बाष्पीभवनाची प्रक्रिया गतिज सिद्धांताचा वापर करून स्पष्ट करता येते. वायूच्या रेणूंप्रमाणेच, पाण्याचे रेणू देखील गतिमान असतात. फरक एवढाच आहे की पाण्याचे रेणू विखुरले जाऊ शकत नाहीत, कारण रेणूंमधील आकर्षण त्यांना अजूनही एकत्र धरून ठेवू शकते. याउलट, वायूच्या रेणूंमधील आकर्षण कमकुवत असते, त्यामुळे वायूचे रेणू एकत्र विलीन होऊ शकत नाहीत. गतिमान असताना, पाण्याच्या रेणूंना वेग असतो. काही पाण्याच्या रेणूंचा वेग जास्त असतो; तर काहींचा वेग कमी असतो. पाण्याच्या रेणूंच्या वेगाचे वितरण मॅक्सवेल वितरणासारखे असते.
जेव्हा पाण्याच्या रेणूंचा वेग इतका जास्त असतो की त्यांच्यातील आकर्षण शक्ती त्यांना एकत्र धरून ठेवू शकत नाही, तेव्हा बाष्पीभवन होते. अवकाशात जाणाऱ्या रॉकेटप्रमाणेच, रॉकेटचा वेग इतका जास्त असतो की पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण बल त्याला पृथ्वीवर थांबवू शकत नाही. हे लक्षात घ्या की केवळ जास्त वेग असलेले रेणूच रेणूंमधील आकर्षणातून सुटू शकतात. कमी वेग असलेले रेणू पाण्याप्रमाणे एकत्र राहतात.
पाण्याच्या रेणूंना वस्तुमान आणि वेग असतो, त्यामुळे त्यांच्यामध्ये गतिज ऊर्जा (EK = 1/2 m v²) असते. कमी वेगाच्या पाण्याच्या रेणूंपेक्षा जास्त वेगाच्या पाण्याच्या रेणूंमध्ये अधिक गतिज ऊर्जा असते. त्यामुळे, असे म्हणता येईल की जे पाण्याचे रेणू एकमेकांमधील आकर्षणातून सुटू शकतात (म्हणजे जे बाष्पात रूपांतरित होतात), त्यांच्यामध्ये लक्षणीय गतिज ऊर्जा असते. सामान्यतः, पाण्याचे तापमान वाढल्याने पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते. जर पाण्याचे तापमान पुरेसे जास्त असेल, तर पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते; त्यामुळे अधिक पाणी वाफेत रूपांतरित होईल. हे त्या संशोधनाच्या निष्कर्षांशी सुसंगत आहे, ज्यात असे दिसून आले आहे की उच्च तापमानात बाष्पीभवनाचा दर सामान्यतः जास्त असतो.
जेव्हा आपण ओले कपडे उन्हात वाळवतो, तेव्हा ते ओले कपडे सूर्यापासून उत्सर्जित होणारी उष्णता शोषून घेतात. सूर्यापासून मिळणाऱ्या या अतिरिक्त ऊर्जेमुळे कपड्यांमधील पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते. गतिज ऊर्जा वाढल्यामुळे, पाण्याचे रेणू अधिक वेगाने फिरू लागतात (पाण्याच्या रेणूंचा वेग वाढतो). वेग किंवा गतिज ऊर्जा एका विशिष्ट मर्यादेपर्यंत पोहोचल्यावर, पाण्याचे रेणू एकमेकांमधील आकर्षणातून सुटू शकतात आणि वाफेत रूपांतरित होतात. कृपया लक्षात घ्या की ओले कपडे वाळण्याची प्रक्रिया केवळ सूर्यापासून मिळणाऱ्या उष्णतेमुळेच होत नाही. कपड्यांच्या सभोवतालच्या उष्ण हवेतील अतिरिक्त उष्णतेमुळेही ओले कपडे वाळू शकतात (उष्णता वहन क्रियेद्वारे हवेतून ओल्या कपड्यांपर्यंत पोहोचते).
उष्ण दिवसात, जमीन अधिक गरम होते. जमीन तिच्यावरील हवेला गरम करते (या प्रकरणात, वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरण होते). गरम हवा प्रसरण पावते (तिची घनता कमी होते) आणि वर जाते. ओल्या कपड्यांवरून जाताना, पाण्याचे रेणू कपड्यांमधील पाण्याच्या रेणूंवर आदळतात. पाण्याचे रेणू अधिक वेगाने फिरू लागतात, त्यामुळे त्यांची गतिज ऊर्जा वाढते. वेगाने फिरणारे पाण्याचे रेणू इतर पाण्याच्या रेणूंना धडकतात. हवेच्या रेणूंकडून सतत आदळत असल्यामुळे, पाण्याचे रेणू अधिक वेगाने फिरू लागतात (त्यांची गतिज ऊर्जा वाढते). एकदा वेग किंवा गतिज ऊर्जा एका विशिष्ट मूल्यापर्यंत पोहोचली की, वेगाने फिरणारे पाण्याचे रेणू, रेणूंमधील आकर्षणातून सुटून वाफेत रूपांतरित होऊ शकतात. पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा तापमानाशी जवळून संबंधित आहे. जर पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा जास्त असेल, तर त्याच वेळी पाण्याचे तापमानही जास्त असते. किंवा याउलट, जेव्हा पाण्याचे तापमान जास्त असते, तेव्हा पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जाही जास्त असली पाहिजे. गतिज ऊर्जा वेगाशी देखील संबंधित आहे. रेणूची गतिज ऊर्जा जितकी जास्त, तितका रेणूचा वेग जास्त. किंवा याउलट, रेणूचा वेग जितका जास्त, तितकी रेणूची गतिज ऊर्जा जास्त.
गरम पाण्याबद्दल काय? गरम पाण्याचे तापमान जास्त असते. पाण्याच्या या उच्च तापमानामुळे, पाण्यातील रेणूंमध्ये बऱ्यापैकी सरासरी गतिज ऊर्जा असते. पाण्याच्या रेणूंच्या या लक्षणीय सरासरी गतिज ऊर्जेमुळे, अनेक रेणूंचा वेग जास्त असतो. जास्त वेग असल्यामुळे, पाण्याचे रेणू एकमेकांमधील आकर्षणाच्या शक्तीतून सुटून वाफेत रूपांतरित होऊ शकतात. कमी वेगाचे पाण्याचे रेणू (ज्यांची गतिज ऊर्जा कमी असते) वाफेत रूपांतरित होत नाहीत. त्यामुळे, जेव्हा जास्त वेगाचे पाण्याचे रेणू वाफेत रूपांतरित होतात, तेव्हा पाण्याच्या रेणूंची सरासरी गतिज ऊर्जा कमी होते. सरासरी गतिज ऊर्जा जितकी कमी, तितके पाण्याचे तापमान कमी असते. या संक्षिप्त वर्णनाच्या आधारे असे म्हणता येईल की, बाष्पीभवन ही एक शीतलीकरण प्रक्रिया आहे.
बाष्पीभवनामुळे होणारी थंडावा देण्याची प्रक्रिया आपण दैनंदिन जीवनात नेहमीच अनुभवतो. जेव्हा हवा पुरेशी गरम असते, तेव्हा शरीर बरीच उष्णता शोषून घेते. शरीराचे तापमान स्थिर ठेवण्यासाठी, शरीर सहसा घामाद्वारे उष्णता बाहेर टाकते. घामाला सूर्य आणि सभोवतालच्या हवेतून अतिरिक्त उष्णता मिळत असल्यामुळे, घामातील पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते. घामातील पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढल्यामुळे, त्यांचा वेग वाढतो. घामाचे रेणू वाफेत रूपांतरित होतात. जेव्हा घामाचे बाष्पीभवन होते, तेव्हा शरीराला थंडावा जाणवतो.
साधारणपणे, अंघोळ केल्यानंतर आपले शरीर थंड वाटते. याचे कारण असे की, त्वचेला चिकटलेल्या पाण्याचे बाष्पीभवन होते.
पूर्वी वर्णन केलेली बाष्पीभवनाची प्रक्रिया दररोज घडत असते. समुद्राचे पाणी, तलावाचे पाणी, नदीचे पाणी यांचेही बाष्पीभवन होऊ शकते.
वाफ दाब
येथे वाफ म्हणजे पाण्याची वाफ होय. आकृतीचे निरीक्षण करा. पाण्याने भरलेले एक बंद भांडे (समजा, भांड्यातील हवा काढून टाकली आहे). गतिज सिद्धांतानुसार, पाण्याचे रेणू नेहमीच गतिमान असतात. गतिमान असताना, पाण्याच्या रेणूंमध्ये गती आणि ऊर्जा असते. वेग आणि प्रचंड गतिज ऊर्जा असलेले पाण्याचे रेणू, एकमेकांमधील आकर्षणाच्या शक्तीतून सुटून वाफेत रूपांतरित होतात.
एका भांड्यातील पाण्याच्या रेणूंमध्येही अशीच प्रक्रिया घडते. जसजसा वेळ जातो, तसतसे अधिकाधिक पाण्याचे रेणू वाफेत रूपांतरित होतात. भांडे बंद असल्यामुळे, वाफेत रूपांतरित झालेले पाण्याचे रेणू वातावरणात बाहेर पडू शकत नाहीत (ते रेणू भांड्यातच अडकून राहतात). वाफेत रूपांतरित होणाऱ्या पाण्याच्या रेणूंचे प्रमाण बरेच जास्त असते, त्यामुळे रेणू आणि भांड्याच्या भिंती यांच्यात टक्कर होण्याची शक्यता असते.
पात्राच्या भिंतींवर आदळणारे काही रेणू पाण्याच्या पृष्ठभागाकडे परावर्तित होतात आणि पाण्यात विलीन होतात. ही प्रक्रिया सतत पुनरावृत्त होते. जसजसा वेळ जातो, तसतसे अधिकाधिक पाण्याचे रेणू वाफेत रूपांतरित होतात (द्रवातून वाफेत बदलतात). त्याच वेळी, पात्राच्या भिंतींवर आदळणारे काही रेणू पुन्हा पाण्यात बदलतात (वाफेतून द्रवात बदलतात). जर द्रवातून वाफेत बदलणाऱ्या रेणूंची संख्या आणि वाफेतून द्रवात बदलणाऱ्या रेणूंची संख्या समान असेल, तर संतुलन साधले जाते. जेव्हा संतुलन साधले जाते, तेव्हा वायू असलेल्या पात्राचा वरचा भाग संतृप्त झाला आहे असे म्हटले जाते. संतृप्त क्षेत्रातील बाष्प दाबाला संतृप्त बाष्प दाब म्हणून ओळखले जाते.
द्रवाचे बाष्पात होणाऱ्या स्वरूपबदलाला बाष्पीभवन म्हणतात. तथापि, वाफेचे द्रवात होणाऱ्या स्वरूपबदलाला संघनन म्हणतात. हे लक्षात घ्या की संतृप्त बाष्प दाब केवळ तापमानावर अवलंबून असतो आणि आकारमानावर अवलंबून नसतो. जर पाण्याचे तापमान वाढले, तर पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते.
पाण्याच्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते, त्यामुळे त्यांचा वेग वाढलाच पाहिजे. अशाप्रकारे, अधिकाधिक वेगवान रेणू वाफेत रूपांतरित होतील (द्रवातून वाफेत बदलतील). पात्राचे आकारमान निश्चित असल्यामुळे, बाष्पाचा दाब केवळ रेणूंची संख्या (N) आणि वेग (v) यांवर अवलंबून असतो.
जेवढे जास्त रेणू वाफेत रूपांतरित होतात आणि रेणूंचा वेग जेवढा जास्त असतो, तेवढा बाष्प दाबही वाढतो. त्यामुळे, जास्त बाष्प दाबावर संतुलन साधले जाते. म्हणूनच, संतृप्त बाष्प दाबही जास्त असतो. जेव्हा संतुलन साधले जाते, तेव्हाच संतृप्त बाष्प दाब अस्तित्वात असतो.
बाष्प दाब आकारमानावर अवलंबून असतो, परंतु संतृप्त बाष्प दाब आकारमानावर अवलंबून नसतो. पात्राचे आकारमान वाढल्यास किंवा कमी झाल्यास, संतुलन साधले जाते. वरील उदाहरणाचा उद्देश केवळ वातावरणात आढळणारा संतृप्त बाष्प दाब तुम्हाला समजावा हा आहे. फरक हा आहे की, मागील उदाहरणात आपण असे गृहीत धरतो की पात्राच्या ज्या भागात पाणी नाही, त्या भागात पाणी नाही. त्यामुळे, टाकीचा जो भाग पाण्याविना आहे, तो केवळ पाण्याच्या वाफेने व्यापलेला असतो. याउलट, पृथ्वीचा पृष्ठभाग नेहमी हवेने भरलेला असतो. वाफेच्या रेणूंचा आणि इतर वायूंच्या रेणूंचा टक्कर केवळ हे संतुलन लांबवते. तथापि, एका विशिष्ट टप्प्यावर, जर वाफेत रूपांतरित होणाऱ्या पाण्याच्या रेणूंची संख्या आणि पाण्यात रूपांतरित होणाऱ्या वाफेच्या रेणूंची संख्या समान असेल, तर संतुलन साधले जाईल.
