Procesul de evaporare poate fi explicat folosind teoria cinetică. La fel ca moleculele de gaz, și moleculele de apă se mișcă. Diferența este că moleculele de apă nu se pot împrăștia deoarece atracția dintre molecule le poate ține totuși împreună. În schimb, atracția dintre moleculele de gaz este fragilă, astfel încât moleculele de gaz nu pot fuziona. Atunci când se mișcă, moleculele de apă au viteză. Există molecule de apă care au viteze mari; există și molecule de apă care au o viteză mică. Distribuția vitezei moleculei de apă seamănă cu distribuția Maxwell.
Evaporarea are loc atunci când viteza moleculelor de apă este suficient de mare încât atracția dintre moleculele de apă nu le poate menține unite. Similar rachetelor care se deplasează în spațiu, viteza unei rachete este suficient de mare încât forța gravitațională a Pământului nu o poate menține pe Pământ. Rețineți că doar moleculele cu viteze mari pot scăpa de atracția dintre molecule. Moleculele cu viteze mici rămân unite, la fel ca apa.
Moleculele de apă au masă și viteză, astfel încât moleculele de apă au energie cinetică (EK = 1/2 m v2). Moleculele de apă cu viteză mare au o energie cinetică mai mare decât moleculele de apă cu viteză mică. Prin urmare, se poate afirma că moleculele de apă care pot scăpa de atracția dintre molecule (molecule de apă care se transformă în vapori) au o energie cinetică considerabilă. De obicei, energia cinetică a moleculelor de apă crește odată cu creșterea temperaturii apei. Dacă temperatura apei este suficient de mare, energia cinetică a moleculelor de apă crește; astfel, mai multă apă se va transforma în abur. În concordanță cu rezultatele cercetărilor care arată că rata de evaporare este de obicei mai mare la temperaturi ridicate.
Când uscăm hainele ude la soare, acestea absorb căldura emisă de soare. Adăugarea de energie de la soare face ca energia cinetică a moleculelor de apă din haine să crească. Deoarece energia cinetică crește, moleculele de apă se mișcă mai repede (viteza moleculelor de apă crește). După ce viteza sau energia cinetică atinge o anumită valoare, moleculele de apă pot scăpa de atracția dintre moleculele de apă, apoi se transformă în abur. Rețineți că uscarea hainelor ude nu este afectată doar de adăugarea de căldură de la soare. Hainele ude se pot usca și din cauza căldurii suplimentare din aerul cald din jurul hainelor (căldura se deplasează prin conducție de la aer la hainele ude).
Într-o zi călduroasă, solul se încălzește. Pământul încălzește aerul de deasupra sa (în acest caz, transfer de căldură prin conducție). Aerul cald se dilată (densitatea scade) și se deplasează în sus. Când trec hainele ude, moleculele de apă lovesc moleculele de apă din interiorul hainelor. Moleculele de apă se mișcă mai repede, energia cinetică a moleculelor de apă crește. Moleculele de apă care se mișcă rapid lovesc alte molecule de apă. Deoarece este lovită continuu de moleculele de aer, moleculele de apă se mișcă mai repede (energia cinetică crește). Odată ce viteza sau energia cinetică atinge o anumită valoare, moleculele de apă care se mișcă rapid pot scăpa de atracția dintre molecule și se pot transforma în abur. Energia cinetică a moleculelor de apă este strâns legată de temperatură. Dacă energia cinetică a moleculelor de apă este mare, atunci în același timp temperatura apei este ridicată. Sau invers, când temperatura apei este ridicată, energia cinetică a moleculelor de apă trebuie să fie mare. Energia cinetică este, de asemenea, legată de viteză. Cu cât energia cinetică a moleculei este mai mare, cu atât viteza moleculei este mai mare. Sau invers, cu cât viteza moleculei este mai mare, cu atât energia cinetică a moleculei este mai mare.
Dar apa caldă? Apa caldă are o temperatură ridicată. Din cauza temperaturii ridicate a apei, moleculele din apă au o energie cinetică destul de medie. Datorită energiei cinetice medii considerabile a moleculelor de apă, multe molecule de apă au viteze mari. Moleculele de apă au o viteză mare și pot scăpa de forța de atracție dintre molecule și se pot transforma în abur. Moleculele de apă cu viteză mică (molecule de apă cu energie cinetică redusă) nu se transformă în abur. Astfel, atunci când moleculele de apă a căror viteză mare se transformă în abur, energia cinetică medie a moleculelor de apă devine mai mică. Cu cât energia cinetică medie este mai mică, cu atât temperatura apei este mai scăzută. Pe baza acestei scurte descrieri, se poate afirma că evaporarea este un proces de răcire.
Procesul de răcire datorat evaporării este întotdeauna resimțit în viața de zi cu zi. Când aerul este suficient de cald, corp absoarbe multă căldură. Pentru a menține temperatura corpului constantă, corpul eliberează de obicei căldură prin transpirație. Deoarece transpirația primește căldură suplimentară de la soare și de la aerul din jur, energia cinetică a moleculelor de apă din transpirație crește. Deoarece pe măsură ce energia cinetică a moleculelor de apă din transpirație crește, viteza moleculelor de apă din transpirație crește. Moleculele de transpirație se transformă în abur. Când transpirația se evaporă, corpul se simte răcoros.
De obicei, după o baie, corpul nostru se simte răcoros. Acest lucru se datorează faptului că apa atașată la suprafața pielii trece printr-un proces de evaporare.
Procesul de evaporare descris anterior are loc întotdeauna în fiecare zi. Apa de mare, apa lacului, apa râului se pot evapora și ele.
Presiunea de vapori
Prin abur se înțelege aici vaporii de apă. Observați figura. Un recipient închis umplut cu apă (să presupunem că aerul din interiorul recipientului a fost îndepărtat). Conform teoriei cinetice, moleculele de apă se mișcă întotdeauna. Când se mișcă, moleculele de apă au viteză de mișcare și energie. Molecule de apă care au viteză și energie cinetică mare pentru a scăpa de forța de atracție dintre moleculele de apă și a se transforma în abur.
Același proces are loc și în moleculele de apă dintr-un recipient. Pe măsură ce timpul trece, tot mai multe molecule de apă se transformă în abur. Deoarece recipientul este închis, moleculele de apă care s-au transformat în abur nu pot scăpa în atmosferă (moleculele sunt prinse în recipient). Cantitatea de molecule de apă care se transformă în vapori este destul de mare, așa că există posibilitatea unor coliziuni între molecule cu pereții recipientului.
Unele molecule care lovesc pereții recipientului vor fi reflectate spre suprafața apei și se vor contopi cu apa. Acest proces se repetă continuu. Pe măsură ce timpul trece, tot mai multe molecule de apă se transformă în abur (trecând din lichid în vapori). În același timp, unele dintre moleculele care se lovesc de pereții recipientului se vor transforma din nou în apă (trecând din abur în lichid). Dacă numărul de molecule care se transformă din lichid în vapori este egal cu numărul de molecule care se transformă din vapori în lichid, va exista un echilibru. Când are loc un echilibru, se spune că partea superioară a recipientului care conține gazul este saturată. Presiunea de vapori din regiunea saturată este cunoscută sub numele de presiunea vaporilor saturați.
Schimbarea formei de la lichid la vapori se numește evaporare. Totuși, schimbarea formei de la abur la lichid se numește condensare. Rețineți că presiunea de vapori saturați depinde exclusiv de temperatură și nu depinde de volum. Dacă temperatura apei crește, energia cinetică a moleculelor de apă crește.
Energia cinetică a moleculelor de apă crește, astfel încât viteza moleculelor de apă trebuie să crească. Astfel, tot mai multe molecule de mare viteză se vor transforma în abur (trecând din lichid în abur). Deoarece volumul recipientului este fix, presiunea de vapori depinde exclusiv de numărul de molecule (N) și de viteză (v).
Cu cât mai multe molecule se transformă în abur și cu cât viteza moleculelor este mai mare, cu atât crește și presiunea de vapori. Astfel, echilibrul va avea loc la o presiune de vapori mai mare. Prin urmare, și presiunea de vapori saturați este mai mare. Presiunea de vapori saturați există doar atunci când are loc un echilibru.
Presiunea de vapori depinde de volum, dar presiunea de vapori saturați nu depinde de volum. Dacă volumul recipientului crește sau scade, va apărea un echilibru. Ilustrația de mai sus vrea doar să vă ajute să înțelegeți presiunea de vapori saturați care apare în atmosferă. Diferența este că, în exemplul anterior, presupunem că nu există apă în partea recipientului care nu conține apă. Prin urmare, partea rezervorului care nu conține apă este ocupată doar de vapori de apă. Pe de altă parte, suprafața Pământului este întotdeauna umplută cu aer. Coliziunea dintre moleculele de abur și alte molecule de gaz nu face decât să prelungească echilibrul. Cu toate acestea, la un moment dat, va exista un echilibru dacă numărul de molecule de apă care se transformă în abur este egal cu numărul de molecule de vapori care se transformă în apă.
