Zeggen dat warme lucht meer vocht "vasthoudt" is technisch onjuist, maar is een veel voorkomende spreektaal. Laten we het uitsplitsen naar de technische details.
Laten we eens kijken naar een glas water met vacuüm (geen lucht) erboven. Wat zal er gebeuren? De moleculen die zich in de bovenste laag van het water bevinden, zullen verdampen. Hoe snel verdampt het water? Beter nog, wat is verdamping?
Verdamping is wanneer de watermoleculen voldoende kinetische energie krijgen (hoe snel ze trillen) om de bindingen te verbreken die ze aan elkaar houden. Kinetische energie is temperatuurafhankelijk. Dus de moleculen trillen sneller, breken hun bindingen en gaan als een damp het vacuüm binnen. Sommige moleculen blijven als damp in het vacuüm, maar andere zullen de vloeistof weer binnengaan. Wanneer de moleculen de vloeistof zo snel ingaan als ze eruit gaan, is deze verzadigd.
Als de lucht wordt afgekoeld, vertraagt de snelheid waarmee moleculen de vloeistof verlaten. De moleculen die de vloeistof binnenkomen, vertragen niet met dezelfde snelheid, waardoor de vloeistof naar zijn oorspronkelijke staat groeit.
Merk op dat ik specifiek heb gezegd dat het een vacuüm is. Stel je het water voor als kleine druppels in plaats van een glas water. De atmosfeer kan deze druppels opwarmen of afkoelen, en vice versa.
In het meer nitty-gritty aspect hiervan wordt de vergelijking die de dampspanning beschrijft als een functie van temperatuur de Clausius-Clapeyeron-vergelijking / relatie genoemd. De American Meteorological Society heeft één geschatte oplossing, maar ik geef de voorkeur aan deze vergelijking: $$ e_ {sat} (T) = 611 Pa \ exp [\ frac {L_v} {R_v} (273.15 ^ {- 1} -T ^ {- 1})] $$ , waarbij $ L_v $ is de latente verdampingswarmte, $ R_v $ is de specifieke gasconstante voor waterdamp, en $ T $ is de absolute temperatuur in Kelvin. Gecombineerd met de ideale gaswet voor waterdamp (uitgaande van verzadiging) $$ e_ {sat} (T) V = m_vR_vT $$ , en gezien het volume ( $ V $ ) kunnen we een uitdrukking schrijven voor de massa waterdamp $ m_v $ . De vergelijking komt uit op $$ m_v = 611 Pa \ exp [\ frac {L_v} {R_v} (273.15 ^ {- 1} -T ^ {- 1})] V R_v ^ {- 1} T ^ {- 1} $$
Om je laatste vraag te beantwoorden: de moleculen worden benaderd als oneindig klein, volgens de ideale gaswet. Om specifieker te zijn, één molecuul water is ongeveer 7,08 $ \ times $ 10 $ ^ {- 19} $ kubieke voet (na wat rekenwerk), dus het toegevoegde volume wordt als verwaarloosbaar beschouwd. Kortom, de moleculen worden behandeld als puntmassa's.