Парообразование, которое происходит только со свободной поверхности жидкости, граничащей о газообразной средой или с вакуумом, называется испарением.

Рассмотрим процесс испарения с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Как известно, потенциальная энергия молекул жидкости при увеличении расстояния между ними должна возрастать. Следовательно, чтобы покинуть жидкость, молекула должна выполнить работу за счет уменьшения своей кинетической энергии. Среди хаотически движущихся молекул жидкости в ее поверхностном слое всегда найдутся такие молекулы, которые стремятся вылететь из жидкости. Когда такая молекула выходит за поверхностный слой, то возникает сила, втягивающая молекулу обратно в жидкость (рис. 7.1). Поэтому вылетают из жидкости только те молекулы, у которых кинетическая энергия больше работы, необходимой для преодоления противодействия молекулярных сил в слое толщиной r_m, где r_m — радиус молекулярного действия.

 Покинувшие жидкость молекулы совместно составляют пар над ее поверхностью. Так как из жидкости вылетают молекулы с достаточно большой кинетической энергией, а остаются в ней молекулы с меньшей кинетической энергией, то среднее значение энергии Е_пост Для молекул, остающихся в жидкости, в процессе испарения уменьшается, т. е. жидкость при испарении охлаждается. Этим объясняется ощущение холода при выходе из воды после купанья, охлаждение руки, смоченной эфиром, и т. п.

Некоторые молекулы пара при хаотическом движении над поверхностью жидкости залетают обратно в жидкость. Это означает, что наряду с испарением жидкости всегда происходит и конденсация ее паров. Так как молекулы пара, залетающие в жидкость, частично передают свою кинетическую энергию молекулам жидкости, то при этом происходит возрастание E_пост У молекул жидкости, т. е. увеличение внутренней энергии жидкости (нагревание жидкости).

Итак, на поверхности жидкости одновременно происходит испарение и конденсация. Когда преобладает процесс испарения, жидкость охлаждается, а когда преобладает конденсация, жидкость нагревается.

Поскольку силы молекулярного взаимодействия зависят от природы молекул, скорость испарения зависит от рода жидкости. Эту зависимость легко обнаружить на опыте. Если в одинаковые открытые сосуды налить равные объемы разных жидкостей, то через некоторое время будет видно, что быстрота испарения этих жидкостей разная. Оказывается, что эфир испаряется быстрее спирта, а спирт — быстрее воды.

Опыт показывает, что скорость испарения жидкости зависит от площади ее свободной поверхности. Чем больше эта площадь, тем быстрее испаряется жидкость. (Приведите примеры, подтверждающие эту зависимость, и объясните ее.)

Испарение происходит при любой температуре. Поэтому над свободной поверхностью жидкости всегда находится пар этой жидкости.

Легко заметить, что с повышением температуры скорость испарения жидкости возрастает. Например, горячая вода испаряется быстрее холодной. Объясняется это тем, что при повышении температуры увеличивается средняя кинетическая энергия молекул жидкости и становится больше таких молекул, которые могут преодолеть противодействие поверхностного слоя жидкости и вылететь за его пределы.

Как было отмечено выше, наряду с испарением жидкости всегда происходит и конденсация ее паров, которая уменьшает скорость испарения. При увеличении плотности молекул пара над поверхностью жидкости конденсация пара возрастает и испарение замедляется. Следовательно, чем меньше плотность пара жидкости над ее поверхностью, тем больше скорость испарения. Поэтому откачка паров с поверхности ускоряет ее испарение.

Отметим еще, что охлаждение жидкости в процессе ее испарения не всегда заметно. Объясняется это тем, что между жидкостью и окружающими телами существует теплообмен, который компенсирует потери ее энергии, уменьшая охлаждение жидкости. Однако при большой скорости испарения температура жидкости может заметно понизиться.