なぜ１００度になっていない水も蒸発するのでしょうか？

Question

中一の子供に
「水は１００度で蒸発するって習ったけど、部屋や外に置いてある水が、沸騰してないのに、ちょっとずつ蒸発してるのはなんで？」
と聞かれました。
どなたか中学生にもわかるように、説明していただけるかたいらっしゃいませんでしょうか！（自分もそういわれると、気になってしょうがなくなりました・・笑）

g-space · Accepted Answer

「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか？　どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。もっと直接的には「今日の○○時の湿度は△△％程度です」などという表現をすることもあります。

　この湿度というのは何を基準にしているかというと、その時の温度で、空気中に存在することが可能な水蒸気量です。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるというわけです。

　さて、液体の水は、互いに結びついて完全に固くはならない（氷にはならない）けれど、完全に切り離されてばらばらにもならない（水蒸気にならない）状態にある水の「分子」の集まりです。この集まりの中には、ちょっと"元気な"分子もいて、中には空気中に飛び出してしまうものがあります。一方、空気中の水蒸気の中にはちょいと"元気"がなくなって、"おとなしくしている水"の仲間に加わるものもあります。

　このような性質を持つ水を、空気といっしょに密閉容器に半分くらい入れて温度が一定の状態に保ってみましょう。最初は水蒸気がなかった、つまり完全に乾燥した空気があるとします。初めのうちは、水の中の"元気者"がどんどん出て行って空気中に広がり、湿度が上がっていきます。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるので、そのうち容器の中の空気は水蒸気でいっぱいになってしまいます。湿度100％です。こうなってしまうと、後は、ちょいと"元気がなくなって"水に戻る分子と"元気よく"水から飛び出す分子の割合が等しくなって、見かけ上何も変化が起こらなくなります。

　密閉容器の場合は、上記のようになりますが、水が部屋や外にある場合は、空気は大量にありますしどんどん入れ替わりますから、周囲の空気の湿度が何かの理由で100％にならない限り、水からは分子が逃げ出す一方になります。そのために、からっとした季節には、雨上がりにあった水たまりがいつの間にか蒸発してなくなったり、洗濯物がよく乾いたりするわけですね。逆にじめじめした季節には乾きが悪くなります。

　ちなみに、水は１気圧のもとで100℃で沸騰します。このときも蒸発は起こっていますが、水の表面ではなくて内部でいきなり気体になる（この現象を「沸騰」と呼んでいます）分子の方が圧倒的に多くなるので、目立たなくなります。

（"元気"のような擬人的な表現を使いましたが、本来は"運動エネルギー"のような物理用語を使わなければいけません。中学生にもわかるように、ということですので、敢えて"禁断の"表現法を使いました。）

drmuraberg · Answer

水の温度は水分子の運動の速さで決まります。温度が高い水の中で分子は速く動き、
温度が低い水の中では分子はゆっくり動いています。
ある温度で、分子には速く動いているものもあれば遅く動いているものも有ります。
それぞれがビリヤードの玉の様に衝突してはエネルギーを交換しています。
温度計で観察される温度はそのような分子の運動エネルギーの平均値です。
水の温度が２０℃でも、分子の中には100℃の温度以上に相当するスピードを持っている分子もあるのです。
水が蒸発するのは、１００℃に相当するエネルギーをゲットした水分子が水の表面から飛び出すことです。
２０℃でもこういう水分子は存在するわけです。
したがって、＜部屋や外に置いてある水が、沸騰してないのに、ちょっとずつ蒸発する＞のです。

水には表面張力があります。これは水の分子同士に働く引力で、水と空気の界面での
エネルギーが最小になるように作用します。水が蒸発するのは水分子が、この表面張力に
打ち勝つだけの速さ（１気圧の下で１００℃の温度）を得たときです。
押付ける大気圧に打ち勝って水分子が表面から飛び出し蒸発します。

回りの気圧が高いところでは押付ける力が大きくなり、水は蒸発しにくくなり、低いところでは
逆に蒸発しやすくなります。高い山で水が沸騰する温度が１００℃より下がるのはこのためです。

沸騰は、水の温度が１００℃になると大部分の水分子の速度が蒸発するのに十分なくらい大きく
エネルギーも高くなることです。表面だけでなく水の中で気化し水蒸気の泡になり
激しい勢いで水面に浮かび上がりみずはごぼごぼと泡立ちます。

空気中の湿気（水分子も）運動をしていて水の中に入ろう（溶け込もう）とします。
蒸発しようとする分子と溶け込もうとする分子の割合で蒸発しやすさが決まります。
湿度が高いと溶け込もうとする水分子の数も多くなるわけで、
見かけ上蒸発が抑えられます。

DIooggooID · Answer

すこーし、勘違いされているようです。

水が１００度になった時になる状態は、"沸騰" です。

この沸騰した状態と、蒸発を混同していると思います。

こちらをご覧ください。

http://www.tensaiji.net/answer72.htm

goold-man · Answer

「気圧と沸騰」をご覧下さい。

参考URL：http://www.jaea.go.jp/09/wakuwaku/colum/3series/colum.16_12.html

なぜ１００度になっていない水も蒸発するのでしょうか？

水の温度は水分子の運動の速さで決まります。

「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか？ どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。

すこーし、勘違いされているようです。

「気圧と沸騰」をご覧下さい。

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