蒸発のしやすさ

質問

水の蒸気熱は温度に対して線形です。
つまり、温度が上がるにつれて一律に蒸気熱が下がり、乾燥しやすくなります。
これは、沸点を挟んでも同じことが言えるのでしょうか？
（70℃→90℃→110℃と水温を上げたときの乾燥速度は、温度勾配に比例するのでしょうか？）

回答No.5

ctrpiv · ベストアンサー

＃３です。

まず蒸発潜熱について。100℃以上でも線形としてあらわされるということなので、多分＃４さんが正しいと思います。蒸発面での温度を考えないといけないので、例の場合、普通の大気圧下なので水面温度が100℃でストップすると思います。

なお、コップの水が最初15℃として、70℃と90℃と110℃の乾燥機の中にコップを入れると、水は15℃の時点で蒸発を始めます。だから最初は3つの乾燥機で蒸発潜熱は変わりません。３つの乾燥機で水温の上がり具合が変わるので、蒸発潜熱の値も時間と共に変わってきます。だから、いくら蒸発潜熱自体が温度に対して線形でも、3つの乾燥機の中で蒸発するまでに使われた蒸発潜熱の平均は非線形になります。

コップの中の水は、100℃に達するまでは水面からしか蒸発しません。もし110℃の乾燥機の中の水が蒸発し終わるまでに100℃を超えると、沸騰して水の液体内部からも蒸発が起こります。これは急激に蒸発速度を加速します。乾燥機の温度と蒸発速度が非線形になる大きな要素になります。

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自分は常温下での地表面蒸発を専門にしているので、こういう特殊な環境はよく知りませんが、基本的には下にも書いたとおり、蒸発速度はいろんなものに複雑に影響されていて、蒸発潜熱というのはその中のほんの些細な1つに過ぎません。だから蒸発潜熱が線形だから蒸発速度が線形とは全くいえないと思います。

上記の乾燥機とコップの水の熱収支式で簡単に説明すると：

蒸発量＝（空気から水への熱伝達量－水の温度変化）／蒸発潜熱

と言う感じになると思います。
水が蒸発するにはエネルギーが必要です。乾燥機は高温の空気が水に乾燥するエネルギーを与えています。乾燥機の空気がコップの水にどれだけの速度でエネルギーを与えられるかというと、それは空気と水の温度差によります。もちろん水が温められるほど温度差が減少して空気から水へのエネルギーの伝達速度が落ち、それは完全に非線形です。

だから、「乾燥機の温度が高いほど早く蒸発する」のは確かですが、蒸発潜熱が蒸発速度に与える影響は限られているので、「蒸発速度が温度に比例する」、というのは間違いだと思いますよ。

最初の例の洗濯物の場合は、上の熱収支式がもっと複雑になります。

蒸発潜熱は蒸発速度にそれほど影響を与えません。蒸発速度に関係するもっと重要な要素はコップや洗濯物が外から受けるエネルギーの量と速度です。より多くエネルギーを受けた方がより蒸発しやすくなります。乾燥機とコップの例の場合、コップが受けたエネルギーは、「蒸発」と「コップの水を温める」という２つの目的に使われます。このエネルギーの配分も、乾燥機内の温度や湿度、コップの形などに複雑に影響を受けますし、乾燥機内の温度に対して非線形だと思います。

その他、洗濯物の場合やより複雑な環境では、空気や風の状態も重要になります。洗濯物表面の湿った空気をどれだけ効率よく乾いた空気に置換できるか、というのが蒸発速度に影響します。

お礼

大変分かりやすく御説明いただき、理解することができました。
線形にならない理由は、(1)水温の昇温速度が異なる(2)水温100℃を超えると内部から蒸発し始める(3)場合によっては空気の置換の影響、と解釈しました。
(3)は、相対湿度の上昇に加え、条件によっては蒸発潜熱により雰囲気温度が低下する可能性もあるかと考えました。
色々勉強になりました。ありがとうございました。