Het verdampingsproces kan worden verklaard met behulp van de kinetische theorie. Net als gasmoleculen bewegen ook watermoleculen. Het verschil is dat watermoleculen niet kunnen worden verspreid, omdat de aantrekkingskracht tussen de moleculen ze bij elkaar houdt. De aantrekkingskracht tussen gasmoleculen is daarentegen zwak, waardoor gasmoleculen niet kunnen samensmelten. Watermoleculen hebben een snelheid tijdens hun beweging. Sommige watermoleculen bewegen met een hoge snelheid, andere met een lage snelheid. De snelheidsverdeling van watermoleculen komt overeen met de Maxwell-verdeling.
Verdamping vindt plaats wanneer de snelheid van de watermoleculen groot genoeg is, waardoor de aantrekkingskracht tussen de moleculen niet langer toereikend is om ze bij elkaar te houden. Net zoals bij raketten die de ruimte in schieten, is de snelheid van een raket groot genoeg om te voorkomen dat de zwaartekracht van de aarde hem op aarde houdt. Merk op dat alleen moleculen met een hoge snelheid aan de aantrekkingskracht tussen moleculen kunnen ontsnappen. Moleculen met een lage snelheid blijven bij elkaar, zoals water.
Watermoleculen hebben massa en snelheid, waardoor ze kinetische energie bezitten (EK = 1/2 m v²). Snelle watermoleculen hebben een hogere kinetische energie dan langzame watermoleculen. Daarom kan gesteld worden dat watermoleculen die aan de aantrekkingskracht tussen moleculen ontsnappen (watermoleculen die in damp veranderen) een aanzienlijke kinetische energie hebben. De kinetische energie van watermoleculen neemt doorgaans toe met een stijgende watertemperatuur. Bij een voldoende hoge watertemperatuur zal er dus meer water in damp veranderen. Dit komt overeen met onderzoeksresultaten die aantonen dat de verdampingssnelheid doorgaans hoger is bij hogere temperaturen.
Wanneer we natte kleren in de zon drogen, absorberen de kleren de warmte die de zon uitstraalt. Door de toevoeging van energie van de zon neemt de kinetische energie van de watermoleculen in de kleren toe. Omdat de kinetische energie toeneemt, bewegen de watermoleculen sneller (de snelheid van de watermoleculen neemt toe). Zodra de snelheid of kinetische energie een bepaalde waarde bereikt, kunnen de watermoleculen de aantrekkingskracht tussen de andere watermoleculen loslaten en in stoom veranderen. Houd er rekening mee dat het drogen van natte kleren niet alleen wordt beïnvloed door de warmte van de zon. Natte kleren kunnen ook drogen door de warmte van de warme lucht eromheen (warmte wordt door geleiding van de lucht naar de natte kleren overgedragen).
Op een warme dag wordt de grond warmer. De aarde verwarmt de lucht erboven (in dit geval warmteoverdracht door geleiding). Warme lucht zet uit (de dichtheid neemt af) en stijgt op. Wanneer watermoleculen langs natte kleding bewegen, botsen ze tegen andere watermoleculen in de kleding. Doordat de watermoleculen sneller bewegen, neemt hun kinetische energie toe. Deze sneller bewegende watermoleculen botsen tegen elkaar. Doordat ze continu tegen andere watermoleculen botsen, bewegen ze nog sneller (hun kinetische energie neemt toe). Zodra de snelheid of kinetische energie een bepaalde waarde bereikt, kunnen de snel bewegende watermoleculen ontsnappen aan de aantrekkingskracht tussen de moleculen en in stoom veranderen. De kinetische energie van watermoleculen is nauw verbonden met de temperatuur. Hoe hoger de kinetische energie van de watermoleculen, hoe hoger de watertemperatuur. Of omgekeerd: hoe hoger de watertemperatuur, hoe hoger de kinetische energie van de watermoleculen. Kinetische energie is ook gerelateerd aan snelheid. Hoe hoger de kinetische energie van een molecuul, hoe hoger de snelheid van het molecuul. Of omgekeerd: hoe hoger de snelheid van het molecuul, hoe hoger de kinetische energie van het molecuul.
En hoe zit het met heet water? Heet water heeft een hoge temperatuur. Door de hoge temperatuur hebben de moleculen in het water een vrij gemiddelde kinetische energie. Omdat veel watermoleculen een aanzienlijke gemiddelde kinetische energie hebben, bewegen ze met een hoge snelheid. Doordat ze snel bewegen, kunnen ze de aantrekkingskracht tussen de moleculen weerstaan en in stoom veranderen. Watermoleculen met een lage snelheid (watermoleculen met weinig kinetische energie) veranderen niet in stoom. Wanneer watermoleculen met een hoge snelheid in stoom veranderen, neemt de gemiddelde kinetische energie van de watermoleculen af. Hoe lager de gemiddelde kinetische energie, hoe lager de temperatuur van het water. Op basis van deze korte beschrijving kunnen we stellen dat verdamping een afkoelingsproces is.
Het afkoelingsproces door verdamping ervaren we dagelijks. Wanneer de lucht warm genoeg is, absorbeert het lichaam veel warmte. Om de lichaamstemperatuur constant te houden, geeft het lichaam warmte af via zweet. Doordat zweet extra warmte opneemt van de zon en de omgevingslucht, neemt de kinetische energie van de watermoleculen in het zweet toe. Naarmate de kinetische energie van de watermoleculen toeneemt, neemt ook de snelheid van de watermoleculen toe. Zweetmoleculen veranderen in stoom. Wanneer zweet verdampt, voelt het lichaam af.
Na een bad voelt ons lichaam doorgaans koel aan. Dit komt doordat het water dat aan de huid is gehecht, verdampt.
Het eerder beschreven verdampingsproces vindt elke dag plaats. Zeewater, meerwater en rivierwater kunnen ook verdampen.
Dampdruk
Met stoom wordt hier waterdamp bedoeld. Bekijk de afbeelding. Een gesloten container gevuld met water (stel dat de lucht in de container is verwijderd). Volgens de kinetische energietheorie bewegen watermoleculen altijd. Tijdens het bewegen hebben watermoleculen een snelheid en energie. Watermoleculen met een hoge snelheid en grote kinetische energie kunnen ontsnappen aan de aantrekkingskracht tussen de watermoleculen en veranderen in stoom.
Hetzelfde proces vindt plaats met watermoleculen in een container. Na verloop van tijd veranderen steeds meer watermoleculen in stoom. Omdat de container gesloten is, kunnen de in stoom veranderde watermoleculen niet ontsnappen naar de atmosfeer (de moleculen blijven in de container opgesloten). De hoeveelheid watermoleculen die in damp verandert is vrij groot, waardoor er een kans bestaat op botsingen tussen de moleculen en de wanden van de container.
Sommige moleculen die tegen de wanden van de container botsen, worden naar het wateroppervlak weerkaatst en gaan ermee op in het water. Dit proces herhaalt zich continu. Na verloop van tijd veranderen steeds meer watermoleculen in stoom (van vloeistof naar damp). Tegelijkertijd veranderen sommige moleculen die tegen de wanden van de container botsen weer in water (van stoom naar vloeistof). Als het aantal moleculen dat van vloeistof naar damp verandert gelijk is aan het aantal moleculen dat van damp naar vloeistof verandert, is er sprake van een evenwicht. Wanneer er een evenwicht is, wordt gezegd dat de bovenkant van de container met het gas verzadigd is. De dampdruk in het verzadigde gebied staat bekend als de verzadigde dampdruk.
De verandering van vloeibare naar gasvormige toestand wordt verdamping genoemd. De verandering van gasvormige toestand naar vloeibare toestand wordt condensatie genoemd. Merk op dat de verzadigde dampdruk uitsluitend afhankelijk is van de temperatuur en niet van het volume. Als de watertemperatuur stijgt, neemt de kinetische energie van de watermoleculen toe.
De kinetische energie van watermoleculen neemt toe, waardoor de snelheid van de watermoleculen ook toeneemt. Hierdoor zullen steeds meer snelle moleculen in stoom veranderen (van vloeistof naar stoom). Omdat het volume van de container vastligt, hangt de dampdruk uitsluitend af van het aantal moleculen (N) en hun snelheid (v).
Hoe meer moleculen in stoom veranderen en hoe hoger de snelheid van de moleculen, hoe hoger de dampdruk. Het evenwicht treedt dus op bij een hogere dampdruk. Daarom is de verzadigde dampdruk ook hoger. Verzadigde dampdruk bestaat alleen wanneer er een evenwicht is bereikt.
Dampdruk is afhankelijk van het volume, maar verzadigde dampdruk is dat niet. Als het volume van de container toe- of afneemt, ontstaat er een evenwicht. De bovenstaande illustratie is bedoeld om de verzadigde dampdruk in de atmosfeer te verduidelijken. Het verschil is dat we in het vorige voorbeeld aannemen dat er geen water aanwezig is in het deel van de container dat geen water bevat. Het deel van de tank dat geen water bevat, is dus alleen gevuld met waterdamp. Aan de andere kant is het aardoppervlak altijd gevuld met lucht. De botsingen tussen stoommoleculen en andere gasmoleculen verlengen het evenwicht slechts. Op een gegeven moment ontstaat er echter een evenwicht als het aantal watermoleculen dat in stoom verandert gelijk is aan het aantal dampmoleculen dat in water verandert.
