蒸发是一种相变，液体中的粒子从表面逸出，使液体转化为气体。蒸发可在低于液体沸点的温度下发生，与液体内部形成蒸气的沸腾过程不同。蒸发的逆过程是凝结。虽然蒸发通常与水联系在一起，但许多液体都会发生蒸发，它在环境过程、冷却和工业操作中都有重要作用。(openstax.org)
分子机制
液体中的粒子不断运动并交换能量。在任一给定温度下，粒子的动能有高有低，而非完全相同。靠近表面的一些粒子具有足够的能量，能够克服分子间的吸引力并进入气相。温度升高通常会增加能够逸出的粒子所占的比例。因此，蒸发并不要求整份液体达到沸点。(openstax.org)
分子间吸引力的强弱是决定物质蒸发倾向的因素之一。例如，氢键有助于维系液态水的内聚力。汽化使分子彼此分离，通常不会将一个分子拆解为构成它的原子，也不构成化学反应。在相近温度下，分子间吸引力较弱的液体通常具有较高的平衡蒸气压。(openstax.org)
蒸气压与平衡
在密闭容器中，蒸发逸出的粒子会在液体上方积聚。其中一些粒子返回液面并凝结。如果容器中仍有液体，且温度保持恒定，蒸发与凝结这两个相反过程的速率可以达到相等，从而建立动态的热力学平衡。此时分子交换仍在继续，但液体与蒸气之间不再发生净转化。在这些条件下，蒸气产生的压强称为平衡蒸气压。(openstax.org)
对于表面在宏观上平坦的纯液体，平衡蒸气压主要取决于温度和物质种类，而不取决于暴露的表面积。不过，表面积会影响达到平衡的快慢。在开放环境中，当周围蒸气的分压低于液面温度所对应的平衡蒸气压时，有利于发生净蒸发。移走蒸气有助于维持这种不平衡状态。(openstax.org)
当液体的平衡蒸气压达到周围环境的压强时，液体内部的蒸气泡便能够长大，从而发生沸腾。表面蒸发则可在低得多的温度下持续进行。因此，敞口容器中的水可以不经沸腾而逐渐消失；密闭容器中则可以保留液体，同时持续发生蒸发和凝结。(openstax.org)
能量需求与冷却
蒸发需要能量来克服粒子间的相互吸引，使粒子分离。汽化潜热是指在规定条件下，单位质量的物质由液态转化为气态所需的能量。相变所需的能量通常写为
[ Q=mL_v, ]
其中，(Q) 为传递的热量，(m) 为汽化的质量，(L_v) 为比汽化潜热，其单位为焦耳每千克。水在正常沸点下的 (L_v) 约为 (2.26\times10^6) J/kg。(openstax.org)
当蒸发带走的能量未得到充分补充时，液体及其附近环境会降温。这就是蒸发冷却，也是汗液蒸发降温和许多冷却塔工作的物理基础。持续蒸发并不一定导致温度持续下降：传入的热量可以补偿蒸气带走的能量。因此，温度如何变化取决于能量供给与蒸发损失之间的平衡。(openstax.org)
控制蒸发速率的因素
自然环境中的蒸发既取决于可利用的能量，也取决于蒸气从表面向外输送的情况。重要的控制因素包括太阳辐射、表面温度和气温、湿度以及空气流动。在其他条件相近时，较干燥的空气通常有利于水的净蒸发；风则会带走蒸气，减少其在表面附近的积聚。这些因素相互影响，因此蒸发速率并非仅由温度决定。(fao.org)
水分供应是另一个关键限制条件。湿润的土壤表面在初期的蒸发速率可能主要受天气控制。随着表面变干，深层土壤向表面输送的水分可能不足以维持这一速率。此时，即使大气仍然干燥且有可利用的能量，蒸发也会受到供水量的限制。植被遮阴还会减少到达土壤的辐射。(fao.org)
环境意义
蒸发将海洋、湖泊、河流、湿润土壤及其他表面的水输送到地球大气层中，是水循环的重要组成部分。大气输送使这些水蒸气重新分布，凝结和降水则使水返回地表。驱动这一循环的能量大部分来自太阳能。(usgs.gov)
植物散失水分的过程称为蒸腾作用，包括植物组织内部的汽化以及水蒸气的释放，后者主要通过叶片上的气孔进行。蒸发与蒸腾共同造成的水分输送称为蒸散，是农业用水核算中的一项重要指标。随着植被生长并覆盖地面，土壤蒸发和植物蒸腾各自所占的比例会发生变化。(usgs.gov)
测量与应用
蒸发皿用于测量暴露水面的水分损失，通常以每天的等效水深表示。测量时需计入降雨以及加水或取水的影响。蒸发皿测量结果综合反映了天气的影响，但由于蓄热、构造和周围环境的差异，其结果不同于较大水体的蒸发量或作物的蒸散量；估算参考作物蒸散量时，需要使用经验系数。(fao.org)
工业应用利用蒸发来冷却或去除水分。冷却塔通过蒸发部分循环水来散去废热。蒸发池则使含盐水浓缩，以便回收盐及其他溶解的矿物质；水分蒸发进入大气后，这些物质便留在池中。(usgs.gov)
参考来源
- 6 Humidity, Evaporation, and Boiling - College Physics 2eopenstax.org
- 3 Phase Transitions - Chemistryopenstax.org
- 3 Phase Change and Latent Heat - Physicsopenstax.org
- 5 Phase Changes - College Physics 2eopenstax.org
- Chapter 1 - Introduction to evapotranspirationfao.org
- Evapotranspiration and the Water Cycleusgs.gov
- CHAPTER 3: CROP WATER NEEDSfao.org
- Chapter 4 - Determination of ETofao.org