تكثيف

التكثيف أو التكثف Condensation، هو هو ترسّب بخار الماء من هواء الجو على سطوح مكشوفة تكون أبرد من الجو المحيط بها مثل أوراق النباتات والأشجار والألواح الزجاجية وغيرها. ويكون الراسب على هيئة قطيرات من الماء السائل يسمى الندى dew الذي يتكون عادة في أثناء الليل حين يكون الجو خالياً من الغيوم، ويكون الهواء ساكناً أو تكون الرياح خفيفة. ويُعزى تكوّن الندى إلى أن معظم الأجسام المكشوفة تشع من الحرارة أكثر من إشعاع هواء الجو فتصبح بذلك أبرد منه. وتسمى درجة الحرارة التي يتكوّن عندها الندى على هذه الأجسام نقطة الندى، وهي درجة الحرارة التي يصل عندها الهواء المحيط بالأجسام إلى حد الإشباع. ويتجمد الندى إذا كانت درجة حرارة سطح الجسم أقل من درجة حرارة تجمد الماء.

Water vapour condenses into a liquid after making contact with the surface of a cold bottle.

Condensation forming over the wing of an aircraft in a low pressure zone

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 عملية التكثيف

يمكن أن يحدث التكاثف على الهباء الجوي aerosols الذي يزخر به الجو، فتقوم حبيباته بدور نوى يتكاثف عليها بخار الماء الجوي وتسمى نوى التكاثف، وهي التي تكوِّن السحب والضباب، ويراوح قطرها بين بضعة مكرونات وبضعة أعشار المكرون (10-6م)، وهناك نوى أصغر منها قطراً ولكنها لا تثير التكاثف إلا إذا كان الهواء مشبعاً إشباعاً فائقاً ببخار الماء. ومعظم نوى التكاثف تتكون طبيعياً أو بسبب الحرائق أو حبيبات الغبار المتصاعدة إلى أعالي الجو.

وتكون القطيرات الدقيقة الناجمة عن تكاثف بخار الماء في الجو على نوى التكاثف طافية في الهواء وتهبط نحو الأرض ببطء حتى تبلغ سرعة حدية (سر) ثابتة تغطى بالعلاقة التالية المسماة قانون ستوكس Stokes

حيث نق: نصف قطر قطيرة الماء، كم: كتلتها الحجمية،كد: الكتلة الحجمية للهواء المشبع، ج: تسارع الثقالة، و η: لزوجة الهواء في درجة الحرارة حينئذ.

وإذا كانت القطيرات مجوفة كان الفرق كم- كهـ ضيئلاً جداً، فتكون السرعة الحدية (سر) حينئذ ضعيفة وأقل من سرعة حركات الهواء فتطفو فيه كما في حالة السحب والضباب. وتكون القطيرات عادة مكهربة بنوع واحد من الكهربية فتتدافع. وحين يصبح الهواء عرضة لاضطرابات كهربائية كالعواصف، تندمج القطيرات، ويحدث المطر عندما تتوافر ظروف فيزيائية ملائمة.

ويختلف ضغط بخار الماء المشبع باختلاف درجة الحرارة ويتزايد تزايداً سريعاً بتزايدها كما هو مبين في الجدول التالي

"جدول يوضح العلاقة بين ضغط بخار الماء ودرجة الحرارة أثناء عملية التكثيف"

درجة الحرارة (سلزيوس)	ضغط بخار الماء (سم زئبق)
0	0.46
10	0.92
20	0.75
30	3.15
40	5.50
50	9.20
60	14.92
70	23.35
80	35.50
90	52.55
100	76.00
120	107.5

وللدلالة على مقدار بخار الماء في الهواء في مكان ما يستعمل مصطلح الرطوبة، والرطوبة إما أن تكون مطلقة أو نسبية، فالرطوبة المطلقة هي مقدار كتلة بخار الماء في وحدة الحجوم، وتقدّر عادة بالغرامات في كل متر مكعب من الهواء، أما الرطوبة النسبية فهي نسبة كمية بخار الماء الحالي في الجو إلى كميته حين يكون مشبعاً في درجة الحرارة نفسها، ولما كانت كمية البخار تتناسب مع ضغطه، فإنه يمكن تعريف الرطوبة النسبية بأنها نسبة ضغط بخار الماء الحالي في الجو (ص ) إلى ضغطه الإشباعي (ض) في درجة الحرارة نفسها، أي فإذا كانت نقطة الندى 10ْس حينما كانت درجة حرارة الهواء 20ْس، كانت الرطوبة النسبية: (انظر الجدول 1). وتراوح بين 0.30 و 0.40 في المناطق الصحراوية، وبين 0.40 و 0.60 في المناطق الجافة، وبين 0.70 و 0.80 في مناطق المناخ البحري، وبين 0.90 و 0.95 في المناطق الاستوائية أو المدارية الرطبة.

ويحدث التكاثف في المساكن على الجدران الخارجية عندما تبلغ درجة حرارتها نقطة الندى من أجل ضغط بخار الماء في جو المسكن، وذلك نتيجة انتقال الحرارة الخارجية إليه. ويزول ما تكاثف من البخار عندما تتعدى درجة حرارة الوجه الداخلي للجدار نقطة الندى، وتتدخل في هذه العملية بعض العوامل المؤثرة، ولاسيما الفرق بين درجتي الحرارة داخل المسكن وخارجه وثخن الجدار ومعامل الانتقال الحراري للمواد التي يتكون منها ودرجة رطوبة الهواء داخل المسكن. وتتصف المواد المسامية أو ذات الخواص الشعرية التي هي، علاوة على ذلك، أليفة الماء بعض الشيء، تتصف بأنها صالحة لأن تكثف في مساماتها بخار الماء الذي في الهواء أو أن تُبخر ما تكون عليها من الماء، وذلك بحسب جفافها وبحسب درجة رطوبة الجو، وهذه هي حالة الإسمنت المسلح وألواح القرميد وحالة مواد أخرى كالمواد الجصية.

ولتجنب تكاثف بخار الماء في داخل المسكن تغطى جدرانه الخارجية من الداخل بألواح من الجص (ل) يراوح ثخنها بين 2سم و2.5سم، فالجص الجاف يمتص الرطوبة الزائدة، إذ يتكاثف بخار الماء في مسامه، ولكن هذه الرطوبة يمكن أن تنتقل بالظاهرة الشعرية إلى مسام العازل الحراري وأليافه (ع) فيخفف عزله الحراري إذ يصبح أفضل نقلاً للحرارة ويقل بذلك شعور الساكنين بالراحة. لذلك يستعمل حاجز البخار (ح) المكوّن من مواد لا ينفذ منها بخار الماء أو الماء ويجعل هذا الحاجز بين العازل الحراري وألواح الجص كما هو مبين في الشكل1. ويتكوّن حاجز البخار عادة من صفائح رقيقة من البوليثين أو من مركبات راتنجية.

 التكثيف في تطبيقات الانشاءات

Condensation on a window during a rain shower.

 انظر أيضا

• عجلة الهواء (مكثف)
• Bose–Einstein condensate
• مكثف (نقل الحرارة)
• تكثيف الدنا
• Kelvin equation
• Phase diagram
• تحول طوري
• Retrograde condensation
• Surface condenser

 المصادر

• "Condensation principles (Picture)".