Կինետիկ տեսություն
Գոլորշիացման գործընթացը կարելի է բացատրել կինետիկ տեսության միջոցով: Ինչպես գազի մոլեկուլները, ջրի մոլեկուլները նույնպես շարժվում են: Տարբերությունն այն է, որ ջրի մոլեկուլները չեն կարող բաժանվել, քանի որ դրանց միջև ձգողական ուժերը դեռևս կարողանում են դրանք միասին պահել: Ի տարբերություն դրա, գազի մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերը շատ թույլ են, ուստի գազի մոլեկուլները չեն կարող միմյանց կպչել: Շարժվելիս ջրի մոլեկուլներն ունեն արագություն: Որոշ ջրի մոլեկուլներ ունեն բարձր արագություններ, մինչդեռ մյուսները՝ ցածր արագություններ: Ջրի մոլեկուլների արագությունների բաշխումը նման է Մաքսվելի բաշխմանը:
Գոլորշիացումը տեղի է ունենում, երբ ջրի մոլեկուլների արագությունը բավականաչափ մեծ է, որպեսզի ջրի մոլեկուլների միջև ձգողական ուժը չկարողանա դրանք միասին պահել: Նման է տիեզերք շարժվող հրթիռին, հրթիռի արագությունը բավականաչափ մեծ է, որպեսզի Երկրի ձգողական ուժը չկարողանա այն զսպել Երկրի վրա մնալուց: Պետք է նշել, որ միայն մեծ արագություններ ունեցող մոլեկուլներն են կարողանում խուսափել մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերից: Փոքր արագություններ ունեցող մոլեկուլները միևնույն է միանում են՝ առաջացնելով ջուր:
Ջրի մոլեկուլներն ունեն զանգված և արագություն կամ արագություն, ուստի ջրի մոլեկուլներն ունեն կինետիկ էներգիա (EK = 1/2 մվ 2 ): Բարձր արագություններ ունեցող ջրի մոլեկուլներն ունեն ավելի մեծ կինետիկ էներգիա, քան ցածր արագություններ ունեցող ջրի մոլեկուլները: Այսպիսով, կարելի է ասել, որ ջրի մոլեկուլները, որոնք կարող են խուսափել մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերից (ջրի մոլեկուլներ, որոնք վերածվում են գոլորշու), ունեն բավականին մեծ կինետիկ էներգիա: Սովորաբար ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան մեծանում է ջրի ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց: Եթե ջրի ջերմաստիճանը բավականաչափ բարձր է, ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան նույնպես մեծանում է: Այսպիսով, ավելի շատ ջուր կվերածվի գոլորշու: Սա համապատասխանում է հետազոտությունների արդյունքներին, որոնք ցույց են տալիս, որ գոլորշիացման արագությունը սովորաբար ավելի մեծ է բարձր ջերմաստիճաններում:
Երբ մենք թաց հագուստը չորացնում ենք արևի տակ, այն կլանում է արևի արձակած ջերմությունը։ Արևի լրացուցիչ էներգիան հանգեցնում է հագուստի մեջ ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի աճի։ Քանի որ կինետիկ էներգիան մեծանում է, ջրի մոլեկուլները ավելի արագ են շարժվում (ջրի մոլեկուլների արագությունը մեծանում է)։ Երբ դրանց արագությունը կամ կինետիկ էներգիան հասնում է որոշակի արժեքի, ջրի մոլեկուլները կարող են խուսափել ջրի մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերից և վերածվել գոլորշու։ Կարևոր է նշել, որ թաց հագուստի չորացման վրա ազդում է ոչ միայն արևի լրացուցիչ ջերմությունը։ Թաց հագուստը կարող է չորանալ նաև հագուստի շուրջը գտնվող տաք օդի լրացուցիչ ջերմության պատճառով (ջերմության փոխանցում օդից թաց հագուստին հաղորդունակությամբ)։
Շոգ օրը գետինը կամ հատակը ավելի արագ է տաքանում։ Հողը արագ է տաքանում, քանի որ դրա տեսակարար ջերմությունը բավականին մեծ է։ Հողը տաքացնում է իր վերևում գտնվող օդը (այս դեպքում ջերմափոխանակումը տեղի է ունենում հաղորդականությամբ)։ Տաք օդը ընդարձակվում է (նրա խտությունը նվազում է) և շարժվում է վերև։ Երբ այն անցնում է թաց հագուստի վրայով, օդի մոլեկուլները բախվում են հագուստի մեջ գտնվող ջրի մոլեկուլներին։ Ջրի մոլեկուլները ավելի արագ են շարժվում։ Քանի որ դրանք ավելի արագ են շարժվում, ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան մեծանում է։ Արագ շարժվող ջրի մոլեկուլները բախվում են այլ ջրի մոլեկուլների հետ։ Քանի որ դրանց հետ անընդհատ բախվում են օդի մոլեկուլները, ջրի մոլեկուլները ավելի արագ են շարժվում (նրանց կինետիկ էներգիան մեծանում է)։
Երբ դրանց արագությունը կամ կինետիկ էներգիան հասնում է որոշակի արժեքի, արագ շարժվող ջրի մոլեկուլները կարող են խուսափել մոլեկուլների միջև ձգողականությունից և վերածվել գոլորշու… Ջրի կամ օդի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան սերտորեն կապված է ջերմաստիճանի հետ։ Եթե ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան մեծ է, ապա միևնույն ժամանակ ջրի ջերմաստիճանը բարձր է։ Կամ հակառակը, երբ ջրի ջերմաստիճանը բարձր է, ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան պետք է մեծ լինի։ Կինետիկ էներգիան նույնպես կապված է արագության հետ։ Որքան մեծ է մոլեկուլների կինետիկ էներգիան, այնքան մեծ է մոլեկուլների արագությունը։ Կամ հակառակը, որքան մեծ է մոլեկուլների արագությունը, այնքան մեծ է մոլեկուլների կինետիկ էներգիան։
Իսկ տաք ջրի մասին ի՞նչ կասեք։ Տաք ջուրն ունի բարձր ջերմաստիճան։ Քանի որ ջրի ջերմաստիճանը բարձր է, ջրի մեջ գտնվող ջրի մոլեկուլներն ունեն մեծ միջին կինետիկ էներգիա։ Քանի որ ջրի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան մեծ է, շատ ջրի մոլեկուլներ ունեն մեծ արագություններ (շատ ջրի մոլեկուլներ արագ են շարժվում)։ Բարձր արագություն ունեցող ջրի մոլեկուլները կարող են դուրս գալ մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերից և վերածվել գոլորշու։ Միայն բարձր արագություն ունեցող ջրի մոլեկուլները (մեծ կինետիկ էներգիայով ջրի մոլեկուլներ) դուրս են գալիս գոլորշու, մինչդեռ ցածր արագություն ունեցող ջրի մոլեկուլները (փոքր կինետիկ էներգիայով ջրի մոլեկուլներ) չեն վերածվում գոլորշու։ Այսպիսով, երբ բարձր արագություն ունեցող ջրի մոլեկուլները վերածվում են գոլորշու, միասին մնացած ջրի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան փոքրանում է։ Որքան փոքր է միջին կինետիկ էներգիան, այնքան ցածր է ջրի ջերմաստիճանը (ջուրը սառչում է)։ Այս համառոտ նկարագրության հիման վրա կարելի է ասել, որ գոլորշիացումը սառեցման գործընթաց է։
Գոլորշիացման հետևանքով առաջացած սառեցման գործընթացը առօրյա կյանքում տարածված երևույթ է: Երբ օդը բավականին տաք է, մարմինը կլանում է շատ ջերմություն: Մարմնի ջերմաստիճանը կայուն պահպանելու համար մարմինը սովորաբար ջերմություն է արտանետում քրտինքի միջոցով: Քանի որ քրտինքը լրացուցիչ ջերմություն է ստանում արևից և շրջակա օդից, քրտինքի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան մեծանում է: Քանի որ քրտինքի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան մեծանում է, քրտինքի մոլեկուլների արագությունը մեծանում է: Քրտինքի մոլեկուլները վերածվում են գոլորշու: Երբ քրտինքը գոլորշիանում է, մարմինը զով է զգում: Ահա ևս մեկ օրինակ... Սովորաբար ցնցուղ ընդունելուց հետո մեր մարմինը զով է զգում: Դա պայմանավորված է նրանով, որ մաշկի մակերեսին կպչող ջուրը գոլորշիանում է:
Վերը նկարագրված գոլորշիացման գործընթացը տեղի է ունենում ամեն օր: Ծովի ջուրը, լճի ջուրը և գետի ջուրը նույնպես կարող են գոլորշիանալ…
Գոլորշու ճնշում
Այստեղ գոլորշու տակ նկատի է առնվում ջրային գոլորշի։ Դիտարկեք նկարը։ Ջրով լցված փակ տարա (ենթադրենք, որ տարայի մեջ եղած օդը հեռացվել է)։ Կինետիկ տեսության համաձայն՝ ջրի մոլեկուլները միշտ շարժվում են։ Շարժվելիս ջրի մոլեկուլներն ունեն արագություն և կինետիկ էներգիա։ Բավարար արագություն և կինետիկ էներգիա ունեցող ջրի մոլեկուլները կարող են դուրս գալ ջրի մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերից և վերածվել գոլորշու... Նույն գործընթացը տեղի է ունենում նաև կողքին գտնվող տարայի մեջ գտնվող ջրի մոլեկուլների հետ։ Ժամանակի ընթացքում ավելի ու ավելի շատ ջրի մոլեկուլներ են վերածվում գոլորշու։ Քանի որ տարան փակ է, գոլորշու վերածված ջրի մոլեկուլները չեն կարող դուրս գալ մթնոլորտ (մոլեկուլները փակված են տարայի մեջ)։ Գոլորշու վերածվող ջրի մոլեկուլների քանակը բավականաչափ մեծ է, որպեսզի մոլեկուլների և տարայի պատերի միջև բախումների հավանականություն լինի։
Տարայի պատերին հարվածող որոշ մոլեկուլներ կանդրադառնան ջրի մակերեսին և կմիանան՝ առաջացնելով ջուր։ Այս գործընթացը կրկնվում է անընդհատ։ Ժամանակի ընթացքում ավելի ու ավելի շատ ջրի մոլեկուլներ կվերածվեն գոլորշու (հեղուկից գոլորշու կանցնեն)։ Միևնույն ժամանակ, տարայի պատերին հարվածող որոշ մոլեկուլներ կրկին կվերածվեն ջրի (գոլորշուց հեղուկ կանցնեն)։ Եթե հեղուկից գոլորշու անցնող մոլեկուլների քանակը հավասար է գոլորշուց հեղուկ անցնող մոլեկուլների քանակին, ապա կհաստատվի հավասարակշռություն։ Երբ հավասարակշռություն է հաստատվում, գոլորշի պարունակող տարայի վերին մասը կոչվում է հագեցած… Հագեցած տիրույթում գոլորշու ճնշումը հայտնի է որպես հագեցած գոլորշու ճնշում։
Հեղուկ վիճակից գոլորշու անցումը կոչվում է գոլորշիացում։ Գոլորշուց հեղուկի անցումը կոչվում է խտացում։ Նշենք, որ հագեցած գոլորշու ճնշումը կախված է միայն ջերմաստիճանից, այլ ոչ թե ծավալից։ Ջրի ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան մեծանում է։
Ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան մեծանում է, ուստի ջրի մոլեկուլների արագությունը պետք է մեծանա։ Այս կերպ, ավելի ու ավելի շատ բարձր արագությամբ մոլեկուլներ կվերածվեն գոլորշու (կփոխեն վիճակը հեղուկից գոլորշու)։ Քանի որ տարայի ծավալը ֆիքսված է, գոլորշու ճնշումը կախված է միայն մոլեկուլների քանակից (N) և արագությունից (v)։
Որքան շատ մոլեկուլներ (որքան մեծ է N-ը) են վերածվում գոլորշու և որքան մեծ է այդ մոլեկուլների արագությունը (որքան մեծ է v-ն), այնքան ավելի է մեծանում գոլորշու ճնշումը։ Այսպիսով, հավասարակշռությունը կհաստատվի ավելի բարձր գոլորշու ճնշման դեպքում։ Հետևաբար, հագեցած գոլորշու ճնշումը նույնպես կբարձրանա։ Հագեցած գոլորշու ճնշումը գոյություն ունի միայն այն ժամանակ, երբ հավասարակշռությունը հասնվում է։ Հետևյալը ցույց է տալիս ջրի հագեցած գոլորշու ճնշման փոփոխությունը ջերմաստիճանի հետ։
Գոլորշու ճնշումը կախված է ծավալից, բայց հագեցած գոլորշու ճնշումը՝ ոչ։ Եթե տարայի ծավալը մեծանում կամ փոքրանում է, ապա ի վերջո կհասնի հավասարակշռության։ Վերևում նշված նկարազարդումը պարզապես ձեզ ուղղորդելու համար է, որպեսզի հասկանաք մթնոլորտում առաջացող հագեցած գոլորշու ճնշումը։ Տարբերությունն այն է, որ նախորդ նկարազարդման մեջ մենք ենթադրեցինք, որ տարայի այն մասում, որը ջուր չէր պարունակում, օդ չկա։ Հետևաբար, տարայի այն մասում, որը ջուր չէր պարունակում, միայն ջրային գոլորշի էր։ Ի տարբերություն դրա, Երկրի մակերեսը միշտ լցված է օդով։ Գոլորշու մոլեկուլների և այլ գազային մոլեկուլների միջև բախումները միայն երկարացնում են հավասարակշռության հասնելու համար անհրաժեշտ ժամանակը։ Սակայն, հավասարակշռությունը ի վերջո կհասնի այն ժամանակ, երբ գոլորշու վերածվող ջրի մոլեկուլների քանակը հավասար լինի ջրի վերածվող գոլորշու մոլեկուլների քանակին։
