التكثيف

التكثيف هو تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة ، وهو عكس التبخر . يشير المصطلح غالبًا إلى دورة الماء . ^{[ 1 ]} ويمكن تعريفه أيضًا بأنه تحول بخار الماء إلى ماء سائل عند ملامسته سطحًا سائلًا أو صلبًا أو نوى تكثيف السحب في الغلاف الجوي . عندما يحدث التحول من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة مباشرةً، يُسمى هذا التحول بالترسيب . يرتبط التكثيف عادةً بالماء.

يبدأ التكثيف بتكوّن تجمعات ذرية/جزيئية من ذلك النوع داخل حجمه الغازي - كما هو الحال في تكوّن قطرات المطر أو رقاقات الثلج داخل السحب - أو عند التلامس بين هذه الحالة الغازية وسطح سائل أو صلب. في السحب ، يمكن أن تحفز هذه العملية بروتينات مُنَوِّية للماء ، تنتجها ميكروبات الغلاف الجوي، والتي لديها القدرة على الارتباط بجزيئات الماء الغازية أو السائلة. ^{[ 2 ]}

تظهر هنا بعض سيناريوهات الانعكاس المتميزة فيما يتعلق بطبيعة السطح.

• إن امتصاص المادة في سطح سائل (سواء من نفس المادة أو من أحد مذيباتها) هو عملية قابلة للانعكاس مثل التبخر . ^{[ 1 ]}
• الامتزاز (على شكل قطرات الندى) على سطح صلب عند ضغوط ودرجات حرارة أعلى من النقطة الثلاثية للأنواع - وهو قابل للانعكاس أيضًا مثل التبخر.
• الامتزاز على سطح صلب (كطبقات إضافية من المواد الصلبة) عند ضغوط ودرجات حرارة أقل من النقطة الثلاثية للأنواع - قابل للانعكاس كعملية تسامي .

يحدث التكثيف عادةً عندما يتم تبريد البخار و/أو ضغطه إلى حد التشبع ، عندما تصل الكثافة الجزيئية في الطور الغازي إلى أقصى حد لها. يُطلق على معدات تبريد وضغط البخار التي تجمع السوائل المكثفة اسم "المكثف" .

يقيس علم قياس الرطوبة معدلات التكثيف من خلال التبخر إلى رطوبة الهواء عند ضغوط ودرجات حرارة جوية مختلفة. الماء هو نتاج تكثيف بخاره، والتكثيف هو عملية تحول الحالة هذه.

يُعد التكثيف عنصرًا أساسيًا في عملية التقطير ، وهي تطبيق مهم في المختبرات والكيمياء الصناعية.

نظرًا لأن التكثيف ظاهرة طبيعية، فإنه يُمكن استخدامه غالبًا لتوليد كميات كبيرة من المياه للاستخدام البشري. تُبنى العديد من المنشآت خصيصًا لجمع المياه الناتجة عن التكثيف، مثل آبار الهواء وحواجز الضباب . تُستخدم هذه الأنظمة في كثير من الأحيان للحفاظ على رطوبة التربة في المناطق التي تشهد تصحرًا نشطًا ، لدرجة أن بعض المنظمات تُثقّف السكان في المناطق المتضررة حول مكثفات المياه لمساعدتهم على التعامل بفعالية مع الوضع. ^{[ 3 ]}

كما أنها عملية حاسمة في تكوين مسارات الجسيمات في غرفة السحب . في هذه الحالة، تعمل الأيونات الناتجة عن جسيم ساقط كمراكز تنوية لتكثيف البخار، مما ينتج عنه مسارات "السحب" المرئية.

تشمل التطبيقات التجارية للتكثيف، سواء من قبل المستهلكين أو الصناعة، توليد الطاقة، وتحلية المياه، ^{[ 4 ]} والإدارة الحرارية، ^{[ 5 ]} والتبريد، ^{[ 6 ]} وتكييف الهواء. ^{[ 7 ]}

تستخدم العديد من الكائنات الحية الماء الذي أصبح متاحًا عن طريق التكثيف. ومن الأمثلة على ذلك شيطان البحر الشوكي الأسترالي ، وخنافس الظلام على ساحل ناميبيا ، وأشجار الخشب الأحمر الساحلية على الساحل الغربي للولايات المتحدة .

يُعدّ التكثف في المباني ظاهرة غير مرغوب فيها ، إذ قد يُسبب الرطوبة ، ومشاكل صحية كالعفن ، وتعفن الخشب ، والتآكل ، وضعف الملاط وجدران البناء، بالإضافة إلى زيادة استهلاك الطاقة نتيجةً لزيادة انتقال الحرارة . وللتخفيف من هذه المشاكل، يجب خفض رطوبة الهواء الداخلي، أو تحسين تهوية المبنى. ويمكن تحقيق ذلك بعدة طرق، منها فتح النوافذ، وتشغيل مراوح الشفط، واستخدام أجهزة إزالة الرطوبة، وتجفيف الملابس في الهواء الطلق، وتغطية الأواني أثناء الطهي. كما يُمكن تركيب أنظمة تكييف أو تهوية تُساعد على إزالة الرطوبة من الهواء، وتحريك الهواء في جميع أنحاء المبنى. ^{[ 8 ]} ويمكن زيادة كمية بخار الماء التي يُمكن تخزينها في الهواء ببساطة عن طريق رفع درجة الحرارة. ^{[ 8 ]} إلا أن هذا قد يكون له آثار سلبية، إذ يحدث معظم التكثف في المنزل عندما يلامس الهواء الدافئ الرطب سطحًا باردًا. وعندما يبرد الهواء، يفقد قدرته على حمل كمية كبيرة من بخار الماء، مما يؤدي إلى ترسب الماء على السطح البارد. ويتضح هذا الأمر جلياً عند استخدام التدفئة المركزية مع النوافذ ذات الزجاج المفرد في فصل الشتاء.

قد يحدث التكثيف بين الهياكل بسبب الجسور الحرارية ، أو عدم كفاية العزل أو انعدامه، أو العزل ضد الرطوبة ، أو الزجاج المعزول . ^{[ 9 ]}