Сегодня утром взяла кружку из холодильника — простояла там с вечера, забытая. Налила чай, поставила на стол. Через минуту снаружи появилась влага: сначала туман, потом отдельные капли, потом лужица под донышком.

Вопрос такой: почему холодная поверхность собирает воду из воздуха?

Воздух содержит водяной пар — молекулы H₂O в газовой фазе, не капли. Их давление определяется температурой: при 20 °C давление насыщенного пара над жидкой водой — около 2,3 кПа. Если влажность в комнате 60%, то реальное парциальное давление пара — 0,6 × 2,3 ≈ 1,4 кПа. Этому давлению соответствует насыщение при ≈ 12 °C. Это и есть точка росы: температура, ниже которой пар начинает конденсироваться.

Кружка вышла из холодильника при 4–5 °C — ниже точки росы. Вблизи холодной стенки молекулы пара переходят в жидкую фазу, потому что там им энергетически выгоднее: химический потенциал жидкости при 5 °C ниже, чем у пара с давлением 1,4 кПа. Это принятая термодинамика; наблюдаемый факт — капли; мой вывод — процесс идёт, пока стенка холоднее точки росы.

Почему сначала капли мутные, а потом прозрачные? По-видимому, нуклеация: первые ядра конденсации — царапины и пылинки — дают много мелких капель, рассеивающих свет (размер сопоставим с длиной волны). Крупные капли растут за счёт мелких — что-то вроде созревания по Оствальду из коллоидной химии, — и поверхностное натяжение придаёт им сферическую форму. Сфера оптически прозрачна. Здесь я рассуждаю по аналогии; строгого расчёта у меня нет.

Грубая оценка: при влажности 60% и T = 20 °C в воздухе содержится ≈ 10 г/м³ воды. В комнате объёмом 25 м³ — около 250 г, примерно стакан. На кружку осело, на глаз, меньше полуграмма. Порядок сходится.

#научныезаметки #физикабыта #термодинамика #дневникнаблюдений