В жидкости молекулы находятся в непрерывном хаотическом тепловом (броуновском) движении. Если молекула случайно появляется у поверхности жидкости и иметь скорость, достаточную для преодоления притяжения со стороны
других молекул, она сможет выйти в пространство над жидкостью. Молекулы, которые удовлетворяют данным условиям, существуют в выбранном объеме всегда, что приходится распределением Максвелла по скоростям.
Скорость испарения (количество молекул, вылетает с 1 м2 свободной поверхности жидкости за 1 с определяется:
1) видом жидкости;
2) температурой;
3) давлением пара над жидкостью.
Совокупность молекул, находящихся в пространстве над жидкостью, называют парой, а процесс перехода жидкости в состояние пара - парообразования.
Парообразования со свободной поверхности жидкости называют испарением.
Молекулы пара, двигаясь хаотически, могут приобрести скорости, направленной, например, в сторону жидкости, и к ней вернуться. Процесс перехода молекул пара в жидкость называют конденсацией.
Скорость конденсации зависит от:
1) концентрации молекул пара над жидкостью;
2) температуры.
Поскольку из жидкости при испарении вылетают быстрые молекулы, то средняя скорость тех молекул, которые остались, уменьшается, поэтому при испарении жидкость охлаждается. Для поддержания температуры такой жидкости постоянной необходимо подводить тепло. Вследствие конденсации затраченных для испарения тепло возвращается.
Рассмотрим герметически закрытый сосуд, содержащий жидкость и пар. Через некоторое время между жидкостью и паром наступит состояние теплового (динамической) равновесия. При этом число молекул, испаряющихся за время Δt, станет равным числу молекул, возвращающихся в жидкость (конденсируются) за такой же время.
Пару, что находится в тепловом динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным. Изредка удается получить насыщенный пар и в открытых сосудах.
Давление насыщенного пара приближенно можно рассчитать по выражению основного уравнения МКТ:
p = nkT
Поскольку концентрация молекул насыщенного пара не зависит от объема при постоянной температуре, то и давление насыщенного пара не зависит от объема, а зависит от температуры. Эти закономерности установлено экспериментально. С повышением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального газа (см. рис.), Потому что во время нагревания давление насыщенного пара увеличивается не только из-за повышения температуры, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара.
Когда вся жидкость испарится, пар при дальнейшем нагревании станет уже ненасыщенным и ее давление при постоянном объема расти прямо пропорционально абсолютной температуре (см. рис., Участок КС).
Описать состояние ненасыщенной пары можно используя законы идеального газа, а состояние насыщенного пара - по уравнению Клапейрона-Менделеева при низких температурах и малых концентраций:
рН = ρн ∙ RT / μ
По мере увеличения температуры жидкости интенсивность испарения увеличивается. Испарение происходит при любой температуре. Особым видом испарения является процесс кипения.