水の蒸発

質問

はじめまして。私は気象関係の人間でもなく化学に関する人間でもなくただの一般市民です。ｍ（＿＿）ｍ
素朴な疑問なんですが。。たとえば雨に濡れた地面が昼ごろには乾いているのと、水を沸騰させたときに蒸発するのとは、液体が気化するという過程でどういう違いがあるのでしょうか？
素人ですのでわかりやすいお答えをお願い致します。

回答No.1

sanori · ベストアンサー

こんばんは。

基本的には、全く同じです。

まず、湿度というものの説明をしましょうか。
湿度というのは、空気中にある水蒸気の量を飽和水蒸気量（圧）で割ったものです。
飽和水蒸気量（圧）は、温度が高くなる毎に大きくなります。
気温が高いほど物が乾きやすいのは、そのためです。
同じ水蒸気量であれば、温度が高いほど湿度の分母が大きくなりますから、湿度が低くなります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A3%BD%E5%92%8C%E6%B0%B4%E8%92%B8%E6%B0%97%E9%87%8F

そして、飽和水蒸気量がついに大気の圧力を超える境目が沸点です。
つまり、沸点に達すると、いわば、大気の圧力を押しのけて水がどんどん蒸発していきます。

地面が乾くのと沸騰することとの違いは、水蒸気圧と大気圧との力関係です。
沸騰すると「無限に乾ける」ということです。

お礼

早々のお答えありがとうございます。温度が高ければ高いほど水蒸気を多く取り込めるということですね。気圧が低いと蒸発しにくいということでしょうか？

回答No.8

htms42

＃１
＞沸騰すると「無限に乾ける」ということです。
＃２
＞１００℃以上では水は閉じ込められない限り、際限なく蒸発(気化)していきます。

これは「？」の付く文章です。
どれくらいの量の蒸発が可能かというのと温度とは無関係です。蒸発量は空間の広さに関係します。沸騰では無限に気化することが可能であるというのであれば蒸発でも無限に可能です。「閉じ込められていない限り」という条件は１００℃以上に付くのではありません。普通の蒸発でも「閉じ込められていなければ（＝蒸気の入っていく空間が無限に広ければ）」際限なく蒸発が続きます。いつまでたっても飽和にならないからです。
沸騰も蒸発も水面に接している水蒸気圧が飽和の水蒸気圧に達していない時の起こるものです。蒸発に関しての平衡が成り立っていないのです。平衡を実現するために蒸気が供給されます。空間の広さが限られていれば蒸気が溜まりますからどこかでつりあいます。沸騰という現象が起こるかどうかとどれくらいの量の蒸気が生じるかとは無関係です。

沸騰は内部からも気化が起こる現象です。これは液面にかかっている圧力が飽和蒸気圧よりも小さくなれば起こります。泡の中の蒸気の圧力はその温度の飽和蒸気圧のはすです。周りの水を押しのけて泡の空間を作るのですから周りからの圧力よりも高くなければいけません。この周りの圧力は深さに関係した水圧と水面にかかっている気体の圧力です。
水の飽和蒸気圧が１気圧になる温度が１００℃ですので液面にかかる気体の圧力を１気圧として水圧の影響がないとすると水は１００℃で沸騰する事になります。液面にかかる圧力が１気圧以上であれば１００℃以上でなければ沸騰しません。水面に接する空間が狭くて生じた蒸気がすぐに溜まってしまう場合は１００℃以上に加熱しても沸騰は起こりません。空間の中の水蒸気は飽和に近い状態になっています。
液面にかかる気体の圧力＝空気圧＋水蒸気圧（≒飽和水上気圧）＞飽和水蒸気圧
ですからいつまでたっても泡のできる条件が実現できないのです。
やかんでお湯を沸かすとき、フタがあるかないかで沸点は異なります。
フタがあれば内部の圧力が高くなりますから沸点は１００℃以上になります。圧力釜は蒸気が逃げにくくしてあります。沸点が高くなって高温での調理が可能になります。でもあまり圧力が高くなると危険ですから蒸気の逃がし弁がついています。

普通の容器で加熱をする場合の深さは１０ｃｍ程度です。１気圧は１０ｍの水の水圧と同じですからこの程度の深さであまり影響がないとしていいでしょう。でも深海底での熱水噴出孔では２００～３００℃という水が観測されています

お礼

難しいですね。。キャビテーションみたいなもんでしょうか！？
やかんのお話が一番わかりやすいかも！
色々なご説明勉強になります。

回答No.7

noname#160321

＃２です、ご返答有難うございます。
>１気圧で１００℃のときが水の飽和水蒸気圧でよろしいのでしょうか？
済みません、違います。
１気圧で１００℃が水の沸点で、
１００℃の時の飽和蒸気圧が１気圧です。
温度が上がれば飽和水蒸気圧も上がり、それと大気圧とが等しくなると「沸騰」します。
おっしゃった事との違いがお分かりでしょうか？
大気圧が低いともっと低い温度で大気圧と飽和水蒸気圧が低くなるため＃４のように高い山の上では低い温度で沸騰できます。

お礼

ややこしいけど何となくわかります！

回答No.6

chem_navi

こんにちは．すでに名解説が多数なされておりますので，少し観点を変えてお話してみようかと思います．

水が蒸発すると，物質と熱が同時に移動します．
つまり，水の分子が空気中へ拡散していくことに加え，熱も同時に奪うのです．後者は，お風呂からあがると体がスースーすることを考えてみれば，想像できると思います．

では，どのくらい時間がたてば，「乾く」のでしょうか．
すでにご解説いただきましたように，外気との湿度差を利用して蒸発が起こりますが，この湿度差こそ，水が蒸発する駆動力そのものにあたります．

水が蒸発する速度は，湿度の差に比例します．式で表してみますと，
（蒸発速度）＝（比例定数）×（湿度の差）

蒸発速度が分かれば，たとえば，あと何時間で「乾く」か，といったことが大まかに計算できるようになります．
このことは，知的好奇心にとどまらず，実際の乾燥機の設計において役立っています．

蒸発速度を大きくするには，乾いた空気を作り，湿度の差を大きくすることがまず第一に考えられますが，その他，「比例定数」を大きくすることも考えられます．

比例定数は，液や液が付着する材質の種類によっても変わりますが，乾かせたい材質のまわりに風の流れを作ってやると，比例定数が大きくとれます．
当然の感覚だと思いますが，風の強い日は，ぬれた地面が早く乾くでしょう．
これは，地面の付近で乱れた風の流れが常に発達しているため，水分の蒸発速度（＋熱を奪う速度）が大きくなるからです．

もう少し深く考えてみますと，アスファルトの奥深くまでしみ込んだ水分は，地面の表面になかなか出てこれませんので，実は乾くのにある限界が存在します．
乾く方向には向かうのですが，あまりにも乾く速度が遅いので，あたかも乾き終わったかのように見えるのです．

お話が難しかったならば，お許し下さい．「蒸発」の理解を深める一助になれば幸いです．

ありがとうございました．

湿度

お礼

お返事遅くなってすみません。気化熱を奪うということですよね。
あとは難しくて。。。しかしアスファルトは水がしみこむのですか！？
色々と勉強になります。

回答No.5

sanori

再び登場。

＞＞＞気圧が低いと蒸発しにくいということでしょうか？

逆です。
気圧が低いということは、大気圧が水蒸気圧に「負けやすい」ということなので、沸点が下がり、蒸発も起きやすくなります。

富士山の山頂でやかんでお湯を沸かしても、１００℃より低い温度にしかならないので・・・っていう話を聞いたことないですか？

山頂では、チキンラーメンは３分では、まだ硬くてダメですね。　＾＾

お礼

そっか！富士山の頂上では９０℃くらいで沸騰するっていいますもんね。危うく勘違いするとこでした。

回答No.4

keita888

蒸発と沸騰の違いってわかりますか？
水は何℃であっても蒸発しています。例えば２℃とか２８℃とか。それゆえ水が蒸発するのは沸騰させているときだけ、という考えは誤りです。例えば天気が良い日に洗濯物を干すとよく乾きますよね？それは服に含まれている水分が蒸発することによって空気中に出ていくからです。ちなみに温度が高いほど、たくさん蒸発します。
沸騰は特定の温度、水なら地上付近の気圧では１００℃でのみ沸騰します。この時、水はボコボコと煮立っていますが、これは水の内部から煮立っているのです。
つまり、蒸発は水の表面から気化し、沸騰は水の内部から気化しているのです。ここで、気化とは液体が気体になることです。

お礼

わかりやすい説明ありがとうございます。

回答No.3

acethyl

気温が低い場合はもちろん、水分が出て行けなくなるから乾きにくくなります。
冬場に、よく（？）窓際に水滴がつくことがありますよね（曇るとか）、あれも水蒸気圧が関係していて、もともとあった空気中の水分が、温度が下がることにより、水分は空気中で存在できなくなって、水滴となってでてきます。
ついでですが、床とかではなく窓なのは、外気温（低気温）と接しているからだと思います。

お礼

簡潔なご説明ありがとうございます。

回答No.2

noname#160321

道が乾くのも沸騰が起きるのも水が水蒸気に変わるという現象です。
液体(この場合水)が気体(この場合水蒸気)になること、またその逆を「相変化」と呼びます。水が凍って氷になるのも溶けて水に戻るのも「相変化」です。
物質は熱で分解しない限り固体は熱すれば液体になりさらに熱すれば気体になります。また冷やせば気体から液体、液体から固体になります。
さて＃1のお答えにある様に液体が気体になる時、その液体と平衡にある気体の量を飽和蒸気量と呼びます。平衡とは充分長い(ほとんど果てしない)時間をおけば成り立つ関係です。科学では良く出て来ます。
この飽和蒸気の量は圧力で表した方が分かり易いのでここからは空気中にある水蒸気の圧力で表します。ある特定の温度での飽和蒸気圧はその温度だけで決まる量で、気圧などによって変わることはありません。
まず、道や洗濯物の乾きやすさと飽和水蒸気圧の関係を説明します。
「湿度」という言葉をご存知でしょう。湿度には絶対湿度と相対湿度の二つがあります。
絶対湿度は飽和水蒸気量(圧)のことを云います。天気予報で通常使われる湿度は相対湿度の方です。相対湿度＝空気中の水蒸気量(圧)÷飽和水蒸気量(圧)×１００、のパーセントで表されます。
つまり飽和水蒸気量があると言うことは湿度１００％だということになります。
＃1のお答えにある様に、飽和水蒸気量(圧)は温度が上がる程大きくなります。ですから、洗濯物の乾燥機は熱風を当てて温度を上げてやることにより飽和蒸気圧を上げ、相対湿度の低い空気を作り出しその中へ水を蒸発させてやります。
冬場、日本海側に雪を降らせた北風は空っ風になり太平洋側は晴れて乾燥します。これも温度は低くても山を越えて水分を雪の形で抜かれたため、相対湿度が下がったのです。ですから太平洋側は洗濯に良い日和になります。
道が乾くのも、雨が上がってほとんど１００％だった地面付近の相対湿度も天気の回復で地面の温度が上がるため飽和蒸気量(圧)が上がるため相対湿度が下がることになり地面から水分が蒸発できる様になり乾きます。
さて、飽和水蒸気量(圧)は温度だけに関係しますから、もし１００℃になるとどうなるでしょうか、１００℃で水の飽和水蒸気「圧」(この場合は量ではない）が「大気圧」と等しくなります。そしてこの温度になると「液体の内部から気化(蒸発)が起きる」状態になります。科学ではこの現象を「沸騰」と「定義」します。１００℃以上では水は閉じ込められない限り、際限なく蒸発(気化)していきます。
m(_ _)m

お礼

丁寧なご説明ありがとうございます。まだ完全ではないですけど、だいぶと理解できました。温度により飽和水蒸気量が変わる、それにより蒸発のしやすさが変わる、ということですね！
１気圧で１００℃のときが水の飽和水蒸気圧でよろしいのでしょうか？