結露や蒸発の原因は？

蒸発と凝縮は、自然の水循環の一部です。それらは、この物質が状態を変化させる物理的プロセスです：液体から気体へ、気体から液体へ。太陽が水を加熱して蒸発させ、蒸気に変えます。気流によって蒸気が大気に運ばれ、温度が低くなります。これにより、水蒸気が凝縮し、雲が形成されます。雲の粒子が接触し、雨、雪、雹などの降水として落下します。

その後、降水によって降った水は地下水、湖、川となり、海や海に流れ込み、そこから再び循環が始まります。

ただし、蒸発と凝縮のプロセスは、実験室や産業でも人為的に発生します。これらの 2 つのプロセスは、水だけでなく、他の物質でも発生します。

蒸発とは

蒸発は、水循環の一部であるプロセスであることに加えて、液体状態にある物質が気体状態に移行する遷移を意味します。これは、液体と気体の間の表面でのみ行われます。蒸発は、凝縮の反対のプロセスです。

蒸発は、前述のように、液体内ではなく表面で発生するプロセスであるため、沸騰とは異なります。相変化を達成するには熱が必要なため、これは吸熱プロセスです。液体状態を特徴付ける分子凝集力に打ち勝つには、熱が必要です。また、液体が気化する膨張中も重要です。

蒸発は、固体または液体混合物の成分を分離するために使用される方法でもあります。温度が上昇すると、液体物質の分子は気体になり、空気中に失われます。他のコンポーネントはコンテナに残ります。

同様に、蒸発は「冷却プロセス」として定義することもできます。これは、周囲の空気から熱を奪うためです。これの明確な例は、体温を維持するために蒸発することで体を「冷やす」人間の汗です。

蒸発はどのように起こるか

水分子が液体の状態から気体の状態になるためには、熱エネルギーを得る必要があります。彼らは他の水分子と衝突することによってこれを行います. したがって、蒸発プロセスは、分子の動きと温度の上昇に密接に関係しています。温度が高いと分子の動きが速くなり、蒸発が速くなります。これは、物質の拡散速度にも影響されます。たとえば、アセトンは水よりもはるかに速く蒸発します。

水分子が摂氏 100 度に達すると、気体になるために必要な運動エネルギーが得られます。しかし、温度が低くても、表面の一部の粒子は、液体状態の力に打ち勝って蒸発するのに十分なエネルギーを持っている場合があります。

水の温度が高いほど、蒸発するのに十分な運動エネルギーを持つ粒子が存在する可能性が高くなります。このため、太陽放射は粒子にエネルギーを提供するため、このプロセスを促進します。実際、蒸発する粒子は、エネルギーが最も高い粒子です。これにより、残りの粒子はエネルギーを失い、温度が低下します。これが、太陽の下でボティジョが冷える理由です。

その他の重要な要素も蒸発速度に影響します。圧力、湿度、風、液体が置かれている表面などです。蒸発は、大きな領域よりも小さな領域からより速く発生します。

また、アルコールや一般的な食用油の場合のように、すべての液体が同じ速度で蒸発するわけではありません。蒸発速度は、各物質の特性と暴露条件によって異なります。

蒸発の例

蒸発の例はたくさんあります。それらのいくつかは次のとおりです。

• 雲の形成：太陽が海水を加熱し、蒸発した水蒸気が熱気の流れに押されて上昇し、雲を形成します。
• 吊るした後に乾かす濡れた衣類：衣類を日光に吊るしたり、乾燥機を使用したり、ヒーターに近づけたりすると、衣類に染み込んだ水分が蒸発します。
• 調理時に鍋から出る蒸気：水が沸騰し始めるときに生成されます。
• 室温でのアルコールの蒸発：この物質の拡散が大きいため。
• 熱々のコーヒーから煙を出す。
• 乾く湿った土。
• 雨によってできた水たまりの消失。
• 体汗。
• 海塩が得られるおかげで、塩分の多い海水が蒸発します。
• 水循環: 蒸発は自然界の水循環の重要な部分です。水粒子が十分な熱エネルギーを受け取ると、蒸発します。その後、雨となって降ってきて、やがて海に戻ってきます。

結露とは

凝縮は、気相から液相への水の移行を可能にするため、蒸発とは反対のプロセスです。これは、水蒸気圧が飽和蒸気圧よりも大きい場合に発生します。

「加熱工程」と言い換えることもできます。水が蒸発するとき、凝縮するには冷却が必要ですが、熱は周囲の空気に放出されます。

自然界における結露の非常に一般的な例は露です。これは、夜明けに気温が下がると、結露して表面に落ちる水蒸気です。

凝縮プロセスは、空気の圧力、温度、飽和度によって異なります。温度が「露点」まで下がると、分子の運動エネルギーが低下し、凝縮が促進されます。

結露の仕組み

結露が発生するには、水が運動エネルギー (運動エネルギー) を失う必要があります。水蒸気粒子は分子間に大きなエネルギーを持っているため、分子間で多くの動きが生じ、それらが離れることを可能にします。熱エネルギーの損失または圧力の変化により、このエネルギーが失われると、水の分子は速度を落として近くに移動し、液体になります。

気団に含まれる水蒸気の量を「絶対湿度」といいます。代わりに、空気塊が蓄積できる水蒸気の総量と比較して含まれる水蒸気の量が「相対湿度」です。空気が飽和状態になったとき、つまり相対湿度が 100% になったときに露点に達します。もちろん、これは圧力と温度によって異なります。相対湿度が高いほど、気団内の蒸気の凝縮率が高くなります。

結露の例

結露の一般的な例は次のとおりです。

• 露：早朝に発生する気温の低下は、空気中に存在する水蒸気の凝縮を促進し、表面に水滴の形で堆積します. 日の出とともに気温が上昇すると、露は蒸発し、蒸発と結露のサイクルが再び始まります。
• フォグ: フォグ バンクは、窓ガラスなどの温度の低い表面に接触すると凝縮する懸濁水の粒子です。
• 雨: 雲が衝突すると、凝縮した水の粒子の沈殿が発生し、雨が形成されます。
• 冷たい飲み物に現れる水滴: 冷たい缶の表面は環境よりも温度が低いため、周囲の空気から水分を受け取り、凝縮して水滴を形成します。
• 空調ユニットから放出される水: 外気よりもはるかに低い温度の空気から水分を吸収し、凝縮するためです。
• 曇る鏡：熱いシャワーを浴びると、水蒸気が最も冷たい表面に付着して結露し、鏡や他の物体を曇らせます。
• ダイビング ゴーグルの曇り: ダイビング ゴーグルのガラスと顔の間の空気には、発汗による水蒸気が含まれています。空気よりも温度が低い水の中にいると、水蒸気が凝縮してメガネのガラスを曇らせます。
• 呼吸: ガラスの近くや低温で湿度の高い場所で呼吸すると、水蒸気が小さな滴または白っぽい蒸気として見えます。これは、肺の中の空気が表面や外部環境よりも高い温度を持っているために発生します。そのため、凝縮して見えるようになります。
• 水循環: 蒸発と同様に、凝縮は水循環の重要な部分です。水蒸気は、冷たい空気の流れがある大気の上層に上昇します。そこで雲の形で凝縮し、雨として液体の状態で沈殿します。

蒸発と凝縮の用途と応用

蒸発と凝縮はどちらも、特に科学、産業、工学の分野で、他のプロセスのパフォーマンスに有利に働きます。

蒸発アプリケーション

蒸発プロセスを容易にするように設計された蒸発器によって、多くの産業活動が行われています。

その一つが乳製品の生産です。ここでは、蒸発を利用して牛乳、コンデンス ミルク、乳タンパク質、ホエー、およびその他の製品を製造しています。

また、豆乳やフルーツ ジュースの製造にも使用されます。コーヒー、紅茶、麦芽、酵母の抽出物; グルコースシロップなどの加水分解製品、または加水分解タンパク質。
冷凍業界では、肉、骨、血漿の抽出物を形成するために使用されます。家禽産業では、濃縮された全卵または卵白を生成するために蒸発プロセスが不可欠です。

結露用途

凝縮は、実験室や産業において非常に重要なプロセスである蒸留を実行するために不可欠です。

結露によって水が得られるため、空気中の水分を集める結露装置が使用されます。このように、砂漠や半乾燥地帯では地球の湿度が利用されています。

凝縮は、化学物質を取得するためにも役立ちます。化学反応で得られる一部の気体を液体に変換する方法として使用されます。このようにして、大気中への拡散が回避されます。

凝縮器は、通過するガスを冷却して凝縮するために業界で使用されています。

家庭では冷蔵庫や冷蔵庫にコンデンサが使われています。また、消火器の製造にも使用されます。これらは高圧で凝縮された二酸化炭素を貯蔵します。

参考文献

• 作者いろいろ。物理学と化学。（2015）。スペイン。サンティリャーナ教育。
• 集合作品エデベ。物理学と化学。（2015）。スペイン。エデベ。
• 作者いろいろ。物理の本。（2020）。スペイン。編集アカル。