Vì sao cốc nước đá đổ mồ hôi bên ngoài: điểm sương là gì

Những giọt nước bám ngoài cốc trà đá không thấm từ trong cốc ra; chúng đến từ hơi nước có sẵn trong không khí. Thành cốc lạnh làm lớp không khí sát nó nguội xuống dưới điểm sương, tức là nhiệt độ mà ở đó không khí không giữ nổi lượng hơi nước đang có, nên hơi nước ngưng thành giọt bám lên thành cốc. Trời càng nóng ẩm, cốc càng "đổ mồ hôi" nhiều.

Cảnh quen: ly trà đá giữa trưa và ly trà đá trong phòng lạnh

Ngồi quán vỉa hè Hà Nội giữa tháng 7, ly trà đá vừa đặt xuống chưa đầy một phút đã phủ kín giọt nước, chảy thành vũng dưới đáy. Cũng ly trà đá đó mang vào phòng máy lạnh khô ráo, thành ly chỉ mờ nhẹ hoặc khô hẳn. Ra Đà Lạt (Lâm Đồng) mùa khô, ly nước mát để bàn có khi chẳng đọng giọt nào.

Lượng "mồ hôi" trên ly không phụ thuộc vào ly đựng gì, mà phụ thuộc vào không khí quanh ly ẩm tới đâu. Ly nước đá là một chiếc ẩm kế tự nhiên.

Điểm sương: con số quyết định tất cả

Không khí luôn chứa một lượng hơi nước vô hình. Mỗi nhiệt độ có một giới hạn chứa tối đa; nhiệt độ càng thấp giới hạn càng nhỏ. Điểm sương là nhiệt độ mà nếu làm nguội không khí xuống tới đó (giữ nguyên lượng hơi nước), không khí vừa đúng bão hoà. Nguội thêm chút nữa là hơi nước bắt đầu ngưng tụ.

Áp vào ly nước: nếu nhiệt độ mặt ngoài thành ly thấp hơn điểm sương của không khí trong phòng, ly sẽ đọng nước. Nếu cao hơn, ly khô ráo dù bên trong là nước mát.

Điểm sương có thể tính gần đúng từ nhiệt độ và độ ẩm tương đối mà dự báo thời tiết vẫn đưa. Bảng dưới là vài ví dụ tính theo công thức gần đúng thông dụng (công thức Magnus), làm tròn.

Dòng đầu tiên lý giải vì sao ở miền Bắc mùa hè, ngay cả chai nước để trong bình lọc không qua tủ lạnh cũng "đổ mồ hôi". Điểm sương lúc đó chỉ thấp hơn nhiệt độ không khí vài độ.

Diễn biến từng bước trên thành ly

1. Bạn rót nước đá vào ly. Thành ly nguội xuống chỉ trong vài giây (ly thuỷ tinh mỏng nhanh hơn ly dày, ly kim loại nhanh nhất).
2. Lớp không khí mỏng sát thành ly bị làm nguội theo. Khi nó nguội xuống dưới điểm sương, các phân tử hơi nước bắt đầu bám vào bề mặt và tụ lại thành những giọt cực nhỏ: thành ly trông mờ như phủ sương.
3. Giọt nhỏ lớn dần, chạm nhau và nhập lại. Khi đủ nặng, chúng chảy xuống thành dòng.
4. Mỗi gam hơi nước ngưng tụ nhả ra khoảng 2.400 jun nhiệt vào thành ly. Vì thế ly đổ mồ hôi nhiều thì đá tan nhanh hơn: ngoài nhiệt từ không khí, nó còn nhận thêm nhiệt ngưng tụ.
5. Khi nước trong ly ấm lên quá điểm sương, ngưng tụ dừng và các giọt bên ngoài dần bay hơi trở lại.

Họ hàng của chiếc ly đổ mồ hôi

Ống đồng máy lạnh nhỏ giọt

Dàn lạnh máy điều hoà hoạt động như một cái ly nước đá khổng lồ: không khí trong phòng đi qua những lá nhôm lạnh, hơi nước ngưng tụ, chảy ra ống thoát nước. Máy lạnh vì thế vừa làm mát vừa làm khô phòng. Ống thoát nước bị tắc thì nước chảy ngược ra tường.

Kính ô tô mờ bên ngoài

Trời mưa nóng ẩm, bật máy lạnh trong xe mạnh, kính chắn gió có thể mờ ở mặt ngoài: kính bị máy lạnh làm nguội xuống dưới điểm sương của không khí ẩm bên ngoài. Bật gạt nước là sạch. Còn trời lạnh, kính mờ ở mặt trong vì hơi thở của người trong xe gặp kính lạnh. Hai trường hợp, hai mặt kính, cùng một vật lý.

Kính đeo mắt mờ khi vào nhà

Mùa đông ở vùng lạnh, từ ngoài trời bước vào nhà ấm, mắt kính mờ trắng ngay. Kính lạnh, không khí trong nhà ấm và ẩm. Ngược lại, ở xứ nóng, bước ra khỏi xe máy lạnh vào trưa hè, kính và ống kính máy ảnh cũng mờ y như vậy.

Sương trên cỏ buổi sáng

Ban đêm, lá cỏ nguội đi do bức xạ nhiệt lên bầu trời, có khi xuống dưới điểm sương. Sáng ra lá cỏ đọng sương. Đây là "chiếc ly lạnh" do bầu trời đêm làm nguội; cơ chế làm nguội ấy có bài riêng về đêm trời quang.

Hiểu lầm thường gặp

• "Nước trong ly thấm qua thành ly." Thuỷ tinh và kim loại không cho nước thấm qua. Bằng chứng dễ nhất: pha nước đá với màu thực phẩm hoặc nước muối, giọt bên ngoài vẫn trong và nhạt.
• "Ly đọng nước là vì đá quá lạnh." Nhiệt độ ly chỉ là một nửa câu chuyện. Cùng ly đá ấy ở nơi khô ráo có thể không đọng giọt nào. Không khí ẩm mới là nguồn nước.
• "Lót ly giữ cho nước không chảy ra từ ly." Lót ly chỉ hứng nước ngưng tụ, giữ mặt bàn khô.
• "Ly giữ nhiệt hai lớp đổ mồ hôi ít vì tốt hơn." Đúng là ly hai lớp chân không không đổ mồ hôi, nhưng lý do là thành ngoài không bị làm lạnh, nên nó luôn ở trên điểm sương. Cùng lý do ấy mà đá trong đó lâu tan.

Tự quan sát / tự thử an toàn

Đo điểm sương bằng một lon nước

Đây là cách các nhà khí tượng thế kỷ 19 đo độ ẩm, gọi là ẩm kế điểm sương.

1. Lấy một lon nhôm hoặc cốc inox sáng bóng, lau khô bên ngoài. Đổ nửa lon nước ở nhiệt độ phòng, đặt một nhiệt kế vào trong.
2. Thả từng viên đá nhỏ vào, khuấy nhẹ và đều.
3. Nhìn kỹ mặt ngoài lon. Đúng lúc vừa thấy mặt kim loại mờ đi một lớp sương mỏng, đọc nhiệt kế. Con số ấy gần bằng điểm sương của không khí phòng bạn.
4. So với con số tính từ nhiệt độ và độ ẩm trong ứng dụng thời tiết. Kết quả thường lệch vài độ, nhưng đủ để bạn thấy điểm sương là một con số đo được bằng tay.

Chứng minh nước không thấm ra

Pha một ly nước đá có vài giọt màu thực phẩm xanh. Khi thành ly đọng giọt, lấy khăn giấy trắng thấm thử: giọt bên ngoài trong suốt, không màu.

So hai nơi trong nhà

Mang hai ly nước đá giống nhau, một để ngoài hiên, một để trong phòng máy lạnh. Sau 10 phút so lượng nước dưới đáy mỗi ly. Có cân nhà bếp thì cân lót ly trước và sau để thấy lượng nước "hứng" được từ không khí.

Lưu ý an toàn: đây là thí nghiệm với nước và đá thường, an toàn. Chỉ cẩn thận lau khô mặt bàn, sàn để không trượt ngã, và không dùng ly thuỷ tinh mỏng đã bị nứt mẻ.