میعان (Condensation) به عنوان تغییر حالت ماده از گاز به مایع تعریف می شود که همه ما در روزهای سرد آنرا روی شیشه ماشین و پنجره های خانه مشاهده می کنیم.
میعان در واقع رسوب مایع یا جامد از حالت بخار است که بر روی سطحی که از گاز مجاور خنک تر است رخ می دهد. میعان یک ماده زمانی اتفاق می افتد که فشار وارد شده توسط بخار آن از فشار بخار مایع یا فاز جامد ماده در دمای سطحی که تراکم در آن رخ می دهد بیشتر شود.
با متراکم شدن بخار، گرما آزاد می شود و تا زمانی که این گرما اضافی برداشته نشود دمای سطح افزایش می یابد تا زمانی که با بخار اطراف آن به تعادل برسد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود لطفا ما را همراهی کنید.
میعان چگونه رخ می دهد؟
اگر هوا عاری از ذرات ریز باشد که به آنها آئروسل گفته می شود، میعان فقط زمانی اتفاق می افتد که هوا به شدت از بخار آب اشباع شده باشد. با این وجود ، در اتمسفر ، مقدار زیادی آئروسل وجود دارد که به عنوان هسته عمل می کنند و هسته های میعانی نامیده می شوند که ممکن است بخار آب روی آنها متراکم شود.
برخی از آنها رطوبت گیر (جذب کننده رطوبت) هستند و هنگامی که رطوبت نسبی کمتر از ۱۰۰ درصد باشد ، میعان در آنها شروع می شود ، اما هسته های دیگر قبل از شروع تراکم به مقداری بیش از حد اشباع نیاز دارند.
در جو رطوبت نسبی هوا افزایش می یابد و هنگامی که دمای هوا به نقطه شبنم می رسد یا بخار آب کافی برای اشباع هوا اضافه می شود ، میعان حاصل می شود. میعان عامل ایجاد شبنم ، مه و ابر است ولی برای وقوع باران فرایندهای فیزیکی دیگری مورد نیاز است.
شرح فیزیک پشت میعان و آزمایش میعان
مانند همه مواد ، آب از مولکول ها تشکیل شده است. در شکل بخار ، مولکول ها دارای انرژی بوده و حرکت سریع و فاصله زیادی از یکدیگر دارند. در دمای سردتر مولکول ها کندتر حرکت می کنند و با کاهش انرژی به هم نزدیک می شوند. وقتی به سطح انرژی آستانه رسیدند ، بخار به مایع تبدیل می شود.
شما می توانید برای نشان دادن فیزیک میعان فقط با یک لیوان آب و برخی از وسایل ساده خانگی یک آزمایش جالب انجام دهید. با خنک شدن بخار آب گرم روی لیوان و از دست دادن انرژی مولکولی این پدیده رخ خواهد داد.
برای رخ دادن میعان به چه چیزهایی نیاز است؟
افزایش دمای هوا
تعلیق بخار آب در هوا باعث میعان می شود. اشعه خورشید از جو عبور کرده و باعث بالا رفتن دمای زمین می شود. با گرم شدن سطح زمین آب تبخیر شده با جو مخلوط می شود و هوای گرم افزایش می یابد. بخار آب از گرمای زمین فاصله می گیرد و شروع به خنک شدن می کند. ذرات آب گرما را از دست داده و خنک می شوند. به محض خنک شدن ، ذرات آب از بخار به حالت مایع تبدیل می شوند. این تغییر حالت فیزیکی به عنوان میعان شناخته می شود.
سطوح خنک
هوای اشباع شده از آب هنگام تماس با سطح خنک باعث ایجاد میعان می شود. ذرات بخار به سطح خنک برخورد کرده و انرژی خود را از دست می دهند و حالت آنها از گاز به مایع تغییر می دهند. قطرات آب روی لیوان های نوشیدنی و شیشه های جلوی ماشین نتیجه تراکم بخار آب است زیرا نیازهای دمایی برای میعان را برآورده می کنند.
کاهش دما
با غروب خورشید ، تابش خورشید کمتر به زمین می رسد و باعث افت دمای زمین می شود. جو بالای زمین به دلیل خنک شدن دمای زمین گرما را از دست می دهد. با کاهش دمای اتمسفر ، ذرات آب در هوا خنک می شوند. وقتی دمای هوا تا نقطه شبنم خنک می شود ، هوا دیگر نمی تواند تمام رطوبت خود را نگه دارد. آب متراکم شده و شبنم ایجاد می کند.
هسته های میعانی
وجود بخار آب و تغییرات دما منجر به میعان می شود اما یک مورد دیگر برای رخ دادن این پدیده وجود ذرات میکروسکوپی نمک و گرد و غبار ، میکروب ها و ذرات دود است. آب خنک می شود و به ذرات معلق متصل می شود این روند کشش سطحی قطرات آب را کاهش می دهد و باعث می شود قطرات باهم ترکیب شوند.
مثال هایی از میعان
میعان یک اتفاق روزمره است. برخی از نمونه های متداول آن عبارتند از:
شبنم صبحگاهی ، هنگامی که رطوبت هوا در طول شب روی چمن ها خنک می شود.
قطره روی قوطی نوشابه شما. سطح سرد قوطی باعث جمع شدن رطوبت هوای گرم در قسمت خارجی قوطی می شود.
پنجره مه آلود. هوای اتومبیل شما حاوی رطوبت است که مقدار بیشتری از نفس و بدن مسافران به آن اضافه می شود. با ایجاد رطوبت کافی، شیشه جلو اتومبیل که به اندازه کافی خنک است باعث می شود رطوبت به صورت قطره هایی متراکم شوند و آن را مه آلود می کند.
آینه ای مه آلود. هنگام ایجاد رطوبت زیاد در حمام رطوبت روی آینه خنک به مایع تبدیل می شود.
نفس مه آلود . گاهی هوای بیرون آنقدر سرد است که رطوبت نفس را به قطرات بزرگتر متراکم می کند. این ها نمونه ای از میعان است که بدون سطحی برای جمع آوری قطرات رخ می دهد. ابرهای آسمان نمونه دیگری از میعان بدون سطح است.
نقطه شبنم و رطوبت نسبی
نقطه شبنم یکی از معیارهای رطوبت یا میزان بخار آب موجود در هوا در هر زمان مشخص است. رطوبت نسبی میزان بخار آب موجود در هوا را در مقابل مقدار بخار آب موجود در هوا در هنگام اندازه گیری مشخص می کند. هوای گرمتر می تواند آب بیشتری نسبت به هوای خنک تر در خود نگه دارد. وقتی دمای هوا به نقطه شبنم کاهش می یابد ، اشباع می شود و مقداری آب به صورت شبنم یا مه روی زمین متراکم می شود. اگر دما به اندازه کافی سرد باشد ، شبنم یخ می زند و شما شاهد شبنم یخ زده یا سرماریزه هستید.
کاربرد میعان
میعان یکی از اجزای مهم تقطیر است که یک پدیده بسیار مهم در آزمایشگاه و شیمی صنعتی است. از آنجا که میعان یک پدیده طبیعی است ، اغلب می توان از آن برای تولید آب در مقادیر زیاد استفاده کرد. بسیاری از سازه ها ، مانند چاه های هوا و حصارهای مه صرفاً به منظور جمع آوری آب از این طریق ساخته می شوند.
از این سیستم ها می توان برای حفظ رطوبت خاک در مناطقی که بیابان زایی در آن اتفاق می افتد استفاده کرد – تا حدی که برخی از سازمان ها به افرادی که در مناطق کم آب زندگی می کنند در مورد کندانسورهای آبی برای کمک به آنها در کنار آمدن با شرایط محیطی آموزش می دهند.
این پدیده یک فرآیند مهم در تشکیل ذرات در یک محفظه ابر است. در این حالت ، یونهای تولید شده توسط ذرات تصادفی به عنوان مراکز هسته ای برای میعان در ابر عمل می کنند.
برنامه های تجاری میعانات ، توسط مصرف کنندگان و همچنین صنعت شامل تولید برق ، نمک زدایی آب ، مدیریت حرارت ، تبرید و تهویه مطبوع است.
روش اندازه گیری میعان
میزان میعان در فشار و دماهای مختلف برای مخلوط های شامل گاز و بخار با روشی به نام سایکرومتری (Psychrometry) اندازه گیری می شود.
سازگاری بیولوژیکی میعان
موجودات زنده زیادی از آبی استفاده می کنند که به این طریق قابل دسترسی است. چند نمونه از این موارد شیطان خاردار استرالیا ، سوسک های تیره ساحل نامیبیا و درخت های ماموت ساحل غربی ایالات متحده است.
مشکلات حاصل میعان در ساختمان ها
میعان در ساختمان ها یک پدیده ناخواسته است زیرا ممکن است باعث افزایش رطوبت ، مشکلات بهداشتی مانند رشد کپک ، پوسیدگی چوب ، خوردگی ، ضعیف شدن دیوارها و افزایش مصرف انرژی به دلیل افزایش انتقال گرما شود.
برای کاهش این مسائل ، باید رطوبت هوای داخل خانه کاهش یابد یا تهویه هوا در ساختمان بهتر شود. این کار را می توان به روش های مختلفی انجام داد ، به عنوان مثال باز کردن پنجره ها ، روشن كردن فن های دستگاه های تهویه ، استفاده از رطوبت گیر ، خشك كردن لباس در بیرون و پوشاندن قابلمه ها و ظروف در حین پخت و پز.
سیستم های تهویه مطبوع یا تهویه می توانند به از بین بردن رطوبت هوا و حرکت هوا در سراسر ساختمان کمک می کند. مقدار بخار آب قابل ذخیره در هوا را می توان به سادگی با افزایش دما افزایش داد. با این حال ، این مسئله می تواند یک شمشیر دو لبه باشد زیرا بیشترین میعان در خانه هنگام تماس هوای گرم و رطوبت با یک سطح خنک اتفاق می افتد.
هوا که خنک می شود دیگر نمی تواند بخار آب را به اندازه کافی نگه دارد. این منجر به رسوب آب در سطح خنک می شود. این امر هنگامی که از گرمایش مرکزی در ترکیب با پنجره های یک جداره در زمستان استفاده می شود ، بسیار مشهود است. میعانات بین سازه ای ممکن است در اثر پل های حرارتی ، عایق بندی ناکافی یا فاقد عایق و عدم استفاده از لایه های ضد رطوبت ایجاد شود.
مشکلات بهداشتی حاصل از میعان در خانه
قرار گرفتن در معرض محیط های مرطوب و کپک زده ممکن است اثرات مختلفی بر سلامتی ایجاد کند. برخی از افراد به کپک حساس هستند برای این افراد ، کپک می تواند باعث گرفتگی بینی ، تحریک گلو ، سرفه یا خس خس سینه ، تحریک چشم یا در بعضی موارد تحریک پوست شود.
افراد مبتلا به آلرژی به کپک ممکن است واکنش های شدیدتری داشته باشند و افراد مبتلا به نقص ایمنی و افرادی که بیماری های مزمن ریوی دارند ، مانند بیماری انسدادی ریه ، ممکن است هنگام قرار گرفتن در معرض کپک به عفونت های جدی ریه مبتلا شوند. این افراد باید از مناطقی که احتمالاً کپک زده اند – مانند خانه های با رطوبت بالا – دور باشند.
در سال ۲۰۰۴ ، موسسه پزشکی (IOM) دریافت که شواهد کافی برای ارتباط قرار گرفتن در معرض محیط داخلی حاوی کپک با علائم دستگاه تنفسی فوقانی ، سرفه و خس خس در افراد غیر سالم وجود دارد. IOM همچنین شواهد محدود یا حاکی از ارتباط قرار گرفتن در معرض قارچ داخل منزل و بیماری تنفسی در کودکان سالم یافته است.
فرق تقطیر و میعان
تقطیر در صنایع مختلف بسیار مهم است. به طور عمده، این یک فرآیند مهم در پالایش نفت خام است. از طرف دیگر میعان نیز یک فرآیند مهم است، اما ما از آن عمدتاً در مورد چگالش بخار آب استفاده می کنیم. با این حال میعان یک جزء ضروری در تقطیر نیز می باشد. به طور خلاصه، تفاوت اصلی بین تقطیر و تراکم در این است که تقطیر یک تکنیک جداسازی است در حالی که معیان فرآیند تغییر فاز ماده است. هر دو پدیده در شیمی و زندگی روزانه ما کاربرد گسترده ای دارند و می توانیم آنها را بوضوح مشاهده کنیم بدون اینکه مورد توجه ما قرار بگیرند. برای دانستن فرق تقطیر و میعان باید مکانیسم این دو پدیده را به خوبی درک کنید.
تقطیر تکنیکی است که می توانیم از آن برای جدا کردن اجزای یک مخلوط مایع از طریق جوشاندن و تراکم انتخابی استفاده کنیم در حالی که میعان فرآیند تبدیل فاز گاز به فاز مایع است. بنابراین، تفاوت اصلی بین این دو پدیده در این است که تقطیر یک تکنیک جداسازی است در حالی که میعان فرآیند تغییر فاز ماده است. تفاوت دیگر بین تقطیر و تراکم این است که تقطیر از تفاوت در نقاط جوش اجزای مخلوط مایع استفاده می کند در حالی که میعان به دلیل خنک شدن یا فشرده شدن بخار رخ می دهد. علاوه بر این، بین تقطیر و میعان بر اساس کاربرد نیز تفاوت وجود دارد. یعنی؛از کاربردهای تقطیر می توان به تولید نوشیدنی های مقطر، نمک زدایی، جداسازی نفت خام به اجزاء و غیره اشاره کرد. در حالی که کاربردهای میعان شامل استفاده از آن به عنوان جزء تقطیر، تولید آب در مقادیر زیاد، نمک زدایی آب، تهویه مطبوع، و غیره است.
