Конденсат

Конденсация — это переход состояния вещества из газовой фазы в жидкую фазу , обратный испарению . Это слово чаще всего относится к круговороту воды . ^[1] Его также можно определить как изменение состояния водяного пара в жидкую воду при контакте с жидкой или твердой поверхностью или ядрами конденсации облаков в атмосфере . Когда переход происходит из газообразной фазы непосредственно в твердую фазу, это изменение называется осаждением .

Инициация

Конденсация инициируется образованием атомных/молекулярных кластеров этого вида в его газообразном объеме (например, образование капель дождя или снежинок в облаках ) или при контакте между такой газовой фазой и жидкой или твердой поверхностью. В облаках это может катализироваться зародышеобразующими воду белками , вырабатываемыми атмосферными микробами, которые способны связывать газообразные или жидкие молекулы воды. ^[2]

Сценарии обратимости

Здесь возникает несколько различных сценариев обратимости в зависимости от природы поверхности.

поглощение поверхностью жидкости (того же вещества или одного из его растворителей) — обратимо, как и испарение . ^[1]
адсорбция (в виде капель росы) на твердой поверхности при давлении и температуре выше тройной точки вида , также обратимая, как испарение.
Адсорбция на твердую поверхность (в виде дополнительных слоев твердого тела) при давлениях и температурах ниже тройной точки вида — обратима как сублимация .

Наиболее распространенные сценарии

Конденсация обычно происходит, когда пар охлаждается и/или сжимается до предела насыщения , когда молекулярная плотность в газовой фазе достигает максимального порога. Оборудование для охлаждения и сжатия пара, собирающее конденсированные жидкости, называется «конденсатором» .

Измерение

Психрометрия измеряет скорость конденсации за счет испарения влаги в воздухе при различных атмосферных давлениях и температурах. Вода является продуктом конденсации ее паров, а конденсация – это процесс такого фазового превращения.

Применение конденсации

Конденсация — важнейший компонент дистилляции , важного применения в лабораторной и промышленной химии.

Поскольку конденсация является естественным явлением, ее часто можно использовать для получения воды в больших количествах для использования человеком. Многие конструкции созданы исключительно с целью сбора воды от конденсата, например, воздушные колодцы и противотуманные ограждения . Такие системы часто можно использовать для удержания влаги в почве в районах, где происходит активное опустынивание – настолько, что некоторые организации рассказывают людям, живущим в пострадавших районах, о водяных конденсаторах, чтобы помочь им эффективно справиться с ситуацией. ^[3]

Это также решающий процесс в формировании треков частиц в камере Вильсона . В этом случае ионы, создаваемые падающей частицей, действуют как центры зародышеобразования для конденсации пара, образующего видимые «облачные» следы.

Коммерческое применение конденсации, как потребителями, так и промышленностью, включает производство электроэнергии, опреснение воды, ^[4] управление температурным режимом, ^[5] охлаждение, ^[6] и кондиционирование воздуха. ^[7]

Биологическая адаптация

Многие живые существа используют воду, доступную в результате конденсации. Несколькими примерами являются австралийский колючий дьявол , чернотелки побережья Намибии и прибрежные секвойи западного побережья Соединенных Штатов .

Конденсат в строительстве зданий

Конденсация при строительстве зданий является нежелательным явлением , поскольку она может вызвать сырость , проблемы со здоровьем , плесень, гниение древесины , коррозию , ослабление раствора и каменной кладки стен, а также потери энергии из-за повышенной теплопередачи . Чтобы решить эти проблемы, необходимо снизить влажность воздуха в помещении или улучшить вентиляцию воздуха в здании. Это можно сделать разными способами, например, открыть окна, включить вытяжку, использовать осушители, сушить одежду на улице и накрывать кастрюли и сковородки во время приготовления пищи. Могут быть установлены системы кондиционирования или вентиляции, которые помогают удалять влагу из воздуха и перемещать воздух по зданию. ^[8] Количество водяного пара, который может храниться в воздухе, можно увеличить, просто повысив температуру. ^[8] Однако это может быть палка о двух концах, поскольку большая часть конденсации в доме возникает, когда теплый, влажный и тяжелый воздух вступает в контакт с прохладной поверхностью. Поскольку воздух охлаждается, он больше не может удерживать столько водяного пара. Это приводит к осаждению воды на прохладной поверхности. Это особенно заметно, когда зимой используется центральное отопление в сочетании с окнами с одинарным остеклением.

Конденсация между структурами может быть вызвана тепловыми мостами , недостаточной или отсутствующей изоляцией, гидроизоляцией или изолированным остеклением . ^[9]