Kondenzacija

Vodena para se kondenzuje nad šoljom čaja

Vodena para iz toplijeg vazduha se pretvara u tečnost (kondenzuje se) nakon dodira s hladnom bocom.

Kondenzacija stvorena u području niskog pritiska, koje se stvara iznad krila vazduhoplova, zbog adijabatske promene temperature vazduha.

Dijagram pokazuje maksimalni postotak vodene pare u vazduhu pre kondenzacije, koji može biti iznad nivoa mora, u zavisnosti od temperature. Ponašanje vodene pare ne zavisi od prisutnosti drugih molekula u vazduhu.

Rosa na cveću.

Konvektivni oblaci (kao kumulonimbus na slici) nastaju kada se normalnim strujanjem podiže topliji vlažni vazduh u više i hladnije delove atmosfere gde se vodena para kondenzuje.

Toplota isparavanja zavisna od temperature za vodu, metanol, benzen i aceton.

Kondenzacija predstavlja fazni prelazak iz gasovite faze u tečnu oduzimanjem toplote (hlađenjem) do kritične temperature. Reverzni proces je isparavanje Reč se najčešće odnosi na kruženje vode. Takođe se može definisati kao promena stanja vodene pare u tečnu vodu u kontaktu sa tečnom ili čvrstom površinom ili jezgrima kondenzacije oblaka u atmosferi. Kada se prelaz dogodi iz gasovite faze u čvrstu fazu, promena se naziva depozicijom. Nastala tečnost naziva se kondenzat. Kondenzaciju olakšavaju čestice prašine i joni, koji deluju kao središta ili jezgra kondenzacije.

Inicijacija

Kondenzacija je pokrenuta stvaranjem atomskih/molekularnih klastera te vrste unutar njene gasovite zapremine - poput kapi kiše ili stvaranja pahuljica snega unutar oblaka - ili na kontaktu između takve gasovite faze i tečne ili čvrste površine. U oblacima to mogu da katalizuju proteini koji nukleiraju vodu, a proizvode ih atmosferski mikrobi, koji su sposobni da vežu gasovite ili tečne molekule vode.

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, te se ona kondenzuje, ali samo ako postoji pogodna površina za kondenzaciju. U laboratorijskim uslovima bez pogodne površine za kondenzaciju postignuta je relativna vlažnost vazduha i 500%, a kondenzacija nije nastupila. Površina za kondenzaciju može biti velika, ili pak mikroskopski mala. Početak kondenzacije naziva se nukleacija, a čestice na kojima kondenzacija započinje jezgra kondenzacije. Ako do kondenzacije dolazi u atmosferi, na površini vodene kapljice, reč je o homogenoj nukleaciji, dok heterogena nukleacija nastaje na površini drugih čestica. Praktično je u atmosferi važna samo heterogena nukleacija. Najvažnija jezgra kondenzacije su sićušne čestice različitih soli, koje dolaze u atmosferu isparavanjem morske vode, i čestice nastale izgaranjem, kao na primer oksidi sumpora i azota. Te su čestice vrlo male (prečnik im je često manji od desetinke mikrometra), ali su vrlo higroskopne, te 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 miliona u 1 cm³ vazduha), manje u retko naseljenim područjima (desetak hiljada u 1 cm³ vazduha).

Vodena se para kondenzuje na jezgrama kondenzacije čim se atmosfera ohladi ispod rosišta, što se događa dodirom vazduha s hladnijim telom, dinamičkim hlađenjem vazduha zbog sniženja pritiskaa, hlađenjem zbog mešanja sa vazduhom niže temperature, hlađenjem zbog zračenja. Prvim procesom nastaju na tlu rosa i mraz. Dinamičkim hlađenjem i hlađenjem zbog mešanja sa vazduhom niže temperature nastaju oblaci i magla, a hlađenjem zbog zračenja nastaje radijacijska magla. Dinamičko hlađenje nastaje dizanjem vazduha na atmosferskim frontovima, u konvekcijskim oblacima i prilikom prelaza vazduhšnih 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 posebna jezgra sublimacije.

Rosište

Glavni članak: Rosište

Rosište je temperatura pri kojoj vazduh, uz nepromenjeni pritisak i nepromenjenu količinu vodene pare, postaje zasićen vodenom parom. Hlađenjem vazduha ispod rosišta višak vodene pare u vazduhu prelazi u tekuće ili čvrsto agregatno stanje (rosa ili mraz), što zavisi od temperature vazduha. S obzirom na to da su promene pritiska vazduha uz tlo relativno male, rosište je dobar pokazatelj stvarnog udela vodene pare: visoke vrednosti rosišta znače visok udeo vlage u vazduhu. Rosište se najčešće određuje psihrometrom.

Rosa

Glavni članak: Rosa (padavina)

Rosa je padavina u obliku vodenih kapljica koje nastaju direktno iz vodene pare, na ohlađenom tlu i predmetima blizu tla, kada temperatura vazduha padne ispod rosišta. Nastaje u predvečerje i noću, za vedra i mirna vremena, kada tlo isijavanjem gubi toplotu, a nestaje nakon izlaska Sunca.

Mraz

Glavni članak: Mraz

Mraz su kristalići leda koji se u obliku ljusaka, iglica, pera ili lepeza hvataju na izloženim površinama za vreme vedrih noći bez vetra pri temperaturi vazudha nižoj od 0 °C. Nastaju direktnim prelazom vodene pare iz sloja vazduha neposredno iznad površine tla u led (depozicijom). Mraz se u nekim područjima naziva slana. Slična pojava je inje.

Oblaci

Glavni članak: Oblaci

Oblaci su vidljive nakupine vodenih kapljica, ledenih kristala ili smese kapljica i kristala, koje lebde u atmosferi. Nastaju kad se vazduh zasiti vodenom parom, što se može dogoditi zbog povećanja količine vodene pare u vazduhu ili zbog smanjenja temperature vazduha ispod temperature rosišta. U oblacima se mogu nalaziti i veće čestice leda, te i čestice koje potiču od zagađenja što ga stvaraju industrija i saobraćaj (aerosoli). Prečnik vodenih kapljica je 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 toplotno zračenje sa Zemlje i Sunca i tako onemogućavaju naglo zagrejavanje ili hlađenje tla i vazduha, kondenzacijom vodene pare oslobađaju latentnu toplotu, a padavinskim procesima vraćaju vodu na tlo. Konvektivni oblaci (kumulus, kumulonimbus i altokumulus kastelanus) nastaju kada se okomitim strujanjem podiže topliji vlažni vazduh u više i hladnije delove atmosfere gde se vodena para kondenzuje.

Toplota kondenzacije

Kod proučavanja vodene pare, poznato je da se gasovito telo može kondenzovati samo ako dođe u stanje suvo zasićene pare. Hlađenje suvo zasićene pare obično se sprovodi takozvanim protivstrujanjem. Kroz širu cev struji hladna voda u smeru, suprotnom od smera strujanja pare u unutrašnjoj cevi. Pri takvom strujanju postiže se da se uvek najhladnija para sastaje s najhladnijom vodom. Zbog takvog hlađenja dolazi do kondenzacije pare. Pri kondenzaciji se oslobađa ona toplota koju je para primila prilikom isparavanja tečnosti. Ta se oslobođena toplote zove toplota kondenzacije. Toplota kondenzacije je prema tome jednaka toploti isparavanja.

Primena kondenzacije

Psihrometrijska karta na nivou mora.

Maglena komora s vidljivim linijama jonizujućeg kosmičkog zračenja (kratke, debele: alfa-čestice; duge, tanke: beta-čestice).

Toplotni most je primer gubitka toplote i obično pojave kondenzacije vlage unutar stanova, te pojave plesni.

Parni kondenzator

Glavni članak: Parni kondenzator

Parni kondenzator je izmenjivač toplote u kojem se para nekog medija hlađenjem i odvođenjem toplote isparavanja, prevodi u tečno stanje (kondenzacija). Primenjuje se u procesnoj industriji, gde na primer služi za kondenziranje pare rastvarača ili destilata, kod kondenzacijskih parnih turbina, u rashladnim uređajima i slično. Toplota se obično odvodi rašladnom vodom ili vazduhom. Osnovne su izvedbe: površinski kondenzator, gde su rašladni i kondenzujući mediji razdvojeni zidom, i kondenzator mešanja, u kojem se razmena toplote ostvaruje njihovim direktnim dodirom, te kondenzat izlazi iz kondenzatora pomešan s rašladnim medijem.

Psihrometrija

Glavni članak: Psihrometrija

Psihrometrija je pojam koji opisuje polje tehnike koje proučava odredivanje fizičkih i termodinamičkih svojstava smese vazduha i vodene pare. Reč dolazi od grčkih reči psihron, što znači hladno i reči metron, što znači merenje. Vazduh je smeša gasova i vodene pare. Udeo ili količina pojedinih gasova u vazduhu je praktično konstantna, dok se udeo vodene pare u vazduhu menja. Za proučavanje kondicioniranja vazduha, pogodno je sve gasove u vazduhu smatrati jednom komponentom, a vodenu paru kao promjenjivu veličinu – drugom komponentom. Prva komponenta (smeša gasova u vazduhu) naziva se suvi vazduh, a druga, koja se nalazi u parnom stanju je vodena para. Vazduh u kojem ima vodene pare se naziva vlažni vazduh ili samo vazduh. Iako se psihrometrija može primeniti za bilo koji sistem koji ima smešu gasa i pare, najviše se proučava smeša vazduha i vodene pare, i to za grejanje, ventilaciju i klimatizaciju, te za meteorologiju. Osećaj ugode nije samo rezultat temperature i vazduha koji nas okružuje, nego zavisi i od vlažnosti vazduha, jer se hladimo znojenjem.

Destilacija tečnosti

Glavni članak: Destilacija

Destilacija tečnosti je separacijski postupak kojim se isparavanjem, a zatim utečnjavanjem (kondenzovanjem) pročišćavaju tečnosti (na primer destilacija vode) ili razdvajaju sastojci smese tečnosti (npr. destilacija nafte). Široka laboratorijska i industrijska primena destilacije uslovila je razvoj različitih postupaka i destilacijskih uređaja, od laboratorijskih staklenih aparatura do industrijskih metalnih izvedbi, s kolonama kojima se prečnik meri metrima, a visina desetcima metara. Destilirati se mogu pri povišenom, atmosferskom ili sniženom pritisku, prekidano (diskontinuirano, šaržno) ili neprekidano (kontinuirano), s pretokom (refluksom, flegmom – povratnim tokom dela kondenzirane pare koji teče od vrha kolone prema dnu) ili bez pretoka.

Maglena komora

Glavni članci: Maglena komora i Komora na mehuriće

Vilsonova komora (po škotskom fizičaru Čarlsu Tomson Ris Vilsonu) je prvi uređaj kojim se mogla opaziti staza naelektrisanih čestica, posebno alfa čestica i elektrona emitovanih iz radioaktivnih materijala. U osnovi je to posuda ispunjena smešom vazduha i vodene pare, u kojoj se brzim povećanjem njene zapremine pomoću pokretne membrane i klipa, zbog pada pritiska i temperature, postiže prezasićenost vazsuha vodenom parom, pri čem dolazi do kondenzacije vodene pare duž staze naelektrisane čestice. Prolaskom kroz komoru, naelektrisana čestica izaziva jonizaciju molekula vazduha, koji tako postaju središta kondenzacije. Na tom osnovnom načelu razvijena je maglena komora i komora na mehuriće.

Toplotni most

Glavni članak: Toplotni most

Toplotni most je manje područje u ovojnici zgrade (obično fasada), kroz koje je toplotnii tok povećan radi promene materijala, debljine ili geometrije građevnog dela. Postavljanjem izolacije na ovojnici kuće (zidovi, krov, pod) izolira se i većina toplotnih mostova. Izolacijom toplotnih mostova izbegava se i kondenzacija na pojedinim delovima konstrukcije.

Vidi još

• Sublimacija
• Isparavanje
• Kelvinova jednačina

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.

Spoljašnje veze

• „Condensation principles (Picture)”. Arhivirano iz originala 26. 03. 2007. g. Pristupljeno 04. 10. 2013.