У холодного стакана постепенно появляются капли на наружной стенке. Кажется, будто вода просочилась изнутри или сама поверхность «выделила влагу». Для объяснения нужно разделить два вопроса: откуда взялась вода и почему она стала жидкой именно рядом с холодной стенкой.
Источник находится в окружающем воздухе
В воздухе присутствует вода в газообразном состоянии — водяной пар. Когда он переходит в жидкое состояние, происходит конденсация. В учебном занятии NOAA JetStream «Sweatin’ to the Coldies» рассматривается как раз холодный стакан: вода на его наружной поверхности поступает из атмосферы. Ей не требуется проходить сквозь стенку.
Поэтому важно назвать место появления капель. Вода внутри и вода снаружи могут иметь разное происхождение, хотя химически это одна и та же вода. Наружная стенка служит поверхностью, на которой пар из воздуха превращается в жидкость. При этом газообразное состояние и маленькая жидкая капля — уже разные состояния вещества.
Почему недостаточно сказать «стакан холодный»
Воздух у охлаждённой стенки тоже охлаждается. Для начала конденсации важна точка росы — температура, связанная с содержанием водяного пара в данном воздухе. Объяснение NOAA NESDIS различает количество пара и относительную влажность: последняя сравнивает содержание пара с возможным насыщением при текущей температуре. При охлаждении одного и того же влажного воздуха это отношение меняется.
Стакан может быть прохладнее комнаты, но недостаточно холодным для образования капель в конкретных условиях. Холодная поверхность не создаёт новую воду. Меняется состояние части воды, которая уже находилась рядом в виде пара.
Разберём условные температуры
Представим учебную задачу: в комнате 22 °C, точка росы составляет 12 °C. Сравним две поверхности: 16 °C и 8 °C. Обе холоднее комнатного воздуха, но первая остаётся выше точки росы, а вторая — ниже. Поэтому одного сравнения с комнатной температурой для объяснения недостаточно.
У второй поверхности есть условия для конденсации; у первой по этим данным такого основания нет. Числа придуманы для разбора. Связь точки росы с количеством пара и пример холодного стакана объясняет также NOAA Global Monitoring Laboratory. Там этот физический принцип связан с работой измерительного прибора, а не только с бытовым наблюдением.
Как организовать спокойное наблюдение
Можно сравнить две одинаковые закрытые пластиковые бутылки: одну с водой комнатной температуры, другую — с охлаждённой. Перед началом вытрите наружные стенки и поставьте ёмкости рядом на сухой поднос. Запишите исходное состояние, затем отмечайте, где и как меняется поверхность. Это предложенный нами вариант наблюдения, а не сообщение о выполненном опыте.
Если на холодной бутылке появились капли, объяснение должно связать три звена: пар в окружающем воздухе, охлаждение у стенки и переход в жидкость. Если заметных капель нет, не нужно их дорисовывать в отчёте: сначала уточните условия охлаждения и влажность.
Полезный итог — короткая схема происхождения воды со стрелкой от воздуха к наружной стенке. По одному количеству капель нельзя точно измерить влажность: на результат влияют и температура поверхности, и условия наблюдения. Но можно объяснить, почему обычная вода оказалась снаружи неповреждённой ёмкости.
