Конденсація
Конденса́ція (від лат. condensare — згущувати) — процес переходу газу або насиченої пари в рідину чи тверде тіло внаслідок охолодження або стиснення їх. Швидкість процесу залежить від зовнішніх умов — тиску, температури, інколи — наявності інших речовин.
Якщо температура й тиск вищі значень, що відповідають потрійній точці для даної речовини, утворюється рідина (конденсат). Інакше пара переходить у твердий стан, і таке явище має особливу назву десублімація).
В атмосфері конденсація відбувається за наявності ядер конденсації в разі зниження температури до точки роси.
При конденсації утворюються найдрібніші краплі води діаметром декілька мікрометрів. Конденсація починається тоді, коли повітря досягає стану насичення, а це частіше всього відбувається при зниженні температури до точки роси. Виникають початкові комплекси молекул води, які далі ростуть до розмірів хмарних крапель. Якщо точка роси значно нижче 0°C, то утворюються льодяні кристали. Перехід водяної пари в твердий стан називається десублімацією. Охолодження повітря в атмосфері відбувається частіше адіабатично, внаслідок його розширення без теплообміну. Це відбувається при підйомі повітря.
Утворення крапель при конденсації відбувається на деяких центрах які називаються ядрами конденсації. Це частинки гігроскопічних солей, тверді частинки, які є продуктами згорання або органічного розпаду. Розміри ядер конденсації змінюються від сотих часток мікрометра до 1 мікрометра.
В результаті конденсації водяної пари в атмосфері виникають скупчення продуктів конденсації (краплин і кристалів), які називають хмарами.
По своїй будові хмари поділяються на три класи :
- водяні (крапельні) хмари, складаються тільки із крапель;
- кристалічні (льодяні) хмари, які складаються із льодяних кристалів;
- змішані хмари, які складаються із суміші крапель та льодяних кристалів.
Водністю хмар називають вміст у них води у рідкому та твердому стані. В водяних хмарах на кожний м3 хмарного повітря приходиться від 0,2 до 5г води. В кристалічних хмарах водність ще менша.
Форма хмар в тропосфері дуже різноманітна, але їх можна звести до основних типів в залежності від форми і висоти. В кінці 19 ст. Була прийнята міжнародна класифікація хмар, яка в сучасному варіанті виділяє 10 основних типів по їх зовнішньому вигляду. Хмари верхнього ярусу (6-18 км):
- перисті – мають вигляд окремих ниток, або смуги волокнистої структури;
- перисто-шаруваті – нагадують собою прозору білу вуаль;
- перисто-купчасті – схожі на брижі на поверхні води.
Із хмар цього ярусу опадів не буває.
Хмари середнього ярусу (2-6 км):
- високо-купчасті – хмарові пласти або гряди білого чи сірого кольору;
- високо-шаруваті – являють собою світлий, молочно-сірий хмарний покрив, потужністю декілька кілометрів.
Хмари даного ярусу як правило опадів не дають.
Хмари нижнього ярусу (до 2 км): - шарувато-дощові – мають більш потужний шар ніж високо-шаруваті і більш сірі, з них випадають облогові дощі;
- шарувато-купчасті – гряди або шари сірих хмар, які мають темні частини у вигляді куп, з них випадає слабкий сніг, часом паморозь;
- шаруваті – це найнижчі хмари даного ярусу і мають однорідний сірий кольор, інколи можуть мати вигляд розірваних на жмути.
Хмари вертикального розвитку (від 1 до 18 км):
- купчасті – щільні із різкими контурами у вигляді куполів, башен, пагорбів, основа цих хмар темна і більш менш горизонтальна;
- купчасто-дощові – є подальшим розвитком купчастих хмар, більш потужні сильно розвинуті по вертикалі у вигляді гір.
Із хмар цього ярусу випадають опади зливового характеру інколи з градом і грозою, зимою - сильний густий сніг. Пароутворення — це процес переходу рідини в газоподібний стан. Він може здійснюватися двома шляхами: випаровуванням та кипінням.
Випаровування — це процес, при якому з поверхні рідини вилітають молекули, середня кінетична енергія яких перевищує енергію зв’язку молекул усередині рідини. Випаровування супроводжується охолодженням рідини і може відбуватися за будь-якої температури. Інтенсивність випаровування буде залежати від площі поверхні рідини, від температури рідини, від наявності вітру та від властивостей самої рідини.
Кипіння — це процес інтенсивного випаровування. При кипінні пароутворення відбувається по всій рідині. Щоб рідина закипіла, її треба довести до певної температури — температури кипіння. Чим більший атмосферний тиск, тим температура кипіння вища.
Кількість теплоти, необхідна для випаровування рідини, взятої за температури кипіння, залежить від її маси та питомої теплоти пароутворення.
Питома теплота пароутворення показує, яку кількість теплоти необхідно надати рідині масою 1 кг, щоб повністю перетворити її на пару за температури кипіння. Питома теплота пароутворення позначається літерою r та в Системі Інтернаціональній вимірюється у джоулях, поділених на кілограм. Процес кипіння відбувається при незмінній температурі. Для кожної рідини температура кипіння своя і залежить тільки від атмосферного тиску.
Для того щоб знайти кількість теплоти, яка необхідна для перетворення у пару рідини, треба масу тіла помножити на його питому теплоту пароутворення.
Процес, при якому пара перетворюється на рідину, називається конденсацією. Конденсуючись, пара віддає ту кількість теплоти, яка пішла на її утворення.