我們以常溫常壓下開放環境中無蓋的一杯水為例，來分析水的蒸發過程。

假定外界環境相對濕度一定，為60%，氣溫為25℃，水溫也為25℃，無風，氣壓穩定為一個大氣壓，沒有其他任何的空氣擾動。

1、水持續蒸發的動因

1.1蒸發過程中水體表面氣體溫度降低和氣體密度之間的競爭

因為相對濕度沒有達到水在該溫度下的飽和蒸汽壓，這杯水的表面會發生蒸發，蒸發就需要從外界吸收熱量，會有相反的兩方面的作用：

1、水面上的薄層氣體濕度會加大，密度會減輕，有一個上浮的趨勢。

2、薄層氣體由於蒸發吸熱，溫度會降低，密度會加大，因為下方是水面，不能下沉，但是會有一個收縮的趨勢。

我們不考慮氣體運動造成的彌散，如果這種上升的趨勢和收縮的趨勢能達到平衡或者這種上升的趨勢小於收縮的趨勢，蒸發是不會持續的，或者說是很緩慢的。

要想蒸發持續進行，這種上升的趨勢必須要大於收縮的趨勢。

通過查表知道25℃時幹燥空氣的密度為1.1844kg/m^3，假定蒸發造成水面氣體溫度降低1℃，氣體密度增加比例為：

即24℃時幹燥空氣的密度約為1.1884kg/m^3。

25℃時水的飽和蒸汽壓為3.169KPa，該溫度下一定濕度混合氣體密度可通過下式計算：

25℃時相對濕度為60%約為：1.1760kg/m^3。

因為蒸發造成溫度下降，同時會造成氣體中的相對濕度增加，假定蒸發造成水面氣體溫度降低1℃，假定相對濕度為100%。

通過上述公式計算出24℃時混合空氣的密度約為：1.1751kg/m^3。

此值小於25℃時相對濕度為60%混合氣體密度。因此即使水面上面的氣體溫度降低，也會有上升的浮力存在。

因為我們在上式中已經考慮瞭溫度降低對空氣密度的影響，所以隻要認為溫度下降，水面上方的氣體密度也下降，水面上方的水蒸氣就能因為浮力作用很快被這部分空氣帶走，由環境中相對幹燥的空氣氣來填充這部分體積，蒸發就能持續。

1.2蒸發過程中水體周邊環境的影響

在上文中我們其實沒有考慮環境溫度對水面附近的這個小環境的影響。

在開放環境中，水面附近的蒸發造成的溫度降低很快會因為熱的傳遞，使已下降的氣體溫度迅速上升並接近環境溫度。這種溫升作用主要有：周圍大氣的熱輻射、水內部的對流、容器壁的傳導作用。

因為蒸發吸收的熱量很快會被周圍環境稀釋，由氣體降溫引起的密度升高就不是很顯著，如果忽略蒸發造成水面上方溫度下降的這一因素，水面上方空氣濕度增加造成的氣體密度變化要顯著得多。

其實水面上方氣體降溫引起的密度升高，是暫時性的，由於熱傳遞的存在，最終還是會和環境溫度保持一致的。因此，由蒸發導致的水面上方氣體降溫隻會降低杯中水蒸發進行的速度，但是並不能改變蒸發進行的方向。

當然會存在這樣一種情況：杯中水蒸發產生降溫，造成水面上方空氣收縮、密度增加，這種作用大於水面上方濕度增加、密度減小的幅度。這種現象存在於環境溫度過低，水蒸氣分壓較小或環境濕度過大的這兩種情況下，這樣的蒸發就會很緩慢。

環境濕度大，即使溫度較高，水的蒸發速度也會下降。如果環境相對濕度達到飽和，蒸發就會停止。環境溫度過低，因為水的飽和蒸汽壓占大氣的分壓很小，即使在幹燥空氣中，水的蒸發速度也不是很快。

1.3水體的對流對蒸發的影響

還有另一方面，也需要考慮，要不然蒸發也是不能繼續的。

我們知道水蒸發吸收的熱量主要由水體本身來提供，這樣就會造成杯中水面附近的水層溫度過低。

如果水面附近不從外界吸收熱量產生熱交換，或者這部分冷水不能被及時轉移走，要想蒸發持續進行下去，這部分水的溫度勢必要繼續降低。那麼當這部分水和環境的溫差達到一定限度時，就會使上方氣體降溫收縮，抵消掉蒸發濕度增加產生的浮力，這時，水面上方氣體會較長時間停留在穩定狀態，而不會上升。這樣，蒸發就會停止。直到這部分氣體吸收環境熱量溫度升高後，蒸發才能繼續。

好在水溫在4℃以上時，溫度低的水的密度要大一些，密度大的水會發生下沉，和下層密度低的這樣在水體內部就會產生對流，水面附近的這部分冷水能很快通過水體的對流帶入杯子的底部。

但是由於水體溫度的逐漸降低，這種對流作用就會減弱。蒸發的速度也會減弱。

當杯中的下層水溫在4℃時或降到4℃時，由於此時水的密度最大，這種由蒸發產生的水體的對流就會停止。

此時蒸發進行的動因主要靠水面附近水體從外界吸收的熱量來提供。

有這樣一種情況，水面上方氣體被動降溫幅度很大，或者水體本身溫度過低，就會出現和蒸發正好相反的現象。比如，環境濕度較高，我們從冰箱中拿出一杯溫度很低的水，當其逐漸變為常溫時，杯中的水的質量不是減少，而是反會增加。

這時杯中的水是不會蒸發的。有的隻是結露液化，是從外界環境中吸收水分。是蒸發的逆向過程。

1.4結論

我們通過對水蒸發起始過程的表述中大體瞭解瞭水在開放環境中能持續蒸發的動因，總結如下：

1、 水體表面周圍大氣中水的蒸氣壓沒有達到飽和；

2、 濕度大的空氣比濕度小的空氣輕，隨著水體表面大氣濕度增加，空氣密度會降低，水面上方的帶有較多水蒸氣的空氣能形成上浮氣流，帶走水汽和冷氣，由相對較為幹燥的溫度較高的環境空氣填充水面上方的空間；

3、 蒸發造成的或者由水體本身造成的氣溫的降低，引起氣體收縮導致的密度增加不足以抵消蒸發時所產生的濕空氣的浮力；

4、 蒸發造成的水面附近的水層溫度降低，這部分低溫水要能很快通過對流被下層的溫度較高的水替換升溫，或者通過熱傳導吸收環境中的熱量，使水面附近的水層溫度不致過低。

濕空氣的浮力和水體本身的對流會對蒸發持續性會產生重要影響，所以重力場存在是水持續蒸發的一個重要影響因素。