Kineta Teorio
La vaporiĝprocezo povas esti klarigita per kineta teorio. Kiel gasmolekuloj, ankaŭ akvomolekuloj moviĝas. La diferenco estas, ke akvomolekuloj ne povas disiĝi, ĉar la allogaj fortoj inter ili ankoraŭ kapablas teni ilin kune. Kontraste, la allogaj fortoj inter gasmolekuloj estas tre malfortaj, do gasmolekuloj ne povas algluiĝi. Moviĝante, akvomolekuloj havas rapidon. Iuj akvomolekuloj havas altajn rapidojn, dum aliaj havas malaltajn rapidojn. La distribuo de akvomolekulaj rapidoj similas al la Maxwell-distribuo.
Vaporiĝo okazas kiam la rapido de la akvomolekuloj estas sufiĉe granda, tiel ke la alloga forto inter la akvomolekuloj ne kapablas teni ilin kune. Simile al raketo moviĝanta en la kosmon, la rapido de la raketo estas sufiĉe granda, tiel ke la gravita forto de la Tero ne kapablas malhelpi ĝin resti sur la tero. Notindas, ke nur molekuloj kun grandaj rapidoj kapablas eskapi de la allogaj fortoj inter molekuloj. Molekuloj kun malgrandaj rapidoj tamen kombiniĝas por formi akvon.
Akvomolekuloj havas mason kaj rapidon aŭ vicon, tiel ke akvomolekuloj havas kinetan energion (EK = 1/2 mv² ) . Akvomolekuloj, kiuj havas altajn rapidojn, havas pli grandan kinetan energion ol akvomolekuloj, kiuj havas malaltajn rapidojn. Tial, oni povas diri, ke akvomolekuloj, kiuj povas eskapi la allogajn fortojn inter molekuloj (akvomolekuloj, kiuj transformiĝas en vaporon), havas sufiĉe grandan kinetan energion. Kutime la kineta energio de akvomolekuloj pliiĝas kiam la akvotemperaturo pliiĝas. Se la akvotemperaturo estas sufiĉe alta, la kineta energio de akvomolekuloj pliiĝas. Tiel, pli da akvo transformiĝos en vaporon. Ĉi tio konformas al esplorrezultoj, kiuj montras, ke la rapido de vaporiĝo kutime estas pli granda je altaj temperaturoj.
Kiam ni sekigas malsekajn vestaĵojn en la suno, la malsekaj vestaĵoj sorbas la varmon elsenditan de la suno. La aldona energio de la suno kaŭzas, ke la kinetika energio de la akvomolekuloj en la vestaĵoj pliiĝas. Ĉar la kineta energio pliiĝas, la akvomolekuloj moviĝas pli rapide (la rapido de la akvomolekuloj pliiĝas). Post kiam ilia rapido aŭ kineta energio atingas certan valoron, la akvomolekuloj povas eskapi la allogajn fortojn inter la akvomolekuloj, kaj poste transformiĝi en vaporon. Gravas rimarki, ke la sekigado de malsekaj vestaĵoj ne nur estas influata de la aldona varmo de la suno. Malsekaj vestaĵoj ankaŭ povas sekiĝi pro la aldona varmo de la varma aero ĉirkaŭ la vestaĵoj (varmotransdono per kondukto de la aero al la malsekaj vestaĵoj).
En varmega tago, la grundo aŭ planko varmiĝas pli rapide. La grundo varmiĝas rapide ĉar ĝia specifa varmo estas sufiĉe granda. La grundo varmigas la aeron super ĝi (en ĉi tiu kazo, varmotransdono okazas per konduktado). La varma aero disetendiĝas (ĝia denseco malpliiĝas) kaj moviĝas supren. Kiam ĝi pasas super malsekaj vestaĵoj, la aermolekuloj kolizias kun la akvomolekuloj en la vestaĵoj. La akvomolekuloj moviĝas pli rapide. Ĉar ili moviĝas pli rapide, la kineta energio de la akvomolekuloj pliiĝas. La rapide moviĝantaj akvomolekuloj kolizias kun aliaj akvomolekuloj. Ĉar ili estas kontinue koliziitaj de aermolekuloj, la akvomolekuloj moviĝas pli rapide (ilia kineta energio pliiĝas).
Post kiam ilia rapido aŭ kineta energio atingas certan valoron, la rapide moviĝantaj akvomolekuloj povas eskapi la altiron inter la molekuloj kaj transformiĝi en vaporon... La kineta energio de akvomolekuloj aŭ aermolekuloj estas proksime rilata al temperaturo. Se la kineta energio de akvomolekuloj estas granda, tiam samtempe la akvotemperaturo estas alta. Aŭ inverse, kiam la akvotemperaturo estas alta, la kineta energio de akvomolekuloj devas esti granda. Kineta energio ankaŭ rilatas al rapido. Ju pli granda la kineta energio de la molekuloj, des pli granda la rapido de la molekuloj. Aŭ inverse, ju pli granda la rapido de la molekuloj, des pli granda la kineta energio de la molekuloj.
Kio pri varma akvo? Varma akvo havas altan temperaturon. Ĉar la akvotemperaturo estas alta, la akvomolekuloj en la akvo havas grandan averaĝan kinetikan energion. Ĉar la averaĝa kineta energio de akvomolekuloj estas granda, multaj akvomolekuloj havas altajn rapidojn (multaj akvomolekuloj moviĝas rapide). Akvomolekuloj, kiuj havas altan rapidon, povas eskapi de la allogaj fortoj inter la molekuloj kaj transformiĝi en vaporon. Nur akvomolekuloj kun alta rapido (akvomolekuloj kun granda kineta energio) eskapas en vaporon, dum akvomolekuloj kun malalta rapido (akvomolekuloj kun malgranda kineta energio) ne transformiĝas en vaporon. Tiel, kiam akvomolekuloj kun alta rapido ŝanĝiĝas en vaporon, la averaĝa kineta energio de la akvomolekuloj, kiuj restas kune, fariĝas pli malgranda. Ju pli malgranda estas la averaĝa kineta energio, des pli malalta estas la akvotemperaturo (la akvo fariĝas pli malvarma). Surbaze de ĉi tiu mallonga priskribo, oni povas diri, ke vaporiĝo estas malvarmiga procezo.
La malvarmiĝprocezo kaŭzita de vaporiĝo estas ofta okazo en ĉiutaga vivo. Kiam la aero estas sufiĉe varma, la korpo sorbas multan varmon. Por konservi konstantan korpan temperaturon, la korpo tipe liberigas varmon per ŝvito. Ĉar ŝvito ricevas plian varmon de la suno kaj la ĉirkaŭa aero, la kineta energio de la ŝvitmolekuloj pliiĝas. Ĉar la kineta energio de la ŝvitmolekuloj pliiĝas, la rapido de la ŝvitmolekuloj pliiĝas. La ŝvitmolekuloj transformiĝas en vaporon. Kiam ŝvito vaporiĝas, la korpo sentas sin malvarmeta. Jen alia ekzemplo... Kutime post duŝo, nia korpo sentas sin malvarmeta. Ĉi tio estas ĉar la akvo, kiu algluiĝas al la haŭtsurfaco, spertas vaporiĝon.
La supre priskribita vaporiĝa procezo okazas ĉiutage. Marakvo, lagakvo kaj riverakvo ankaŭ povas vaporiĝi…
Vaporpremo
Ĉi tie oni celas per vaporo akvan vaporon. Observu la bildon. Fermita ujo plenigita per akvo (supozu, ke la aero en la ujo estis forigita). Laŭ la kineta teorio, akvomolekuloj ĉiam moviĝas. Moviĝante, akvomolekuloj havas rapidon kaj kinetan energion. Akvomolekuloj, kiuj havas sufiĉan rapidon kaj kinetan energion, povas eskapi de la allogaj fortoj inter akvomolekuloj kaj transformiĝi en vaporon... La sama procezo okazas al la akvomolekuloj en la apuda ujo. Kun la paso de la tempo, pli kaj pli da akvomolekuloj transformiĝas en vaporon. Ĉar la ujo estas fermita, la akvomolekuloj, kiuj transformiĝis en vaporon, ne povas eskapi en la atmosferon (la molekuloj estas kaptitaj en la ujo). La nombro da akvomolekuloj, kiuj transformiĝas en vaporon, estas sufiĉe granda por ke ekistas ebleco de kolizioj inter la molekuloj kaj la muroj de la ujo.
Kelkaj el la molekuloj, kiuj trafas la murojn de la ujo, estos reflektitaj reen al la surfaco de la akvo kaj kombiniĝos por formi akvon. Ĉi tiu procezo ripetiĝas kontinue. Kun la paso de la tempo, pli kaj pli da akvomolekuloj transformiĝos en vaporon (ŝanĝiĝos de likvaĵo al vaporo). Samtempe, kelkaj el la molekuloj, kiuj trafas la murojn de la ujo, transformiĝos reen en akvon (ŝanĝiĝos de vaporo al likvaĵo). Se la nombro da molekuloj ŝanĝiĝantaj de likvaĵo al vaporo egalas al la nombro da molekuloj ŝanĝiĝantaj de vaporo al likvaĵo, tiam ekvilibro okazos. Kiam ekvilibro okazas, la supro de la ujo enhavanta vaporon estas dirita esti saturita... La vaporpremo en la saturita regiono estas konata kiel saturita vaporpremo.
La ŝanĝo de likvaĵo al vaporo nomiĝas vaporiĝo. La ŝanĝo de vaporo al likvaĵo nomiĝas kondensiĝo. Notu, ke saturita vaporpremo dependas nur de temperaturo kaj ne de volumeno. Kiam la temperaturo de akvo pliiĝas, la kineta energio de la akvomolekuloj pliiĝas.
La kineta energio de la akvomolekuloj pligrandiĝas tiel ke la rapido de la akvomolekuloj devas pligrandiĝi. Tiamaniere, pli kaj pli da molekuloj kun alta rapido transformiĝos en vaporon (ŝanĝos staton de likvaĵo al vaporo). Ĉar la volumeno de la ujo estas fiksa, la vaporpremo dependas nur de la nombro de molekuloj (N) kaj rapido (v).
Ju pli da molekuloj (ju pli granda N) konvertiĝas al vaporo kaj ju pli alta la rapido de ĉi tiuj molekuloj (ju pli granda v), des pli la vaporpremo pliiĝas. Tiel, ekvilibro okazos ĉe pli alta vaporpremo. Sekve, la saturita vaporpremo ankaŭ pliiĝos. Saturita vaporpremo ekzistas nur kiam ekvilibro estas atingita. La sekvanta montras la ŝanĝon en la saturita vaporpremo de akvo kun temperaturo.
Vaporpremo dependas de volumeno, sed saturita vaporpremo ne. Se la volumeno de ujo pligrandiĝas aŭ malpligrandiĝas, ekvilibro fine estos atingita. La supra ilustraĵo estas simple por gvidi vin kompreni la saturitan vaporpremon, kiu okazas en la atmosfero. La diferenco estas, ke en la antaŭa ilustraĵo, ni supozis, ke ne estis aero en la parto de la ujo, kiu ne enhavis akvon. Tial, la parto de la ujo, kiu ne enhavis akvon, estis okupita nur de akva vaporo. Kontraste, la surfaco de la Tero ĉiam estas plena de aero. Kolizioj inter vapormolekuloj kaj aliaj gasmolekuloj nur plilongigas la tempon necesan por ke ekvilibro atingu ekvilibron. Tamen, ekvilibro fine estos atingita kiam la nombro da akvomolekuloj, kiuj transformiĝas en vaporon, egalas al la nombro da vapormolekuloj, kiuj transformiĝas en akvon.
