การควบแน่น ของสสารหมายถึงอะไร และสามารถเกิดกระบวนการควบแน่นได้อย่างไร

การควบแน่น (Condensation)

การควบแน่น (Condensation) คือกระบวนการหนึ่งในการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพของสสาร

เป็นกระบวนการที่สสารเปลี่ยนจากสถานะก๊าซเป็นของเหลว การควบแน่นยังเป็นกระบวนการที่สำคัญยิ่งในวัฏจักรน้ำ (Water Cycle) ซึ่งก่อให้เกิดเมฆและฝนในชั้นบรรยากาศโลก รวมถึงเป็นจุดเริ่มต้นของการนำน้ำกลับลงสู่พื้นดินอีกครั้ง

ในวัฏจักรน้ำ การควบแน่นหมายถึงการเปลี่ยนแปลงสถานะจากไอน้ำ (Vapor) เป็นน้ำในสถานะของเหลวเนื่องจากการเย็นตัวลงหรือสูญเสียพลังงานความร้อนส่งผลให้อนุภาคในองค์ประกอบของไอน้ำหรือสสารในสถานะของก๊าซเคลื่อนที่ได้ช้าลงเกิดแรงดึงดูดหรือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากขึ้นจนเกิดเป็นหยดน้ำ การควบแน่นจึงถือเป็นกระบวนการตรงกันข้ามกับ “การระเหย” (Vaporization) หรือกระบวนการการเปลี่ยนสถานะของสสารจากของเหลวไปเป็นก๊าซ

การควบแน่นสามารถเกิดขึ้นได้จากอากาศเย็นลงจนถึงจุดน้ำค้าง(Dew Point) และเมื่ออากาศอิ่มตัว(Saturated) จากการสะสมไอน้ำในปริมาณมากจนไม่สามารถกักไอน้ำไว้ได้อีกการควบแน่นจึงก่อให้เกิดการก่อตัวของเมฆและฝนในชั้นบรรยากาศโลก รวมถึงหมอกบนพื้นดินอีกด้วย

น้ำค้าง, การควบแน่น, ควบแน่น,
น้ำค้างตามใบหญ้า

จุดน้ำค้าง (Dew Point)

จุดน้ำค้างหมายถึงจุดของอุณหภูมิที่ก่อให้เกิดการกลั่นตัวของไอน้ำ เนื่องจากในอากาศมีไอน้ำปริมาณมากและอุณหภูมิของอากาศลดต่ำลง จึงก่อให้เกิดการกลั่นตัวของหยดน้ำหรือน้ำค้างตามธรรมชาติ การก่อตัวของหยดน้ำจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอากาศสามารถพบเห็นได้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน เช่น ละอองน้ำที่เกาะตามหน้าต่างรถยนต์ และสนามหญ้าในช่วงเช้ามืด

นอกจากนี้ จุดน้ำค้างยังเป็นตัวตรวจวัดความชื้นหรือ “ความชื้นสัมพัทธ์” (Relative Humidity) ในอากาศที่มีประสิทธิภาพ เมื่อจุดน้ำค้างมีค่าสูงแสดงว่าในอากาศมีไอน้ำปริมาณมาก แต่เมื่ออุณหภูมิ ณ จุดน้ำค้างมีค่าเท่ากันกับอุณหภูมิของอากาศ แสดงให้เห็นว่าในขณะนั้น อากาศอิ่มตัวจากไอน้ำในปริมาณมาก ส่งผลให้ความชื้นสัมพัทธ์มีค่าสูงสุด (100 เปอร์เซ็นต์)

การอิ่มตัว (Saturation) และการเกิดเมฆ

เมฆ (Cloud) เป็นการรวมตัวกันของหยดน้ำปริมาณมากในชั้นบรรยากาศโลกจากโมเลกุลของไอน้ำที่กระจัดกระจายอยู่ทั่วไปในอากาศ เมื่อเกิดการรวมตัวกันของไอน้ำปริมาณมาก จะสะสมจนเกิดเป็นก้อนเมฆ เมื่อก้อนเมฆอิ่มตัวและไม่สามารถกักเก็บไอน้ำได้อีก โมเลกุลของไอน้ำจะถูกบีบอัดเข้าหากัน จนเกิดการควบแน่นและตกลงมาเป็นฝน (Precipitations) มวลอากาศเย็นมีไอน้ำสะสมในปริมาณน้อยกว่ามวลอากาศร้อน ดังนั้น ในสภาพอากาศหรือเขตอากาศอบอุ่นจึงมักมีความชื้นสูงจากการที่ไอน้ำยังคงอยู่ในบรรยากาศแทนที่จะกลั่นตัวตกลงมาเป็นฝน

 

หมอก, หน้าหนาว, หุบเขา, การควบแน่น, หมอกบนพื้นดิน, ทะเลหมอก
หมอกบนพื้นดินยามเช้า เคลื่อนไหลไปตามทิวเขา

การควบแน่นบนภาคพื้นดิน หรือหมอก

การควบแน่นสามารถเกิดขึ้นที่ระดับพื้นดิน หรือปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เราเรียกว่า “หมอก” (Fog) หมอกก่อตัวขึ้นเมื่ออากาศที่มีความชื้นสูงเข้าสัมผัสกับพื้นผิวที่เย็นกว่าโดยเฉพาะพื้นผิวโลก จนอุณหภูมิลดลงถึงจุดน้ำค้าง เช่น หมอกที่เกิดจากการพาความร้อน (Advection fog) หรือหมอกจากการแผ่รังสีความร้อน (Radiation fog) ซึ่งเป็นหมอกที่มักก่อตัวขึ้นในช่วงฤดูหนาว จากการคายความร้อนของพื้นดินในช่วงเวลากลางคืน อากาศที่ลอยเหนือพื้นดินเย็นตัวลง และเมื่ออุณหภูมิลดลงส่งผลให้มวลอากาศไม่สามารถกักเก็บไอน้ำได้ในปริมาณมาก ทำให้เกิดการควบแน่นและเกิดเป็นหมอกบนพื้นผิวดิน

นอกจากนี้ หมอกจะไม่ก่อตัวขึ้น เมื่ออุณหภูมิจุดน้ำค้างแตกต่างจากอุณหภูมิอากาศเกิน 2.2 องศาเซลเซียส

โรงกลั่นน้ำทะเล, การควบแน่น, การประยุกต์, ควบแน่น
โรงกลั่นน้ำทะเล

การใช้ประโยชน์

การควบแน่นเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการกลั่นที่มนุษย์นำมาประยุกต์ใช้ทั้งในห้องปฏิบัติการและในภาคอุตสาหกรรมเคมีเนื่องจากการควบแน่นเป็นปรากฏการณ์ที่สามารถเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติจึงมักนำมาใช้ในการผลิตน้ำหรือของเหลวในปริมาณมากอย่างเช่น ในส่วนของการใช้งานเชิงพาณิชย์หรือภาคอุตสาหกรรมการควบแน่นเป็นกระบวนการสำคัญในการผลิตกระแสไฟฟ้าการกลั่นน้ำทะเลการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมหรือแม้กระทั่งในระบบเครื่องทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศรวมถึงการนำหลักการมาใช้ประโยชน์เพื่อทำฝนเทียมในพื้นที่แห้งแล้งอีกด้วย

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

National Geographic Society – https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/condensation/

United States Geological Survey (USGS) – https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/condensation-and-water-cycle?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล – http://www.rmutphysics.com/charud/naturemystery/sci3/geology/2/index_ch_2-8.htm

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/article-chemistry/item/8396-2018-06-01-02-47-46


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : ความหนาแน่น (Density) ของสสาร

ความหนาแน่น

เรื่องแนะนำ

เหยื่อจ๋าระวังให้ดี!! ปลาแลมป์เพรย์ แวมไพร์กระหายเลือดแห่งโลกใต้น้ำ

คำเตือน!! โปรดระวังปลาแลมป์เพรย์ให้ดี ในขณะที่คุณไปเที่ยวลำธาร หรือแหล่งน้ำต่างๆ ถ้าคุณไม่อยากเป็นเหยื่อผู้โชคร้ายของแวมไพร์กระหายเลือดแห่งโลกใต้น้ำชนิดนี้

ชมแผ่นน้ำแข็งทรงกลมค่อยๆ หมุนอยู่บนผิวน้ำ

โดย ซาร่าห์ กิบเบ็นส์ ภาพที่เกิดขึ้นนี้ดูราวกับเป็นความสมบูรณ์แบบทางธรรมชาติ เมื่อแผ่นน้ำแข็งรูปทรงกลมกำลังหมุนอย่างช้าๆ บนผิวของแม่น้ำ คลิปวิดีโอนี้ถูกบันทึกไว้ในปี 2016 จากแม่น้ำใน Omsk Oblast ภูมิภาคทางตอนกลางของรัสเซีย และทางตอนเหนือของคาซัคสถาน เมื่อมองในแวบแรก แผ่นน้ำแข็งดูเหมือนว่ากำลังหยุดนิ่ง แต่หากดูให้ดีจะพบว่ามันกำลังหมุนอย่างช้าๆ และที่น่าทึ่งก็คือแผ่นน้ำแข็งรูปวงกลมนี้ถูกสร้างขึ้นอย่างสมมาตร หรือเรียกได้ว่าเป็นวงกลมที่สมบูรณ์แบบ คำบอกเล่าจากผู้ถ่ายวิดีโอ (ที่ไม่ขอเปิดเผยชื่อ) แผ่นน้ำแข็งแผ่นนี้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50 ฟุต ในรัสเซียแผ่นน้ำแข็งทรงกลมขนาดใหญ่เช่นนี้หาดูได้ยาก แต่ปรากฏการณ์ดังกล่าวไม่ใช่เรื่องผิดธรรมชาติแต่อย่างใดและแผ่นน้ำแข็งลักษณะนี้ก็มีรายงานการพบใน รัฐนอร์ทดาโกตา, วอชิงตัน และมิชิแกนเช่นกัน ทฤษฎีแรกที่เกิดจากการสังเกตแผ่นน้ำแข็งในปี 1987 และ 1994 ที่อยู่ระหว่างการไหลของแม่น้ำ อธิบายถึงสาเหตุของการเกิดลงใน Royal Meteorological Society ว่า การไหลของแม่น้ำทำให้เกิดกระแสน้ำวนขึ้น และส่งผลให้เกิดแผ่นน้ำแข็งเป็นรูปวงกลม แต่ผลการศึกษาเพิ่มเติม เมื่อเดือนมีนาคม ปีที่ผ่านมา ระบุว่าทฤษฎีนี้ไม่น่าจะเป็นไปได้เท่าไหร่ ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ลงในวารสาร Physical Review E นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยลีแยฌ ในเบลเยียม พบว่า อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นตัวทำให้เกิดน้ำวนขึ้น โดยเกิดจากเมื่อน้ำมีอุณหภูมิสูงขึ้นจะมีความหนาแน่นน้อยลงในขณะที่พื้นผิวยังคงเย็นอยู่ด้วยน้ำแข็ง จึงเกิดเป็นน้ำวนขึ้นมา ทีมนักวิจัยทดลองทฤษฎีนี้ในห้องปฏิบัติการ […]

วัคซีนใครว่าไม่สำคัญ

เรื่อง ซินเทีย กอร์นีย์ ภาพถ่าย วิลเลียม ดาเนียลส์ ซามีร์ ซาฮาเป็นนักจุลชีววิทยาผู้มีชื่อเสียงในระดับโลกจากผลงานวิจัยแบคทีเรียที่มีชื่อว่า นิวโมคอกคัส ห้องปฏิบัติการที่เขาก่อตั้งขึ้นอยู่ตรงมุมหนึ่งของโรงพยาบาลธากาชิชู โรงพยาบาลเด็กที่ใหญ่ที่สุดในบังกลาเทศ ภายในห้องปฏิบัติการ ชายหญิงในชุดกาวน์สีขาวกำลังง่วนกับการศึกษาเซลล์นิวโมคอกคัส แบคทีเรียนิวโมคอกคัสมีอยู่ทุกแห่งหนในโลก และแพร่กระจายได้อย่างง่ายดายผ่านการจามหรือการสัมผัส พวกมันสามารถอาศัยอยู่ในช่องจมูกของคนที่มีระบบภูมิคุ้มกันแข็งแรงโดยไม่ก่อให้เกิดอาการป่วยใดๆ แต่ทันทีที่ระบบป้องกันของเราอ่อนแอลง นิวโมคอกคัสจะเคลื่อนย้าย แบ่งตัว และทำให้เกิดโรคติดเชื้อที่เป็นอันตรายต่อชีวิต เช่น ปอดบวม เยื่อหุ้มสมองอักเสบ หรือการติดเชื้อในกระแสเลือด เด็กเล็กยิ่งมีความเสี่ยง โดยเฉพาะเด็กเล็กในถิ่นที่เข้าถึงยาปฏิชีวนะและการรักษาที่มีประสิทธิภาพได้ยากจะมีความเสี่ยงสูงที่สุด ในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบเอ็ด โรคที่เกิดจากเชื้อนิวโมคอกคัสคร่าชีวิตเด็กทั่วโลกไปกว่า 800,000 คนต่อปี การเสียชีวิตนี้ซึ่งส่วนใหญ่กำลังเกิดขึ้นในประเทศยากจนอย่างบังกลาเทศ ในปี 2015 เมื่อวัคซีนนิวโมคอกคัสแบบคอนจูเกตหรือพีวีซี (pneumococcal conjugate vaccine: PCV) ซึ่งเป็นวัคซีนที่ใช้สำหรับเด็กมาถึงบังกลาเทศ ทีมวิจัยของซาฮาก็ติดตามความคืบหน้าอย่างใกล้ชิด หากพีวีซีแสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพ ทั่วโลกอย่างที่ผู้เชี่ยวชาญด้านวัคซีนคาดหวัง มันจะช่วยทั้งลดอัตราการตายลงได้อย่างมาก  ซึ่งหมายถึงเด็กเล็ก ๆหลายพันคน จะรอดชีวิตแทนที่จะเสียชีวิตก่อนถึงวัยเรียน และลดความเจ็บป่วยที่ไม่ถึงแก่ชีวิตได้อีกมาก ทว่าสิ่งที่เร่งด่วนยิ่งกว่า ทะเยอทะยานมากกว่า สลับซับซ้อนมากกว่า ซึ่งเกี่ยวข้องกับหลายรัฐบาลและเงินบริจาคหลายพันล้านดอลลาร์สหรัฐ ก็คือความร่วมมือระหว่างประเทศเพื่อให้ได้มาซึ่งวัคซีนใหม่ๆสำหรับเด็กในประเทศกำลังพัฒนา ความทุกข์ทรมานของคนในประเทศเหล่านี้อันเกิดจากโรคที่วัคซีนป้องกันได้เป็นเรื่องจริงและชัดเจนมาตั้งแต่อดีตจนถึง ปัจจุบัน   […]

World Update: พบคลื่นแม่เหล็กปกคลุมใจกลางโลก เผยความลับกระบวนการใต้โลก

พบคลื่นแม่เหล็กปกคลุมใจกลางโลก เคลื่อนไหวทุก 7 ปี ช่วยเผยความลับกระบวนการใต้โลก ภูเขาไฟปะทุ-แผ่นดินไหว ภารกิจสวอร์ม (Swarm) ขององค์กรอวกาศยุโรป (ESA) ใช้ดาวเทียม 3 ดวงคอยบันทึกข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ของโลกตั้งแต่ปี 2013 ได้เผยข้อมูลคลื่นแม่เหล็กที่มาจากแกนโลก ยืนยันถึงสิ่งที่นักฟิสิกส์ได้ตั้งสมมติฐานมาอย่างยาวนาน โดยทั่วไปแล้วเราจะรู้จักสนามแม่เหล็กที่คอยปกป้องโลกจากรังสีคอสมิกและอนุภาคอันตรายต่างๆ จากอวกาศเหมือนฟองสบู่ที่คอยปกคลุมอยู่ นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่าสนามแม่เหล็กนี้เกิดจากแกนกลางภายในโลกที่ให้เป็นแหล่งกำเนิด การบันทึกข้อมูลนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการกำเนิดของสนามแม่เหล็ก รวมไปถึงกระบวนการวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ และได้เปิดเผยถึงสิ่งใหม่ที่ยังไม่เคยพบมาก่อนนั้นคือคลื่นแม่เหล็กชนิดใหม่ ณ ใจกลางโลกที่มีความเข้มข้นสูง นักวิทยาศาสตร์เรียกคลื่นนี้ว่า ‘คลื่นแมกนีโต-โคริโอลิส’(Magneto-Coriolis waves) “นักธรณีฟิสิกส์ได้ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับการมีอยู่ของคลื่นดังกล่าวนี้มายาวนานแล้ว” นิโคลัส กิลเล็ต (Nicolas Gillet) จากมหาวิทยาลัย Université Grenoble Alpes ในฝรั่งเศสกล่าวและเสริมว่า “แต่การวิจัยของเราได้พิสูจน์ให้เห็นเรื่องนี้ แม้จะใช้เวลานานกว่าที่คาดไว้ก็ตาม” ตามรายงานระบุว่าคลื่นนี้มีการสั่นทุก ๆ 7 ปี เมื่อสั่นแล้วคลื่นจะเคลื่อนตัวไปตามแกนการหมุนของโลกด้วยความเร็ว 1,500 กิโลเมตรต่อปี หรือราว 0.16 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และจะมีความเข้มข้นที่สุดในบริเวณใกล้กับเส้นศูนย์สูตร “การวัดสนามแม่เหล็กจากเครื่องมือต่าๆ บนพื้นผิวโลกบ่งบอกว่ามีอะไรบางอย่างอยู่ แต่เราต้องการให้มีการวัดครอบคลุมทั่วโลก จึงใช้การวัดจากอากาศเพื่อเปิดเผยความลับนี้” กิลเล็ตอธิบายพร้อมเสริมว่า […]