凝結
凝結（英語：condensation），或稱凝析，是氣體遇冷而變成液體，如水蒸氣遇冷變成水。溫度越低，凝結速度越快。在水循環中常提到凝結[1]。像空氣中的水蒸氣接觸到其他固體、液體表面，或是接觸到雲凝結核，因而形成液體，即為凝結。若氣體遇冷後直接變成固體，則稱為凝華。
凝結也是化工生產中常見的程序，以成本低的水或空氣作冷凝的介質，使其他物質的溫度降低。經過冷凝操作後，水或空氣溫度會升高，如果直接排放會造成熱污染。
凝結和蒸發是作用相反的兩個單元操作，蒸餾是蒸發和凝結的聯合操作。
開始凝結
[編輯]凝結的開始是由於氣相物質中形成了團簇結構（例如雲中水滴或雪花的形成），或是氣態物質接觸到固態或是液態的表面。
一些可逆性的現象
[編輯]以下是氣態/固態或是氣態/液態的表面會出現的一些可逆性現象。
- 氣態物質被液態所吸收（氣態和液態的物質可能相同，也可能氣態物質溶解在液態中），其可逆反應為蒸發[1]。
- 若固態表面的溫度及壓力大於氣態物質的三相點，氣態物質會吸附在固態表面，形成液滴，其可逆反應也是蒸發。
- 固態表面的溫度及壓力小於氣態物質的三相點，氣態物質會吸附入固態結構中，也成為固態，其可逆反應為升華。
常見的凝結現象
[編輯]凝結常出現在蒸氣冷卻或是加壓到其飽和點（若是水蒸氣，即為露點），氣態的分子密度達到其上限。冷卻或加壓蒸氣，再收集凝結後液體的設備稱之為冷凝器。
凝結的量測
[編輯]氣象學中會量測在不同大氣壓力及溫度下，水蒸氣凝結成水的速率。
凝結的應用
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凝結是蒸餾中很重要的一部份，蒸餾在實驗以及化工應用中都很重要。
凝結是會自然發生的現象，因此人們也可以用凝結來產生大量的水，供應人們所需。許多建築物興建的目的就是為了讓水蒸氣凝結，再收集水份，例如通風井以及集霧器。有些地區有沙漠化的情形，可以用此系統可以維持這些地區的水份，此方式保持水份的效果很好，因此有些組織教育在沙漠化地區的居民用此方式來儲水，以克服水源不足的問題[2]。
凝結也是在雲室中追蹤粒子的關鍵過程。在雲室中，因為入射粒子產生的離子即為凝結核，氣體會在附近凝結，形成產生類似飛機雲的效果。
凝結也是許多工業程序中的關鍵步驟，例如發電，海水淡化[3]、熱管理[4]、冷凍[5]及空調[6]等程序。
和生物體的關係
[編輯]許多生物是靠凝結而來的水作為水份的來源，例如澳洲的魔蜥、納米比亞海岸的擬步行蟲，以及美國西岸的加州紅木。
建築物內的凝結
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建築物內的水氣凝結會導致建築物內的濕氣、黴菌相關健康問題、木材乾腐或腐蝕、水泥和磚石牆壁受損，以及因為熱傳導的增加造成空調電費的增加，是不希望看到的現象。為了避免這些問題，需要降低室內的濕度，或是改善室內的通風。有許多可行的方式，例如開窗戶、打開通風扇、使用除濕機、在室外烘乾衣服、在烹調時覆蓋鍋碗瓢盆等。裝設空調系統或是通風系統有助於將室內的濕氣排出，也讓建築物內的空氣可以流通[7]。若提高溫度，空氣中可以容納的水蒸氣量就會增加[7]，不過若溫暖潮濕的空氣碰到冷的表面就會凝結，空氣溫度降低，其中可保持的水蒸氣量也會降低，這是室內常用的凝結來源，因此此一作法有其風險。
內部結構凝結可能是因為熱橋效應、缺乏隔熱、防潮、隔熱玻璃，或是類似設備的效果不足[8]。
參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ 1.0 1.1 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "condensation in atmospheric chemistry"。doi:10.1351/goldbook.C01235
- ^ FogQuest - Fog Collection / Water Harvesting Projects - Welcome. [2018-03-02]. （原始內容存檔於2009-02-23）.
- ^ Warsinger, David M.; Mistry, Karan H.; Nayar, Kishor G.; Chung, Hyung Won; Lienhard V, John H. Entropy Generation of Desalination Powered by Variable Temperature Waste Heat. Entropy: 7530–7566. 2015. Bibcode:2015Entrp..17.7530W. doi:10.3390/e17117530.
- ^ White, F.M. 『Heat and Mass Transfer』 © 1988 Addison-Wesley Publishing Co. pp. 602–604
- ^ Q&A: Microchannel air-cooled condenser; Heatcraft Worldwide Refrigeration; April 2011; http://www.heatcraftrpd.com/landing/2011/air-cooled-condenser/res/pdfs/H-ACCMCX-QA.pdf （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ^ Enright, Ryan. Dropwise Condensation on Micro- and Nanostructured Surfaces. Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering. 23 Jul 2014, 18 (3). doi:10.1080/15567265.2013.862889.
- ^ 7.0 7.1 Condensation. Property Hive. [2018-03-03]. （原始內容存檔於2013-12-13）.
- ^ Condensation around the house - what causes condensation. diydata.com. [2018-03-03]. （原始內容存檔於2008-01-13）.
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