水の気化について

質問

気温・気圧は同一条件として、ペットボトルの水１Lと１m2に散布された水１Lでは、蒸発（気化）する速度が違います。どのようにしてこの違いが起きるのか判り易く説明してください。

回答No.4

noname#67881 · ベストアンサー

「１ｍ２に散布された水」というの「散布」というのがどういう状態なのか、よく分からないので、ここでは「１ｍ２の平らな容器に一面に水を入れた」ということにして、できるだけ分かりやすく説明してみます。
細かく言うと以下の説明以外にも、気化熱の影響とか、蒸発の速度に影響を与えるいくつかの要因がありますが、主要な要因だけに限って説明します。

水の蒸発の速度を決める現象が違ってきます。

まず、「１ｍ２の平らな容器に一面に水を入れた」場合：
この場合水は、そのまま蒸発（気化）します。よって、水の蒸発の速度を決めるのは蒸発現象そのものです。
詳しく言うと、蒸発の速度を決めるのは水の表面積、温度、そのときの空気の水の分圧です。（分圧というのが良く分からなかったら、読み飛ばしても構いません）

次に、ペットボトルの場合：
水１Ｌというのだから、多分、ペットボトルの上の方には空気が残っているのでしょう。
この場合、ペットボトルの中に残っている空気は、もう水が十分蒸発してしまって、ほとんど飽和状態になっています。なので、蒸発はほとんど起こりません。それでも、少しずつ蒸発していきます。
ではなぜ、少しずつでも蒸発していくのかというと、ペットボトルの口から外へ水分子が逃げていくからです。これを拡散といいます。
言い方を換えると、「ペットボトルの中に残っている空気の中の水分子は、ペットボトルの口から外の空気の方へ少しずつ拡散する」となります。ペットボトルの中の空気と外の空気とが、少しずつ入れ替わると理解しても構いません。
そうすると、拡散して少なくなった水分子の分だけ、ペットボトルの中の水が蒸発します。
つまり、ペットボトルの中の蒸発の速度を決めているのは、拡散現象なのです。

なお、水がペットボトルの口までいっぱいに満たされていたとしたら、蒸発の速度を決めるのは、拡散現象ではなく、蒸発現象になります。この場合、ペットボトルの口の面積は小さいですから、その面積に応じて「１ｍ２」のときよりも小さな蒸発の速度となります。

お礼

具体的な表現で参考になりました。有難う御座います。

回答No.3

rimurokku

水は、沸騰する以外は水の表面からしか蒸発しません。
また、蒸発した水蒸気が水面にとどまればその水表面は湿度が100％になり次の蒸発が押さえられます。
さらに蒸発するための水の温度変化も、水に触れる面積が大きければ蒸発のための温度吸収が大きくなり、触れている素材の熱伝導率によっても大きな影響があります。

以上をふまえて、ペットボトルに入った水の空気に触れる面積と、１m2に散布された水表面はどちらが大きいかははっきりしています。
さらに、蒸発後の水蒸気移動は、ペットボトルではほとんど移動できず、１m2に散布された水表面は僅かな空気の移動もすぐに影響を受けます。

温度変化に置いてはペットボトル回りが空気で有れば、空気は大変熱伝導率が悪く気温の変化に影響を受けるに時間を要します。
一方、１m2に散布された水の場所が大きな影響を与えます。
少なくとも空気より熱伝導率が良いと思われ、その場所が水より温度が高ければいっそう蒸発を容易にすることになります。
逆に相当低く凍り付くようであっても、それに触れる表面の空気が乾燥して居れば昇華現象によって蒸発が止まることはありません。
当然ペットボトルの場合は、その影響を受ける表面積が小さいのでほとんど昇華による蒸発は望めません。

お礼

有難う御座います。
説明するのに大変参考になりました。

回答No.2

noname#160321

単純化すると下記の二点です。
１.水の表面から水分子の拡散する速度。
２.水の加熱速度。(外部から水に与えられる熱の伝達速度)

お礼

有難う御座います。

回答No.1

mojitto

表面積の違い

ペンキだって缶に入れたままより、塗って広げたほうが早く乾きますよね？

お礼

有難う御座います。