Kinetisk teori
Avdunstningsprocessen kan förklaras med hjälp av kinetisk teori. Precis som gasmolekyler rör sig även vattenmolekyler. Skillnaden är att vattenmolekyler inte kan separera eftersom attraktionskrafterna mellan dem fortfarande kan hålla dem samman. Däremot är attraktionskrafterna mellan gasmolekyler mycket svaga, så gasmolekyler kan inte fastna ihop. När vattenmolekyler rör sig har de hastighet. Vissa vattenmolekyler har höga hastigheter, medan andra har låga hastigheter. Fördelningen av vattenmolekylhastigheter liknar Maxwellfördelningen.
Avdunstning sker när vattenmolekylernas hastighet är tillräckligt stor så att den attraktionskraft som finns mellan vattenmolekylerna inte kan hålla dem samman. I likhet med en raket som rör sig ut i rymden är raketens hastighet tillräckligt stor för att jordens gravitationskraft inte ska kunna hindra den från att stanna kvar på jorden. Det bör noteras att endast molekyler med hög hastighet kan undkomma attraktionskrafterna mellan molekylerna. Molekyler med låg hastighet kombineras fortfarande för att bilda vatten.
Vattenmolekyler har massa och hastighet eller hastighet så att vattenmolekyler har kinetisk energi (EK = 1/2 mv² ) . Vattenmolekyler som har höga hastigheter har större kinetisk energi än vattenmolekyler som har låga hastigheter. Således kan man säga att vattenmolekyler som kan undkomma de attraktionskrafter som finns mellan molekylerna (vattenmolekyler som omvandlas till ånga) har ganska stor kinetisk energi. Vanligtvis ökar vattenmolekylernas kinetiska energi när vattentemperaturen ökar. Om vattentemperaturen är tillräckligt hög ökar vattenmolekylernas kinetiska energi. Således kommer mer vatten att omvandlas till ånga. Detta överensstämmer med forskningsresultat som visar att avdunstningshastigheten vanligtvis är större vid höga temperaturer.
När vi torkar våta kläder i solen absorberar de värmen som avges av solen. Den extra energin från solen gör att vattenmolekylernas kinetiska energi i kläderna ökar. Eftersom den kinetiska energin ökar rör sig vattenmolekylerna snabbare (vattenmolekylernas hastighet ökar). När deras hastighet eller kinetiska energi når ett visst värde kan vattenmolekylerna undkomma de attraktionskrafter som finns mellan vattenmolekylerna och sedan omvandlas till ånga. Det är viktigt att notera att torkningen av våta kläder inte bara påverkas av den extra värmen från solen. Våta kläder kan också torka på grund av den extra värmen från den varma luften runt kläderna (värmeöverföring genom ledning från luften till de våta kläderna).
På en varm dag värms marken eller golvet upp snabbare. Marken värms upp snabbt eftersom dess specifika värme är ganska stor. Marken värmer upp luften ovanför (i detta fall sker värmeöverföring genom ledning). Den varma luften expanderar (dess densitet minskar) och rör sig uppåt. När den passerar över våta kläder kolliderar luftmolekylerna med vattenmolekylerna i kläderna. Vattenmolekylerna rör sig snabbare. Eftersom de rör sig snabbare ökar vattenmolekylernas kinetiska energi. De snabbt rörliga vattenmolekylerna kolliderar med andra vattenmolekyler. Eftersom de kontinuerligt kolliderar med luftmolekyler rör sig vattenmolekylerna snabbare (deras kinetiska energi ökar).
När deras hastighet eller kinetiska energi når ett visst värde kan de snabbt rörliga vattenmolekylerna undkomma attraktionen mellan molekylerna och omvandlas till ånga... Den kinetiska energin hos vattenmolekyler eller luftmolekyler är nära relaterad till temperaturen. Om vattenmolekylernas kinetiska energi är stor, är vattentemperaturen samtidigt hög. Eller vice versa, när vattentemperaturen är hög, måste vattenmolekylernas kinetiska energi vara stor. Kinetisk energi är också relaterad till hastighet. Ju större molekylernas kinetiska energi är, desto större är molekylernas hastighet. Eller omvänt, ju större molekylernas hastighet är, desto större är molekylernas kinetiska energi.
Hur är det med varmt vatten? Varmt vatten har hög temperatur. Eftersom vattentemperaturen är hög har vattenmolekylerna i vattnet en stor genomsnittlig kinetisk energi. Eftersom den genomsnittliga kinetiska energin för vattenmolekyler är stor har många vattenmolekyler höga hastigheter (många vattenmolekyler rör sig snabbt). Vattenmolekyler som har hög hastighet kan undkomma de attraktionskrafter som finns mellan molekylerna och omvandlas till ånga. Endast vattenmolekyler med hög hastighet (vattenmolekyler med stor kinetisk energi) undkommer till ånga, medan vattenmolekyler med låg hastighet (vattenmolekyler med liten kinetisk energi) inte omvandlas till ånga. Således, när vattenmolekyler med hög hastighet omvandlas till ånga, blir den genomsnittliga kinetiska energin för de vattenmolekyler som stannar kvar tillsammans mindre. Ju mindre den genomsnittliga kinetiska energin är, desto lägre vattentemperatur (vattnet blir kallare). Baserat på denna korta beskrivning kan man säga att avdunstning är en kylningsprocess.
Kylprocessen orsakad av avdunstning är vanligt förekommande i vardagen. När luften är ganska varm absorberar kroppen mycket värme. För att bibehålla en konstant kroppstemperatur avger kroppen vanligtvis värme genom svett. Eftersom svett får ytterligare värme från solen och den omgivande luften ökar svettmolekylernas kinetiska energi. Eftersom svettmolekylernas kinetiska energi ökar ökar svettmolekylernas hastighet. Svettmolekylerna omvandlas till ånga. När svett avdunstar känns kroppen sval. Här är ett annat exempel... Vanligtvis känns vår kropp sval efter en dusch. Detta beror på att vattnet som fastnar på hudytan avdunstar.
Avdunstningsprocessen som beskrivs ovan sker varje dag. Havsvatten, sjövatten och flodvatten kan också avdunsta…
Ångtryck
Det som menas med ånga här är vattenånga. Titta på bilden. En sluten behållare fylld med vatten (antar att luften i behållaren har tagits bort). Enligt kinetisk teori rör sig vattenmolekyler alltid. När vattenmolekyler rör sig har de hastighet och kinetisk energi. Vattenmolekyler som har tillräcklig hastighet och kinetisk energi kan undkomma de attraktionskrafter som finns mellan vattenmolekylerna och omvandlas till ånga... Samma process sker med vattenmolekylerna i behållaren bredvid. Med tiden omvandlas fler och fler vattenmolekyler till ånga. Eftersom behållaren är sluten kan de vattenmolekyler som har omvandlats till ånga inte komma ut i atmosfären (molekylerna är instängda i behållaren). Antalet vattenmolekyler som omvandlas till ånga är tillräckligt stort för att det ska finnas en risk för kollisioner mellan molekylerna och behållarens väggar.
Några av de molekyler som träffar behållarens väggar reflekteras tillbaka till vattenytan och kombineras för att bilda vatten. Denna process upprepas kontinuerligt. Med tiden kommer fler och fler vattenmolekyler att omvandlas till ånga (övergå från vätska till ånga). Samtidigt kommer några av de molekyler som träffar behållarens väggar att omvandlas tillbaka till vatten (övergå från ånga till vätska). Om antalet molekyler som övergår från vätska till ånga är lika med antalet molekyler som övergår från ånga till vätska, uppstår jämvikt. När jämvikt uppstår sägs toppen av behållaren som innehåller ånga vara mättad... Ångtrycket i det mättade området kallas mättat ångtryck.
Övergången från vätska till ånga kallas avdunstning. Övergången från ånga till vätska kallas kondensation. Observera att mättat ångtryck endast beror på temperaturen och inte på volymen. När vattnets temperatur ökar ökar vattenmolekylernas kinetiska energi.
Vattenmolekylernas kinetiska energi ökar så att vattenmolekylernas hastighet måste öka. På så sätt kommer fler och fler molekyler med hög hastighet att omvandlas till ånga (ändra tillstånd från vätska till ånga). Eftersom behållarens volym är fast beror ångtrycket endast på antalet molekyler (N) och hastigheten (v).
Ju fler molekyler (desto större N) som omvandlas till ånga och ju högre hastighet dessa molekyler har (desto större v), desto mer ökar ångtrycket. Jämvikt uppstår alltså vid ett högre ångtryck. Därför ökar även det mättade ångtrycket. Mättat ångtryck existerar endast när jämvikt uppnås. Följande visar förändringen i vattnets mättade ångtryck med temperaturen.
Ångtrycket beror på volymen, men det mättade ångtrycket gör det inte. Om volymen av en behållare ökar eller minskar kommer jämvikt så småningom att uppnås. Illustrationen ovan är helt enkelt till för att vägleda dig att förstå det mättade ångtrycket som uppstår i atmosfären. Skillnaden är att vi i den föregående illustrationen antog att det inte fanns någon luft i den del av behållaren som inte innehöll vatten. Därför var den del av behållaren som inte innehöll vatten endast upptagen av vattenånga. Däremot är jordens yta alltid fylld med luft. Kollisioner mellan ångmolekyler och andra gasmolekyler förlänger bara den tid det tar för jämvikt att nå jämvikt. Jämvikt kommer dock så småningom att uppnås när antalet vattenmolekyler som omvandlas till ånga är lika med antalet ångmolekyler som omvandlas till vatten.
