Почему температура пара равна температуре жидкости?

Для ответа на этот вопрос надо добавить несколько условий. 

Первое, и самое простое, выбрать говорим ли мы о равновесном состоянии, то есть состоянии в которое приходит система через неопределенно долгое время (условно бесконечность) после того как перестали меняться все внешние параметры системы. Например, мы запаяли ампулу наполовину заполненную водой, поместили в темный термостат, который поддерживает температуру постоянной с высокой точностью, максимально изолировали от любых внешних воздействий и оставили в таком состоянии на несколько дней, а потом измерили температуру газа и жидкости встроенными термопарами. Термодинамика, которая существовала еще до МКТ (молекулярно-кинетической теории), была выведена из теории теплорода и не изменила ни одного уравнения после появления МКТ, говорит однозначно - температура жидкости в таких условиях будет в точности равна температуре газа.

Но можно изменить условия, например, сделать систему неравновесной. Возьмем сосуд с водой на дно которого помещен барботер (как для аквариума) через который мы будем продувать воздух и попробуем исследовать как изменяются температуры воздуха и воды если до пропускания через воду они были одинаковы. Проведя ряд экспериментов, мы обнаружим, что происходит непонятное - воздух охлаждается, пройдя через воду, причем, то же самое происходит с водой, но результаты все время разные. Для решения загадки нам придется вооружиться прибором для измерения влажности и научиться рассчитывать парциальное давление водяного пара в воздухе и найти таблицу зависимости давления водяного пара от температуры. И когда мы станем контролировать влажность воздуха всё станет на место - если продуваем совсем сухой воздух (в котором парциальное давление водяного пара равно нулю), то воздух и вода станут охлаждаться, причем вода может даже замерзнуть, если продувать воздух достаточно долго, а если взять воздух со стопроцентной влажностью, то температура воды и воздуха изменяться не будет.