Kinetisk teori
Fordampningsprosessen kan forklares ved hjelp av kinetisk teori. I likhet med gassmolekyler beveger også vannmolekyler seg. Forskjellen er at vannmolekyler ikke kan separere seg fordi tiltrekningskreftene mellom dem fortsatt er i stand til å holde dem sammen. Tiltrekningskreftene mellom gassmolekyler er derimot svært svake, så gassmolekyler kan ikke holde seg sammen. Når vannmolekyler beveger seg, har de hastighet. Noen vannmolekyler har høy hastighet, mens andre har lav hastighet. Fordelingen av vannmolekylhastigheter ligner Maxwell-fordelingen.
Fordampning skjer når vannmolekylenes hastighet er stor nok til at tiltrekningskraften mellom vannmolekylene ikke klarer å holde dem sammen. I likhet med en rakett som beveger seg ut i rommet, er rakettens hastighet stor nok til at jordens gravitasjonskraft ikke klarer å hindre den i å bli værende på jorden. Det bør bemerkes at bare molekyler med høy hastighet er i stand til å unnslippe tiltrekningskreftene mellom molekylene. Molekyler med lav hastighet kombineres fortsatt for å danne vann.
Vannmolekyler har masse og hastighet eller hastighet, slik at vannmolekyler har kinetisk energi (EK = 1/2 mv² ) . Vannmolekyler med høy hastighet har større kinetisk energi enn vannmolekyler med lav hastighet. Dermed kan man si at vannmolekyler som kan unnslippe tiltrekningskreftene mellom molekyler (vannmolekyler som blir til damp) har ganske stor kinetisk energi. Vanligvis øker den kinetiske energien til vannmolekylene når vanntemperaturen øker. Hvis vanntemperaturen er høy nok, øker den kinetiske energien til vannmolekylene. Dermed vil mer vann bli til damp. Dette er i samsvar med forskningsresultater som viser at fordampningshastigheten vanligvis er større ved høye temperaturer.
Når vi tørker våte klær i solen, absorberer de våte klærne varmen som avgis fra solen. Den ekstra energien fra solen fører til at den kinetiske energien til vannmolekylene i klærne øker. Fordi den kinetiske energien øker, beveger vannmolekylene seg raskere (vannmolekylenes hastighet øker). Når hastigheten eller den kinetiske energien deres når en viss verdi, kan vannmolekylene unnslippe tiltrekningskreftene mellom vannmolekylene og deretter omdannes til damp. Det er viktig å merke seg at tørkingen av våte klær ikke bare påvirkes av den ekstra varmen fra solen. Våte klær kan også tørke på grunn av den ekstra varmen fra den varme luften rundt klærne (varmeoverføring ved ledning fra luften til de våte klærne).
På en varm dag varmes bakken eller gulvet opp raskere. Bakken varmes opp raskt fordi dens spesifikke varme er ganske stor. Bakken varmer opp luften over den (i dette tilfellet skjer varmeoverføring ved konduksjon). Den varme luften utvider seg (dens tetthet avtar) og beveger seg oppover. Når den passerer over våte klær, kolliderer luftmolekylene med vannmolekylene i klærne. Vannmolekylene beveger seg raskere. Fordi de beveger seg raskere, øker den kinetiske energien til vannmolekylene. De raskt bevegelige vannmolekylene kolliderer med andre vannmolekyler. Fordi de kontinuerlig kolliderer med luftmolekyler, beveger vannmolekylene seg raskere (deres kinetiske energi øker).
Når hastigheten eller den kinetiske energien deres når en viss verdi, kan de raskt bevegelige vannmolekylene unnslippe tiltrekningen mellom molekylene og bli til damp ... Den kinetiske energien til vannmolekyler eller luftmolekyler er nært knyttet til temperaturen. Hvis den kinetiske energien til vannmolekylene er stor, er vanntemperaturen samtidig høy. Eller omvendt, når vanntemperaturen er høy, må den kinetiske energien til vannmolekylene være stor. Kinetisk energi er også relatert til hastighet. Jo større kinetisk energi til molekylene er, desto større er molekylenes hastighet. Eller omvendt, jo større hastighet til molekylene er, desto større er molekylenes kinetiske energi.
Hva med varmt vann? Varmt vann har høy temperatur. Fordi vanntemperaturen er høy, har vannmolekylene i vannet en stor gjennomsnittlig kinetisk energi. Fordi den gjennomsnittlige kinetiske energien til vannmolekylene er stor, har mange vannmolekyler høye hastigheter (mange vannmolekyler beveger seg raskt). Vannmolekyler med høy hastighet kan unnslippe fra tiltrekningskreftene mellom molekylene og bli til damp. Bare vannmolekyler med høy hastighet (vannmolekyler med stor kinetisk energi) slipper ut i damp, mens vannmolekyler med lav hastighet (vannmolekyler med liten kinetisk energi) ikke blir til damp. Når vannmolekyler med høy hastighet blir til damp, blir den gjennomsnittlige kinetiske energien til vannmolekylene som forblir sammen mindre. Jo mindre gjennomsnittlig kinetisk energi, desto lavere er vanntemperaturen (vannet blir kaldere). Basert på denne korte beskrivelsen kan man si at fordampning er en avkjølingsprosess.
Avkjølingsprosessen forårsaket av fordampning er en vanlig forekomst i hverdagen. Når luften er ganske varm, absorberer kroppen mye varme. For å opprettholde en konstant kroppstemperatur frigjør kroppen vanligvis varme gjennom svette. Fordi svette mottar ekstra varme fra solen og den omkringliggende luften, øker den kinetiske energien til svettemolekylene. Fordi den kinetiske energien til svettemolekylene øker, øker hastigheten til svettemolekylene. Svettemolekylene blir til damp. Når svette fordamper, føles kroppen kjølig. Her er et annet eksempel... Vanligvis føles kroppen vår kjølig etter en dusj. Dette er fordi vannet som fester seg til hudoverflaten fordamper.
Fordampningsprosessen beskrevet ovenfor skjer hver dag. Sjøvann, innsjøvann og elvevann kan også fordampe ...
Damptrykk
Det som menes med damp her er vanndamp. Se på bildet. En lukket beholder fylt med vann (antar at luften i beholderen er fjernet). I følge kinetisk teori er vannmolekyler alltid i bevegelse. Når vannmolekyler beveger seg, har de fart og kinetisk energi. Vannmolekyler som har tilstrekkelig fart og kinetisk energi, kan unnslippe fra tiltrekningskreftene mellom vannmolekylene og bli til damp... Den samme prosessen skjer med vannmolekylene i beholderen ved siden av. Etter hvert som tiden går, blir flere og flere vannmolekyler til damp. Fordi beholderen er lukket, kan ikke vannmolekylene som er blitt til damp, slippe ut i atmosfæren (molekylene er fanget i beholderen). Antallet vannmolekyler som blir til damp er stort nok til at det er mulighet for kollisjoner mellom molekylene og veggene i beholderen.
Noen av molekylene som treffer beholderveggene, vil bli reflektert tilbake til vannoverflaten og kombineres for å danne vann. Denne prosessen gjentas kontinuerlig. Etter hvert som tiden går, vil flere og flere vannmolekyler bli til damp (forandres fra væske til damp). Samtidig vil noen av molekylene som treffer beholderveggene, bli tilbake til vann (forandres fra damp til væske). Hvis antallet molekyler som går fra væske til damp er lik antallet molekyler som går fra damp til væske, vil det oppstå likevekt. Når likevekt oppstår, sies toppen av beholderen som inneholder damp å være mettet... Damptrykket i det mettede området er kjent som mettet damptrykk.
Overgangen fra væske til damp kalles fordampning. Overgangen fra damp til væske kalles kondensasjon. Merk at mettet damptrykk kun avhenger av temperatur og ikke av volum. Når temperaturen på vannet øker, øker den kinetiske energien til vannmolekylene.
Vannmolekylenes kinetiske energi øker, slik at vannmolekylenes hastighet må øke. På denne måten vil flere og flere molekyler med høy hastighet bli til damp (endre tilstand fra væske til damp). Fordi beholderens volum er fast, avhenger damptrykket kun av antall molekyler (N) og hastighet (v).
Jo flere molekyler (jo større N) som omdannes til damp, og jo høyere hastighet disse molekylene har (jo større v), desto mer øker damptrykket. Dermed vil likevekt oppstå ved et høyere damptrykk. Derfor vil også det mettede damptrykket øke. Mettet damptrykk eksisterer bare når likevekt er nådd. Følgende viser endringen i det mettede damptrykket til vann med temperaturen.
Damptrykket avhenger av volumet, men det gjør ikke mettet damptrykk. Hvis volumet av en beholder øker eller minker, vil likevekt til slutt nås. Illustrasjonen ovenfor er ganske enkelt for å veilede deg til å forstå det mettede damptrykket som oppstår i atmosfæren. Forskjellen er at i den forrige illustrasjonen antok vi at det ikke var luft i den delen av beholderen som ikke inneholdt vann. Derfor var den delen av beholderen som ikke inneholdt vann, kun okkupert av vanndamp. I motsetning til dette er jordoverflaten alltid fylt med luft. Kollisjoner mellom dampmolekyler og andre gassmolekyler forlenger bare tiden det tar for likevekt å nå likevekt. Likevekt vil imidlertid til slutt nås når antallet vannmolekyler som blir til damp er lik antallet dampmolekyler som blir til vann.
