อะไรคือสาเหตุของการระเหยและการควบแน่น?

แอ่งน้ำจากฝนโปรยปรายตอนเช้าหายไปตอนเที่ยง หยดน้ำก่อตัวที่ด้านนอกของแก้วชาเย็นในวันที่อากาศอบอุ่น เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเหล่านี้เป็นผลมาจากการระเหยและการควบแน่น ซึ่งเป็นองค์ประกอบศูนย์กลางของวัฏจักรของน้ำ แม้ว่าการระเหยและการควบแน่นเป็นกระบวนการที่ตรงกันข้าม ทั้งสองเกิดจากโมเลกุลของน้ำที่ทำปฏิกิริยากับอากาศอุ่นหรือเย็นรอบตัว

การระเหยเกิดขึ้นเมื่อน้ำของเหลวกลายเป็นไอน้ำ โดยประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ของน้ำจะผ่านการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวซึ่งเกิดจากแม่น้ำ ทะเลสาบ และมหาสมุทร ง่ายที่สุดที่จะเข้าใจสาเหตุของการระเหยโดยพิจารณาจากหม้อต้มน้ำ เมื่อน้ำในหม้อถึงจุดเดือด 100 องศาเซลเซียส (212 องศาฟาเรนไฮต์) จะเห็นไอน้ำในรูปของไอน้ำลอยขึ้นมาจากหม้อ ความร้อนเป็นสาเหตุของการระเหย และจำเป็นต้องแยกโมเลกุลของน้ำออกจากกัน แม้ว่ากระบวนการมักจะไม่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วหรือเป็นธรรมชาติเหมือนที่ทำกับหม้อเดือด แต่ความร้อนก็ยังทำงานอยู่ ที่ใดก็ตามที่มีแหล่งน้ำ แยกโมเลกุลของน้ำเพื่อให้สามารถลำเลียงขึ้นด้านบน เปลี่ยนน้ำจากของเหลวเป็น แก๊ส.

ความเร็วลม อุณหภูมิ และความชื้นล้วนเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อการระเหยในธรรมชาติ แม้ว่าจะไม่ใช่สาเหตุที่แท้จริงของการระเหย ทั้งลมและอุณหภูมิที่สูงขึ้นอาจทำให้น้ำของเหลวระเหยเร็วขึ้น ลมจะเพิ่มปริมาตรของอากาศโดยรวมเมื่อสัมผัสกับพื้นผิว ทำให้สามารถกักเก็บความชื้นได้มากขึ้น อุณหภูมิที่สูงขึ้นยังเพิ่มปริมาณความชื้นที่สามารถระเหยไปในอากาศได้อีกด้วย ความชื้นสูงมีผลย้อนกลับต่อการระเหย เนื่องจากอากาศมีปริมาณน้ำค่อนข้างมากอยู่แล้ว จึงจำกัดปริมาณความชื้นเพิ่มเติมที่อากาศจะระเหยออกไปได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระดับความชื้นที่สูงขึ้นจะทำให้อัตราการเปลี่ยนของเหลวเป็นก๊าซช้าลง

การระเหยไม่ใช่วิธีเดียวที่น้ำจะเปลี่ยนเป็นไอ การคายน้ำเป็นกระบวนการที่คล้ายคลึงกันโดยที่พืชปล่อยน้ำ "หายใจ" ขึ้นมาจากรากเป็นไอน้ำ น้ำแช่แข็งก็สามารถระเหยได้เช่นกัน แม้ว่ากระบวนการนี้จะเรียกว่าการระเหิด อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วอาจทำให้หิมะกลายเป็นไอทันทีแทนที่จะละลาย ซึ่งเป็นกระบวนการที่แสดงให้เห็นบทบาทสำคัญที่ความร้อนมีส่วนสำคัญในการระเหย

เช่นเดียวกับการระเหย การควบแน่นเกิดขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรของน้ำ โมเลกุลของน้ำที่เดินทางขึ้นไปผ่านการระเหยจะพบกับอากาศเย็นที่ชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้น ไอน้ำในอากาศอุ่นและชื้นจะควบแน่น ก่อตัวเป็นหยดน้ำขนาดใหญ่ขึ้นจนมองเห็นเป็นเมฆในที่สุด สาเหตุคือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ อากาศที่เย็นกว่าไม่สามารถแยกโมเลกุลของน้ำออกจากกันได้ จึงรวมตัวกันอีกครั้งเพื่อก่อตัวเป็นหยด การควบแน่นเกิดขึ้นแม้ว่าจะมองไม่เห็นเมฆก็ตาม เมื่อไอน้ำควบแน่นมากขึ้น เมฆมักจะเริ่มก่อตัว ปริมาณน้ำฝนตามมาและวัฏจักรของน้ำเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง