ทำไมการควบแน่นเกิดขึ้นบนแก้วน้ำดื่ม?

เทเครื่องดื่มเย็น ๆ ลงในแก้วในวันฤดูร้อน และในไม่ช้า หยดน้ำจะก่อตัวที่ด้านนอกของแก้ว การควบแน่นบนกระจกนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร และน้ำมาจากไหน? ความเข้าใจเกี่ยวกับสถานะและระยะของสสารช่วยตอบคำถามเหล่านี้ได้

พิจารณาสถานะของสสารสามสถานะ: ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

ใน แข็งอนุภาคจะเรียงชิดกันเหมือนบล็อคก่อสร้างและมีรูปร่างที่แน่นอน อนุภาคของของแข็งจะไม่เคลื่อนที่มากนัก แต่จะมีการสั่นสะเทือนจากอนุภาคย่อยของอะตอม เช่น อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ตลอดเวลา

ของเหลว จะเข้ากับรูปร่างของภาชนะ — เหมือนกับเครื่องดื่มเย็น ๆ ที่เทลงในแก้วซึ่งของเหลวจะเติมลงในภาชนะ ในของเหลว อนุภาคจะถูกบรรจุอย่างหลวม ๆ และสามารถไหลผ่านกันและกันได้

ก๊าซ ไม่มีรูปร่างที่แน่นอนและจะขยายเพื่อเติมภาชนะ มีช่องว่างระหว่างอนุภาคก๊าซมากจนอนุภาคแทบไม่ชนกัน

น้ำสามารถเคลื่อนที่ผ่านสถานะของสสารได้สามสถานะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สามารถพบได้ในรูปของของแข็งในน้ำแข็ง น้ำที่เป็นของเหลว และในรูปของก๊าซในไอน้ำ

พิจารณาแผนภาพการไหลด้านล่างว่าสถานะของสสารเข้าสู่กันและกันอย่างไร กระบวนการที่เกิดขึ้นนี้มีชื่อว่า:

ของแข็ง → ใน ละลาย เปลี่ยนเป็น → ของเหลว → ใน การระเหย หันไป → แก๊ส

สิ่งที่ตรงกันข้ามคือ:

แก๊ส → ใน การควบแน่น เปลี่ยนเป็น → ของเหลว → ใน การแช่แข็ง เปลี่ยนเป็น → แข็ง

สังเกตว่า กระบวนการควบแน่น คือเมื่อก๊าซกลายเป็นของเหลว เมื่อใช้น้ำ ไอน้ำจะกลายเป็นน้ำของเหลว

คำจำกัดความทางเคมีของการควบแน่นคือกระบวนการของสารที่เปลี่ยนจากสถานะก๊าซเป็นของเหลว กระบวนการนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่วนใหญ่ แต่ยังรวมถึงความดันด้วย

ตรวจสอบแผนภาพการไหลของก๊าซเป็นของเหลว:

แก๊ส → ในการควบแน่นจะเปลี่ยนเป็น → ของเหลว

ยังจำได้ว่าโมเลกุลทำหน้าที่อย่างไรในสถานะก๊าซและของเหลว ในก๊าซ อนุภาคมีพลังงานจลน์สูง ในของเหลวจะมีพลังงานจลน์น้อยกว่า แก๊สต้องสูญเสียพลังงานจึงจะกลายเป็นของเหลว

โมเลกุลของน้ำในสถานะก๊าซสูญเสียพลังงานความร้อน เคลื่อนที่ช้าลงและเริ่ม "เกาะติดกัน" เพื่อสร้างของเหลว

ลูกปัดน้ำได้ปรากฏบนกระจก และจากคำจำกัดความนี้ หมายความว่า ไอน้ำ ได้ควบแน่นเป็นของเหลวบนผิวกระจก

ไอน้ำนี้มีอยู่ในอากาศเสมอแม้ในวันที่อากาศแจ่มใส น้ำกลั่นตัวและระเหยอยู่เสมอ (ตรงกันข้ามกับการควบแน่น) ในอากาศ การจับวัฏจักรของน้ำ ณ จุดที่เกิดการควบแน่นอาจช่วยในการจดจำว่าน้ำก่อตัวอย่างไรบนแก้วที่เย็นจัด

ในวัฏจักรของน้ำ ไอน้ำที่ผลักเข้าไปในบรรยากาศชั้นบนที่เย็นกว่าจะทำให้อัตราการระเหยช้าลงเหลือน้อยกว่าอัตราการควบแน่น การควบแน่นเกิดขึ้นในอัตราที่เร็วกว่า และโมเลกุลของน้ำที่เป็นก๊าซจะควบแน่นไปรอบๆ อากาศเล็กๆ อนุภาคของฝุ่น เกลือ และควัน ก่อตัวเป็นหยดเล็กๆ ที่สามารถเติบโตได้โดยการรวบรวมน้ำที่เป็นของเหลวมากขึ้น โมเลกุล

คล้ายกับบรรยากาศชั้นบนที่เย็นกว่า เนื่องจากแก้วในตัวอย่างของเราเริ่มเย็นตั้งแต่แรกเริ่ม น้ำแข็งในเครื่องดื่มถึงอุณหภูมิที่มีการควบแน่นเกิดขึ้นในอัตราที่สูงกว่า การระเหย. แม้ในวันที่อากาศร้อน และแม้ว่าอากาศร้อนจะกักเก็บไอน้ำได้มากกว่าอากาศเย็น แต่ก็มีขีดจำกัดสูงสุดว่าอากาศไอน้ำสามารถกักเก็บไอน้ำได้มากเพียงใด

การเคลื่อนที่ของอนุภาคสามารถอธิบายอัตราการควบแน่นที่เพิ่มขึ้นนี้ได้ เมื่อลมร้อนสัมผัสกับกระจกเย็น ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากลมร้อนไปยังกระจกเย็น การสูญเสียความร้อนในอากาศโดยรอบทำให้ไอน้ำจากแก้วสูญเสียพลังงาน เมื่อสูญเสียพลังงาน ไอน้ำจะควบแน่นเป็นของเหลวบนกระจก

เมื่อน้ำแข็งละลายในเครื่องดื่ม อุณหภูมิของของเหลวในแก้วและอากาศโดยรอบจะเข้าสู่สภาวะสมดุล และการควบแน่นบนแก้วจะไม่ก่อตัวขึ้นอีกต่อไป