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

แรงโน้มถ่วง ของโลก (Gravitational Force)

แรงโน้มถ่วง เป็นหนึ่งในสี่แรงหลักของธรรมชาติ ร่วมกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อ่อน และแรงนิวเคลียร์เข้ม แรงโน้มถ่วง คือแรงที่กระทำระหว่างมวล แรงซึ่งดึงดูดวัตถุรอบข้างเข้าสู่จุดศูนย์กลางของตัวเอง และในจักรวาลแห่งนี้ ทุกวัตถุมีมวล ส่งผลให้ทุกวัตถุมีแรงดึงดูดหรือแรงโน้มถ่วงของตัวเอง ไม่ว่าจะเป็นดวงดาวขนาดใหญ่ในกาแล็กซีหรือร่างกายของเรา มวลและน้ำหนัก มวล (Mass) คือ ปริมาณเนื้อสสารทั้งหมดที่ประกอบเป็นวัตถุนั้นๆ ซึ่งไม่ว่าวัตถุชิ้นนั้นจะไปอยู่ในสถานที่ใด มวลจะไม่มีวันเปลี่ยนแปลง มวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (Kg) แตกต่างจากน้ำหนัก (Weight) ซึ่งเป็นผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุนั้นๆ และในทางวิทยาศาสตร์ น้ำหนักมีทิศทางและเป็นปริมาณเวกเตอร์ (Vector) โดยแปรผันตามค่าแรงโน้มถ่วงและมวลของวัตถุ โดยมีหน่วยเป็นนิวตัน (Newton) แตกต่างจากภาษาพูดทั่วไปของเราที่เรียกน้ำหนักเป็นหน่วยกิโลกรัม ในจักรวาล หากทำการชั่งน้ำหนักตัวบนดวงจันทร์ ย่อมได้ผลที่แตกต่างจากน้ำหนักที่ชั่งบนโลก เพราะแรงโน้มถ่วงบนดาวแต่ละดวงมีค่าไม่เท่ากัน และถ้าเรา มีน้ำหนักราว 100 ปอนด์ (45 กิโลกรัม) บนโลก บนดวงจันทร์เราจะมีน้ำหนักเพียง 17 ปอนด์ (8 กิโลกรัม) นอกจากนี้ บนดาวพุธและดาวอังคารเราจะหนักราว 38 ปอนด์ (17 กิโลกรัม), หนัก 91 […]

ปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชัน (Eutrophication)

ปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชัน หรือสาหร่ายสะพรั่ง ถือเป็นปรากฏการณ์ที่ทำให้แหล่งน้ำบริเวณดังกล่าวเป็นมลพิษ และระบบนิเวศเสียหาย ปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชัน (Eutrophication) คือ “มลภาวะจากธาตุอาหารพืช” (Nutrient Pollution) ที่เกิดขึ้นจากการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของแพลงก์ตอนพืชและสาหร่ายในแหล่งน้ำจืดต่าง ๆ เช่น ในแม่น้ำ ลำคลอง หนอง บึง ทะเลสาบ หรือในอ่างเก็บน้ำ รวมถึงตามน่านน้ำและริมชายฝั่งทะเล ปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชันนับเป็นอีกหนึ่งปัญหามลพิษทางน้ำที่เกิดขึ้นและส่งผลกระทบต่อแหล่งน้ำต่าง ๆ ทั่วโลก ในธรรมชาติการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของสาหร่ายหรือ “การบลูม” (Bloom) แพลงก์ตอนพืชในแหล่งน้ำ คือ หนึ่งในปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงแทนที่ทางระบบนิเวศ (Ecological Succession) ซึ่งใช้เวลาหลายสิบถึงหลายร้อยปีในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทั้งทางกายภาพ เคมีและชีวภาพ ของแหล่งน้ำดังกล่าว แต่ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา กิจกรรมของมนุษย์กลายเป็นปัจจัยสำคัญที่เร่งให้ปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชันในแหล่งน้ำทั่วโลกเกิดขึ้นบ่อยครั้งและทวีความรุนแรงยิ่งกว่าที่เคยเป็นมา สาเหตุของปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชัน ปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชัน คือ มลภาวะจากธาตุอาหารพืช ซึ่งมีสาเหตุมาจากการที่แหล่งน้ำได้รับธาตุอาหารหลัก โดยเฉพาะสารประกอบไนโตรเจน (Nitrogen) และฟอสฟอรัส (Phosphorus) ในปริมาณมากเกินควร ส่งผลให้สาหร่ายและแพลงก์ตอนพืชในแหล่งน้ำดังกล่าว สามารถเจริญเติบโตและแพร่พันธุ์ได้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากธาตุอาหารหลัก อย่างเช่น ไนโตรเจนมีส่วนสำคัญต่อการสร้างโปรตีนและกรดนิวคลีอิก ซึ่งเป็นองค์ประกอบของยีนในสิ่งมีชีวิต เช่นเดียวกับฟอสฟอรัสที่เป็นองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิกและสารประกอบต่าง ๆ ภายในเซลล์ของพืช […]

การค้นพบครั้งสำคัญของวงการวิทยาศาสตร์ปี 2019

สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กระทรวงการอุดมศึกษาวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) ร่วมกับ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล สำรวจความคิดเห็นออนไลน์ของบุคลากร ประกอบด้วยนักวิจัย อาจารย์และผู้เกี่ยวข้องเกี่ยวกับ การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรมระดับโลก ที่เกิดขึ้นในปี 20189 โดยมีผู้ตอบแบบสำรวจในแวดวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทั้งหมดรวม 269 คน โดยสรุปผลการสำรวจข่าววิทยาศาสตร์แห่งปี 2019 10 อันดับแรก เรียงตามลำดับดังนี้คือ ภาพถ่ายแรกของหลุมดำ เมื่อเดือนเมษายน 2019 ผู้อำนวยการ EHT (Event Horizon Telescope) ประกาศผลสำเร็จของคณะนักวิจัยใน 7 ประเทศและผลงานวิชาการหลายฉบับที่ตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal Letters รวมทั้งภาพถ่ายหลุมดำมวลมหาศาลเป็นพิเศษ (เท่ากับ 6.5 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ของเรา) ที่อยู่ใกล้กับกาแล็กซี M87 โดยหลุมดำที่ค้นพบอยู่ห่างจากโลก 5.5 ล้านปีแสง วิธีการถ่ายภาพวัตถุที่อยู่ไกลและมองไม่เห็น ต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่เท่ากับโลก แต่ EHT แก้ปัญหาโดยใช้ชุดกล้องนับสิบตัวที่กระจายอยู่ทั่วโลก และใช้เวลาราวสองปีในการถ่ายภาพ วิเคราะห์ และประมวลผล […]