Кинетичка теорија
Процес испаравања може се објаснити кинетичком теоријом. Као и молекули гаса, и молекули воде се крећу. Разлика је у томе што се молекули воде не могу раздвојити јер их привлачне силе између њих и даље држе заједно. Насупрот томе, привлачне силе између молекула гаса су веома слабе, тако да се молекули гаса не могу слепити. Приликом кретања, молекули воде имају брзину. Неки молекули воде имају велике брзине, док други имају мале брзине. Расподела брзина молекула воде подсећа на Максвелову расподелу.
Испаравање се дешава када је брзина молекула воде довољно велика да привлачна сила између молекула воде није у стању да их држи заједно. Слично ракети која се креће у свемир, брзина ракете је довољно велика да Земљина гравитациона сила није у стању да је спречи да остане на Земљи. Треба напоменути да само молекули који имају велике брзине могу да побегну од привлачних сила између молекула. Молекули са малим брзинама се и даље спајају и формирају воду.
Молекули воде имају масу и брзину или брзину тако да молекули воде имају кинетичку енергију (EK = 1/2 mv2). Молекули воде са великим брзинама имају већу кинетичку енергију од молекула воде са малим брзинама. Стога се може рећи да молекули воде који могу да избегну привлачне силе између молекула (молекули воде који се претварају у пару) имају прилично велику кинетичку енергију. Обично се кинетичка енергија молекула воде повећава са повећањем температуре воде. Ако је температура воде довољно висока, кинетичка енергија молекула воде се повећава. Стога ће се више воде претворити у пару. Ово је у складу са резултатима истраживања који показују да је брзина испаравања обично већа на високим температурама.
Када сушимо мокру одећу на сунцу, она апсорбује топлоту коју емитује сунце. Додатна енергија сунца узрокује повећање кинетичке енергије молекула воде у одећи. Пошто се кинетичка енергија повећава, молекули воде се крећу брже (брзина молекула воде се повећава). Када њихова брзина или кинетичка енергија достигну одређену вредност, молекули воде могу да побегну од привлачних сила између молекула воде, а затим се претворе у пару. Важно је напоменути да на сушење мокре одеће не утиче само додатна топлота сунца. Мокра одећа се може осушити и због додатне топлоте из топлог ваздуха око одеће (топлота се преноси проводљивошћу са ваздуха на мокру одећу).
Током врућег дана, тло или под се брже загревају. Тло се брзо загрева јер је његова специфична топлота прилично велика. Тло загрева ваздух изнад себе (у овом случају, пренос топлоте се одвија кондукцијом). Врућ ваздух се шири (његова густина се смањује) и креће се навише. Када прелази преко мокре одеће, молекули ваздуха се сударају са молекулима воде у одећи. Молекули воде се крећу брже. Пошто се крећу брже, кинетичка енергија молекула воде се повећава. Брзо крећући молекули воде сударају се са другим молекулима воде. Пошто се континуирано сударају са молекулима ваздуха, молекули воде се крећу брже (њихова кинетичка енергија се повећава).
Када њихова брзина или кинетичка енергија достигну одређену вредност, брзи молекули воде могу да побегну од привлачења између молекула и претворе се у пару… Кинетичка енергија молекула воде или молекула ваздуха је уско повезана са температуром. Ако је кинетичка енергија молекула воде велика, онда је истовремено и температура воде висока. Или обрнуто, када је температура воде висока, кинетичка енергија молекула воде мора бити велика. Кинетичка енергија је такође повезана са брзином. Што је већа кинетичка енергија молекула, већа је и брзина молекула. Или обрнуто, што је већа брзина молекула, већа је и кинетичка енергија молекула.
Шта је са топлом водом? Топла вода има високу температуру. Пошто је температура воде висока, молекули воде у води имају велику просечну кинетичку енергију. Пошто је просечна кинетичка енергија молекула воде велика, многи молекули воде имају велике брзине (многи молекули воде се брзо крећу). Молекули воде који имају велику брзину могу да побегну од привлачних сила између молекула и претворе се у пару. Само молекули воде са великом брзином (молекули воде са великом кинетичком енергијом) излазе у пару, док молекули воде са малом брзином (молекули воде са малом кинетичком енергијом) не претварају се у пару. Дакле, када се молекули воде са великом брзином претворе у пару, просечна кинетичка енергија молекула воде који остају заједно постаје мања. Што је мања просечна кинетичка енергија, то је нижа температура воде (вода постаје хладнија). На основу овог кратког описа, може се рећи да је испаравање процес хлађења.
Процес хлађења изазван испаравањем је уобичајена појава у свакодневном животу. Када је ваздух прилично врућ, тело апсорбује много топлоте. Да би одржало константну телесну температуру, тело обично ослобађа топлоту кроз зној. Пошто зној прима додатну топлоту од сунца и околног ваздуха, кинетичка енергија молекула зноја се повећава. Како се кинетичка енергија молекула зноја повећава, брзина молекула зноја се повећава. Молекули зноја се претварају у пару. Када зној испари, тело се осећа хладно. Ево још једног примера... Обично се након туширања наше тело осећа хладно. То је зато што вода која се лепи за површину коже подлеже испаравању.
Процес испаравања описан горе одвија се сваког дана. Морска вода, језерска вода и речна вода такође могу да испаравају…
Притисак паре
Под паром се овде подразумева водена пара. Посматрајте слику. Затворена посуда напуњена водом (претпоставимо да је ваздух из посуде уклоњен). Према кинетичкој теорији, молекули воде се увек крећу. Приликом кретања, молекули воде имају брзину и кинетичку енергију. Молекули воде који имају довољну брзину и кинетичку енергију могу да побегну од привлачних сила између молекула воде и претворе се у пару... Исти процес се дешава и са молекулима воде у посуди поред ње. Временом, све више молекула воде се претвара у пару. Пошто је посуда затворена, молекули воде који су се претворили у пару не могу да побегну у атмосферу (молекули су заробљени у посуди). Број молекула воде који се претварају у пару је довољно велики да постоји могућност судара између молекула и зидова посуде.
Неки од молекула који ударе у зидове посуде биће рефлектовани назад на површину воде и спојени да би формирали воду. Овај процес се непрекидно понавља. Временом, све више и више молекула воде ће се претворити у пару (прећи из течности у пару). Истовремено, неки од молекула који ударе у зидове посуде ће се претворити назад у воду (прећи из паре у течност). Ако је број молекула који прелазе из течности у пару једнак броју молекула који прелазе из паре у течност, тада ће се појавити равнотежа. Када се појави равнотежа, каже се да је врх посуде која садржи пару засићен... Притисак паре у засићеној области познат је као притисак засићене паре.
Прелазак из течности у пару назива се испаравање. Прелазак из паре у течност назива се кондензација. Треба напоменути да притисак засићене паре зависи само од температуре, а не од запремине. Како се температура воде повећава, кинетичка енергија молекула воде се повећава.
Кинетичка енергија молекула воде се повећава тако да брзина молекула воде мора да се повећа. На овај начин, све више и више молекула са великом брзином ће се претворити у пару (променити стање из течности у пару). Пошто је запремина посуде фиксна, притисак паре зависи само од броја молекула (N) и брзине (v).
Што се више молекула (што је веће N) претвара у пару и што је већа брзина ових молекула (што је веће v), то се више повећава притисак паре. Дакле, равнотежа ће се појавити при вишем притиску паре. Због тога ће се и засићени притисак паре повећати. Засићени притисак паре постоји само када се постигне равнотежа. Следећа слика приказује промену притиска засићене паре воде са температуром.
Притисак паре зависи од запремине, али притисак засићене паре не. Ако се запремина посуде повећава или смањује, равнотежа ће се на крају постићи. Горња илустрација је једноставно да вас води ка разумевању притиска засићене паре који се јавља у атмосфери. Разлика је у томе што смо на претходној илустрацији претпоставили да нема ваздуха у делу посуде који није садржао воду. Стога је део посуде који није садржао воду био заузет само воденом паром. Насупрот томе, површина Земље је увек испуњена ваздухом. Судари између молекула паре и других молекула гаса само продужавају време потребно да равнотежа достигне равнотежу. Међутим, равнотежа ће се на крају постићи када број молекула воде који се претварају у пару буде једнак броју молекула паре који се претварају у воду.
