Kinetikus elmélet
A párolgási folyamat kinetikus elmélettel magyarázható. A gázmolekulákhoz hasonlóan a vízmolekulák is mozognak. A különbség az, hogy a vízmolekulák nem tudnak szétválni, mert a közöttük lévő vonzóerők továbbra is képesek összetartani őket. Ezzel szemben a gázmolekulák közötti vonzóerők nagyon gyengék, így a gázmolekulák nem tudnak összetapadni. Mozgás közben a vízmolekulák sebességgel rendelkeznek. Egyes vízmolekulák nagy sebességgel mozognak, míg mások alacsonyan. A vízmolekulák sebességének eloszlása a Maxwell-eloszláshoz hasonlít.
Párolgás akkor következik be, amikor a vízmolekulák sebessége elég nagy ahhoz, hogy a köztük lévő vonzóerő ne tudja őket összetartani. Hasonlóan egy űrbe tartó rakétához, a rakéta sebessége elég nagy ahhoz, hogy a Föld gravitációs ereje ne tudja visszatartani a Földön maradástól. Meg kell jegyezni, hogy csak a nagy sebességű molekulák képesek megszabadulni a molekulák közötti vonzóerőktől. A kis sebességű molekulák is egyesülnek, és vizet képeznek.
A vízmolekuláknak tömegük és sebességük van, így mozgási energiájuk is van (EK = 1/2 mV2). A nagy sebességű vízmolekulák nagyobb mozgási energiával rendelkeznek, mint a kis sebességűek. Így elmondható, hogy azok a vízmolekulák, amelyek képesek megszabadulni a molekulák közötti vonzóerőktől (vízmolekulák, amelyek gőzzé alakulnak), meglehetősen nagy mozgási energiával rendelkeznek. A vízmolekulák mozgási energiája általában növekszik a víz hőmérsékletének emelkedésével. Ha a víz hőmérséklete elég magas, a vízmolekulák mozgási energiája is növekszik. Így több víz alakul gőzzé. Ez összhangban van a kutatási eredményekkel, amelyek azt mutatják, hogy a párolgás sebessége általában nagyobb magas hőmérsékleten.
Amikor nedves ruhákat szárítunk a napon, a nedves ruhák elnyelik a nap által kibocsátott hőt. A napból származó többletenergia a ruhákban lévő vízmolekulák mozgási energiájának növekedését okozza. Mivel a mozgási energia növekszik, a vízmolekulák gyorsabban mozognak (a vízmolekulák sebessége is megnő). Amint a sebességük vagy a mozgási energiájuk elér egy bizonyos értéket, a vízmolekulák kiszabadulhatnak a vízmolekulák közötti vonzóerőkből, majd gőzzé alakulhatnak. Fontos megjegyezni, hogy a nedves ruhák száradását nemcsak a napból származó többlethő befolyásolja. A nedves ruhák a ruhákat körülvevő meleg levegő többlethőjének köszönhetően is megszáradhatnak (hőátadás hővezetéssel a levegőből a nedves ruhába).
Egy forró napon a talaj vagy a padló gyorsabban felmelegszik. A talaj gyorsan felmelegszik, mert a fajhője meglehetősen nagy. A talaj felmelegíti a felette lévő levegőt (ebben az esetben a hőátadás hővezetéssel történik). A forró levegő kitágul (sűrűsége csökken) és felfelé mozog. Amikor nedves ruhák felett halad át, a levegőmolekulák ütköznek a ruhákban lévő vízmolekulákkal. A vízmolekulák gyorsabban mozognak. Mivel gyorsabban mozognak, a vízmolekulák mozgási energiája megnő. A gyorsan mozgó vízmolekulák más vízmolekulákkal ütköznek. Mivel a levegőmolekulák folyamatosan ütköznek velük, a vízmolekulák gyorsabban mozognak (mozgási energiájuk megnő).
Amint a sebességük vagy mozgási energiájuk elér egy bizonyos értéket, a gyorsan mozgó vízmolekulák kiszabadulhatnak a molekulák közötti vonzásból, és gőzzé alakulhatnak… A vízmolekulák vagy levegőmolekulák mozgási energiája szorosan összefügg a hőmérséklettel. Ha a vízmolekulák mozgási energiája nagy, akkor ugyanakkor a víz hőmérséklete is magas. Vagy fordítva, amikor a víz hőmérséklete magas, a vízmolekulák mozgási energiájának nagynak kell lennie. A mozgási energia szintén összefügg a sebességgel. Minél nagyobb a molekulák mozgási energiája, annál nagyobb a molekulák sebessége. Vagy fordítva, minél nagyobb a molekulák sebessége, annál nagyobb a molekulák mozgási energiája.
Mi a helyzet a forró vízzel? A forró víz hőmérséklete magas. Mivel a víz hőmérséklete magas, a benne lévő vízmolekuláknak nagy az átlagos mozgási energiájuk. Mivel a vízmolekulák átlagos mozgási energiája nagy, sok vízmolekula nagy sebességgel mozog (sok vízmolekula gyorsan mozog). A nagy sebességű vízmolekulák kiszabadulhatnak a molekulák közötti vonzóerőkből, és gőzzé alakulhatnak. Csak a nagy sebességű vízmolekulák (nagy mozgási energiájú vízmolekulák) távoznak gőzzé, míg a kis sebességű vízmolekulák (kis mozgási energiájú vízmolekulák) nem alakulnak gőzzé. Így, amikor a nagy sebességű vízmolekulák gőzzé alakulnak, az együtt maradó vízmolekulák átlagos mozgási energiája kisebb lesz. Minél kisebb az átlagos mozgási energia, annál alacsonyabb a víz hőmérséklete (a víz hidegebbé válik). Ezen rövid leírás alapján elmondható, hogy a párolgás egy hűtési folyamat.
A párolgás okozta lehűlési folyamat gyakori jelenség a mindennapi életben. Amikor a levegő meglehetősen forró, a test sok hőt nyel el. Az állandó testhőmérséklet fenntartása érdekében a test jellemzően izzadság útján bocsátja ki a hőt. Mivel az izzadság további hőt kap a naptól és a környező levegőtől, az izzadságmolekulák mozgási energiája megnő. Mivel az izzadságmolekulák mozgási energiája megnő, az izzadságmolekulák sebessége is megnő. Az izzadságmolekulák gőzzé alakulnak. Amikor az izzadság elpárolog, a test hűvösnek érződik. Íme egy másik példa... Általában zuhanyozás után a testünk hűvösnek érződik. Ez azért van, mert a bőr felszínére tapadó víz elpárolog.
A fent leírt párolgási folyamat minden nap zajlik. A tengervíz, a tóvíz és a folyóvíz is elpárologhat…
Gőznyomás
Amit itt gőzön értünk, az vízgőz. Figyeljük meg az ábrát. Egy zárt, vízzel teli tartály (feltételezzük, hogy a tartályban lévő levegőt eltávolítottuk). A kinetikus elmélet szerint a vízmolekulák mindig mozognak. Mozgás közben a vízmolekulák sebességgel és mozgási energiával rendelkeznek. Azok a vízmolekulák, amelyek elegendő sebességgel és mozgási energiával rendelkeznek, kiszabadulhatnak a vízmolekulák közötti vonzóerőkből, és gőzzé alakulhatnak... Ugyanez a folyamat játszódik le a mellette lévő tartályban lévő vízmolekulákkal is. Az idő múlásával egyre több vízmolekula alakul gőzzé. Mivel a tartály zárva van, a gőzzé alakult vízmolekulák nem tudnak kijutni a légkörbe (a molekulák csapdába esnek a tartályban). A gőzzé alakult vízmolekulák száma elég nagy ahhoz, hogy ütközés veszélye álljon fenn a molekulák és a tartály fala között.
Néhány, a tartály falának ütköző molekula visszaverődik a víz felszínére, és vízzé egyesülve keletkezik. Ez a folyamat folyamatosan ismétlődik. Az idő múlásával egyre több vízmolekula alakul gőzzé (folyékony halmazállapotból gőzzé). Ugyanakkor néhány, a tartály falának ütköző molekula visszaalakul vízzé (gőzből folyadékká alakul). Ha a folyadékból gőzzé alakuló molekulák száma megegyezik a gőzből folyadékká alakuló molekulák számával, akkor egyensúly áll be. Amikor egyensúly áll be, a gőzt tartalmazó tartály teteje telítettnek mondható... A telített tartományban a gőznyomást telített gőznyomásnak nevezzük.
A folyadékból gőzzé válást párolgásnak nevezzük. A gőzből folyékony halmazállapotúvá válást kondenzációnak. Megjegyzendő, hogy a telített gőz nyomása csak a hőmérséklettől függ, a térfogattól nem. A víz hőmérsékletének növekedésével a vízmolekulák mozgási energiája növekszik.
A vízmolekulák mozgási energiája megnő, ezért a vízmolekulák sebességének is növekednie kell. Így egyre több és több nagy sebességű molekula fog gőzzé alakulni (folyékonyból gőz halmazállapotba váltani). Mivel a tartály térfogata rögzített, a gőznyomás csak a molekulák számától (N) és a sebességtől (v) függ.
Minél több molekula (minél nagyobb N) alakul gőzzé, és minél nagyobb ezeknek a molekuláknak a sebessége (minél nagyobb v), annál jobban nő a gőznyomás. Így az egyensúly magasabb gőznyomáson áll be. Ezért a telített gőznyomás is növekszik. A telített gőznyomás csak akkor áll fenn, ha az egyensúly beállt. A következő ábra a víz telített gőznyomásának változását mutatja a hőmérséklet függvényében.
A gőznyomás a térfogattól függ, de a telített gőznyomás nem. Ha egy tartály térfogata növekszik vagy csökken, végül beáll az egyensúly. A fenti ábra csupán útmutatóul szolgál a légkörben fellépő telített gőznyomás megértéséhez. A különbség az, hogy az előző ábrán feltételeztük, hogy a tartály vízmentes részében nincs levegő. Ezért a tartály vízmentes részét csak vízgőz foglalta el. Ezzel szemben a Föld felszíne mindig levegővel van kitöltve. A gőzmolekulák és más gázmolekulák ütközése csak meghosszabbítja az egyensúly eléréséhez szükséges időt. Az egyensúly azonban végül akkor áll be, amikor a gőzzé alakuló vízmolekulák száma megegyezik a vízzé alakuló gőzmolekulák számával.
