Являясь противоположными по характеру протекания, конденсация и испарение имеют единую физическую природу. Для начала дадим формальные определения данным процессам:
Испарением называется процесс парообразования, который может происходить как с поверхности жидкости, так и с твердой поверхности.
Конденсацией называется процесс обратный испарению, при котором пар превращается в жидкость.
Нужно заметить, что слово парообразование редко употребляется в смысле перехода молекул с поверхности твердого тела непосредственно в пар, обычно речь идет о превращении в пар жидкости. Испарение с поверхности твердого тела обычно называют сублимацией. Следовательно, под испарением можно понимать два различных процесса: парообразование и сублимацию. Переход пара в твердое состояние принято называть десублимацией.
Оба процесса относятся к так называемым фазовым переходам первого рода с одновременной сменой агрегатных состояний. То есть к фазовым переходам с наиболее ярко выраженной динамикой. Физически все данные явления сводятся к отделению с поверхности жидкости или твердого тела наиболее «быстрых» молекул (с кинетической энергией, большей потенциальной энергии молекулярных связей на поверхности). Или, наоборот, к захвату поверхностью «медленных» молекул с кинетической энергией недостаточной для того, чтобы разорвать связь с поверхностью.
Интенсивность данных процессов зависит от структуры вещества, температуры тела, площади поверхности, состояния среды над поверхностью. Последний пункт имеет прямое отношение к такому понятию, как насыщенность пара над поверхностью. Если давление над нею пара превосходит некое критическое значение – давление насыщенного пара – то процесс парообразования переходит в равновесную фазу: сколько молекул уходит с поверхности, столько же туда и возвращается. Для внешнего макроскопического наблюдателя такой процесс практически не заметен.
Кипение жидкости
Кипение отличается от простого парообразования тем, что процесс перехода жидкости в пар происходит не только на поверхности жидкости, но и по всему ее объему. При этом внутри жидкости образуются особые точки парообразования, вокруг которых возникают пузырьки пара. Кипение – активный процесс, для зарождения которого необходимы определенные внешние условия. Дело в том, что жидкость закипает только по достижении ею определенной температуры – точки кипения, а для этого необходим постоянный приток энергии извне, величина которого в свою очередь зависит от внешних факторов, например от давления окружающего воздуха.
Хорошо известно, что при понижении давления окружающего воздуха температура кипения жидкостей имеет явную тенденцию к понижению. Кипение достаточно сложный процесс, в котором задействовано множество факторов. Объем пузырьков, например, должен быть таким, чтобы архимедова сила могла вытолкнуть их на поверхность.