Kondenzátor / Fyzikální principy

Kondenzace (kapalnění) je skupenská přeměna – fázový přechod, při kterém se náhle mění makroskopické vlastnosti látky. Plynné skupenství (vodní pára) se kondenzací mění na kapalinu (voda).

Kondenzace vodní páry na trubkách kondenzátoru

Proces kondenzace syté páry nastává při změně některé termodynamické proměnné, například když se sníží teplota páry nebo se zmenší její objem. Zkapalňování probíhá na tzv. kondenzačních jádrech, kterými mohou být částice prachu, různé ionty nebo povrchy pevných a kapalných látek. Postupně se pára mění v kapalinu, která je rozptýlena v páře jako mlha a obě složky jsou v rovnováze. V kondenzátorech kondenzuje vodní pára na chladných trubkách. Při změně skupenství z plynného na kapalné se uvolňuje skupenské teplo kondenzační Q_k [J].

Q_k = m_p . l_p

Kde:

m_p – hmotnost vodní páry [kg]
l_p – měrné skupenské teplo kondenzační [J/kg]

Toto teplo závisí na látce, která mění skupenství a na teplotě. Platí, že při stejné teplotě je kondenzační měrné skupenské teplo látky rovno měrnému skupenskému teplu téže látky při vypařování. Když při stejné teplotě odebereme látce v plynném skupenství její skupenské teplo kondenzační, změní se kompletně na kapalinu. Až po zkapalnění (při stejné teplotě) se dalším odebíráním tepla snižuje teplota kapaliny. Množství tepla při ohřívání nebo ochlazování vody Q_v [J]:

Q_v = m_v . c_v . Δt_v

Kde:

m_v – hmotnost vody [kg]
c_v – měrná tepelná kapacita vody [J/(kg.K)]
Δt_v – rozdíl teplot [K]

Z molekulárního hlediska je kondenzace spojování volně se pohybujících molekul vody do řad nebo shluků, přičemž vzniká určitá vazba mezi atomem kyslíku jedné molekuly s atomem vodíku jiné molekuly. Spojením většího množství molekul vzniká vodní kapka. V momentě spojení dvou molekul je do okolí uvolněno určité množství latentního tepla, které tvoří již zmiňované skupenské teplo kondenzační.