτμισης βιώνεται πάντα στην καθημερινή ζωή. Όταν ο αέρας είναι αρκετά ζεστός, το σώμα απορροφά πολλή θερμότητα. Για να διατηρήσει τη θερμοκρασία του σώματος σταθερή, το σώμα συνήθως απελευθερώνει θερμότητα μέσω του ιδρώτα. Επειδή ο ιδρώτας λαμβάνει επιπλέον θερμότητα από τον ήλιο και τον περιβάλλοντα αέρα, η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού από τον ιδρώτα αυξάνεται. Επειδή καθώς η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού από τον ιδρώτα αυξάνεται, η ταχύτητα των μορίων του νερού από τον ιδρώτα αυξάνεται. Τα μόρια του ιδρώτα μετατρέπονται σε ατμό. Όταν ο ιδρώτας εξατμίζεται, το σώμα αισθάνεται δροσερό.
Συνήθως, μετά το μπάνιο, το σώμα μας νιώθει δροσερό. Αυτό συμβαίνει επειδή το νερό που προσκολλάται στην επιφάνεια του δέρματος υφίσταται μια διαδικασία εξάτμισης.
Η διαδικασία εξάτμισης που περιγράφηκε νωρίτερα συμβαίνει πάντα καθημερινά. Το θαλασσινό νερό, το νερό της λίμνης, το νερό του ποταμού μπορούν επίσης να εξατμιστούν.
Πίεση ατμού
Αυτό που εννοούμε εδώ με τον όρο ατμός είναι υδρατμοί. Παρατηρήστε το σχήμα. Ένα κλειστό δοχείο γεμάτο με νερό (ας υποθέσουμε ότι ο αέρας μέσα στο δοχείο έχει αφαιρεθεί). Σύμφωνα με την κινητική θεωρία, τα μόρια του νερού κινούνται πάντα. Όταν κινούνται, τα μόρια του νερού έχουν κινούμενη ταχύτητα και ενέργεια. Τα μόρια νερού που έχουν ταχύτητα και μεγάλη κινητική ενέργεια ξεφεύγουν από τη δύναμη έλξης μεταξύ των μορίων του νερού και μετατρέπονται σε ατμό.
Η ίδια διαδικασία συμβαίνει και στα μόρια νερού σε ένα δοχείο. Με την πάροδο του χρόνου, όλο και περισσότερα μόρια νερού μετατρέπονται σε ατμό. Επειδή το δοχείο είναι κλειστό, τα μόρια νερού που έχουν μετατραπεί σε ατμό δεν μπορούν να διαφύγουν στην ατμόσφαιρα (τα μόρια είναι παγιδευμένα στο δοχείο). Η ποσότητα των μορίων νερού που μετατρέπονται σε ατμό είναι αρκετά μεγάλη, επομένως υπάρχει πιθανότητα συγκρούσεων μεταξύ των μορίων με τα τοιχώματα του δοχείου.
Μερικά μόρια που χτυπούν τα τοιχώματα του δοχείου θα ανακλαστούν προς την επιφάνεια του νερού και θα συγχωνευθούν με το νερό. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται συνεχώς. Με την πάροδο του χρόνου, όλο και περισσότερα μόρια νερού μετατρέπονται σε ατμό (αλλάζοντας από υγρό σε ατμό). Ταυτόχρονα, μερικά από τα μόρια που συγκρούονται με τα τοιχώματα του δοχείου θα μετατραπούν ξανά σε νερό (αλλάζοντας από ατμό σε υγρό). Εάν ο αριθμός των μορίων που αλλάζουν από υγρό σε ατμό είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων που αλλάζουν από ατμό σε υγρό, θα υπάρξει ισορροπία. Όταν επιτευχθεί ισορροπία, το πάνω μέρος του δοχείου που περιέχει το αέριο λέγεται κορεσμένο. Η τάση ατμών στην περιοχή κορεσμού είναι γνωστή ως τάση ατμών κορεσμού.
Η αλλαγή της μορφής από υγρό σε ατμό ονομάζεται εξάτμιση. Ωστόσο, η αλλαγή της μορφής από ατμό σε υγρό ονομάζεται συμπύκνωση. Σημειώστε ότι η τάση κορεσμένων ατμών εξαρτάται αποκλειστικά από τη θερμοκρασία και δεν εξαρτάται από τον όγκο. Εάν η θερμοκρασία του νερού αυξηθεί, αυξάνεται και η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού.
Η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού αυξάνεται, επομένως η ταχύτητά τους πρέπει να αυξηθεί. Έτσι, όλο και περισσότερα μόρια υψηλής ταχύτητας θα μετατρέπονται σε ατμό (αλλάζοντας από υγρό σε ατμό). Επειδή ο όγκος του δοχείου είναι σταθερός, η τάση ατμών εξαρτάται αποκλειστικά από τον αριθμό των μορίων (N) και την ταχύτητα (v).
Όσο περισσότερα μόρια μετατρέπονται σε ατμό και όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα των μορίων, τόσο αυξάνεται και η τάση ατμών. Έτσι, η ισορροπία θα επιτευχθεί σε υψηλότερη πίεση ατμών. Επομένως, η τάση κορεσμένων ατμών είναι επίσης υψηλότερη. Η τάση κορεσμένων ατμών υπάρχει μόνο όταν επιτευχθεί ισορροπία.
Η τάση ατμών εξαρτάται από τον όγκο, αλλά η τάση κορεσμένων ατμών δεν εξαρτάται από τον όγκο. Εάν ο όγκος του δοχείου αυξηθεί ή μειωθεί, θα υπάρξει ισορροπία. Η παραπάνω εικόνα θέλει μόνο να κατανοήσετε την τάση κορεσμένων ατμών που εμφανίζεται στην ατμόσφαιρα. Η διαφορά είναι ότι, στο προηγούμενο παράδειγμα, υποθέτουμε ότι δεν υπάρχει νερό στο μέρος του δοχείου που δεν περιέχει νερό. Επομένως, το μέρος της δεξαμενής που δεν περιέχει νερό καταλαμβάνεται μόνο από υδρατμούς. Από την άλλη πλευρά, η επιφάνεια της γης είναι πάντα γεμάτη με αέρα. Η σύγκρουση μεταξύ μορίων ατμού και άλλων μορίων αερίου απλώς παρατείνει την ισορροπία. Ωστόσο, σε κάποιο σημείο, θα υπάρξει ισορροπία εάν ο αριθμός των μορίων νερού που μετατρέπονται σε ατμό είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων ατμού που μετατρέπονται σε νερό.
