蒸発と大気との接触面積，表面張力の関係

質問

こんばんは。以下の２点の詳細を知りたいです。
(1)液滴表面と大気との接触面積が大きくなると、なぜ蒸発しやすくなるのか。
接触面積が大きければ、大気中への水分子の拡散が起こりやすくなるのかなと考えています。

(2)毛管水の表面張力が高いと、なぜ蒸発しにくいのか。
水内部の分子の集まろうとする力が強いため、水分子を大気へ出るのを
防いでいるのかなと考えています。

よろしくお願いします。

回答No.2

jamf0421

これは張力のある曲面の界面の両側で圧が違う（違わないと力学的釣合いがとれない）ということに関わる話だとおもいます。
曲面（簡単に球面としますと）の外側の圧をP’内側をP"としますと、
P"-P'=2σ/r...(1)
となります。たとえば外側が大気ならP'は大気圧（酸素、窒素、水蒸気）、内側は空気が溶けた水の圧になります。rは界面の曲率半径、σは界面張力です。もし液滴が小さいと単位重量あたりの表面積が大きくなりますが、当然曲率半径が小さくなります。この時液側の圧力が上がっていなければなりません。水について言えば飽和蒸気圧より高い圧力と平衡です。（水について示す計算は多少長くなりますが）よって蒸発しやすくなります。逆に毛細管の界面の両側では大気圧側が高圧になり、液側が低圧にならないと力学的釣り合いが取れません。液（水）は飽和蒸気圧よりも低い圧と平衡になりますので蒸発しにくいことになります。

回答No.1

htms42

（１）状況がよく分かりません。
＞液滴表面と大気との接触面積が大きくなる

というのはどういうことですか。
液滴の半径が大きくなれば表面積が大きくなります。
蒸発量は面積が大きくなれば大きくなるでしょう。
「蒸発しやすくなる」を蒸発量で考えているのであれば当然です。
「蒸発しやすくなる」を液面に接している空間の飽和蒸気圧で考えるのであれば逆になります。

（２）
＞毛管水の表面張力が高くなれば・・・
とはどういうことでしょうか。
毛細管の中での水面は凹面になっています。
でもこの状態を「表面張力が高くなれば」とは表現しないと思います。

推測ですが
水面が平面状、凸面状、凹面状で飽和蒸気圧が異なる、
凸面状の場合＞平面状の場合＞凹面上の場合
という順になっているということを問題にしているのではないのでしょうか。
そうであれば表現が適切でないように感じます。
表面にある水の分子が周囲にある水の分子からの引力を断ち切って飛び出していくのが蒸発です。
周囲の分子の配置が平面、凸面、凹面でどのように異なるのかを考えて見てください。
でもこの状態物質を水と決めてしまえば表面張力