Кондензација

Водена пара се кондензује над шољом чаја

Водена пара из топлијег ваздуха се претвара у течност (кондензује се) након додира с хладном боцом.

Кондензација створена у подручју ниског притиска, које се ствара изнад крила ваздухоплова, због адијабатске промене температуре ваздуха.

Дијаграм показује максимални постотак водене паре у ваздуху пре кондензације, који може бити изнад нивоа мора, у зависности од температуре. Понашање водене паре не зависи од присутности других молекула у ваздуху.

Роса на цвећу.

Конвективни облаци (као кумулонимбус на слици) настају када се нормалним струјањем подиже топлији влажни ваздух у више и хладније делове атмосфере где се водена пара кондензује.

Топлота испаравања зависна од температуре за воду, метанол, бензен и ацетон.

Кондензација представља фазни прелазак из гасовите фазе у течну одузимањем топлоте (хлађењем) до критичне температуре. Реверзни процес је испаравање Реч се најчешће односи на кружење воде. Такође се може дефинисати као промена стања водене паре у течну воду у контакту са течном или чврстом површином или језгрима кондензације облака у атмосфери. Када се прелаз догоди из гасовите фазе у чврсту фазу, промена се назива депозицијом. Настала течност назива се кондензат. Кондензацију олакшавају честице прашине и јони, који делују као средишта или језгра кондензације.

Иницијација

Кондензација је initiated by the formation of atomic/molecular clusters of that species within its gaseous volume—like rain drop or snow flake formation within clouds—or at the contact between such gaseous phase and a liquid or solid surface. In clouds, this can be catalyzed by water-nucleating proteins, produced by atmospheric microbes, which are capable of binding gaseous or liquid water molecules.

Kondenzacija vode u atmosferi

U meteorologiji, kondenzacija vode u atmosferi je pojava koja nastaje kada se povećanjem količine vodene pare u atmosferi postigne zasićeno stanje, pa se ona kondenzira, ali samo ako postoji pogodna površina za kondenzaciju. U laboratorijskim uvjetima bez pogodne površine za kondenzaciju postignuta je relativna vlažnost zraka i 500 %, a kondenzacija nije nastupila. Površina za kondenzaciju može biti velika, ili pak mikroskopski malena. Početak kondenzacije naziva se nukleacija, a čestice na kojima kondenzacija započinje jezgre kondenzacije. Ako do kondenzacije dolazi u atmosferi, na površini vodene kapljice, riječ je o homogenoj nukleaciji, dok heterogena nukleacija nastaje na površini drugih čestica. Praktički je u atmosferi važna samo heterogena nukleacija. Najvažnije su jezgre kondenzacije sićušne čestice različitih soli, koje dolaze u atmosferu isparavanjem morske vode, i čestice nastale izgaranjem, kao na primjer oksidi sumpora i dušika. Te su čestice vrlo malene (promjer im je često manji od desetinke mikrometra), ali su vrlo higroskopne, pa se na njima hvataju prvi kondenzati. Zbog njih vodena para može u atmosferi biti tek neznatno prezasićena, tj. relativna vlažnost može dosegnuti tek koju desetinku postotka više od 100 %. U atmosferi se jezgare kondenzacije nalaze posvuda: više ih je u industrijskim središtima (do nekoliko milijuna u 1 cm³ zraka), manje u rijetko naseljenim područjima (desetak tisuća u 1 cm³ zraka).

Vodena se para kondenzira na jezgrama kondenzacije čim se atmosfera ohladi ispod rosišta, što se događa dodirom zraka s hladnijim tijelom, dinamičkim hlađenjem zraka zbog sniženja tlaka, hlađenjem zbog miješanja sa zrakom niže temperature, hlađenjem zbog zračenja. Prvim procesom nastaju na tlu rosa i mraz. Dinamičkim hlađenjem i hlađenjem zbog miješanja sa zrakom niže temperature nastaju oblaci i magla, a hlađenjem zbog zračenja nastaje radijacijska magla. Dinamičko hlađenje nastaje dizanjem zraka na atmosferskim frontama, u konvekcijskim oblacima i prilikom prijelaza zračnih struja preko planina. U atmosferi s malom količinom vodene pare kondenzacija nastaje i na temperaturama nižima od ledišta; do temperature –10 °C kondenzacija se pretežno pojavljuje u obliku pothlađenih kapljica. Da bi sublimacijom nastali ledeni kristalići, potrebne su posebne jezgre sublimacije.

Rosište

Glavni članak: Rosište

Rosište je temperatura pri kojoj zrak, uz nepromijenjeni tlak i nepromijenjenu količinu vodene pare, postaje zasićen vodenom parom. Hlađenjem zraka ispod rosišta višak vodene pare u zraku prelazi u tekuće ili čvrsto agregatno stanje (rosa ili mraz), što ovisi o temperaturi zraka. S obzirom na to da su promjene tlaka zraka uz tlo relativno male, rosište je dobar pokazatelj stvarnoga udjela vodene pare: visoke vrijednosti rosišta znače visok udjel vlage u zraku. Rosište se najčešće određuje psihrometrom.

Роса

Главни чланак: Роса (падавина)

Роса је падавина у облику водених капљица које настају директно из водене паре, на охлађеном тлу и предметима близу тла, када температура ваздуха падне испод росишта. Настаје у предвечерје и ноћу, за ведра и мирна времена, када тло исијавањем губи топлоту, а нестаје након изласка Сунца.

Мраз

Главни чланак: Мраз

Мраз су кристалићи леда који се у облику љусака, иглица, пера или лепеза хватају на изложеним површинама за време ведрих ноћи без ветра при температури вазудха нижој од 0 °C. Настају директним прелазом водене паре из слоја ваздуха непосредно изнад површине тла у лед (депозицијом). Мраз се у неким подручјима назива слана. Слична појава је иње.

Облаци

Главни чланак: Облаци

Облаци су видљиве накупине водених капљица, ледених кристала или смесе капљица и кристала, које лебде у атмосфери. Nastaju kad se zrak zasiti vodenom parom, što se može dogoditi zbog povećanja količine vodene pare u zraku ili zbog smanjenja temperature zraka ispod temperature rosišta. U oblacima se mogu nalaziti i veće čestice leda, pa i čestice koje potječu od onečišćenja što ga stvaraju industrija i promet (aerosoli). Promjer je vodenih kapljica nekoliko mikrometara, a ledenih kristala od nekoliko desetaka mikrometara do nekoliko milimetara. Oblaci se razlikuju od magle po tome što se nalaze visoko iznad tla. Važna je njihova uloga u energetskom stanju atmosfere: raspršuju, apsorbiraju i reemitiraju toplinsko zračenje sa Zemlje i Sunca i tako onemogućavaju naglo zagrijavanje ili hlađenje tla i zraka, kondenzacijom vodene pare oslobađaju latentnu toplinu, a oborinskim procesima vraćaju vodu na tlo. Konvektivni oblaci (kumulus, kumulonimbus i altokumulus castellanus) nastaju kada se okomitim strujanjem podiže topliji vlažni zrak u više i hladnije dijelove atmosfere gdje se vodena para kondenzira.

Топлота кондензације

Код проучавања водене паре, poznato je da plinovito tijelo može kondenzirati samo ako dođe u stanje suho zasićene pare. Ohlađivanje suho zasićene pare obično se provodi takozvanim protustrujanjem. Kroz širu cijev struji hladna voda u smjeru, protivnom smjeru strujanja pare u unutarnjoj cijevi. Pri takvom se strujanju postizava da se uvijek najhladnija para sastaje s najhladnijom vodom. Zbog takvog ohlađivanja dolazi do kondenzacije pare. Pri kondenzaciji se oslobađa ona toplina koju je para primila prilikom isparavanja tekućine. Ta se oslobođena toplina zove toplina kondenzacije. Toplina kondenzacije je prema tome jednaka toplini isparavanja.

Примена кондензације

Психрометријска карта на нивоу мора.

Маглена комора с видљивим линијама јонизујућег космичког зрачења (кратке, дебеле: алфа-честице; дуге, танке: бета-честице).

Топлотни мост је пример губитка топлоте и обично појаве кондензације влаге унутар станова, те појаве плесни.

Парни кондензатор

Главни чланак: Парни кондензатор

Парни кондензатор је измењивач топлине у којем се пара неког медија хлађењем и одвођењем топлоте испаравања, преводи у течно стање (кондензација). Примењује се у процесној индустрији, где на пример служи за кондензирање паре растварача или дестилата, код кондензацијских парних турбина, у рашладним уређајима и слично. Топлота се обично одводи рашладном водом или ваздухом. Основне су изведбе: површински кондензатор, где су рашладни и кондензујући медији раздвојени зидом, и кондензатор мешања, у којем се размена топлоте остварује њиховим директним додиром, те кондензат излази из кондензатора помешан с рашладним медијем.

Психрометрија

Главни чланак: Психрометрија

Психрометрија је појам који описује поље технике које проучава одредивање физичких и термодинамичких својстава смесе ваздуха и водене паре. Реч долази од грчких речи psihron, što znači hladno i riječi metron, što znači mjerenje. Zrak je smjesa plinova i vodene pare. Udio ili količina pojedinih plinova u zraku je praktički konstantan, dok se udio vodene pare u zraku mijenja. Za proučavanje kondicioniranja zraka, pogodno je sve plinove u zraku smatrati jednom komponentom, a vodenu paru kao promjenjivu veličinu – drugom komponentom. Prvu komponentu (smjesa plinova u zraku) zovemo suvi vazduh, a drugu, koja se nalazi u parnom stanju je vodena para. Zrak u kojem ima vodene pare zovemo vlažni vazduh ili samo vazduh. Iako psihrometriju možemo primeniti za bilo koji sustav koji ima smjesu plina i pare, najviše se proučava smjesa zraka i vodene pare, i to za grijanje, ventilaciju i klimatizaciju, te za meteorologiju. Osjet ugode nije samo rezultat temperature i zraka koji nas okružuje, nego ovisi i o vlažnosti zraka, jer se hladimo znojenjem.

Дестилација течности

Главни чланак: Дестилација

Дестилација течности је сепарацијски поступак којим се испаравањем, а затим утечњавањем (кондензовањем) прочишћавају течности (на пример дестилација воде) или раздвајају састојци смесе течности (нпр. дестилација нафте). Široka laboratorijska i industrijska primjena destilacije uvjetovala je razvoj različitih postupaka i destilacijskih uređaja, od laboratorijskih staklenih aparatura do industrijskih metalnih izvedbi, s kolonama kojima se promjer mjeri metrima, a visina desetcima metara. Destilirati se može pri povišenom, atmosferskom ili sniženom tlaku, prekidano (diskontinuirano, šaržno) ili neprekidano (kontinuirano), s pretokom (refluksom, flegmom – povratnim tokom dijela kondenzirane pare koji teče od vrha kolone prema dnu) ili bez pretoka.

Маглена комора

Главни чланци: Маглена комора и Комора на мехуриће

Вилсонова комора (по шкотском физичару Charlesu Thomsonu Reesu Wilsonu) je prvi uređaj kojim se mogla opaziti staza nabijenih čestica, posebno alfa čestica i elektrona emitiranih iz radioaktivnih materijala. U osnovi je to posuda ispunjena smjesom zraka i vodene pare, u kojoj se brzim povećanjem njezina obujma s pomoću pokretne membrane i klipa, zbog pada tlaka i temperature, postiže prezasićenost zraka vodenom parom, pri čem dolazi do kondenzacije vodene pare duž staze nabijene čestice. Prolaskom kroz komoru, nabijena čestica izaziva ionizaciju molekula zraka, koje tako postaju središta kondenzacije. Na tom osnovnom načelu razvijena je maglena komora i komora na mjehuriće.

Топлотни мост

Главни чланак: Топлотни мост

Топлотни мост је мање подручје у овојници зграде (обично фасада), кроз које је топлотнии ток повећан ради промене материјала, дебљине или геометрије грађевног дела. Postavljanjem izolacije na ovojnici kuće (zidovi, krov, pod) izolira se i većina toplinskih mostova. Izolacijom toplinskih mostova izbjegava se i kondenzacija na pojedinim dijelovima konstrukcije.

Види још

• Сублимација
• Испаравање
• Келвинова једначина

Литература

• Anderson, P.W., Basic Notions of Condensed Matter Physics, Perseus Publishing (1997).
• Faghri, A., and Zhang, Y., Fundamentals of Multiphase Heat Transfer and Flow, Springer Nature Switzerland AG, 2020.
• Fisher, M.E. (1974). „The renormalization group in the theory of critical behavior”. Rev. Mod. Phys. 46 (4): 597—616. Bibcode:1974RvMP...46..597F. doi:10.1103/revmodphys.46.597. 
• Goldenfeld, N., Lectures on Phase Transitions and the Renormalization Group, Perseus Publishing (1992).
• Ivancevic, Vladimir G; Ivancevic, Tijana T (2008), Chaos, Phase Transitions, Topology Change and Path Integrals, Berlin: Springer, ISBN 978-3-540-79356-4, Приступљено 14. 3. 2013 CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• M.R.Khoshbin-e-Khoshnazar, Ice Phase Transition as a sample of finite system phase transition, (Physics Education(India)Volume 32. No. 2, Apr - Jun 2016)[11]
• Kleinert, H., Gauge Fields in Condensed Matter, Vol. I, "Superfluid and Vortex lines; Disorder Fields, Phase Transitions,", pp. 1–742, World Scientific (Singapore, 1989); Paperback ISBN 9971-5-0210-0 (readable online physik.fu-berlin.de)
• Kleinert, H. and Verena Schulte-Frohlinde, Critical Properties of φ⁴-Theories, World Scientific (Singapore, 2001); Paperback ISBN 981-02-4659-5 (readable online here).
• Kogut, J.; Wilson, K (1974). „The Renormalization Group and the epsilon-Expansion”. Phys. Rep. 12 (2): 75—199. Bibcode:1974PhR....12...75W. doi:10.1016/0370-1573(74)90023-4. 
• Krieger, Martin H., Constitutions of matter : mathematically modelling the most everyday of physical phenomena, University of Chicago Press, 1996. Contains a detailed pedagogical discussion of Onsager's solution of the 2-D Ising Model.
• Landau, L.D. and Lifshitz, E.M., Statistical Physics Part 1, vol. 5 of Course of Theoretical Physics, Pergamon Press, 3rd Ed. (1994).
• Mussardo G., "Statistical Field Theory. An Introduction to Exactly Solved Models of Statistical Physics", Oxford University Press, 2010.
• Schroeder, Manfred R., Fractals, chaos, power laws : minutes from an infinite paradise, New York: W. H. Freeman, 1991. Very well-written book in "semi-popular" style—not a textbook—aimed at an audience with some training in mathematics and the physical sciences. Explains what scaling in phase transitions is all about, among other things.
• H. E. Stanley, Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena (Oxford University Press, Oxford and New York 1971).
• Yeomans J. M., Statistical Mechanics of Phase Transitions, Oxford University Press, 1992.

Спољашње везе

• „Condensation principles (Picture)”. Архивирано из оригинала 26. 03. 2007. г. Приступљено 04. 10. 2013.