Откуда берётся вода снаружи холодного стакана?

Вода уже есть в воздухе

Водяной пар — это вода в газообразном состоянии. Он невидим; заметные капли на стакане — уже жидкая вода.

Напиток охлаждает стекло. Если внешняя поверхность достаточно холодная, на ней конденсируется часть водяного пара из окружающего воздуха. Маленькие капли растут и сливаются; крупные могут стекать вниз и оставлять мокрый круг на столе. То же бывает и с закрытой бутылкой.

Достаточно холодная — значит ниже точки росы

Точка росы — температура, при которой воздух становится насыщенным при охлаждении без изменения содержания водяного пара и давления. Если поверхность стакана холоднее точки росы окружающего воздуха, на ней может образоваться конденсат.

Одного условия «холоднее комнаты» недостаточно. В сухом воздухе точка росы может быть намного ниже комнатной температуры: прохладный стакан может остаться сухим. При той же температуре и давлении воздуха большее содержание водяного пара означает более высокую точку росы.

По мере нагревания напитка и стакана образование новых капель замедляется или прекращается, когда поверхность перестаёт быть холоднее точки росы. Уже появившиеся капли могут сохраняться некоторое время: они не исчезают мгновенно при достижении этой температуры.

Сравните два закрытых сосуда

Возьмите две похожие целые бутылки или банки без теплоизоляции, с плотными крышками и примерно одинаковым количеством воды. Одну оставьте при комнатной температуре, другую охладите в холодильнике. Во время сравнения не открывайте их.

• Вытрите обе ёмкости снаружи, включая крышки. Поставьте рядом на отдельные сухие тарелки, вдали от прямого солнца, брызг и обогревателя.
• Отметьте, какая ёмкость холодная, а какая — комнатной температуры. Осмотрите их примерно через 2, 5 и 10 минут, не беря в руки.
• Для каждого наблюдения запишите: «сухо», «мелкая испарина» или «отдельные капли». Отметьте, покрывает ли влага поверхность или появляется у конкретного отверстия либо трещины.
• Сравните ёмкости. При достаточно влажном воздухе на холодной ожидается больше конденсата. Эти интервалы удобны для записей, но не гарантируют появление капель.

Короткий лист наблюдений

Перепишите три строки на бумагу и заполните пропуски. «Мелкая испарина» здесь означает крошечные жидкие капли на поверхности, а не видимый водяной пар.

• Через 2 минуты — холодная ёмкость: ___ ; ёмкость комнатной температуры: ___
• Через 5 минут — холодная ёмкость: ___ ; ёмкость комнатной температуры: ___
• Через 10 минут — холодная ёмкость: ___ ; ёмкость комнатной температуры: ___

Что можно понять из сравнения

Если влага появляется главным образом на холодной ёмкости, это подтверждает роль холодной поверхности. Крышка уменьшает вероятность брызг и прямого испарения содержимого в комнату. Сравнение служит иллюстрацией: оно не измеряет точку росы и не доказывает отсутствие протечки у конкретной бутылки.

Если обе ёмкости сухие, холодная поверхность может быть не ниже точки росы либо конденсата пока слишком мало, чтобы его заметить. Если намокли обе, проверьте, не осталась ли вода после мытья, не было ли брызг и не была ли вторая ёмкость тоже ещё холодной.

У подозрительной ёмкости отдельно осмотрите крышку и стенки. Вода, которая снова и снова выступает в одном повреждённом месте, — другое наблюдение, чем множество мелких капель по поверхности. Конденсация и протечка могут происходить одновременно.

Та же идея в других местах

Роса на траве и влага с внутренней стороны холодного окна тоже возникают при превращении водяного пара в жидкость на прохладной поверхности. Для окна важен воздух с той стороны, где образуются капли.

Поэтому полезно спросить: «Какая поверхность холодная и какой воздух с ней соприкасается?» Это точнее, чем говорить, что предмет «потеет».

Источники и материалы

• American Chemical Society, Middle School Chemistry — Changing State—Condensation, Lesson 2.3
• USGS Water Science School — Condensation and the Water Cycle
• NOAA Global Monitoring Laboratory — GML Water Vapor: Instrument Description
• NOAA National Weather Service — Dew and Dew Point