饱和蒸汽压的概念
回答这个问题,首先要知道一个概念,叫饱和蒸汽压。简单来说就是一个体系中气态液态共存并达到平衡时,此时气态的压强就是这种液体的饱和蒸汽压。
比如水水在25℃时的饱和蒸汽压是3.17kPa,意思就是在25℃时,体系中达到气液平衡时的水蒸气压强为3.17kPa。参考100℃时水的饱和蒸汽压刚好为一个标准大气压,所以100℃时体系中的气体必须全部都是水蒸气才能达到平衡,而实际上开放体系的空气是不可能全部排空的,所以水就会单方面地转化为气体而不会停止这一过程,除非体系封闭加压,才有可能让水蒸气的压强达到101kPa而保持在气液平衡。
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眼镜镜片起雾就是因为水的饱和蒸汽压变化。温度越高水的饱和蒸汽压越高,也就是气态水的含量越高。室温25℃的话,空气中水的含量为3.17kPa,相对于室外0℃的0.61kPa要高很多。
然后眼睛镜片不管是玻璃还是树脂,一般导热性都不太好,长时间在室外的镜片与室外同温是0℃,突然进去室内,是无法快速升温至室温25℃的,所以在镜片表面区域就会形成一个低温区域,该区域内空气中的水蒸气含量就将从3.17kPa向0.61kPa变化,减少的部分变为液态水,附着在区域内的固体表面也就是镜片上。
可以很容易地分析得出,只有人从冷向暖的环境转移,眼镜镜片才可能起雾。
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而从高温返回低温环境时,由于镜片温度已经高于室外温度,所以镜片附近区域的水蒸气含量要高于室外0℃的0.61kPa。压强差的存在导致水蒸气的转移,由镜片附近区域向大环境转移从而导致镜片附近区域水分的流失,只到镜片温度与环境温度相等,水蒸气压强和大气中水蒸气压强相等时才停止流失,达到平衡状态。随后只剩下水的自然蒸发,蒸发完全后雾消失。
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如果想要解决雾,可以升高镜片温度,或者使用特殊材料制作的导热性很好的镜片。目的都是为了让镜片附近不会形成低温区域,也就不会有水的相态变化。
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所谓镜片雾化现象,本质原因是温度造成的饱和蒸汽压快速变化导致的水蒸气剧烈相变冷凝。但其实没有雾化现象的相变化和水分转移更常见,比如冬天皮肤干燥甚至开裂。
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