Proces parowania można wyjaśnić za pomocą teorii kinetycznej. Podobnie jak cząsteczki gazu, cząsteczki wody również się poruszają. Różnica polega na tym, że cząsteczki wody nie mogą się rozproszyć, ponieważ przyciąganie między cząsteczkami nadal utrzymuje je razem. I odwrotnie, przyciąganie między cząsteczkami gazu jest kruche, więc cząsteczki gazu nie mogą się połączyć. Poruszające się cząsteczki wody mają prędkość. Istnieją cząsteczki wody o dużej prędkości; istnieją również cząsteczki wody o małej prędkości. Rozkład prędkości cząsteczki wody przypomina rozkład Maxwella.
Parowanie zachodzi, gdy prędkość cząsteczek wody jest na tyle duża, że przyciąganie między cząsteczkami wody nie jest w stanie ich utrzymać razem. Podobnie jak w przypadku rakiet lecących w kosmos, prędkość rakiety jest na tyle duża, że siła grawitacji Ziemi nie jest w stanie utrzymać jej na powierzchni. Należy zauważyć, że tylko cząsteczki o dużych prędkościach mogą uniknąć przyciągania między cząsteczkami. Cząsteczki o małych prędkościach pozostają razem jak woda.
Cząsteczki wody mają masę i prędkość, dzięki czemu posiadają energię kinetyczną (EK = 1/2 m v²). Cząsteczki wody poruszające się z dużą prędkością mają wyższą energię kinetyczną niż cząsteczki wody poruszające się z małą prędkością. Można zatem stwierdzić, że cząsteczki wody, które mogą uciec przed przyciąganiem między cząsteczkami (cząsteczki wody zamieniające się w parę), mają znaczną energię kinetyczną. Zazwyczaj energia kinetyczna cząsteczek wody rośnie wraz ze wzrostem temperatury wody. Jeśli temperatura wody jest wystarczająco wysoka, energia kinetyczna cząsteczek wody wzrasta; w związku z tym więcej wody zamieni się w parę. Jest to zgodne z wynikami badań wykazującymi, że szybkość parowania jest zazwyczaj wyższa w wysokich temperaturach.
Kiedy suszymy mokre ubrania na słońcu, pochłaniają one ciepło emitowane przez słońce. Dodatek energii słonecznej powoduje wzrost energii kinetycznej cząsteczek wody w ubraniach. Wraz ze wzrostem energii kinetycznej cząsteczki wody poruszają się szybciej (prędkość cząsteczek wody wzrasta). Gdy prędkość lub energia kinetyczna osiągnie określoną wartość, cząsteczki wody mogą uciec od przyciągania między cząsteczkami wody, a następnie zamienić się w parę. Należy pamiętać, że suszenie mokrych ubrań jest nie tylko zależne od dodania ciepła słonecznego. Mokre ubrania mogą również wysychać z powodu dodatkowego ciepła z otaczającego je powietrza (ciepło przemieszcza się z powietrza do mokrych ubrań poprzez przewodzenie).
W upalny dzień ziemia nagrzewa się. Ląd ogrzewa powietrze nad nim (w tym przypadku następuje przenoszenie ciepła przez przewodzenie). Gorące powietrze rozszerza się (gęstość maleje) i unosi się w górę. Podczas przesuwania mokrych ubrań, cząsteczki wody uderzają w cząsteczki wody znajdujące się wewnątrz ubrań. Cząsteczki wody poruszają się szybciej, a energia kinetyczna cząsteczek wody wzrasta. Szybko poruszające się cząsteczki wody zderzają się z innymi cząsteczkami wody. Ponieważ są stale uderzane przez cząsteczki powietrza, cząsteczki wody poruszają się szybciej (energia kinetyczna wzrasta). Gdy prędkość lub energia kinetyczna osiągnie określoną wartość, szybko poruszające się cząsteczki wody mogą uciec od przyciągania między cząsteczkami i zamienić się w parę. Energia kinetyczna cząsteczek wody lub cząsteczek wody jest ściśle związana z temperaturą. Jeśli energia kinetyczna cząsteczek wody jest duża, to jednocześnie temperatura wody jest wysoka. Lub odwrotnie, gdy temperatura wody jest wysoka, energia kinetyczna cząsteczek wody musi być duża. Energia kinetyczna jest również związana z prędkością. Im wyższa energia kinetyczna cząsteczki, tym wyższa jej prędkość. Lub odwrotnie, im większa prędkość cząsteczki, tym większa jej energia kinetyczna.
A co z gorącą wodą? Gorąca woda ma wysoką temperaturę. Ze względu na wysoką temperaturę, cząsteczki wody mają dość przeciętną energię kinetyczną. Ze względu na znaczną średnią energię kinetyczną cząsteczek wody, wiele cząsteczek wody ma duże prędkości. Cząsteczki wody mają dużą prędkość i mogą uciec przed siłą przyciągania między cząsteczkami i zamienić się w parę. Cząsteczki wody o niskiej prędkości (cząsteczki wody o małej energii kinetycznej) nie zamieniają się w parę. Zatem, gdy cząsteczki wody, których duża prędkość zamienia się w parę, średnia energia kinetyczna cząsteczek wody maleje. Im mniejsza średnia energia kinetyczna, tym niższa temperatura wody. Na podstawie tego krótkiego opisu można stwierdzić, że parowanie jest procesem chłodzenia.
Proces chłodzenia spowodowany parowaniem jest nieodłącznym elementem życia codziennego. Gdy powietrze jest wystarczająco gorące, ciało pochłania dużo ciepła. Aby utrzymać stałą temperaturę ciała, zazwyczaj uwalnia ono ciepło poprzez pot. Ponieważ pot pobiera dodatkowe ciepło ze słońca i otaczającego powietrza, energia kinetyczna cząsteczek potu i wody wzrasta. Ponieważ wraz ze wzrostem energii kinetycznej cząsteczek potu i wody wzrasta prędkość ich ruchu. Cząsteczki potu zamieniają się w parę. Gdy pot paruje, ciało odczuwa chłód.
Zazwyczaj po kąpieli odczuwamy chłód ciała. Dzieje się tak, ponieważ woda zgromadzona na powierzchni skóry ulega odparowaniu.
Opisany wcześniej proces parowania zachodzi codziennie. Parować może również woda morska, jeziorna i rzeczna.
Ciśnienie pary
Przez parę rozumiemy tutaj parę wodną. Spójrz na rysunek. Zamknięty pojemnik wypełniony wodą (załóżmy, że z pojemnika usunięto powietrze). Zgodnie z teorią kinetyczną, cząsteczki wody zawsze się poruszają. W ruchu cząsteczki wody mają prędkość i energię. Cząsteczki wody, które mają prędkość i dużą energię kinetyczną, mogą uciec przed siłą przyciągania między cząsteczkami wody i przekształcić się w parę.
Ten sam proces zachodzi w cząsteczkach wody w pojemniku. Z biegiem czasu coraz więcej cząsteczek wody zamienia się w parę. Ponieważ pojemnik jest zamknięty, cząsteczki wody, które zamieniły się w parę, nie mogą wydostać się do atmosfery (cząsteczki są uwięzione w pojemniku). Ilość cząsteczek wody, które zamieniają się w parę, jest dość duża, więc istnieje ryzyko zderzeń między cząsteczkami a ściankami pojemnika.
Niektóre cząsteczki uderzające w ścianki naczynia odbijają się w kierunku powierzchni wody i łączą się z nią. Ten proces powtarza się nieustannie. Z biegiem czasu coraz więcej cząsteczek wody zamienia się w parę (zmieniając stan skupienia z cieczy w parę). Jednocześnie niektóre cząsteczki uderzające w ścianki naczynia ponownie zamieniają się w wodę (zmieniając stan skupienia z pary w ciecz). Jeśli liczba cząsteczek zmieniających stan skupienia z cieczy w parę jest równa liczbie cząsteczek zmieniających stan skupienia z pary w ciecz, następuje równowaga. Gdy równowaga występuje, górna część naczynia zawierającego gaz jest nazywana nasyconą. Ciśnienie pary w obszarze nasyconym jest znane jako ciśnienie pary nasyconej.
Zmiana stanu skupienia z cieczy w parę nazywa się parowaniem. Natomiast zmiana stanu skupienia z pary wodnej w ciecz nazywa się kondensacją. Należy pamiętać, że prężność pary nasyconej zależy wyłącznie od temperatury, a nie od objętości. Wraz ze wzrostem temperatury wody wzrasta energia kinetyczna cząsteczek wody.
Energia kinetyczna cząsteczek wody rośnie, więc ich prędkość musi rosnąć. W ten sposób coraz więcej cząsteczek o dużej prędkości zamieni się w parę (zmieniając stan skupienia z cieczy w parę). Ponieważ objętość zbiornika jest stała, ciśnienie pary zależy wyłącznie od liczby cząsteczek (N) i prędkości (v).
Im więcej cząsteczek zamienia się w parę i im większa jest ich prędkość, tym wzrasta również prężność pary. Zatem równowaga nastąpi przy wyższej prężności pary. W związku z tym prężność pary nasyconej również jest wyższa. Prężność pary nasyconej występuje tylko wtedy, gdy równowaga jest zachowana.
Prężność pary wodnej zależy od objętości, ale prężność pary nasyconej nie zależy od objętości. Jeśli objętość pojemnika wzrośnie lub zmniejszy się, nastąpi równowaga. Powyższa ilustracja ma jedynie na celu zrozumienie prężności pary nasyconej występującej w atmosferze. Różnica polega na tym, że w poprzednim przykładzie zakładamy, że w części pojemnika, która jej nie zawiera, nie ma wody. Zatem część zbiornika, która nie zawiera wody, jest zajęta wyłącznie przez parę wodną. Z drugiej strony, powierzchnia Ziemi jest zawsze wypełniona powietrzem. Zderzenie cząsteczek pary wodnej z cząsteczkami innych gazów jedynie przedłuża równowagę. Jednak w pewnym momencie równowaga nastąpi, jeśli liczba cząsteczek wody, które przekształcają się w parę, będzie równa liczbie cząsteczek pary, które przekształcają się w wodę.
