صب مشروبًا مثلجًا في كوب في يوم صيفي حار وقريبًا ، ستتكون قطرات الماء على السطح الخارجي للكوب. كيف يحدث هذا التكثيف على الزجاج ومن أين يأتي الماء؟ إن فهم حالات ومراحل المادة يجيب على هذه الأسئلة.
حالات المادة
تأمل ثلاث حالات للمادة: الصلبة والسائلة والغازية.
في صلب، الجسيمات متقاربة مثل اللبنات ولها شكل محدد. لن تتحرك جسيمات المادة الصلبة كثيرًا ، ولكن سيكون لها اهتزاز من الجسيمات دون الذرية مثل الإلكترونات التي تتحرك باستمرار.
السوائل سيتوافق مع شكل الحاوية - مثل مشروب بارد مثلج يُسكب في الزجاج ، حيث يملأ السائل الحاوية. في السوائل ، تكون الجسيمات معبأة بشكل غير محكم ويمكن أن تتدفق حول بعضها البعض.
غازات ليس لها شكل محدد وسيتم توسيعها لملء الحاوية. هناك مساحة كبيرة بين الجزيئات الغازية ونادرًا ما تصطدم الجزيئات ببعضها البعض.
حالات المادة: تغييرات المرحلة
يمكن أن ينتقل الماء عبر حالات المادة الثلاث اعتمادًا على درجة الحرارة. يمكن العثور عليها كمادة صلبة في الجليد والماء السائل وكغاز في بخار الماء.
ضع في اعتبارك مخطط التدفق أدناه لكيفية تداخل حالات المادة مع بعضها البعض ؛ يتم تسمية العمليات التي يحدث بها هذا:
صلب → في ذوبان يتحول إلى → سائل → بوصة تبخر يتحول إلى → غاز
العكس هو:
غاز → بوصة تركيز يتحول إلى → سائل → بوصة تجميد يتحول إلى → صلب
لاحظ أن ملف عملية التكثيف هو عندما يتحول الغاز إلى سائل. مع الماء ، هذا يعني أن بخار الماء قد تحول إلى ماء سائل.
تعريف كيمياء التكثيف هو عملية تغيير المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة. تحدث هذه العملية بسبب تغير في درجة الحرارة في الغالب ، ولكن أيضًا بسبب الضغط.
عملية التكثيف والطاقة
راجع مخطط تدفق الغاز إلى سائل:
يتحول الغاز ← في التكثيف إلى ← سائل
تذكر أيضًا كيف تصرفت الجزيئات في كل من الحالة الغازية والسائلة. في الغاز ، تمتلك الجسيمات طاقة حركية عالية. في السائل ، لديهم طاقة حركية أقل. يجب أن يفقد الغاز الطاقة ليصبح سائلاً.
تفقد جزيئات الماء في الحالة الغازية الطاقة الحرارية ، وتبطئ حركتها وتبدأ في "الالتصاق" معًا لتكوين سائل.
التكثيف: دورة المياه
ظهرت حبات الماء على الزجاج ، وهذا يعني ذلك من التعريف بخار الماء قد تكثف في سائل على سطح الزجاج.
يوجد بخار الماء هذا دائمًا في الهواء ، حتى في الأيام الصافية. يتكثف الماء دائمًا ويتبخر (عكس التكثيف) في الهواء. قد يساعد استيعاب دورة الماء عند نقطة التكثيف في التعرف على كيفية تشكل الماء على كوب بارد.
في دورة الماء ، يتم دفع بخار الماء إلى الغلاف الجوي العلوي الأكثر برودة مما يؤدي إلى إبطاء معدل التبخر إلى أقل من معدل التكثيف. يحدث التكثف بمعدل أسرع ، وتتكثف جزيئات الماء الغازية حول الهواء الصغير جزيئات الغبار والملح والدخان لتكوين قطرات صغيرة يمكن أن تنمو عن طريق جمع المزيد من الماء السائل الجزيئات.
التكثيف على الزجاج
على غرار الغلاف الجوي العلوي الأكثر برودة ، حيث يصبح الزجاج في مثالنا باردًا من البداية الجليد في المشروب ، يصل إلى درجة حرارة حيث يحدث التكثيف بمعدل أعلى من تبخر. حتى في يوم حار ، وعلى الرغم من أن الهواء الساخن يمكن أن يحمل بخار ماء أكثر من الهواء البارد ، إلا أن هناك حدًا أعلى لمقدار بخار الماء الذي يمكن أن يحمله الهواء.
يمكن أن تفسر حركة الجسيمات هذه الزيادة في معدل التكثيف. عندما يتلامس الهواء الساخن مع الزجاج البارد ، تنتقل الحرارة من الهواء الساخن إلى الزجاج البارد. يتسبب فقدان الحرارة في الهواء المحيط في فقدان طاقة بخار الماء الناتج عن الزجاج. بمجرد فقدان الطاقة ، يتكثف بخار الماء في سائل على الزجاج.
بمجرد ذوبان الجليد في المشروب ، ستدخل درجة حرارة السائل داخل الزجاج والهواء المحيط في حالة اتزان ، ولن يتشكل التكثيف على الزجاج بعد ذلك.