Nadharia ya Kinetiki
Mchakato wa uvukizi unaweza kuelezewa kwa kutumia nadharia ya kinetiki. Kama molekuli za gesi, molekuli za maji pia husogea. Tofauti ni kwamba molekuli za maji haziwezi kutengana kwa sababu nguvu za kuvutia kati yao bado zinaweza kuzishikilia pamoja. Kwa upande mwingine, nguvu za kuvutia kati ya molekuli za gesi ni dhaifu sana, kwa hivyo molekuli za gesi haziwezi kushikamana pamoja. Wakati wa kusonga, molekuli za maji zina kasi. Baadhi ya molekuli za maji zina kasi kubwa, huku zingine zikiwa na kasi ndogo. Usambazaji wa kasi ya molekuli za maji unafanana na usambazaji wa Maxwell.
Uvukizi hutokea wakati kasi ya molekuli za maji ni kubwa vya kutosha, kiasi kwamba nguvu ya kuvutia kati ya molekuli za maji haiwezi kuzishikilia pamoja. Kama vile roketi inayoingia angani, kasi ya roketi ni kubwa vya kutosha kiasi kwamba nguvu ya uvutano ya dunia haiwezi kuizuia isibaki duniani. Ikumbukwe kwamba molekuli zenye kasi kubwa pekee ndizo zinazoweza kutoroka kutoka kwa nguvu za kuvutia kati ya molekuli. Molekuli zenye kasi ndogo bado huchanganyika na kuunda maji.
Molekuli za maji zina uzito na kasi au kasi ili molekuli za maji ziwe na nishati ya kinetiki (EK = 1/2 mv2Molekuli za maji zenye kasi kubwa zina nishati kubwa ya kinetiki kuliko molekuli za maji zenye kasi ndogo. Hivyo, inaweza kusemwa kwamba molekuli za maji zinazoweza kuepuka nguvu za kuvutia kati ya molekuli (molekuli za maji zinazogeuka kuwa mvuke) zina nishati kubwa ya kinetiki. Kwa kawaida, nishati ya kinetiki ya molekuli za maji huongezeka kadri halijoto ya maji inavyoongezeka. Ikiwa halijoto ya maji ni ya juu vya kutosha, nishati ya kinetiki ya molekuli za maji huongezeka. Hivyo, maji zaidi yatageuka kuwa mvuke. Hii ni kwa mujibu wa matokeo ya utafiti yanayoonyesha kwamba kiwango cha uvukizi kwa kawaida huwa kikubwa zaidi katika halijoto ya juu.
Tunapokausha nguo zenye unyevunyevu kwenye jua, nguo zenye unyevunyevu hunyonya joto linalotolewa na jua. Nishati ya ziada kutoka kwa jua husababisha nishati ya kinetiki ya molekuli za maji kwenye nguo kuongezeka. Kwa sababu nishati ya kinetiki huongezeka, molekuli za maji husogea haraka (kasi ya molekuli za maji huongezeka). Mara tu kasi yao au nishati ya kinetiki inapofikia thamani fulani, molekuli za maji zinaweza kuepuka nguvu za kuvutia kati ya molekuli za maji, kisha kugeuka kuwa mvuke. Ni muhimu kutambua kwamba kukausha kwa nguo zenye unyevunyevu hakuathiriwi tu na joto la ziada kutoka kwa jua. Nguo zenye unyevunyevu zinaweza pia kukauka kutokana na joto la ziada kutoka kwa hewa ya joto inayozunguka nguo (uhamisho wa joto kwa upitishaji kutoka hewani hadi kwenye nguo zenye unyevunyevu).
Siku ya joto, ardhi au sakafu huwaka moto haraka zaidi. Ardhi huwaka moto haraka kwa sababu joto lake maalum ni kubwa sana. Ardhi huwaka moto hewa iliyo juu yake (katika hali hii, uhamishaji wa joto hutokea kwa upitishaji). Hewa ya moto hupanuka (uzito wake hupungua) na kusogea juu. Inapopita juu ya nguo zenye unyevu, molekuli za hewa hugongana na molekuli za maji kwenye nguo. Molekuli za maji husogea haraka. Kwa sababu zinasogea haraka, nishati ya kinetiki ya molekuli za maji huongezeka. Molekuli za maji zinazosonga haraka hugongana na molekuli zingine za maji. Kwa sababu hugongana kila mara na molekuli za hewa, molekuli za maji husogea haraka (nishati yao ya kinetiki huongezeka).
Mara tu kasi au nishati ya kinetiki yao inapofikia thamani fulani, molekuli za maji zinazosonga kwa kasi zinaweza kuepuka mvuto kati ya molekuli na kugeuka kuwa mvuke… Nishati ya kinetiki ya molekuli za maji au molekuli za hewa inahusiana kwa karibu na halijoto. Ikiwa nishati ya kinetiki ya molekuli za maji ni kubwa, basi wakati huo huo halijoto ya maji ni ya juu. Au kinyume chake, wakati halijoto ya maji ni ya juu, nishati ya kinetiki ya molekuli za maji lazima iwe kubwa. Nishati ya kinetiki pia inahusiana na kasi. Kadiri nishati ya kinetiki ya molekuli zinavyokuwa kubwa, ndivyo kasi ya molekuli inavyokuwa kubwa. Au kinyume chake, kadiri kasi ya molekuli inavyokuwa kubwa, ndivyo nishati ya kinetiki ya molekuli inavyokuwa kubwa.
Vipi kuhusu maji ya moto? Maji ya moto yana halijoto ya juu. Kwa sababu halijoto ya maji ni ya juu, molekuli za maji ndani ya maji zina wastani mkubwa wa nishati ya kinetiki. Kwa sababu wastani wa nishati ya kinetiki ya molekuli za maji ni kubwa, molekuli nyingi za maji zina kasi kubwa (molekuli nyingi za maji husogea haraka). Molekuli za maji zenye kasi kubwa zinaweza kutoroka kutoka kwa nguvu za kuvutia kati ya molekuli na kugeuka kuwa mvuke. Molekuli za maji zenye kasi kubwa pekee (molekuli za maji zenye nishati kubwa ya kinetiki) hutoka kwenye mvuke, huku molekuli za maji zenye kasi ndogo (molekuli za maji zenye nishati ndogo ya kinetiki) zikibadilika kuwa mvuke. Hivyo, molekuli za maji zenye kasi kubwa zinapobadilika kuwa mvuke, wastani wa nishati ya kinetiki ya molekuli za maji zinazobaki pamoja huwa ndogo. Kadiri nishati ya kinetiki ya wastani inavyopungua, ndivyo halijoto ya maji inavyopungua (maji yanakuwa baridi zaidi). Kulingana na maelezo haya mafupi, inaweza kusemwa kwamba uvukizi ni mchakato wa kupoeza.
Mchakato wa kupoa unaosababishwa na uvukizi ni jambo la kawaida katika maisha ya kila siku. Hewa inapokuwa moto sana, mwili hunyonya joto nyingi. Ili kudumisha halijoto ya mwili isiyobadilika, mwili kwa kawaida hutoa joto kupitia jasho. Kwa sababu jasho hupokea joto la ziada kutoka kwa jua na hewa inayozunguka, nishati ya kinetiki ya molekuli za jasho huongezeka. Kwa sababu nishati ya kinetiki ya molekuli za jasho huongezeka, kasi ya molekuli za jasho huongezeka. Molekuli za jasho hubadilika kuwa mvuke. Jasho linapovukiza, mwili huhisi baridi. Hapa kuna mfano mwingine... Kawaida baada ya kuoga, mwili wetu huhisi baridi. Hii ni kwa sababu maji yanayoshikamana na uso wa ngozi huvukiza.
Mchakato wa uvukizi ulioelezwa hapo juu hutokea kila siku. Maji ya bahari, maji ya ziwa, na maji ya mto pia yanaweza kuyeyuka…
Shinikizo la Mvuke
Kinachomaanishwa na mvuke hapa ni mvuke wa maji. Tazama picha. Chombo kilichofungwa kilichojazwa maji (fikiria hewa ndani ya chombo imeondolewa). Kulingana na nadharia ya kinetiki, molekuli za maji husogea kila wakati. Wakati wa kusonga, molekuli za maji zina kasi na nishati ya kinetiki. Molekuli za maji zenye kasi na nishati ya kinetiki ya kutosha zinaweza kutoroka kutoka kwa nguvu za kuvutia kati ya molekuli za maji na kugeuka kuwa mvuke... Mchakato huo huo hutokea kwa molekuli za maji kwenye chombo kilicho karibu nacho. Kadri muda unavyopita, molekuli zaidi na zaidi za maji hubadilika kuwa mvuke. Kwa sababu chombo kimefungwa, molekuli za maji ambazo zimegeuka kuwa mvuke haziwezi kutoroka kuingia angani (molekuli zimenaswa kwenye chombo). Idadi ya molekuli za maji zinazogeuka kuwa mvuke ni kubwa vya kutosha hivyo kuna uwezekano wa kugongana kati ya molekuli na kuta za chombo.
Baadhi ya molekuli zinazogonga kuta za chombo zitaakisiwa tena kwenye uso wa maji na kuungana na kuunda maji. Mchakato huu unajirudia mfululizo. Kadri muda unavyopita, molekuli zaidi na zaidi za maji zitabadilika kuwa mvuke (kubadilika kutoka kimiminika hadi mvuke). Wakati huo huo, baadhi ya molekuli zinazogonga kuta za chombo zitageuka kuwa maji (kubadilika kutoka mvuke hadi kimiminika). Ikiwa idadi ya molekuli zinazobadilika kutoka kimiminika hadi mvuke ni sawa na idadi ya molekuli zinazobadilika kutoka mvuke hadi kimiminika, basi usawa utatokea. Wakati usawa utatokea, sehemu ya juu ya chombo chenye mvuke inasemekana imejaa… Shinikizo la mvuke katika eneo lililojaa linajulikana kama Shinikizo la mvuke lililojaa.
Mabadiliko kutoka kwa kioevu hadi mvuke huitwa uvukizi. Mabadiliko kutoka kwa mvuke hadi kioevu huitwa upoevu. Kumbuka kwamba shinikizo la mvuke uliojaa hutegemea halijoto pekee na si ujazo. Kadri halijoto ya maji inavyoongezeka, nishati ya kinetiki ya molekuli za maji huongezeka.
Nishati ya kinetiki ya molekuli za maji huongezeka ili kasi ya molekuli za maji iongezeke. Kwa njia hii, molekuli zaidi na zaidi zenye kasi kubwa zitageuka kuwa mvuke (badili hali kutoka kioevu hadi mvuke). Kwa sababu ujazo wa chombo haubadiliki, shinikizo la mvuke hutegemea tu idadi ya molekuli (N) na kasi (v).
Kadiri molekuli nyingi (N kubwa) zinavyobadilika kuwa mvuke na kadiri kasi ya molekuli hizi inavyoongezeka (v kubwa), ndivyo shinikizo la mvuke linavyoongezeka. Hivyo, usawa utatokea kwa shinikizo la juu la mvuke. Kwa hivyo, shinikizo la mvuke lililojaa pia litaongezeka. Shinikizo la mvuke lililojaa linapatikana tu wakati usawa unafikiwa. Ifuatayo inaonyesha mabadiliko katika shinikizo la mvuke lililojaa la maji pamoja na halijoto.
Shinikizo la mvuke hutegemea ujazo, lakini shinikizo la mvuke uliojaa halitegemei. Ikiwa ujazo wa chombo utaongezeka au kupungua, usawa utafikiwa hatimaye. Mfano hapo juu ni kukuongoza tu kuelewa shinikizo la mvuke uliojaa linalotokea angani. Tofauti ni kwamba, katika mfano uliopita, tulidhani hakukuwa na hewa katika sehemu ya chombo ambayo haikuwa na maji. Kwa hivyo, sehemu ya chombo ambayo haikuwa na maji ilikaliwa na mvuke wa maji pekee. Kwa upande mwingine, uso wa Dunia hujazwa hewa kila wakati. Mgongano kati ya molekuli za mvuke na molekuli zingine za gesi huongeza tu muda unaochukua kwa usawa kufikia usawa. Hata hivyo, usawa hatimaye utafikiwa wakati idadi ya molekuli za maji zinazogeuka kuwa mvuke ni sawa na idadi ya molekuli za mvuke zinazogeuka kuwa maji.
