კინეტიკური თეორია
აორთქლების პროცესის ახსნა კინეტიკური თეორიის გამოყენებით შეიძლება. აირის მოლეკულების მსგავსად, წყლის მოლეკულებიც მოძრაობენ. განსხვავება ისაა, რომ წყლის მოლეკულებს არ შეუძლიათ ერთმანეთისგან განცალკევება, რადგან მათ შორის მიზიდულობის ძალები კვლავ ახერხებენ მათ ერთად შეკავებას. ამის საპირისპიროდ, აირის მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალები ძალიან სუსტია, ამიტომ აირის მოლეკულებს არ შეუძლიათ ერთმანეთთან შეწებება. მოძრაობისას წყლის მოლეკულებს აქვთ სიჩქარე. ზოგიერთ წყლის მოლეკულას აქვს მაღალი სიჩქარე, ზოგს კი დაბალი. წყლის მოლეკულების სიჩქარის განაწილება მაქსველის განაწილებას წააგავს.
აორთქლება ხდება მაშინ, როდესაც წყლის მოლეკულების სიჩქარე საკმარისად დიდია, რათა წყლის მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალამ ისინი ერთად შეიკავოს. კოსმოსში მოძრავი რაკეტის მსგავსად, რაკეტის სიჩქარე საკმარისად დიდია, რათა დედამიწის გრავიტაციულ ძალას არ შეეძლოს მისი დედამიწაზე დარჩენისგან თავის შეკავება. უნდა აღინიშნოს, რომ მხოლოდ დიდი სიჩქარის მქონე მოლეკულებს შეუძლიათ მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალებისგან თავის დაღწევა. მცირე სიჩქარის მქონე მოლეკულები მაინც ერთიანდებიან და წყალს წარმოქმნიან.
წყლის მოლეკულებს აქვთ მასა და სიჩქარე ანუ სიჩქარე, ამიტომ წყლის მოლეკულებს აქვთ კინეტიკური ენერგია (EK = 1/2 mv2). მაღალი სიჩქარის მქონე წყლის მოლეკულებს უფრო მეტი კინეტიკური ენერგია აქვთ, ვიდრე დაბალი სიჩქარის მქონე წყლის მოლეკულებს. ამრიგად, შეიძლება ითქვას, რომ წყლის მოლეკულებს, რომლებსაც შეუძლიათ მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალებისგან თავის დაღწევა (წყლის მოლეკულები, რომლებიც ორთქლად გარდაიქმნებიან), საკმაოდ დიდი კინეტიკური ენერგია აქვთ. როგორც წესი, წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია იზრდება წყლის ტემპერატურის მატებასთან ერთად. თუ წყლის ტემპერატურა საკმარისად მაღალია, წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგიაც იზრდება. ამრიგად, მეტი წყალი გადაიქცევა ორთქლად. ეს შეესაბამება კვლევის შედეგებს, რომლებიც აჩვენებს, რომ აორთქლების სიჩქარე, როგორც წესი, უფრო მაღალია მაღალ ტემპერატურაზე.
როდესაც სველ ტანსაცმელს მზეზე ვაშრობთ, სველი ტანსაცმელი შთანთქავს მზის მიერ გამოსხივებულ სითბოს. მზის დამატებითი ენერგია იწვევს ტანსაცმელში წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგიის ზრდას. რადგან კინეტიკური ენერგია იზრდება, წყლის მოლეკულები უფრო სწრაფად მოძრაობენ (წყლის მოლეკულების სიჩქარე იზრდება). როგორც კი მათი სიჩქარე ან კინეტიკური ენერგია გარკვეულ მნიშვნელობას მიაღწევს, წყლის მოლეკულებს შეუძლიათ თავი დააღწიონ წყლის მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალებს და შემდეგ ორთქლად გადაიქცნენ. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ სველი ტანსაცმლის გაშრობაზე გავლენას ახდენს არა მხოლოდ მზის დამატებითი სითბო. სველი ტანსაცმლის გაშრობა ასევე შესაძლებელია ტანსაცმლის გარშემო არსებული თბილი ჰაერის დამატებითი სითბოს გამო (სითბოს გადაცემა ჰაერიდან სველ ტანსაცმელზე გამტარობით).
ცხელ დღეს, მიწა ან იატაკი უფრო სწრაფად თბება. მიწა სწრაფად თბება, რადგან მისი სპეციფიკური სითბო საკმაოდ დიდია. მიწა ათბობს მის ზემოთ არსებულ ჰაერს (ამ შემთხვევაში, სითბოს გადაცემა ხდება გამტარობით). ცხელი ჰაერი ფართოვდება (მისი სიმკვრივე მცირდება) და ზემოთ მოძრაობს. როდესაც ის სველ ტანსაცმელზე გადის, ჰაერის მოლეკულები ტანსაცმელში არსებულ წყლის მოლეკულებს ეჯახებიან. წყლის მოლეკულები უფრო სწრაფად მოძრაობენ. რადგან ისინი უფრო სწრაფად მოძრაობენ, წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია იზრდება. სწრაფად მოძრავი წყლის მოლეკულები სხვა წყლის მოლეკულებს ეჯახებიან. რადგან მათ განუწყვეტლივ ეჯახებიან ჰაერის მოლეკულები, წყლის მოლეკულები უფრო სწრაფად მოძრაობენ (მათი კინეტიკური ენერგია იზრდება).
როგორც კი მათი სიჩქარე ან კინეტიკური ენერგია გარკვეულ მნიშვნელობას მიაღწევს, სწრაფად მოძრავი წყლის მოლეკულები შეიძლება დააღწიონ მოლეკულებს შორის მიზიდულობას და ორთქლად გადაიქცნენ... წყლის ან ჰაერის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია მჭიდრო კავშირშია ტემპერატურასთან. თუ წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია დიდია, მაშინ ამავდროულად წყლის ტემპერატურაც მაღალია. ან პირიქით, როდესაც წყლის ტემპერატურა მაღალია, წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგიაც დიდი უნდა იყოს. კინეტიკური ენერგია ასევე დაკავშირებულია სიჩქარესთან. რაც უფრო დიდია მოლეკულების კინეტიკური ენერგია, მით უფრო დიდია მოლეკულების სიჩქარე. ან პირიქით, რაც უფრო დიდია მოლეკულების სიჩქარე, მით უფრო დიდია მოლეკულების კინეტიკური ენერგია.
რაც შეეხება ცხელ წყალს? ცხელ წყალს მაღალი ტემპერატურა აქვს. რადგან წყლის ტემპერატურა მაღალია, წყალში არსებულ წყლის მოლეკულებს დიდი საშუალო კინეტიკური ენერგია აქვთ. რადგან წყლის მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია დიდია, ბევრ წყლის მოლეკულას მაღალი სიჩქარე აქვს (წყლის ბევრი მოლეკულა სწრაფად მოძრაობს). მაღალი სიჩქარის მქონე წყლის მოლეკულებს შეუძლიათ მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალებისგან თავის დაღწევა და ორთქლად გადაქცევა. მხოლოდ მაღალი სიჩქარის მქონე წყლის მოლეკულები (დიდი კინეტიკური ენერგიის მქონე წყლის მოლეკულები) გადადიან ორთქლად, ხოლო დაბალი სიჩქარის მქონე წყლის მოლეკულები (მცირე კინეტიკური ენერგიის მქონე წყლის მოლეკულები) არ გადაიქცევიან ორთქლად. ამრიგად, როდესაც მაღალი სიჩქარის მქონე წყლის მოლეკულები ორთქლად გარდაიქმნება, ერთად დარჩენილი წყლის მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია მცირდება. რაც უფრო დაბალია საშუალო კინეტიკური ენერგია, მით უფრო დაბალია წყლის ტემპერატურა (წყალი უფრო ცივი ხდება). ამ მოკლე აღწერილობის საფუძველზე შეიძლება ითქვას, რომ აორთქლება გაგრილების პროცესია.
აორთქლებით გამოწვეული გაგრილების პროცესი ყოველდღიურ ცხოვრებაში საკმაოდ გავრცელებული მოვლენაა. როდესაც ჰაერი საკმაოდ ცხელია, სხეული დიდი რაოდენობით სითბოს შთანთქავს. სხეულის მუდმივი ტემპერატურის შესანარჩუნებლად, სხეული, როგორც წესი, სითბოს ოფლის მეშვეობით გამოყოფს. რადგან ოფლი დამატებით სითბოს იღებს მზისგან და გარემომცველი ჰაერისგან, ოფლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია იზრდება. რადგან ოფლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია იზრდება, ოფლის მოლეკულების სიჩქარე იზრდება. ოფლის მოლეკულები ორთქლად გარდაიქმნება. როდესაც ოფლი აორთქლდება, სხეული სიგრილეს გრძნობს. აი, კიდევ ერთი მაგალითი... ჩვეულებრივ, შხაპის მიღების შემდეგ ჩვენი სხეული სიგრილეს გრძნობს. ეს იმიტომ ხდება, რომ კანის ზედაპირზე მიკრული წყალი აორთქლდება.
ზემოთ აღწერილი აორთქლების პროცესი ყოველდღიურად ხდება. ზღვის წყალი, ტბის წყალი და მდინარის წყალიც შეიძლება აორთქლდეს...
ორთქლის წნევა
ორთქლი აქ წყლის ორთქლს ნიშნავს. დააკვირდით სურათს. წყლით სავსე დახურული კონტეინერი (ვთქვათ, კონტეინერში ჰაერი ამოღებულია). კინეტიკური თეორიის თანახმად, წყლის მოლეკულები ყოველთვის მოძრაობენ. მოძრაობისას წყლის მოლეკულებს აქვთ სიჩქარე და კინეტიკური ენერგია. წყლის მოლეკულებს, რომლებსაც აქვთ საკმარისი სიჩქარე და კინეტიკური ენერგია, შეუძლიათ თავი დააღწიონ წყლის მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალებს და ორთქლად გადაიქცნენ... იგივე პროცესი ხდება მის გვერდით კონტეინერში არსებული წყლის მოლეკულების შემთხვევაშიც. დროთა განმავლობაში, უფრო და უფრო მეტი წყლის მოლეკულა გადაიქცევა ორთქლად. რადგან კონტეინერი დახურულია, ორთქლად გადაქცეული წყლის მოლეკულები ვერ გამოდიან ატმოსფეროში (მოლეკულები კონტეინერშია ჩარჩენილი). ორთქლად გადაქცეული წყლის მოლეკულების რაოდენობა საკმარისად დიდია, ამიტომ არსებობს მოლეკულებსა და კონტეინერის კედლებს შორის შეჯახების შესაძლებლობა.
კონტეინერის კედლებთან მოხვედრილი ზოგიერთი მოლეკულა აირეკლება წყლის ზედაპირზე და ერთიანდება წყლის წარმოსაქმნელად. ეს პროცესი განუწყვეტლივ მეორდება. დროთა განმავლობაში, წყლის სულ უფრო მეტი მოლეკულა გარდაიქმნება ორთქლად (თხევადიდან ორთქლად). ამავდროულად, კონტეინერის კედლებთან მოხვედრილი ზოგიერთი მოლეკულა ისევ წყლად გარდაიქმნება (ორთქლიდან სითხედ). თუ თხევადიდან ორთქლად გადასული მოლეკულების რაოდენობა ტოლია ორთქლიდან სითხედ გადასული მოლეკულების რაოდენობისა, მაშინ წონასწორობა დამყარდება. როდესაც წონასწორობა დამყარდება, ორთქლის შემცველი კონტეინერის ზედა ნაწილი გაჯერებულია... გაჯერებულ რეგიონში ორთქლის წნევა ცნობილია, როგორც გაჯერებული ორთქლის წნევა.
თხევადიდან ორთქლში გადასვლას აორთქლება ეწოდება. ორთქლიდან თხევადში გადასვლას - კონდენსაცია. გაითვალისწინეთ, რომ გაჯერებული ორთქლის წნევა დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე და არა მოცულობაზე. წყლის ტემპერატურის მატებასთან ერთად, წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია იზრდება.
წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია იზრდება, ამიტომ წყლის მოლეკულების სიჩქარეც უნდა გაიზარდოს. ამ გზით, მაღალი სიჩქარის მქონე სულ უფრო მეტი მოლეკულა გადაიქცევა ორთქლად (გადადის თხევადი მდგომარეობიდან ორთქლში). რადგან კონტეინერის მოცულობა ფიქსირებულია, ორთქლის წნევა დამოკიდებულია მხოლოდ მოლეკულების რაოდენობაზე (N) და სიჩქარეზე (v).
რაც უფრო მეტი მოლეკულა (მით უფრო დიდი N) გარდაიქმნება ორთქლად და რაც უფრო მაღალია ამ მოლეკულების სიჩქარე (მით უფრო დიდი v), მით უფრო იზრდება ორთქლის წნევა. ამრიგად, წონასწორობა დამყარდება უფრო მაღალი ორთქლის წნევის დროს. შესაბამისად, გაჯერებული ორთქლის წნევაც გაიზრდება. გაჯერებული ორთქლის წნევა მხოლოდ მაშინ არსებობს, როდესაც წონასწორობა მიიღწევა. ქვემოთ მოცემულია წყლის გაჯერებული ორთქლის წნევის ცვლილება ტემპერატურასთან ერთად.
ორთქლის წნევა დამოკიდებულია მოცულობაზე, მაგრამ გაჯერებული ორთქლის წნევა - არა. თუ კონტეინერის მოცულობა იზრდება ან მცირდება, საბოლოოდ წონასწორობა მიიღწევა. ზემოთ მოცემული ილუსტრაცია უბრალოდ დაგეხმარებათ ატმოსფეროში არსებული გაჯერებული ორთქლის წნევის გაგებაში. განსხვავება ისაა, რომ წინა ილუსტრაციაში ვივარაუდეთ, რომ კონტეინერის იმ ნაწილში, რომელიც წყალს არ შეიცავდა, ჰაერი არ იყო. ამიტომ, კონტეინერის იმ ნაწილში, რომელიც წყალს არ შეიცავდა, მხოლოდ წყლის ორთქლი იყო დაკავებული. ამის საპირისპიროდ, დედამიწის ზედაპირი ყოველთვის სავსეა ჰაერით. ორთქლის მოლეკულებსა და სხვა აირის მოლეკულებს შორის შეჯახება მხოლოდ ახანგრძლივებს წონასწორობის მისაღწევად საჭირო დროს. თუმცა, წონასწორობა საბოლოოდ მიიღწევა მაშინ, როდესაც ორთქლად გარდაქმნილი წყლის მოლეკულების რაოდენობა ტოლი იქნება წყლად გარდაქმნილი ორთქლის მოლეკულების რაოდენობისა.
