Kinetična teorija
Proces izhlapevanja lahko razložimo s kinetično teorijo. Tako kot molekule plina se gibljejo tudi molekule vode. Razlika je v tem, da se molekule vode ne morejo ločiti, ker jih privlačne sile med njimi še vedno držijo skupaj. Nasprotno pa so privlačne sile med molekulami plina zelo šibke, zato se molekule plina ne morejo držati skupaj. Ko se molekule vode gibljejo, imajo hitrost. Nekatere molekule vode imajo visoke hitrosti, druge pa nizke. Porazdelitev hitrosti molekul vode je podobna Maxwellovi porazdelitvi.
Do izhlapevanja pride, ko je hitrost molekul vode dovolj velika, da jih privlačna sila med molekulami vode ne more držati skupaj. Podobno kot raketa, ki se premika v vesolje, je hitrost rakete dovolj velika, da je Zemljina gravitacijska sila ne more zadržati na Zemlji. Treba je opozoriti, da se lahko le molekule z velikimi hitrostmi izognejo privlačnim silam med molekulami. Molekule z majhnimi hitrostmi se še vedno združujejo in tvorijo vodo.
Molekule vode imajo maso in hitrost, tako da imajo molekule vode kinetično energijo (EK = 1/2 mv2). Molekule vode z visokimi hitrostmi imajo večjo kinetično energijo kot molekule vode z nizkimi hitrostmi. Tako lahko rečemo, da imajo molekule vode, ki se lahko izognejo privlačnim silam med molekulami (molekule vode, ki se spremenijo v paro), precej veliko kinetično energijo. Običajno se kinetična energija molekul vode povečuje z naraščanjem temperature vode. Če je temperatura vode dovolj visoka, se kinetična energija molekul vode poveča. Tako se bo več vode spremenilo v paro. To je v skladu z rezultati raziskav, ki kažejo, da je hitrost izhlapevanja običajno večja pri visokih temperaturah.
Ko mokra oblačila sušimo na soncu, absorbirajo toploto, ki jo oddaja sonce. Dodatna energija sonca povzroči povečanje kinetične energije molekul vode v oblačilih. Ker se kinetična energija poveča, se molekule vode gibljejo hitreje (hitrost molekul vode se poveča). Ko njihova hitrost oziroma kinetična energija doseže določeno vrednost, lahko molekule vode uidejo privlačnim silam med molekulami vode in se nato spremenijo v paro. Pomembno je omeniti, da na sušenje mokrih oblačil ne vpliva le dodatna toplota sonca. Mokra oblačila se lahko posušijo tudi zaradi dodatne toplote toplega zraka okoli oblačil (toplota se prenaša s prevodnostjo iz zraka na mokra oblačila).
Na vroč dan se tla ali tla segrejejo hitreje. Tla se segrejejo hitreje, ker je njihova specifična toplota precej velika. Tla segrevajo zrak nad njimi (v tem primeru pride do prenosa toplote s prevodnostjo). Vroč zrak se razširi (njegova gostota se zmanjša) in se premika navzgor. Ko gre čez mokra oblačila, molekule zraka trčijo v molekule vode v oblačilih. Molekule vode se gibljejo hitreje. Ker se gibljejo hitreje, se kinetična energija molekul vode poveča. Hitro premikajoče se molekule vode trčijo v druge molekule vode. Ker molekule zraka nenehno trčijo vanje, se molekule vode gibljejo hitreje (njihova kinetična energija se poveča).
Ko njihova hitrost ali kinetična energija doseže določeno vrednost, se lahko hitro premikajoče se molekule vode izognejo privlačnosti med molekulami in se spremenijo v paro ... Kinetična energija molekul vode ali molekul zraka je tesno povezana s temperaturo. Če je kinetična energija molekul vode velika, je hkrati temperatura vode visoka. Ali obratno, ko je temperatura vode visoka, mora biti kinetična energija molekul vode velika. Kinetična energija je povezana tudi s hitrostjo. Večja kot je kinetična energija molekul, večja je hitrost molekul. Ali obratno, večja kot je hitrost molekul, večja je kinetična energija molekul.
Kaj pa vroča voda? Vroča voda ima visoko temperaturo. Ker je temperatura vode visoka, imajo molekule vode v vodi veliko povprečno kinetično energijo. Ker je povprečna kinetična energija molekul vode velika, imajo številne molekule vode velike hitrosti (številne molekule vode se hitro gibljejo). Molekule vode z veliko hitrostjo se lahko izognejo privlačnim silam med molekulami in se spremenijo v paro. V paro izstopajo le molekule vode z veliko hitrostjo (molekule vode z veliko kinetično energijo), medtem ko se molekule vode z nizko hitrostjo (molekule vode z majhno kinetično energijo) ne spremenijo v paro. Ko se torej molekule vode z veliko hitrostjo spremenijo v paro, se povprečna kinetična energija molekul vode, ki ostanejo skupaj, zmanjša. Manjša kot je povprečna kinetična energija, nižja je temperatura vode (voda postane hladnejša). Na podlagi tega kratkega opisa lahko rečemo, da je izhlapevanje proces hlajenja.
Proces ohlajanja, ki ga povzroča izhlapevanje, je pogost pojav v vsakdanjem življenju. Ko je zrak precej vroč, telo absorbira veliko toplote. Da bi ohranilo konstantno telesno temperaturo, telo običajno sprošča toploto z znojem. Ker znoj prejema dodatno toploto od sonca in okoliškega zraka, se kinetična energija molekul znoja poveča. Ker se kinetična energija molekul znoja poveča, se poveča tudi hitrost molekul znoja. Molekule znoja se spremenijo v paro. Ko znoj izhlapi, se telo počuti hladno. Tukaj je še en primer ... Običajno se naše telo po prhanju počuti hladno. To je zato, ker voda, ki se oprime površine kože, izhlapi.
Zgoraj opisani proces izhlapevanja se dogaja vsak dan. Izhlapevajo lahko tudi morska, jezerska in rečna voda ...
Parni tlak
S paro tukaj mislimo na vodno paro. Opazujte sliko. Zaprta posoda, napolnjena z vodo (predpostavimo, da je bil zrak v posodi odstranjen). Po kinetični teoriji se molekule vode vedno gibljejo. Pri gibanju imajo molekule vode hitrost in kinetično energijo. Molekule vode, ki imajo zadostno hitrost in kinetično energijo, se lahko izognejo privlačnim silam med molekulami vode in se spremenijo v paro ... Enak proces se zgodi z molekulami vode v sosednji posodi. Sčasoma se vedno več molekul vode spremeni v paro. Ker je posoda zaprta, molekule vode, ki so se spremenile v paro, ne morejo uiti v ozračje (molekule so ujete v posodi). Število molekul vode, ki se spremenijo v paro, je dovolj veliko, da obstaja možnost trkov med molekulami in stenami posode.
Nekatere molekule, ki zadenejo stene posode, se odbijejo nazaj na površino vode in se združijo v vodo. Ta proces se nenehno ponavlja. Sčasoma se vedno več molekul vode spremeni v paro (spremenijo se iz tekočine v paro). Hkrati se nekatere molekule, ki zadenejo stene posode, spremenijo nazaj v vodo (spremenijo se iz pare v tekočino). Če je število molekul, ki se spreminjajo iz tekočine v paro, enako številu molekul, ki se spreminjajo iz pare v tekočino, potem nastopi ravnovesje. Ko nastopi ravnovesje, pravimo, da je vrh posode, ki vsebuje paro, nasičen ... Parni tlak v nasičenem območju je znan kot nasičen parni tlak.
Prehod iz tekočine v paro se imenuje izhlapevanje. Prehod iz pare v tekočino se imenuje kondenzacija. Upoštevajte, da je tlak nasičene pare odvisen samo od temperature in ne od prostornine. Z naraščanjem temperature vode se povečuje kinetična energija molekul vode.
Kinetična energija molekul vode se povečuje, zato se mora povečati tudi hitrost molekul vode. Na ta način se vedno več molekul z veliko hitrostjo spremeni v paro (spremeni stanje iz tekočine v paro). Ker je prostornina posode fiksna, je parni tlak odvisen le od števila molekul (N) in hitrosti (v).
Več molekul (večji kot je N) se pretvori v paro in višja kot je hitrost teh molekul (večji kot je v), bolj se poveča parni tlak. Ravnotežje se tako pojavi pri višjem parnem tlaku. Zato se bo povečal tudi nasičeni parni tlak. Nasičeni parni tlak obstaja le, ko je doseženo ravnotežje. Sledi slika, ki prikazuje spremembo nasičenega parnega tlaka vode s temperaturo.
Parni tlak je odvisen od prostornine, nasičeni parni tlak pa ne. Če se prostornina posode poveča ali zmanjša, bo sčasoma doseženo ravnovesje. Zgornja ilustracija je zgolj v pomoč pri razumevanju nasičenega parnega tlaka, ki se pojavlja v atmosferi. Razlika je v tem, da smo v prejšnji ilustraciji predpostavili, da v delu posode, ki ni vseboval vode, ni zraka. Zato je bil del posode, ki ni vseboval vode, zaseden samo z vodno paro. Nasprotno pa je Zemljina površina vedno napolnjena z zrakom. Trki med molekulami pare in drugimi molekulami plina le podaljšajo čas, ki je potreben, da ravnovesje doseže ravnovesje. Vendar pa bo ravnovesje sčasoma doseženo, ko bo število molekul vode, ki se spremenijo v paro, enako številu molekul pare, ki se spremenijo v vodo.
