12.4:蒸発と凝縮

蒸発

邪魔されていない水の水たまりは最終的に消えます。 液体分子は気相に脱出し、水蒸気になる。 気化は、液体がガスに変換されるプロセスです。 蒸発は、液体の沸騰温度以下の蒸気への液体の変換である。 水が閉鎖した容器で代りに保たれれば、水蒸気の分子に環境に脱出するチャンスがないし、従って水位は変わりません。 いくつかの水分子が蒸気になると、同じ数の水蒸気分子が凝縮して液体状態に戻ります。 凝縮は、気体から液体への状態の変化です。

液体分子が気体状態に脱出するためには、分子は液体中の分子間引力を克服するのに十分な運動エネルギーを持っていなければなりません。 与えられた液体試料は、運動エネルギーの広い範囲を有する分子を有することを思い出してください。 この一定の閾値運動エネルギーを有する液体分子は、表面を脱出し、蒸気になる。 その結果、現在残っている液体分子は、より低い運動エネルギーを有する。 蒸発が起こると、残りの液体の温度が低下する。 あなたは蒸発冷却の効果を観察しました。 暑い日には、汗中の水分子が体の熱を吸収し、皮膚の表面から蒸発します。 蒸発プロセスは、順番にあなたの体からより多くの熱を吸収し、残りの汗クーラーを残します。

特定の液体は加熱するとより速く蒸発します。 これは、加熱プロセスは、液体の表面を脱出するために必要な運動エネルギーを有する液体の分子のより大きな割合をもたらすためである。 下の図は、2つの温度での液体分子の運動エネルギー分布を示しています。 蒸発に必要な運動エネルギーを持つ分子の数は、右の曲線の下の影付きの領域に示されています。 より高い温度の液体\(\left(T_2\right)\)は、より低い温度の液体\(\left(T_1\right)\)よりも気相に逃げることができるより多くの分子を持っています。

29,029フィート\(\left(8848\:\text{m}\right)\)で、中国とネパールの国境にあるヒマラヤ山脈のエベレストは地球上で最も高い地点です。 その高度は登山者に多くの実用的な問題を提示します。 空気の酸素含有量は海面よりもはるかに低く、酸素タンクを持参する必要があります（ただし、いくつかの登山者は酸素なしでピークに達しています）。 もう一つの問題は、食品を調理するための沸騰した水のことです。 水は海面で\(100^\text{o}\text{C}\)で沸騰しますが、エベレストの頂上の沸点は約\(70^\text{o}\text{C}\)です。 この違いは、（間違いなく英国の登山者のいくつかをイライラ）お茶のまともなカップを取得することは非常に困難になります。