العوامل المؤثرة في التكاثف

تعريف التكثف

يشير تكثيف الغاز أو البخار إلى عملية اختزاله إلى صورة سائلة أو صلبة، أو يتحوّل إلى ضباب أو غيوم أو ما شابه، أو يتجمد ليصبح ثلجًا أو بردًا. تحدث عملية التكثيف نتيجة فقدان الحرارة، وتتميز بوجود حرارة تكثيف كامنة عكس حرارة التبخر الكامنة.

عندما يتم تبريد الهواء الرطب، يمكن أن يصل إلى مستوى يجعله غير قادر على الاحتفاظ بالبخار ويصل إلى نقطة التشبع حيث تكون نسبة الرطوبة 100٪ ونقطة الندى. في هذه الحالة، يتكثف البخار الزائد في صورة سائلة، وإذا كان هذا التكثف مباشرًا في شكل صلب، فإنه يعرف باسم التسامي .

في فصل الصيف وبعد العمل تحت أشعة الشمس، عندما نشعر بالعطش الشديد ونعود إلى المنزل، نأخذ زجاجة ماء باردة من الثلاجة، ونلاحظ قطرات صغيرة من الماء خارج الزجاجة، ويرجع ذلك إلى ظاهرة التكثيف.  

العوامل المؤثرة في التكاثف

التكثيف يشير إلى العملية التي تحدث خلالها تحول الحالة المادية للمادة من الغازية إلى السائلة، ويحدث هذا التحول عندما يتلاقى بخار الماء في الهواء مع سطح أكثر برودة، مما يؤدي إلى تكثفه وتحوله إلى ماء سائل. ويعد التكثيف عملية عكسية لعملية التبخر، وتوجد العديد من العوامل التي تساعد على حدوث التكثيف

 برودة الهواء الصاعد الى اعلى

عندما يحدث ارتفاع في الهواء، يتم تمدده، وبالتالي ينخفض الحرارة المتاحة لكل وحدة حجم، مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة أيضا. هذا التغيير في درجة الحرارة لا يتطلب أي طرح للحرارة، ويحدث تبريد الهواء فقط عن طريق الصعود والتمدد. يطلق عليه اسم `تغيير ثابت الحرارة`، والانتقال العمودي للهواء هو السبب الرئيسي للتغيرات في درجات الحرارة الثابتة والمحافظة (حيث يتدفق الهواء البارد والكثيف إلى الأسفل على المنحدر). مثال على ذلك هو خط الاستواء والتيارات الصاعدة الاعصارية، حيث يتم تشبع الهواء وزيادة كميته.

 برودة الهواء الملاصق للأرض

بالقرب من سطح الأرض، تكون معظم عمليات التغيير غير ثابتة من حيث درجات الحرارة، لأن الحركات الأفقية غالبًا ما تؤدي إلى اختلاط الهواء وتعديل خصائصه، على سبيل المثال، في الليالي الصافية والباردة على سطح الأرض، يتكاثف بخار الماء العالق 

عوامل أخرى

يحدث التكثيفأيضًا عندما يتلاقى الهواء الرطب مع بعض الأجسام الباردة ويحدث كذلك عندما تكون درجة الحرارة قريبة من نقطة الندى، وبالتالي، يعتمد التكثيف على كمية التبريد والرطوبة النسبية للهواء.

يحدث التكثيف عندما ينخفض درجة حرارة الهواء إلى درجة الندى ويظل حجمه ثابتًا (ثابت الحجم)، ويحدث انخفاض في الحجم ودرجة الحرارة، وعندما يتم إضافة الرطوبة إلى الهواء عن طريق التبخر ،

ما الذي يسبب التكثيف

يحدث التكثف نتيجة تصادم الهواء الدافئ بالأسطح الباردة أو بسبب وجود كمية كبيرة من الرطوبة في المنزل. وعندما يلامس الهواء الدافئ والرطب سطحاً باردًا، يتم تبريده بسرعة مما يؤدي إلى تكون قطرات مائية على السطح البارد.

يتم تكثيف الرطوبة في الهواء الحر من خلال التبريد حول جزيئات صغيرة تسمى نوى التكثيف الرطب، وتعد جزيئات الغبار والدخان وحبوب اللقاح والملح من المحيطات نوى جيدة بشكل خاص لأنها تمتص الماء.

عندما تكون درجة حرارة جسم ما (مثل العشب والمعدن وكوب زجاج النافذة) أقل من درجة حرارة نقطة الندى لرطوبة نسبية معينة في الهواء المحيط، يحدث تكثف بخار الماء من الغلاف الجوي في قطرات مائية على سطحه .

تختلف نقطة الندى وفقًا لكمية الماء في الغلاف الجوي ودرجة حرارة الهواء (المعروفة باسم الرطوبة النسبية)، حيث يحدث التكثيف في درجات حرارة أعلى في الظروف الرطبة، وفي الظروف الباردة، يحدث التكثيف بالرغم من انخفاض الرطوبة النسبية.

لحدوث التكثيف، يجب أن يكون الغلاف الجوي مشبعا بالكامل بخار الماء للوصول إلى أقصى ضغط له. وعادة ما يحدث التكثيف حول جزيئات الغبار أو الدخان أو البكتيريا المجهرية. ويقوم التكثيف بدور مهم في دورة المياه ويساعد في الحفاظ على توازن الماء في البيئة، كما يتم استخدامه في العمليات الصناعية المختلفة من قبل العلماء والمهندسين لفصل المخاليط وتصنيع المواد النقية.

أشكال التكثيف

يحدث التكثف عندما تكون نقطة الندى أقل من نقطة التجمد وأعلى منها، وبعد التكثف، يتشكل بخار الماء أو الرطوبة في الغلاف الجوي على شكل الندى والصقيع والضباب والغيوم.

الندى

تتشكل قطرات الماء عندما يتم تكثيف بخار الماء على سطح بارد نسبيًا، حيث ينخفض درجة حرارة الجسم أدنى من درجة حرارة نقطة الندى.

درجة حرارة نقطة الندى: درجة حرارة تبريد الهواء الرطب عند ضغط ثابت وبخار ماء ثابت للوصول إلى التشبع بالنسبة للماء، ولا يتم قياسها بشكل مباشر، وإنما يتم الحصول عليها من خلال قياس درجة حرارة البصيلة الجافة وانخفاض درجة حرارة البصيلة الرطبة.

تختلف درجة حرارة نقطة الندى عن درجة حرارة المصباح الرطب ، والتي يتم تحديدها بالحث على التبريد بالتبخير، تكون درجة حرارة البصيلة الرطبة أعلى من درجة حرارة نقطة الندى إلا عند التشبع حيث تكون كلتا درجتي الحرارة متطابقتين مع درجة الحرارة المحيطة ، درجة حرارة نقطة الندى هي مقياس للرطوبة ، وبالتالي فهي مؤشر راحة ،يصبح عاملاً من عوامل صحة الإنسان .

الصقيع

تتشكل بلورات الجليد من ترسب بخار الماء على سطح يكون باردًا نسبيًا مقارنةً بجسم ما، وذلك عندما تنخفض درجة حرارة الجسم أقل من درجة حرارة نقطة الصقيع.

درجة حرارة نقطة الصقيع: درجة حرارة تبريد الهواء الرطب عند ضغط ثابت وبخار الماء الثابت للوصول إلى التشبع بالنسبة للجليد تختلف عن درجة حرارة نقطة الندى، حيث تكون درجة حرارة الهواء عند الصفر درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) أو أقل من ذلك.

يحدث كل من الندى والصقيع نتيجة التبريد الإشعاعي الليلي ، يلعب طول الليل دورا مهما في درجة التبريد الإشعاعي وبالتالي في إمكانية تشكل الندى أو الصقيع. يعتبر الصقيع عاملا مهما جدا في نمو المنتجات الزراعية ، تم تطوير عدة طرق لحماية المحاصيل من التجمد ، مثل تحديد المواقع على منحدرات التلال ، ورش رذاذ ماء ناعم ، وتغطيتها بأغطية بلاستيكية ساخنة ، وتدوير الهواء الدافئ عاليا على الأرض بواسطة مروحة تعمل بمحرك.

الضباب

تؤدي وجود قطرات ماء صغيرة معلقة أو بلورات ثلجية في الهواء بجوار سطح الأرض إلى تقليل الرؤية إلى 1000 متر (3250 قدم) أو أقل. ويُعتبر الضباب في الطيران عندما تكون الرؤية 10 كيلومترات (6.2 ميل) أو أقل، وإذا كانت الرؤية أعلى من هذا الحد، يُسمى التعليق الضبابي.

السحابة

الندى هو تجمع مرئي لقطرات الماء الصغيرة أو بلورات الجليد أو مزيج منهما في الهواء. يتشكل الندى عندما يتجاوز تكثيف بخار الماء حالة التشبع الفائقة (أي نسبة الرطوبة التي تزيد عن 100٪) في الجو النقي من الغبار والأيروسولات الأخرى. لذلك، تكون ظروف التشبع الفائقة ضرورية بشكل عام لتكون السحب موجودة.  

عواقب التكثيف

إحدى علامات التكاثف هي زيادة نسبة الرطوبة في الهواء، والتي تتجمع على الأسطح الباردة. وبسبب إغلاق المنازل بشكل فعال على مر السنين، يتم حجز المزيد من الهواء الدافئ والرطب داخل المباني، مما يزيد من نسبة الرطوبة النسبية RH (أي كمية بخار الماء الموجودة في الهواء المعبر عنها كنسبة مئوية من الحجم الكلي للهواء)، ويؤدي إلى تشكل التكثيف على الأسطح الباردة.

تتضمن آثار التكثيف على الممتلكات العديد من الآثار، مثل تأثيرها على صحة الركاب وكفاءة الطاقة والتدهور البصري والأضرار الهيكلية للممتلكات.

يعني التكثيف رداءة نوعية الهواء ، وإذا لم يتم تحسين أي شيء ، فسيؤدي ذلك إلى الرطوبة والعفن الذي له تأثير سلبي للغاية على صحة البعض ، وقد لا تكون جودة الهواء الداخلية على رأس قائمة اهتماماتك ،  الناس معرضون لخطر الإصابة بأمراض الجهاز التنفسي أو الأمراض الجلدية بسبب الهواء في منازلهم.

يؤدي التكثيف أيضًا إلى تدمير المنازل ، داخليًا وخارجيًا ، فلا أحد يريد رقعًا رطبة وعفنًا داخل منزله ، فهو يدمر السجاد والأرضيات وورق الحائط والمفروشات ، وبالمثل ، خارجيًا ، يمكن أن يؤدي احتباس الرطوبة داخل الهيكل إلى تآكل طويل المدى للجدران الخارجية ، والهياكل المعدنية ، وتعفن الأخشاب ، مما قد يؤدي إلى أعمال تصحيح مكلفة ، أخيرًا ، نظرًا لأن هذا التكثيف له تأثير على ممتلكاتك ، يجب أن تعمل التدفئة بشكل أكبر لمحاولة مكافحة هذه المشكلات ، مما يكلفك المزيد.