مفهوم التكاثف
هو ظاهرة يتمُّ فيها تحوُّل بخار الماء من الحالة الغازيّة إلى الحالة الصَّلبة أو السَّائلة وذلك عند مُلامسته لدرجات حرارة باردة، فمثلاً عند القول بأنّ مياه البحار والأنهار تبخّرت فهذا يعني أنَّ بخار الماء تحوّل من الحالة السائلة إلى الحالة الغازيّة ختَّى أصبح بُخاراً.
وعند انخفاض درجات الحرارة يصعد بخار الماء إلى طبقات الجوِّ العُليّا، حتى يتحوّل إلى مادَّة سائلة أو صلبة، ممّا يؤدِّي إلى ترابط جزيئات البخار واقترابها من بعضها البعض ممّا يؤدِّي إل
ى تكاثُفها.
تُعتبر عمليّة التكاثف من أهمِّ العمليّات التي يتعرّض لها الغلاف الغازيّ، حيث تُعدّ مُهمَّة لحدوث العديد من المظاهر الطبيعيّة والتي تساعد على استمرار وديمومة الحياة، كما أنّه مُهم لرفع درجات حرارة الغلاف الجويّ.
أشكال التكاثف
- الأمطار: حيث تُعبّر الأمطار عن الحالة السائلة لبخار الماء، يؤدِّي انخفاض درجات الحرارة لأكثر من صفر سيلسيوس إلى ارتفاع بخار الماء إلى طبقات الجو العُليّا ليتحوّل هذا البخار ويتكاثف حتى يتحوّل إلى الحالة السائلة، ليتمَّ بعد ذلك عبور قطرات الماء الثقيلة بالنِّسبة لوزن الهواء وسقوطها على سطح الأرض على شكل أمطار.
- الثلوج: وهي الحالة الصَّلبة لبخار الماء، تنتج الثلوج عند تحوُّل البخار من الحالة الغازيّة إلى الحالة الصلبة، ممّا يؤدِّي إلى مروره بدرجات حرارة تقترب إلى الصِّفر حتى يتحوَّل إلى ثلج، ونظراً لأنّ وزن الثَّلج قريب من وزن الأمطار فإنّه سيسقط مباشرة إلى سطح الأرض بسبب عدم وجود أسطح للتكاثف عليها، أمّا تساقط الثَّلج فيأخذ شكل القطن الأبيض الذي يكسو سطح الأرض.
- النَّدى: وهو الشَّكل الناتج من خلال تحوُّل بخار الماء من الحالة الغازيّة إلى الحالة السَّائلة شرط أن يُلامس هذا البخار السُّطوح الصلبة خاصَّةً عندما تكون درجات الحرارة صفر مئويّة، حيث يكون النَّدى على شكل قطرات من الماء المُلتصقة على السُّطوح الصَّلبة هذا وقد يتكوّن الندى على أوراق النباتات والأشجار أو الشبابيك.
- الصّقيع: ويمكن تسميته بالنَّدى المُتجمِّد أو الصَّقيع المُتجمد، يعني أنّه يتكوّن بنفس الطَّريقة التي تكوّن فيها النَّدى، فعندما يكون بخار الماء قريب من سطح الأرض فإنّه سيواجه درجات حرارة منخفضة إلى مادون الصِّفر، الأمر الذي يجعله يتحوّل بشكل مباشر وفجائيّ إلى بلورات ثلجيّة تلتصق على زجاج السيّارات والشوارع وخاصةً الأراضي.
- الضباب: يُعبّر الضباب عن تكاثف لقطرات الماء تكون أصغر من قطرات النَّدى والمطر، حيث تكون هذه القطرات مُتطايرة في الهواء لتتشكَّل وتظهر عندما تكون درجة حرارتها أقلُّ من درجة حرارة النَّدى.
هذا وقد يتشكّل الضباب نتيجة انتقال قطرات الماء الصغيرة من مكانها حتى تلتقي مع تيَّار هوائي دافئ فتصطدم به الأمر الذي يجعلها تبقى عالقة في السَّماء لتُكوّن الضباب.
شروط التكاثف
- أنويّة التكاثف: تُعبّر هذه الأنويّة عن كل الشَّوائب الصَّلبة الموجودة في الغلاف الغازيّ كالغبار والأتربة والشظايا، وهي أجسام لا يمكن رؤيتها بالعين المُجردة.
- انخفاض درجات الحرارة: يؤدِّي الارتفاع في درجات الحرارة إلى حدوث تمدُّد للغلاف الغازيّ، في حين يُصاحب الانخفاض في درجات الحرارة حدوث تقلُّص للغلاف الغازيّ، فعندما يتقلّص هذا الغلاف تتقارب جزيئاته من بعضها البعض، حيث يؤدِّي هذا التقارب إلى التفاف الجزئيات حول أنوية التكاثف، ليُسهل هذا الالتفاف عمليّة تحوّل بخار الماء من الحالة الغازيّة إلى الحالة السائلة.
- التشبُّع: حتى تحدُث عمليّة التكاثف يجب أن يصل الغلاف الغازيّ إلى درجة التشبُّع،التي تعتمد على عاملين:
القوة المبخّرة: والتي تعتمد على درجة الحرارة، حيث أنّ ارتفاع درجات الحرارة سيؤثِّر على المادَّة المُتبخِّرة؛ ممّا يُنشط عمليّة تحول بخار الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازيّة، أمّا عند انخفاض درجات الحرارة فسينعدم التأثير أو يقل على المُسطَّحات المائيّة؛ الأمر الذي يُقلِّل من عمليّة تحوّل المادَّة المُتبخِّرة من الحالة السائلة إلى بخار الماء.
- أمّا العامل الثاني فهو: المادة المُتبخرة: والتي تتمثَّل في المُسطَّحات المائيّة؛ حيث تقوم هذه المُسطَّحات في أثناء ارتفاع درجات الحرارة بتوفير المواد التي من الممكن أن تتحوّل من شكلها السائل إلى الشكل الغازيّ.
الفرق بين التكاثف والتبخر
- التبخُّر والتكاثف عمليّتان عكسيّتان وبينهما فروق كثيرة لكن الفرق الأساسيّ بينهما أنَّ التبخُّر عبارة عن تحوّل المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازيّة،ّ أمّا التكاثف فهو تحوُّل البخار من الحالة الغازيّة إلى الحالة السائلة.
- يجب أن تكون درجات الحرارة في حالة التبخُّر عالية، حتى تتمكَّن جزيئات السائل من الحصول على كمّيّات كافية من الطاقة تُمكّنها من التحوُّل من الحالة السائلة إلى الحالة الغازيّة، في حين تتطلَّب عمليّة التكاثف انخفاض في درجات الحرارة حتى يتمُّ فقدان حرارته الكامنة ليتحوّل بعدها من الحالة الغازيّة إلى الحالة السائلة.
- تُعتبر عمليَّة التبخُّر عمليّة ماصَّة للطاقة الحراريّة، في حين تُعدّ عمليّة التكاثف طاردة للطَّاقة الحراريّة.
- يوجد الكثير من التطبيقات العمليّة على هاتين العمليّتين ومن بينهما عمليّة فصل المُشتقات النفطيّة عن بعضها البعض.
- المواد ذات الكثافة الأقل تتبخَّر بشكل أسرع، أمّا الجزيئات ذات الكثافة الأكبر فتتكاثف بشكلٍ أسرع.
- يتأثَّر كل من التكاثف والتبخر بالضغط الجويّ ودرجات الحرارة إضافةً إلى الكثافة، لكن تأثيرهما يكون بطُرق مُختلفة.
- يُعتبر كل من التكاثف والتبخُّر من العمليّات الفيزيائيّة المهمَّة بشكل كبير في الطبيعة، حيث يُعدُّ كلاً منهما مُهما في حدوث دورة المياه في الطبيعة.
