מדוע נוצר עיבוי על כוס שתייה?

מוזגים משקה קר כקרח לכוס ביום קיץ חם ובקרוב ייווצרו טיפות מים בחלקה החיצוני של הכוס. איך קורה התעבות הזו על זכוכית ומאיפה מגיעים המים? הבנה של מצבי ושלבי החומר עונה על שאלות אלה.

שקול שלוש ממצבי החומר: מוצק, נוזלי וגז.

ב מוצק, חלקיקים ארוזים קרוב זה לזה כמו אבני בניין ויש להם צורה מוגדרת. חלקיקי המוצק לא יזוזו הרבה, אך יהיה להם רטט מהחלקיקים התת אטומיים כמו אלקטרונים הנמצאים כל הזמן בתנועה.

נוזלים יתאים לצורת מיכל - בדומה למשקה קר כקרח שנשפך לכוס, שם הנוזל ממלא את המיכל. בנוזלים החלקיקים ארוזים באופן רופף ויכולים לזרום זה סביב זה.

גזים אין צורה מוגדרת והוא יתרחב למילוי מיכל. יש כל כך הרבה מקום בין חלקיקים גזיים עד כי החלקיקים נדירים נתקלים במגע אחד עם השני.

מים יכולים לנוע בשלושת מצבי החומר בהתאם לטמפרטורה. ניתן למצוא אותו כמוצק בקרח, במים נוזליים וכגז באדי מים.

שקול את תרשים הזרימה שלמטה כיצד מצבי החומר עוברים זה לזה; התהליכים לפיהם זה קורה נקראים:

מוצק → ב הַתָכָה הופך ל → נוזל → ב אידוי הופך ל → גז

ההפך הוא:

גז → פנימה הִתְעַבּוּת הופך ל → נוזל → ב קְפִיאָה הופך ל → מוצק

שימו לב שה- תהליך עיבוי הוא כאשר גז הופך לנוזל. עם מים זה אומר שאדי מים הפכו למים נוזליים.

הגדרת כימיה של עיבוי היא תהליך של שינוי חומר גזי למצב נוזלי. תהליך זה נגרם על ידי שינוי בעיקר הטמפרטורה, אך גם הלחץ.

עיין בתרשים הזרימה של גז לנוזל:

גז → בעיבוי הופך ל → נוזל

זכור גם כיצד המולקולות פעלו הן במצב הגז והן במצבים הנוזליים. בגז, לחלקיקים יש אנרגיה קינטית גבוהה. בנוזל יש להם פחות אנרגיה קינטית. גז צריך לאבד אנרגיה כדי להפוך לנוזל.

מולקולות המים במצב הגזי מאבדות אנרגיית חום, מאיטות את תנועתן ומתחילות "להיצמד" זו לזו ליצירת נוזל.

חרוזי מים הופיעו על הזכוכית, ומההגדרה זה אומר אדי מים התעבה לנוזל על משטח הזכוכית.

אדי מים אלה נמצאים תמיד באוויר, גם בימים בהירים. מים תמיד מתעבים ומתנדפים (ההפך מעובה) באוויר. אחיזת מחזור המים בנקודת ההתעבות עשויה לסייע בזיהוי האופן שבו נוצרים מים על כוס קרה.

במחזור המים אדי מים שנדחפים לאטמוספירה העליונה הקרירה מאיטים את קצב האידוי לקצב העיבוי. עיבוי מתרחש בקצב מהיר יותר, ומולקולות המים הגזיות מתעבות סביב האוויר הזעיר חלקיקי אבק, מלח ועשן ויוצרים טיפות זעירות שיכולות לצמוח על ידי איסוף מים נוזליים נוספים מולקולות.

בדומה לאטמוספירה העליונה הקרירה יותר, מכיוון שהכוס בדוגמה שלנו מההתחלה הופכת קרה מ את הקרח במשקה, הוא מגיע לטמפרטורה שבה התעבות מתרחשת בקצב גבוה יותר מ- אידוי. גם ביום חם, ולמרות שאוויר חם יכול להכיל יותר אדי מים מאשר אוויר קר, יש גבול עליון לכמה אוויר אדי מים יכול להכיל.

תנועת החלקיקים יכולה להסביר את העלייה בקצב העיבוי. כאשר האוויר החם בא במגע עם הכוס הקרה, החום מועבר מהאוויר החם לכוס הקרה. אובדן החום באוויר שמסביב גורם לאדי המים שבכוס לאבד אנרגיה. לאחר שאנרגיה הולכת לאיבוד, אדי המים מתעבים לנוזל על הזכוכית.

ברגע שהקרח נמס במשקה, טמפרטורת הנוזל בתוך הכוס והאוויר שמסביב תיכנס לשיווי משקל, ועיבוי על הכוס כבר לא ייווצר.