증발

요약 액체의 표면에서 일어나는 기화현상.

액체 표면의 분자 중에서 분자 간의 인력을 극복할 수 있을만큼 에너지가 높은 입자들이 분자간의 인력을 끊고 기체상으로 튀어나와 기화되는 것을 증발이라고 한다. 또한, 액체 내부로 부터 기포가 발생하면서 생기는 기화 현상인 '끓음'은 끓는점에서 일어나기 시작하지만 증발은 끓는점보다 낮은 온도에서도 일어난다. 이 때 증발되고 남은 액체는 증발열의 방출로 열을 빼앗겨 평균 운동 에너지가 낮아져 온도가 내려간다. 따라서 외부에서 증발 과정에서 잃어버린 만큼의 열량이 보충되어야만 증발이 계속 일어날 수 있다. 증발이 일어날 때 주변이 시원해지는 것은 증발 과정에서 열의 흡수가 일어나기 때문이며 이 때 숨은열을 증발열이라 한다. 그리고, 고체가 기체로 변화하는 상태 변화를 기화의 한 형태인 증발로 보기도 하지만 정확히는 승화라고 한다.

포화증기압

액체가 담긴 용기가 폐쇄공간에 있을 때는 갇힌 기체 분자수가 늘어날수록 액체 표면과 충돌해서 액체 상태로 되돌아가는 확률이 점점 높아지고 따라서 증발과 액화가 같은 속도로 일어나는 일정한 평형상태에 도달하게 된다. 이 평형 상태에서의 증기 압력을 포화증기압 또는 증기압(vapor pressure)이라 하며 이것은 액체가 증발되는 정도를 나타낸다. 증기압이 큰 물질은 잘 증발되며 증기압이 큰 물질을 일반적으로 휘발성 물질이라 한다. 20℃에서 휘발성이 약한 물의 포화증기압은 18mmHg이지만 휘발성이 큰 다이에틸 에테르와 같은 물질은 442mmHg의 증기압을 나타내 큰 차이를 보인다.

또한 증기압은 온도에 따라 달라진다. 온도가 증가할수록 증기압도 증가한다. 더운 날 물이 더 빨리 증발하는 이유가 바로 높아진 온도로 인해 물의 증기압이 높아졌기 때문이다.

증발량

증발량은 강이나 바다의 존재 여부, 에너지(주로 태양복사)의 크기, 대기가 수분을 수용하는 능력(주로 풍속에 관계된다) 등에 의해 달라진다. 토양·수면·설면(雪面) 등 지표에서 증발이 이루어지려면 많은 양의 에너지가 필요하므로 증발이 지구대기 에너지 순환에 미치는 역할은 매우 크다.

또 물 지표 부근의 순환과정에서도 증발은 중요하다. 자연상태의 증발량을 직접적으로 측정하는 일은 어렵다. 간접적으로 측정하는 경우는 그 장소에서 유출하는 유량(流量)을 우량(雨量)에서 빼면 구할 수 있다. 그러나 이 경우, 장기간에 걸쳐 토양의 보수능력(保水能力)의 평균값을 정하여 그 능력이 일정하다고 가정하는 것이므로 반드시 정확한 것은 아니다. 간접측정을 위하여 여러 실험식을 사용하는데, 비교적 많이 사용하는 것은 손스웨이트-홀츠만의 공식이다.

밀폐된 용기에 물을 담아 놓으면 초기에는 물의 양이 줄어들지만 시간이 지난 후에는 물의 양이 일정하게 유지된다. 이는 밀폐된 용기 안에서 증발량과 응축량이 같아져 동적 평형 상태를 이루기 때문이다.