كيف يكون بخار الماء
كيف يكون بخار الماء
يتكون بخار الماء في بحار الماء من خلال عمليتين فيزيائيتين، إما عملية التبخر أو عملية التسامي. ولكن يجب التنويه إلى أنه لا يمكن رؤية بخار الماء في الأفق، بالمقارنة مع الضباب والغيوم التي تتكون من جزيئات ماء سائل معلقة في الهواء. وسوف نقوم بشرح عملية تكوين بخار الماء بشكل أكثر وضوحا فيما يلي.
عملية التبخر
عملية التبخر هي عملية تحويل الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، وذلك وفقا لما نشرته جامعة ميتشغان التكنولوجية فإن عملية التبخر تسهم في نقل الماء من الأرض والمسطحات المائية إلى الغلاف الجوي، وتحدث هذه العملية عندما يتم تسخين الماء حتى يصل إلى درجة الغليان، فيبدأ الماء في التبخر، وذلك نتيجة لزيادة المسافات بين جزيئات الماء بشكل كبير.
- عملية التبخر هي إحدى أشكال عملية التبخير، وتحدث نتيجة لعملية التبخر أو الغلي، ولتحقيق عملية التبخر، يجب وجود مصدر للحرارة العالية، وتحدث في حالات التوتر السطحي الأقل على الماء، والتوتر السطحي هو الميل المرن للسائل، والذي يسمح للحشرات بالحركة على سطح الماء، وهذا التوتر هو الذي يسمح بتكوين الفقاعات.
عملية التسامي
هو عملية فيزيائية تحدث مباشرة عند تحويل الماء من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية دون أن يمر بالحالة السائلة. تشير هذه العملية عادة إلى تحويل الثلج إلى بخار الماء في الهواء دون أن يذوب الماء. يعد الثلج الجاف مثالا لهذه العملية، حيث يتكون من ثاني أكسيد الكربون المتجمد ويتحول إلى غاز عند درجة حرارة -78.5 درجة مئوية.
- يجب أن نشير هنا إلى أن الضباب الذي يحدث في ساعات الصباح الباكر وفي الأوقات الباردة من السنة هو ثاني أكسيد الكربون المتجمد، والذي يتحول بعملية التسامي، والضباب لا يتكون فقط من ثاني أكسيد الكربون، بل هو مزيج من ثاني أكسيد الكربون والبرودة ونسبة من الهواء الرطب، والتي تنشأ عندما يذوب الثلج الجاف.
العوامل المؤثرة في بخار الماء
يعتمد بخار الماء في عملية تكوينه على عدة عوامل، ومنها كل ما يلي.
- الضغط ودرجة الحرارة: إذا كانت درجة غليان الماء هي 100 درجة مئوية، وهذا عند الضغط الواقع على سطح البحر، مما يعني أنه كلما انخفض الضغط، ستنخفض درجة غليان الماء.
- مساحة السطح المكشوف للسائل: إذا تم وضع كميتين متساويتين من الماء في وعائين، واحد واسع والآخر ضيق، سيتم تبخير الماء في الوعاء الواسع بشكل أسرع من الماء في الوعاء الضيق.
- نقاء الماء: تؤثر درجة نقاء الماء بشكل كبير في عملية تبخره، فالماء العذب يتبخر بشكل أسرع من الماء المالح.
- الرطوبة: ترتبط سرعة تبخر الماء بنسبة الرطوبة في الهواء بشكل عكسي، حيث تقل درجة الرطوبة كلما زادت نسبة التبخر، وذلك عند ثبات درجة الحرارة وسرعة الرياح، ويعتبر زيادة التبخر في الهواء الدافئ أحد أكبر الدلائل على ذلك.
- سرعة الرياح: ترتبط سرعة عملية التبخر بسرعة الرياح، والعلاقة بينهما هي علاقة طردية، حيث يزداد سرعة التبخر كلما زادت سرعة الرياح.
أهمية بخار الماء
للبخار الماء أهمية كبيرة في الحفاظ على الغلاف الجوي، بالإضافة إلى العديد من المهام الأخرى التي يقوم بها، وأهم هذه المهام هي:.
- يتم نقل الحرارة والطاقة من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي بواسطة بخار الماء، ويقوم بنقل الحرارة والطاقة من مكان إلى آخر على الكوكب.
- تعمل جزيئات بخار الماء على امتصاص درجة الحرارة التي تنبعث من سطح الأرض، والتي توجد في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي.
- يعتبر بخار الماء هو المصدر الثاني للحرارة التي تنبعث من سطح الأرض في الغلاف الجوي السفلي.
- يعتبر بخار الماء المصدر الثاني للدفء بعد ضوء الشمس، حيث ينقل الحرارة من الداخل إلى البيئة المحيطة عن طريق الإشعاع، ويشع الحرارة في كل الاتجاهات.
- يعتبر بخار الماء عنصرا أساسيا في توزيع الحرارة في الغلاف الجوي، حيث يساعد على نقل الحرارة وامتصاصها، ثم يتم إعادة انبعاثها في مختلف النطاقات.
- بخار الماء يساهم في تشكيل السحب، والتي تلعب دورا هاما في هطول الأمطار، بالإضافة إلى إعادة الإشعاع الشمسي أو امتصاصه.
- يعد بخار الماء عنصرا أساسيا في دورة المياه على الأرض، والتي تشكل البيئة العامة لكوكب الأرض وتساعد على الحياة فيه.
- يساعد بخار الماء في بعض الأحيان في عملية توليد الطاقة، وبشكل خاص في مولدات الطاقة النووية التي تعمل بنظام الوقود الأحفوري المكون من الغاز الطبيعي والوقود وحتى الفحم.
تطبيقات بخار الماء
يتم استخدام بخار الماء في العديد من التطبيقات الصناعية وسنقوم بالحديث عن بعض تلك التطبيقات فيما يلي.
استخدام البخار كسائل دافع
يمكن استخدام بخار الماء كقوة دافعة لتحريك التيارات السائلة والغازية في الأنابيب، ومن أمثلة ذلك مضخات البخار النفاثة التي تستخدم لسحب الفراغ في أجهزة المعالجة، بالإضافة إلى أبراج التقطير التي تسهل حركة السوائل، ويمكن استخدام بخار الماء كقوة دافعة رئيسية في مجففات الضغط الثانوية.
استخدام البخار في عملية الانحلال الذري
في بعض الأحيان، يتم استخدام بخار الماء في عملية الانحلال الذري لفصل السوائل بطريقة ميكانيكية. يتم حقن بخار الماء في بعض المواقد لزيادة كفاءة الاحتراق وتقليل إنتاج الهيدروكربونات.
استخدام البخار كقوة دفع
يتم استخدام بخار الماء في توليد القوة الدافعة المطلوبة لتشغيل التوربينات البخارية، والتي تعتبر جزءا هاما وأساسيا في معدات توليد الطاقة الكهربائية الحرارية في العصر الحالي، حيث يتم استخدام البخار المسخن في التوربينات لمنع تلف المعدات الناتج عن تدفق المكثفات.
- يجب التنويه إلى أن بعض محطات الطاقة النووية تسعى لتجنب استخدام بخار عالي الحرارة في معداتها، وبدلا من ذلك يتم استخدام بخار مشبع يتميز بالضغط العالي.
استخدام البخار للتسخين
يتم استخدام بخار الماء في بعض المصانع الخاصة التي تعمل في تصنيع المنتجات الغذائية، ومصافي التكرير والمصانع الكيميائية لتسخين المبادلات الحرارية والمراحل والمفاعلات. ويتم استخدام نوع محدد من البخار في هذه الصناعات يسمى ببخار الضغط الإيجابي.
الأسئلة الشائعة
ما لون بخار الماء؟
بخار الماء لا لون له، وما نراه في بعض الأحيان في الأجواء هو فقط الرطوبة، والتي تكون ناتجة عن عملية التبخر التي تحدث نتيجة التبادل الحراري في الجو المحيط.
ماذا تحتاج لتحويل الماء إلى بخار؟
يطلق على الطاقة اللازمة لتحويل الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية اسم حرارة التبخر، وتعتمد كمية الطاقة التي يحتاجها الماء على عوامل عديدة، مثل نوع السائل ودرجة الحرارة المحيطة.
لماذا بخار الماء ليس غاز؟
لأن الغاز هو الحالة الأخف التي يمكن أن تكون للمادة، ولكن البخار هو الحالة المتوسطة بين الغاز والسائل.