תיאוריה קינטית
ניתן להסביר את תהליך האידוי באמצעות תורת הקינטיקה. כמו מולקולות גז, גם מולקולות מים נעות. ההבדל הוא שמולקולות מים אינן יכולות להיפרד מכיוון שכוחות המשיכה ביניהן עדיין מסוגלים להחזיק אותן יחד. לעומת זאת, כוחות המשיכה בין מולקולות גז חלשים מאוד, ולכן מולקולות גז אינן יכולות להידבק זו לזו. כאשר הן נעות, למולקולות מים יש מהירות. לחלק מהמולקולות מים יש מהירויות גבוהות, בעוד שלאחרות יש מהירויות נמוכות. התפלגות מהירויות מולקולות המים דומה להתפלגות מקסוול.
אידוי מתרחש כאשר מהירותן של מולקולות המים גדולה מספיק, כך שכוח המשיכה בין מולקולות המים אינו מסוגל להחזיק אותן יחד. בדומה לטיל הנעה לחלל, מהירות הטיל גדולה מספיק כך שכוח המשיכה של כדור הארץ אינו מסוגל למנוע ממנו להישאר על פני כדור הארץ. יש לציין שרק מולקולות בעלות מהירויות גבוהות מסוגלות להימלט מכוחות המשיכה בין המולקולות. מולקולות בעלות מהירויות קטנות עדיין מתאחדות ויוצרות מים.
למולקולות מים יש מסה ומהירות, כך שלמולקולות מים יש אנרגיה קינטית (EK = 1/2 mv 2 ). למולקולות מים בעלות מהירויות גבוהות יש אנרגיה קינטית גדולה יותר ממולקולות מים בעלות מהירויות נמוכות. לכן, ניתן לומר שלמולקולות מים שיכולות להימלט מכוחות המשיכה בין מולקולות (מולקולות מים שהופכות לקיטור) יש אנרגיה קינטית גדולה למדי. בדרך כלל האנרגיה הקינטית של מולקולות המים עולה ככל שטמפרטורת המים עולה. אם טמפרטורת המים גבוהה מספיק, האנרגיה הקינטית של מולקולות המים עולה. לכן, יותר מים יהפכו לקיטור. זה בהתאם לתוצאות מחקר המראות שקצב האידוי בדרך כלל גדול יותר בטמפרטורות גבוהות.
כאשר אנו מייבשים בגדים רטובים בשמש, הבגדים הרטובים סופגים את החום הנפלט מהשמש. האנרגיה הנוספת מהשמש גורמת לעלייה באנרגיה הקינטית של מולקולות המים בבגדים. מכיוון שהאנרגיה הקינטית עולה, מולקולות המים נעות מהר יותר (מהירות מולקולות המים עולה). ברגע שהמהירות או האנרגיה הקינטית שלהן מגיעות לערך מסוים, מולקולות המים יכולות להימלט מכוחות המשיכה בין מולקולות המים, ואז להפוך לאדים. חשוב לציין שייבוש בגדים רטובים אינו מושפע רק מהחום הנוסף מהשמש. בגדים רטובים יכולים להתייבש גם בגלל החום הנוסף מהאוויר החם סביב הבגדים (מעבר חום באמצעות הולכה מהאוויר לבגדים הרטובים).
ביום חם, הקרקע או הרצפה מתחממות מהר יותר. הקרקע מתחממת במהירות מכיוון שהחום הסגולי שלה גדול למדי. הקרקע מחממת את האוויר שמעליה (במקרה זה, העברת חום מתרחשת באמצעות הולכה). האוויר החם מתרחב (צפיפותו יורדת) ונע כלפי מעלה. כאשר הוא עובר מעל בגדים רטובים, מולקולות האוויר מתנגשות במולקולות המים שבבגדים. מולקולות המים נעות מהר יותר. מכיוון שהן נעות מהר יותר, האנרגיה הקינטית של מולקולות המים עולה. מולקולות המים הנעות במהירות מתנגשות במולקולות מים אחרות. מכיוון שהן מתנגשות בהן באופן רציף על ידי מולקולות אוויר, מולקולות המים נעות מהר יותר (אנרגיה קינטית שלהן עולה).
ברגע שמהירותן או אנרגיית הקינטית שלהן מגיעות לערך מסוים, מולקולות המים הנעות במהירות יכולות להימלט מהמשיכה בין המולקולות ולהפוך לקיטור... האנרגיה הקינטית של מולקולות מים או מולקולות אוויר קשורה קשר הדוק לטמפרטורה. אם האנרגיה הקינטית של מולקולות המים גדולה, אזי בו זמנית טמפרטורת המים גבוהה. או להיפך, כאשר טמפרטורת המים גבוהה, האנרגיה הקינטית של מולקולות המים חייבת להיות גדולה. אנרגיה קינטית קשורה גם למהירות. ככל שהאנרגיה הקינטית של המולקולות גדולה יותר, כך מהירות המולקולות גדולה יותר. או להיפך, ככל שמהירות המולקולות גדולה יותר, כך האנרגיה הקינטית של המולקולות גדולה יותר.
מה לגבי מים חמים? למים חמים יש טמפרטורה גבוהה. מכיוון שטמפרטורת המים גבוהה, למולקולות המים במים יש אנרגיה קינטית ממוצעת גדולה. מכיוון שהאנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות המים גדולה, למולקולות מים רבות יש מהירויות גבוהות (מולקולות מים רבות נעות במהירות). מולקולות מים בעלות מהירות גבוהה יכולות להימלט מכוחות המשיכה בין המולקולות ולהפוך לקיטור. רק מולקולות מים בעלות מהירות גבוהה (מולקולות מים בעלות אנרגיה קינטית גדולה) בורחות לקיטור, בעוד שמולקולות מים בעלות מהירות נמוכה (מולקולות מים בעלות אנרגיה קינטית קטנה) אינן הופכות לקיטור. לכן, כאשר מולקולות מים בעלות מהירות גבוהה הופכות לקיטור, האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות המים שנותרות יחד קטנה יותר. ככל שהאנרגיה הקינטית הממוצעת קטנה יותר, כך טמפרטורת המים נמוכה יותר (המים נהיים קרים יותר). בהתבסס על תיאור קצר זה, ניתן לומר כי אידוי הוא תהליך קירור.
תהליך הקירור הנגרם על ידי אידוי הוא תופעה שכיחה בחיי היומיום. כאשר האוויר חם למדי, הגוף סופג הרבה חום. כדי לשמור על טמפרטורת גוף קבועה, הגוף בדרך כלל משחרר חום דרך זיעה. מכיוון שזיעה מקבלת חום נוסף מהשמש ומהאוויר שמסביב, האנרגיה הקינטית של מולקולות הזיעה עולה. מכיוון שהאנרגיה הקינטית של מולקולות הזיעה עולה, מהירותן של מולקולות הזיעה עולה. מולקולות הזיעה הופכות לאדים. כאשר זיעה מתאדה, הגוף מרגיש קריר. הנה דוגמה נוספת... בדרך כלל לאחר מקלחת, הגוף שלנו מרגיש קריר. הסיבה לכך היא שהמים שנדבקים לפני העור עוברים אידוי.
תהליך האידוי המתואר לעיל מתרחש מדי יום. מי ים, מי אגמים ומי נהרות יכולים גם הם להתאדות...
לחץ אדים
הכוונה כאן בקיטור היא אדי מים. התבוננו בתמונה. מיכל סגור מלא במים (בהנחה שהאוויר במיכל הוסר). על פי התיאוריה הקינטית, מולקולות מים תמיד בתנועה. כאשר הן נעות, למולקולות מים יש מהירות ואנרגיה קינטית. מולקולות מים בעלות מהירות ואנרגיה קינטית מספקות יכולות להימלט מכוחות המשיכה בין מולקולות המים ולהפוך לקיטור... אותו תהליך מתרחש גם במולקולות המים במיכל שלידו. עם הזמן, יותר ויותר מולקולות מים הופכות לקיטור. מכיוון שהמיכל סגור, מולקולות המים שהפכו לקיטור אינן יכולות להימלט לאטמוספירה (המולקולות לכודות במיכל). מספר מולקולות המים שהופכות לקיטור גדול מספיק כך שקיימת אפשרות להתנגשויות בין המולקולות לדפנות המיכל.
חלק מהמולקולות שפוגעות בדפנות המיכל יוחזרו חזרה אל פני המים ויתאחדו ליצירת מים. תהליך זה חוזר על עצמו ברציפות. עם חלוף הזמן, יותר ויותר מולקולות מים יהפכו לאדים (יעברו מנוזל לאדים). במקביל, חלק מהמולקולות שפוגעות בדפנות המיכל יהפכו בחזרה למים (יעברו מאדים לנוזל). אם מספר המולקולות שעוברות מנוזל לאדים שווה למספר המולקולות שעוברות מאדים לנוזל, אז יתרחש שיווי משקל. כאשר מתרחש שיווי משקל, ראש המיכל המכיל אדים נחשב רווי... לחץ האדים באזור הרווי ידוע כלחץ אדים רווי.
המעבר מנוזל לאדים נקרא אידוי. המעבר מאדים לנוזל נקרא עיבוי. שימו לב שלחץ אדים רווי תלוי רק בטמפרטורה ולא בנפח. ככל שטמפרטורת המים עולה, האנרגיה הקינטית של מולקולות המים עולה.
האנרגיה הקינטית של מולקולות המים עולה כך שמהירותן חייבת לעלות. בדרך זו, עוד ועוד מולקולות במהירות גבוהה יהפכו לאדים (יעברו מצב מנוזל לאדים). מכיוון שנפח המיכל קבוע, לחץ האדים תלוי רק במספר המולקולות (N) ובמהירות (v).
ככל שיותר מולקולות (N גדול יותר) הופכות לאדים וככל שמהירות המולקולות הללו גבוהה יותר (v גדול יותר), כך לחץ האדים עולה. לפיכך, שיווי משקל יתרחש בלחץ אדים גבוה יותר. לכן, גם לחץ האדים הרווי יגדל. לחץ אדים רווי קיים רק כאשר מושג שיווי משקל. להלן השינוי בלחץ האדים הרווי של מים עם הטמפרטורה.
לחץ אדים תלוי בנפח, אך לחץ אדים רוויים לא. אם נפח המיכל עולה או יורד, בסופו של דבר יושג שיווי משקל. האיור לעיל נועד פשוט להנחות אתכם להבין את לחץ האדים הרווי המתרחש באטמוספירה. ההבדל הוא שבאיור הקודם הנחנו שאין אוויר בחלק המיכל שלא הכיל מים. לכן, החלק של המיכל שלא הכיל מים היה תפוס רק על ידי אדי מים. לעומת זאת, פני כדור הארץ תמיד מלאים באוויר. התנגשויות בין מולקולות אדים למולקולות גז אחרות רק מאריכות את הזמן שלוקח לשיווי משקל להגיע לשיווי משקל. עם זאת, בסופו של דבר יושג שיווי משקל כאשר מספר מולקולות המים שהופכות לאדים שווה למספר מולקולות האדים שהופכות למים.
