التكثيف: المعنى ، العملية وأنواعها

بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم: - 1. معنى التكثيف 2. الشروط المسبقة للتكثيف 3. العملية 4. أنواع.

معنى التكثيف:

التكثيف هو عملية يتغير بها بخار الماء من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة. إذا تم تبريد الهواء أسفل نقطة الندى ، يتغير جزء من بخار الماء إلى سائل. لا يحدث التكاثف في الهواء تلقائيًا كما يحدث في حاوية المياه المغلقة.

في حاوية مغلقة ، وبعد التشبع ، تبدأ أبخرة الماء بالتكثيف في الماء. لكن في الغلاف الجوي ، ليس التكثيف عملية بسيطة. هناك شرط مسبق لتكثيف أبخرة الماء التي يجب أن يكون هناك بعض السطح الذي يمكن أن تتكثف فيه أبخرة الماء عند نقطة الندى.

يتم توفير سطح التكثيف لأبخرة الماء بواسطة نوى التكثيف الموجودة بكميات كبيرة في الغلاف الجوي. وبالتالي ، يحدث تكثف أبخرة الماء في الغلاف الجوي فقط ، في حالة وجود عدد كاف من نويات التكثيف.

الشروط المسبقة للتكثيف:

أنا. يجب توفير كمية كافية من أبخرة المياه في الهواء.

ثانيا. ويتحقق تشبع الهواء عن طريق خفض درجة الحرارة أو بإضافة أبخرة مائية إليه.

ثالثا. يجب أن يتوفر عدد كاف من نوى التكثيف.

في غياب نوى التكثيف ، قد لا يبدأ التكثيف حتى إذا تجاوزت الرطوبة النسبية 100٪. ولكن هناك دائما عدد كبير من جزيئات الغبار في الهواء. في ظل هذه الظروف ، نادراً ما تتجاوز الرطوبة النسبية 101 في المائة.

من ناحية أخرى ، تمتلك النوى المسترطبة انجذابًا كبيرًا لأبخرة الماء ، وبالتالي ، يمكن أن يبدأ التكثيف حتى إذا كانت الرطوبة النسبية أقل بكثير من 100٪. في وقت لاحق ، عندما تصل الرطوبة النسبية إلى ما يقرب من 100 في المائة ، تنمو قطرات الماء في الحجم. هذا النوع من الشروط ضروري لتشكيل الغيوم.

الطريقة الوحيدة التي يمكن بها تحويل كميات كبيرة من بخار الماء في الغلاف الجوي إلى سائل ، هي التكثيف والصلبة ، هو التسامي الذي يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الهواء بالقرب من نقطة الندى أو تحتها.

يتم تغيير الرطوبة غير مرئية من الغلاف الجوي إلى مجموعة متنوعة من الأشكال. إذا تم تبريد الغلاف الجوي ، يتم تقليل قدرته على الاحتفاظ بالمياه ، وإذا تم خفضه بشكل كافٍ ، فإن التكثيف يحدث.

يتم تحديد الشكل الذي تتكثف به أبخرة الماء حسب الظروف التي يحدث فيها التبريد.

عملية التكثيف:

هناك أربع عمليات مهمة يبرد الهواء تحتها تحت نقطة الندى:

1. فقدان الشفاء بالإشعاع ،

2. الاتصال مع الأسطح الباردة مثل الأرض الباردة وأوراق النباتات وطبقات من الثلج والجبال الجليدية ،

3. خلط مع الهواء البارد ، و

4. لا يوجد إضافة فعلية أو سحب الحرارة. ينتج هذا النوع من التغيرات في درجة الحرارة عن العمليات الداخلية في التغير في الحرارة ، مثل التبريد الثابت من خلال التوسع في تيار الهواء المرتفع.

عملية أديباتيك للتبريد:

تعرّف العملية الكهربية (Adiabatic Process) بأنها عملية لا تتم فيها إضافة أو تسخين الحرارة من الكتلة الهوائية. تعتمد عملية التبريد الثابت أو التوسعي في المقام الأول على كمية الكتلة الهوائية التي ترتفع عبر الغلاف الجوي إلى الارتفاعات العالية. وتسمى التغيرات في درجات الحرارة التي تنطوي على أي الطرح أو إضافة الحرارة التغيرات في درجات الحرارة adiabatic.

الهواء هو موصل فقير للحرارة. لذلك ، فإن كتلة الهواء المتحركة عموديا تحافظ على طاقة حرارية تبقي هويتها الحرارية مختلفة عن الهواء المحيط. عندما ترتفع الكتلة الهوائية ، فإنها تتوسع بسبب انخفاض الضغط عند الارتفاعات العالية. نتيجة لذلك ، يزداد حجم كتلة الهواء الصاعدة بسبب التوسع.

أثناء التمدد ، يجب أن تعمل الكتلة الهوائية ضد الهواء المحيط. خلال هذه العملية ، يتم استهلاك الطاقة الحرارية الداخلية للكتلة الهوائية بسبب زيادة الطاقة الحرارية في وحدة الحجم مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة.

ويسمى معدل انخفاض درجة حرارة كتلة الهواء المتحركة مع الطول معدل زوال ثابت (ALR). إذا ظلت الكتلة الهوائية جافة ، فإن معدل انخفاض درجة الحرارة يسمى معدل زوال ثابت الحرارة (DALR). تبلغ قيمة DALR حوالي 10 درجة مئوية / كم. إنه يختلف عن معدل الانقضاء الطبيعي. ويسمى أيضا معدل زوال البيئة ، والذي يتم تسجيله بواسطة مقياس الحرارة الذي يحمله الغلاف الجوي بواسطة بالون صاعد.

تستمر درجة حرارة ارتفاع كتلة الهواء في الانخفاض حتى تصبح مشبعة. مزيد من التبريد للكتلة الهواء يؤدي إلى التكثيف. أثناء التكثيف ، يتم تحويل أبخرة الماء إلى سائل حراري مكثف من التكثيف. تختلط الحرارة الكامنة للتكاثف مع كتلة الهواء المتحركة.

ونتيجة لذلك ، يبرد طرد الهواء من الهواء بشكل أبطأ من معدل الانقباض الحراري الجاف. يسمى معدل التبريد المنخفض معدل زوال ثابت الحرارة (SALR). وبصفة عامة ، تظل قيمتها حوالي 5 درجات مئوية / كم ، ولكن قيمتها تتراوح من 4 درجات مئوية / كم للهواء الرطب جداً في المناطق الاستوائية إلى حوالي 9 درجة مئوية / كم للهواء البارد في المناطق القطبية.

لذلك ، يعتمد التكثيف على متغيرين ، أي مقدار التبريد والرطوبة النسبية في الهواء.

أنواع التكثيف:

الأشكال المختلفة للتكثيف بالقرب من الأرض هي:

1. الندى ،

2. الضباب ،

3. الصقيع ، و

4. الضباب الدخاني.

أولا الندى:

تتشكل الندى مباشرة عن طريق التكثيف بالقرب من الأرض ، عندما يتم تبريد السطح بواسطة الأشعة الخارجة. يحدث تكوين الندى أساسًا عندما تكون الليالي صافية والرياح هادئة. عموما الندى أشكال على العشب ، على أوراق النباتات وأي كائن صلب آخر بالقرب من سطح الأرض.

الشروط المؤاتية للندى :

(ط) التبريد الإشعاعي أثناء الليل ،

(2) ظروف الهدوء / الرياح الخفيفة ،

(3) سماء صافية ، وليالي باردة وطويلة ،

(4) توافر الأبخرة المائية بكفاية ،

(ت) الرياح المعكوسة ، و

(السادس) التأخير البارد.

الشروط غير مواتية للندى:

(ط) السماء الغائمة ،

(2) الرياح السطحية القوية ،

(ج) وجود دوران الإعصاري ، و

(iv) التأنيخ الدافئ.

II. الضباب:

ينتج الضباب عن تكثف أبخرة الماء في الغلاف الجوي في قطرات الماء التي تظل معلقة في الهواء بتركيزات كافية لتقليل الرؤية السطحية. الضباب هو مجرد طبقة سحابة قريبة جدا من السطح. إنه خطر كبير في المنطقة الصناعية. ومن الشائع جدا خلال فصل الشتاء. كما أنه شائع جدًا بالقرب من المناطق الساحلية.

الشروط المؤاتية للضباب:

1. الرطوبة الزائدة ، يجب أن تكون الرطوبة النسبية أكبر من 75 في المائة.

2. الهدوء / الرياح الخفيفة ، و

3. الرياح المضادة الإعصارية.

أنواع الضباب:

1. تبخر الضباب:

(أ) الضباب الأمامي ، و

(ب) بخار الضباب.

2. تبريد الضباب:

(أ) الضباب الحراري ،

(ب) الضباب الإشعاعي ،

(ج) عكس الضباب ، و

(د) أبسوب الضباب.

(1) التبخر الضباب:

(أ) الضباب الأمامي:

عندما يسقط المطر الدافئ في الهواء البارد ، تتشكل الغيوم أو الضباب على السطح الأمامي بسبب التشبع الفائق الناجم عن التبخر من المطر الحار إلى الهواء البارد.

(ب) ضباب البخار:

وهو نوع غير مستقر من الضباب الناتج عن التبخر الشديد من سطح الماء إلى الهواء البارد نسبياً. تم العثور على الضباب البخاري في خطوط العرض الوسطى في محيط البحيرات والأنهار في فصل الخريف عندما تكون أسطح المياه لا تزال دافئة والهواء باردًا.

(2) ضباب التبريد:

(أ) الضباب الحراري:

ينتج الضباب الحراري عن طريق نقل الهواء الرطب الدافئ على سطح أكثر برودة ، مما يؤدي إلى تبريد الطبقات السطحية تحت نقاط الندى الخاصة بها ، مع حدوث التكثيف في صورة ضباب. كما يمكن إنتاجه ، إذا تحركت كتلة الهواء البارد عبر سطح البحر الدافئ.

(ب) الضباب الإشعاعي:

يتم إنتاج الضباب الإشعاعي أو الضباب الأرضي عندما يكون الهواء الرطب الراكد على اتصال مع الأرض التي أصبحت أكثر برودة خلال الليل بسبب إشعاع مفرط مفرط.

(ج) انعكاس الضباب:

هو الاسم الذي يطلق على أي نوع من أنواع الضباب أو السحب التي تتطور في المقام الأول في الجزء العلوي من طبقة رطبة ، يرافقها هبوط أعلى من الانعكاس ، تكثف الأخير وتنتج سحابة السحب التي قد تتراكم على الأرض مثل الضباب.

(د) ضباب المنبع:

الضباب المنبثق هو نوع ثابت من الضباب ناتج عن الارتقاء التدريجي الارتجاعي للهواء المستقر. يبرد الهواء بشكل طبيعي ويتشكل الضباب عندما يصل إلى ارتفاع حيث يبرد الهواء إلى درجة التشبع.

III. فروست:

ليس الندى المجمد. يحدث الصقيع عندما تنخفض نقطة الندى للهواء أسفل نقطة التجمد (0 درجة مئوية). عندما يبدأ التكثيف بدرجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية ، تمر أبخرة الماء في الهواء مباشرة من الغاز إلى الحالة الصلبة (التسامي).

قد يكون الصقيع خفيفًا أو ثقيلًا. عندما يكون الصقيع ثقيلاً ، تتضرر المحاصيل. يطلق عليه أيضا قتل الصقيع. الليالي الفاترة هي أكثر شيوعا خلال فصل الشتاء في شمال غرب الهند. المحاصيل ، والتي هي حساسة لإصابات درجات الحرارة المنخفضة ، تعاني من أضرار كبيرة.

ا. الصقيع الإشعاعي:

يحدث هذا في الليالي الهادئة والواضحة عندما يتم فقدان الإشعاع الأرضي إلى الفضاء. يؤدي غياب الغيوم والتركيز الشديد لأبخرة الماء إلى تكوين إشعاع الصقيع.

ب. الصقيع الحراري:

يحدث في المناطق التي يتم فيها تبريد الهواء البارد من المناطق الباردة بواسطة الرياح القوية. يمكن أن يحدث الصقيع المؤدي أو الصقيع في أي وقت من النهار أو الليل بغض النظر عن ظروف السماء. في بعض الحالات ، يمكن تكثيف الصقيع المحدث بواسطة الصقيع الإشعاعي.

ج. صقيع الصقيع أو الصقيع الأبيض:

ويتسبب ذلك في تسامي بلورات الثلج على أجسام مثل فروع الأشجار والأسلاك الخ. ويجب أن تكون هذه الأجسام عند درجة حرارة أقل من درجة التجمد حيث يتم إحضار الهواء مع نقطة الندى تحت درجة التجمد إلى درجة التشبع عن طريق التبريد.

د. صقيع صرف:

يحدث عندما يتم تجميد الغطاء النباتي بسبب انخفاض درجة حرارة الهواء التي لا تحتوي على رطوبة كافية.

الفرق بين الإشعاع والفرج الحراري:

في حالة الصقيع الإشعاعي ، تكون الهدوء والليالي الصافية وانعكاس درجة الحرارة هي الشروط الرئيسية. انها قصيرة المدة. في حالة الصقيع الحراري ، تكون الرياح القوية وغياب انعكاس درجة الحرارة هي الشروط الرئيسية. انها طويلة الاجل.

السيطرة على الصقيع:

يجب السيطرة على الصقيع للحفاظ على أنسجة النباتات فوق درجة الحرارة القاتلة. تتضرر المحاصيل النباتية بسبب الصقيع. يعتمد تلف نباتات المحاصيل على نوع المحصول. وجود الصقيع على الأوراق يعوق الأداء الطبيعي للثغور.

ونتيجة لذلك ، يتأثر التركيب الضوئي سلبًا. في ظل ظروف شديدة البرودة ، يمكن قتل نباتات المحاصيل. لذلك ، يصبح من الضروري حفظ المحاصيل ضد أضرار الصقيع.

يمكن اعتماد الطرق التالية لحفظ المحاصيل من أضرار الصقيع:

1. اختيار الموقع ،

2. زيادة اعتراض الإشعاع (شاشة الدخان) ،

3. العزل الحراري ،

4. خلط الهواء (مراوح المحرك الدافعة والمراوح الساخنة لدفع الهواء الدافئ في طبقة الانعكاس إلى الأسفل) ،

5. المباشرة الهواء والنبات التدفئة ،

6. تطبيق الماء ، و

7. تلاعب التربة.

IV. الضباب الدخاني:

إنه مزيج من الضباب والدخان الموجود على المدن الصناعية الكبرى في خطوط العرض الوسطى أو العالية. لأنها تستمر لأيام معا وتسبب الكثير من الأمراض والوفيات ، وبالتالي فإنه يعرف أيضا باسم الضباب القاتل.

التكثيف فوق الأرض:

خلال موسم الصيف ، يتم تسخين الكتلة الهوائية على سطح الأرض بسبب الطاقة الحرارية الشديدة. هذه الكتلة الهوائية تصبح أكثر دفئا بالمقارنة مع البيئة المحيطة. يتم توليد تيارات عمودية قوية ، والتي ترفع الكتلة الهوائية الدافئة والخفيفة. تشبع كتلة الهواء المتصاعدة بسبب التبريد.

مزيد من التبريد للكتلة الهوائية المشبعة يؤدي إلى التكثيف. يستمر رفع الكتلة الهوائية على الرغم من أن السبب الأصلي لهذا الارتفاع لم يعد فعالا. في وقت لاحق ، تحدث الحركة الصعودية للهواء بسبب قوة الطفو. غالبًا ما تنخفض الكتلة الهوائية إلى المستوى السابق. تعتمد الحركة التصاعدية والهابطة للكتلة الهوائية على استقرار وعدم استقرار الغلاف الجوي.