Tắm xong bạn vắt quần áo và phơi ngoài balcony — ban trưa trời ửng nắng 30 °C, không khí se mát như lúc sáng. Chiều, quần áo vẫn còn ướt cáu. Hôm kia trời nóng như nhau nhưng trong nháy mắt đã khô — chứng tỏ cái khác không phải nhiệt độ mà chính độ ẩm của không khí:
Bão hoà không khí chỉ là một con số duy nhất
Không khí ấm có dung lượng chứa hơi nước hạn định. Ở 30 °C, không khí bão hoà chứa đúng 30,3 g/m³ — không nhiều, không ít, chỉ có một con số. Phần hơi nước còn thiếu để chạm tới mức bão hoà ấy gọi là độ ẩm tương đối (RH): 60% RH nghĩa là không khí đã chứa sáu phần mười, còn thiếu bốn phần mười tới mức bão hoà.
Tính toán thiếu hụt:
- Ở RH 60%: không khí chứa 0,6 × 30,3 = 18,2 g/m³, còn thiếu 12,1 g/m³
- Ở RH 95%: không khí chứa 0,95 × 30,3 = 28,8 g/m³, chỉ còn thiếu 1,5 g/m³
Khoảng trống ấy chính là cái “cưỡi gió” cho hơi nước thoát ra khỏi vải. Chiếc áo 300 g nước bay hơi theo tốc độ tỉ lệ với thiếu hụt ấy — ở RH 60% nhanh tới 41 phút, ở RH 95% chậm tới 5,5 giờ, gấp đúng 8 lần. Cùng áo, cùng ánh nắng, cùng phơi ngoài, nhưng thiếu hụt 8 lần nhỏ hơn thì thời gian gấp 8 lần lâu hơn.
Tấm màng ẩm xung quanh vải không bao giờ yên
Mỗi phân tử nước thoát khỏi sợi vải thành hơi nước không phải tự do bay vào không khí — nó phải chinh phục một lớp không khí gần vải rất ẩm và gần như không chuyển động. Lớp này gọi là lớp biên giới (boundary layer), cục diện tích nhỏ bằng sợi vải, dầy vài milli-mét, ẩm gần tới 100%. Hơi nước từ vải phải khuyếch tán qua lớp ấy rồi mới tỏa ra không khí chung.
Tốc độ khuyếch tán tỉ lệ với độ dốc nồng độ: nó bao nhiêu phụ thuộc vào cách không khí chung cách xa bao lâu khi đạt tới 30% RH thay vì 99% rồi. Mô hình đơn giản cho thời gian khô là:
t = m_nước / (h_m · A · ρ_bh(T) · (1 − RH))Rút ra: thời gian khô tỉ lệ nghịch với thiếu hụt hơi, tức là tỉ lệ thuận với 1/(1 − RH). Ở RH 95% thì mẫu số chỉ 0,05; ở RH 60% là 0,40 — hiệu 8 lần đúng như vậy.
Gió là chìa khoá tăng tốc độ bay hơi
Ở nhà trong trời nồm, quần áo mãi không khô. Cùng độ ẩm, nhưng ra ban công có gió tăng tốc độ bay hơi ba tới năm lần. Gió không làm không khí chung khô đi — RH vẫn 95%, nhưng gió liên tục thổi lớp ẩm quanh vải đi, thay thế nó bằng không khí từ phía khác, nơi thiếu hụt lại bằng 95% RH của không khí chung.
Kỹ sư gọi hiệu ứng này là tăng hệ số truyền khối (mass transfer coefficient): gió tăng giá trị h_m, làm tử số của công thức bay hơi tăng. Chỉ cần gió 1 m/s là đã tăng 50% tốc độ. Đó chính là lý do những ngày trời tĩnh lặng mặc dù ấm nắng quần áo vẫn khô chậm — không phải nhiệt độ thấp, mà là gió thiếu quỷ quái: thiếu hụt hơi chỗ ở không khí, và lớp ẩm quanh vải không thay thế được.
Bạn không thể sấy quần áo ở phòng kín nước
Treo quần áo trong nhà ẩm không bao giờ khô — phòng kín gió thì không khí ấy chứa 30 g/m³ hơi nước từ mọi nguồn, và quần áo thêm lại cho tới khi chạm cân bằng với không khí. Không khí không bao giờ đủ khô để khô vắt hết được.
Mở cửa sổ hay quạt để thay không khí mới — đó là toàn bộ bí quyết. Quạt máy không tỏ tác dụng ở RH 95%, nhưng ở RH 70% thì hiệu quả. Bạn cần gió từ bên ngoài, nơi nó khô hơn, hoặc ít nhất là không khí mới thay thế cá nhân không khí bão hoà quanh vải.
Trường hợp biên: trời 100% ẩm
Khi RH = 100%, mẫu số công thức về 0 và thời gian khô theo đúng toán học là vô hạn: quần áo không bao giờ khô. Điều đó đúng với bề mặt vải — nước trên vải không bay hơi được một hơi nữa. Nhưng trên thực tế còn hai kênh thoát nước khác. Thứ nhất: bức xạ mặt trời — nắng nung vải nóng hơn không khí vài độ, nâng độ bão hoà ngay tại bề mặt vải lên cao hơn của không khí chung, tạo ra thiếu hụt địa phương dù không khí ngoài đầy ẩm. Dưới mưa hay trời u ám, lúc nào cũng mát hơn vải nên cơ chế ấy sập. Thứ hai: ở dưới 0 °C, nước đóng băng rồi thăng hoa — đá bay hơi trực tiếp thành hơi nước mà không qua nước lỏng, chậm hơn nhiều nhưng vẫn khô được. Đó chính là nguyên lý của sấy đông khô, bộ máy có pin để giặt đồ trên núi cao.