Proces isparavanja može se objasniti kinetičkom teorijom. Poput molekula plina, i molekule vode se kreću. Razlika je u tome što se molekule vode ne mogu raspršiti jer ih privlačnost među molekulama i dalje može držati zajedno. Suprotno tome, privlačnost između molekula plina je krhka, tako da se molekule plina ne mogu spojiti. Pri kretanju, molekule vode imaju brzinu. Postoje molekule vode koje imaju velike brzine; postoje i molekule vode koje imaju malu brzinu. Raspodjela brzine molekule vode nalikuje Maxwellovoj distribuciji.
Isparavanje se događa kada je brzina molekula vode dovoljno velika da ih privlačnost među molekulama vode ne može zadržati na okupu. Slično raketama koje se kreću u svemir, brzina rakete je dovoljno velika da je gravitacijska sila Zemlje ne može zadržati na Zemlji. Imajte na umu da samo molekule s velikim brzinama mogu izbjeći privlačnost među molekulama. Molekule s malim brzinama ostaju zajedno poput vode.
Molekule vode imaju masu i brzinu tako da molekule vode imaju kinetičku energiju (EK = 1/2 m v2). Molekule vode velike brzine imaju veću kinetičku energiju od molekula vode male brzine. Stoga se može reći da molekule vode koje mogu pobjeći od privlačenja među molekulama (molekule vode koje se pretvaraju u paru) imaju znatnu kinetičku energiju. Obično se kinetička energija molekula vode povećava s porastom temperature vode. Ako je temperatura vode dovoljno visoka, kinetička energija molekula vode se povećava; stoga će se više vode pretvoriti u paru. To je u skladu s rezultatima istraživanja koja pokazuju da je brzina isparavanja obično veća na visokim temperaturama.
Kada sušimo mokru odjeću na suncu, ona apsorbira toplinu koju sunce emitira. Dodavanje energije sunca uzrokuje povećanje kinetičke energije molekula vode u odjeći. Zbog povećanja kinetične energije, molekule vode se kreću brže (brzina molekula vode se povećava). Nakon što brzina ili kinetička energija dosegne određenu vrijednost, molekule vode mogu se osloboditi privlačnosti između molekula vode, a zatim se pretvoriti u paru. Imajte na umu da na sušenje mokre odjeće ne utječe samo dodavanje topline sunca. Mokra odjeća se može osušiti i zbog dodatne topline toplog zraka oko odjeće (toplina se prenosi provođenjem sa zraka na mokru odjeću).
Tijekom vrućeg dana, tlo se zagrijava. Tlo zagrijava zrak iznad sebe (u ovom slučaju, prijenos topline provođenjem topline). Vrući zrak se širi (gustoća se smanjuje) i kreće se prema gore. Pri prolasku mokre odjeće, molekule vode udaraju molekule vode unutar odjeće. Molekule vode kreću se brže, kinetička energija molekula vode se povećava. Molekule vode koje se brzo kreću udaraju u druge molekule vode. Budući da ih molekule zraka kontinuirano udaraju, molekule vode kreću se brže (kinetička energija se povećava). Nakon što brzina ili kinetička energija dosegne određenu vrijednost, brzo pokretne molekule vode mogu pobjeći od privlačenja među molekulama i pretvoriti se u paru. Kinetička energija molekula vode ili molekula vode usko je povezana s temperaturom. Ako je kinetička energija molekula vode velika, tada je istovremeno i temperatura vode visoka. Ili obrnuto, kada je temperatura vode visoka, kinetička energija molekula vode mora biti velika. Kinetička energija također je povezana s brzinom. Što je veća kinetička energija molekule, to je veća brzina molekule. Ili obrnuto, što je veća brzina molekule, to je veća kinetička energija molekule.
Što je s vrućom vodom? Vruća voda ima visoku temperaturu. Zbog visoke temperature vode, molekule u vodi imaju prilično prosječnu kinetičku energiju. Zbog znatne prosječne kinetičke energije molekula vode, mnoge molekule vode imaju velike brzine. Molekule vode imaju veliku brzinu i mogu izbjeći silu privlačenja među molekulama i pretvoriti se u paru. Molekule vode male brzine (molekule vode s malom kinetičkom energijom) ne pretvaraju se u paru. Dakle, kada se molekule vode čija se velika brzina pretvore u paru, prosječna kinetička energija molekula vode postaje manja. Što je manja prosječna kinetička energija, to je niža temperatura vode. Na temelju ovog kratkog opisa može se reći da je isparavanje proces hlađenja.
Proces hlađenja isparavanjem uvijek se događa u svakodnevnom životu. Kada je zrak dovoljno vruć, tijelo apsorbira puno topline. Kako bi održalo konstantnu tjelesnu temperaturu, tijelo obično oslobađa toplinu znojem. Budući da znoj dobiva dodatnu toplinu od sunca i okolnog zraka, kinetička energija molekula vode iz znoja se povećava. Jer kako se kinetička energija molekula vode iz znoja povećava, povećava se i brzina molekula vode iz znoja. Molekule znoja pretvaraju se u paru. Kada znoj ispari, tijelo se osjeća hladno.
Obično se nakon kupanja tijelo osjeća hladno. To je zato što voda koja se veže za površinu kože prolazi kroz proces isparavanja.
Proces isparavanja opisan ranije događa se svaki dan. Morska voda, jezerska voda, riječna voda također mogu isparavati.
Tlak pare
Ovdje se pod parom misli na vodenu paru. Promatrajte sliku. Zatvorena posuda napunjena vodom (pretpostavimo da je zrak unutar posude uklonjen). Prema kinetičkoj teoriji, molekule vode se uvijek kreću. Pri kretanju, molekule vode imaju brzinu i energiju kretanja. Molekule vode koje imaju brzinu i veliku kinetičku energiju izbjegavaju silu privlačenja između molekula vode i pretvaraju se u paru.
Isti se proces događa u molekulama vode u posudi. S vremenom se sve više molekula vode pretvara u paru. Budući da je posuda zatvorena, molekule vode koje su se pretvorile u paru ne mogu izaći u atmosferu (molekule su zarobljene u posudi). Količina molekula vode koje se pretvaraju u paru je prilično velika, pa postoji mogućnost sudara molekula sa stijenkama posude.
Neke molekule koje udaraju o stijenke posude reflektirat će se prema površini vode i stopiti se s vodom. Ovaj se proces kontinuirano ponavlja. S vremenom se sve više molekula vode pretvara u paru (prelazeći iz tekućine u paru). Istovremeno, neke od molekula koje udaraju u stijenke posude ponovno će se pretvoriti u vodu (prelazeći iz pare u tekućinu). Ako je broj molekula koje prelaze iz tekućine u paru jednak broju molekula koje prelaze iz pare u tekućinu, postojat će ravnoteža. Kada se postigne ravnoteža, kaže se da je vrh posude koja sadrži plin zasićen. Tlak pare u zasićenom području poznat je kao tlak zasićene pare.
Promjena stanja iz tekućine u paru naziva se isparavanje. Međutim, promjena stanja iz pare u tekućinu naziva se kondenzacija. Treba napomenuti da tlak zasićene pare ovisi isključivo o temperaturi, a ne o volumenu. Ako se temperatura vode poveća, kinetička energija molekula vode se povećava.
Kinetička energija molekula vode raste tako da se brzina molekula vode mora povećati. Stoga će se sve više i više brzih molekula pretvarati u paru (prelazeći iz tekućine u paru). Budući da je volumen spremnika fiksan, tlak pare ovisi isključivo o broju molekula (N) i brzini (v).
Što se više molekula pretvara u paru i što je veća brzina molekula, to se povećava i tlak pare. Stoga će se ravnoteža postići pri višem tlaku pare. Stoga je i zasićeni tlak pare viši. Zasićeni tlak pare postoji samo kada se postigne ravnoteža.
Tlak pare ovisi o volumenu, ali tlak zasićene pare ne ovisi o volumenu. Ako se volumen spremnika povećava ili smanjuje, doći će do ravnoteže. Gornja ilustracija samo želi da shvatite tlak zasićene pare koji se javlja u atmosferi. Razlika je u tome što u prethodnom primjeru pretpostavljamo da nema vode u dijelu spremnika koji ne sadrži vodu. Stoga je dio spremnika koji ne sadrži vodu zauzet samo vodenom parom. S druge strane, površina Zemlje uvijek je ispunjena zrakom. Sudar između molekula pare i drugih molekula plina samo produžuje ravnotežu. Međutim, u nekom trenutku doći će do ravnoteže ako je broj molekula vode koje se pretvaraju u paru jednak broju molekula pare koje se pretvaraju u vodu.
