เป็นกระบวนการที่สสารเปลี่ยนจากสถานะก๊าซเป็นของเหลว การควบแน่นยังเป็นกระบวนการที่สำคัญยิ่งในวัฏจักรน้ำ (Water Cycle) ซึ่งก่อให้เกิดเมฆและฝนในชั้นบรรยากาศโลก รวมถึงเป็นจุดเริ่มต้นของการนำน้ำกลับลงสู่พื้นดินอีกครั้ง
ในวัฏจักรน้ำ การควบแน่นหมายถึงการเปลี่ยนแปลงสถานะจากไอน้ำ (Vapor) เป็นน้ำในสถานะของเหลวเนื่องจากการเย็นตัวลงหรือสูญเสียพลังงานความร้อนส่งผลให้อนุภาคในองค์ประกอบของไอน้ำหรือสสารในสถานะของก๊าซเคลื่อนที่ได้ช้าลงเกิดแรงดึงดูดหรือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากขึ้นจนเกิดเป็นหยดน้ำ การควบแน่นจึงถือเป็นกระบวนการตรงกันข้ามกับ “การระเหย” (Vaporization) หรือกระบวนการการเปลี่ยนสถานะของสสารจากของเหลวไปเป็นก๊าซ
การควบแน่นสามารถเกิดขึ้นได้จากอากาศเย็นลงจนถึงจุดน้ำค้าง(Dew Point) และเมื่ออากาศอิ่มตัว(Saturated) จากการสะสมไอน้ำในปริมาณมากจนไม่สามารถกักไอน้ำไว้ได้อีกการควบแน่นจึงก่อให้เกิดการก่อตัวของเมฆและฝนในชั้นบรรยากาศโลก รวมถึงหมอกบนพื้นดินอีกด้วย
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
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
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