蘇明義

(北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校，北京 100195)

1 霧的成因

我們知道,某種液體表面上方液體蒸汽的濃度與溫度有關(guān),在不同溫度下液體蒸汽的濃度不同,這些蒸汽所形成的壓強(qiáng)也不同．當(dāng)在某一溫度下液體表面上方液體蒸汽濃度到達(dá)最大值時(shí)的蒸汽稱為飽和氣,其所具有的壓強(qiáng),叫做這種液體在此溫度下的飽和蒸汽壓．對于同種液體來說,溫度越高其飽和蒸汽壓值越大．空氣中所含的水蒸汽達(dá)到過飽和狀態(tài),并且在有凝結(jié)核的情況下,就會液化成水．如果這個(gè)液化過程發(fā)生在汽車玻璃或植物的枝葉上,就形成了露;此時(shí)若空中有懸浮的凝結(jié)核,則液化在空中產(chǎn)生便形成霧．不論露還是霧其實(shí)都是小水珠,只是霧是漂浮在空中的更小的水珠,而露是若干個(gè)小水珠聚積在一起形成了較大一點(diǎn)的小水珠,它們通常位于植物的枝葉或某些物體的表面上．可見,霧的形成是受到空氣中水蒸汽氣壓值(水蒸汽的含量)、溫度和凝結(jié)核這3個(gè)因素的影響．

表1給出了不同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓值．水蒸汽液化的條件是其壓強(qiáng)要達(dá)到或超過飽和蒸汽壓,且要有凝結(jié)核．如果現(xiàn)在環(huán)境的溫度都在15℃,此時(shí)空氣中水蒸汽的壓強(qiáng)p實(shí)=1.23×103Pa,在15℃時(shí)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽1=1.71×103Pa,由于p實(shí)p飽2,所以相對于汽車玻璃表面的低溫,此時(shí)空氣中的水蒸汽屬于過飽和氣,所以就會在汽車玻璃表面出現(xiàn)露(霧)．

如果車內(nèi)空間和玻璃的溫度是5℃,此時(shí)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽2=0.87×103Pa,由于p實(shí)>p飽2,因此就會在車內(nèi)空間出現(xiàn)霧同時(shí)在玻璃內(nèi)表面上出現(xiàn)露(霧)．

表1

2 汽車擋風(fēng)玻璃上的霧出現(xiàn)位置的分析

汽車擋風(fēng)玻璃在不同季節(jié)都可能出現(xiàn)起霧的現(xiàn)象,這要具體分析當(dāng)時(shí)空中水蒸汽的氣壓值和擋風(fēng)玻璃的溫度的關(guān)系．

2.1 車內(nèi)的玻璃上起霧的原因

圖1

在氣溫較低的天氣開車,當(dāng)車內(nèi)的乘客較多或車內(nèi)開有曖風(fēng)時(shí),容易出現(xiàn)車內(nèi)玻璃起霧的情況,如圖1所示．

為了便于分析,我們結(jié)合表1給出一些具體數(shù)據(jù)來分析．假設(shè)當(dāng)時(shí)車外氣溫為10℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽1=1.23×103Pa;汽車擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面的溫度為15℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽2=1.71×103Pa;車外空氣中水蒸汽的壓強(qiáng)p實(shí)1=0.71×103Pa;此時(shí)由于p實(shí)1

但車內(nèi)由于乘客較多或開曖風(fēng)的原因,車內(nèi)空氣的溫度升為25℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽3=3.17×103Pa;車內(nèi)溫度升高使得車內(nèi)水蒸汽濃度較大,設(shè)此時(shí)車內(nèi)實(shí)際水蒸汽的壓強(qiáng)p實(shí)2=2.20×103Pa．由于p實(shí)2p飽2,所以在玻璃的內(nèi)表面會出現(xiàn)露(霧)．

當(dāng)然,氣溫并不低的夏季的雨天里,有時(shí)也會出現(xiàn)車內(nèi)玻璃上起霧的現(xiàn)象,這是由于雨水澆到玻璃上使玻璃的溫度降低,此時(shí)車內(nèi)的水蒸汽相對于車內(nèi)的氣溫來說是未飽和蒸汽,但相對于溫度較低的玻璃表面卻屬于過飽和蒸汽,因此會在玻璃表面液化為露(霧)．

2.2 車外的玻璃上起霧的原因

在初春、深秋和冬天,有時(shí)擋風(fēng)玻璃的外表面會有一層露(霧),如圖2所示．此時(shí)在車內(nèi)擦玻璃是不管用的,必須借助車外的雨刷器來除霧(霧)．這是車外空氣中的水蒸汽在溫度較低的玻璃上液化的結(jié)果．同樣,我們結(jié)合表1給出一些具體數(shù)據(jù)來分析．

圖2

假設(shè)夜間的最低氣溫為2℃,到早晨氣溫上升到8℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽1=1.07×103Pa;從深夜到早晨隨著氣溫的升高等原因,空氣中水蒸汽的壓強(qiáng)升高到p實(shí)1=0.81×103Pa．由于p實(shí)1p飽2,所以在空氣中的水蒸汽就會在玻璃的外表面形成露(霧)．

3 消除汽車擋風(fēng)玻璃上的霧的方法

3.1 消除車內(nèi)玻璃上的霧的方法

(1) 加熱法.

從理論上講,車內(nèi)玻璃上出現(xiàn)霧時(shí),只要提高玻璃表面的溫度,就可以使原來的飽和水蒸汽變成未飽和氣．但實(shí)際上在玻璃上出現(xiàn)霧時(shí),若采取開暖風(fēng)來提高玻璃溫度的方法往往并不能收到消除霧的效果．這主要是因?yàn)殚_暖風(fēng)后,車內(nèi)乘客由于車內(nèi)氣溫升高而大量向外蒸發(fā)出水蒸汽,從而使得車內(nèi)的水蒸汽濃度加大,從而使水蒸汽的壓強(qiáng)變大．

如原來車內(nèi)水蒸汽的壓強(qiáng)p實(shí)1=1.23×103Pa,車內(nèi)空氣溫度為15℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽1=1.71×103Pa;玻璃表面的溫度為8℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽2=1.07×103Pa．由于p實(shí)1p飽2,所以就會在玻璃表面出現(xiàn)露(霧)．

在車內(nèi)水蒸汽壓強(qiáng)維持p實(shí)1=1.23×103Pa不變的情況下,只要用暖風(fēng)將玻璃的溫度提升到10℃以上,玻璃上的霧就會消失．但實(shí)際上,當(dāng)開啟暖風(fēng)后,車內(nèi)乘客由于環(huán)境溫度升高而加快體內(nèi)水份的蒸發(fā),可能造成車內(nèi)水蒸汽壓強(qiáng)升高至p實(shí)2=2.0×103Pa,如果此時(shí)玻璃表面的溫度從8℃升高到15℃,車內(nèi)氣溫從15℃升到25℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽3=3.17×103Pa．由于p實(shí)2p飽1,所以水蒸汽還是會在玻璃表面上液化成露(霧)的,因此玻璃上的霧照樣不會消失．

當(dāng)然,如果車內(nèi)乘客不多,車內(nèi)原有水蒸汽相對玻璃表面溫度的飽和蒸汽壓差距不大,適當(dāng)開啟暖風(fēng)并集中吹向擋風(fēng)玻璃,還是可以消除玻璃上的霧的．

(2) 降溫法.

在清楚玻璃上產(chǎn)生霧的原因后,我們可以采用降溫法來消除玻璃上的霧．

如原來車內(nèi)水蒸汽的壓強(qiáng)p實(shí)1=2.64×103Pa,車內(nèi)空氣溫度為26℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽1=3.36×103Pa;玻璃表面的溫度為20℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽2=2.34×103Pa．由于p實(shí)1p飽2,所以車內(nèi)水蒸汽在玻璃的內(nèi)表面發(fā)生液化而出現(xiàn)露(霧)．

此時(shí)開啟冷風(fēng)降低車內(nèi)的溫度(此降溫過程通常還會減緩人體水份的蒸發(fā),因此不會導(dǎo)致車內(nèi)水蒸汽的濃度增大),當(dāng)車內(nèi)的溫度降至20℃以下時(shí),就會出現(xiàn)p實(shí)1>p飽2情景,車內(nèi)壓強(qiáng)為2.64×103Pa的水蒸汽對車內(nèi)的空氣來說屬于過飽和氣,因此就會在車內(nèi)空氣中液化成霧,從而使車內(nèi)的水蒸汽的壓強(qiáng)降至2.34×103Pa以下.這樣車內(nèi)的水蒸汽在20℃的玻璃表面就不會發(fā)生液化了,從而實(shí)現(xiàn)消除玻璃上霧的目的．

當(dāng)然,降溫也不一定要開冷風(fēng),有時(shí)打開一下車窗,就是一種簡單易行的降溫方法．

(3) 降壓法.

有一種最簡單有效的方法,就是將車窗打開一點(diǎn),放出車內(nèi)多余的水蒸汽,使車內(nèi)外的水蒸汽的壓強(qiáng)接近相等．

如原來車內(nèi)水蒸汽的壓強(qiáng)p實(shí)1=2.64×103Pa,車內(nèi)空氣溫度為26℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽1=3.36×103Pa;玻璃表面的溫度為20℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽2=2.34×103Pa;車外水蒸汽的壓強(qiáng)p實(shí)2=1.94×103Pa,車外的溫度18℃,其對應(yīng)水蒸汽的飽和蒸汽壓p飽2=2.06×103Pa．由于p實(shí)2p飽2,所以就會在玻璃表面出現(xiàn)露(霧)．此時(shí)如果將車窗打開一些,車內(nèi)外的空氣對流,就使得車內(nèi)的水蒸汽減少,可能達(dá)到與車外相同的壓強(qiáng)(1.94×103Pa),而這個(gè)壓強(qiáng)為1.94×103Pa的水蒸汽相對于玻璃表面的溫度屬于未飽和氣,因此也不會在玻璃的內(nèi)表面形成露(霧)．

3.2 消除車外玻璃上的霧的方法

對于車外玻璃上的霧,由于目標(biāo)就是讓其表面的水滴盡快汽化,所以通常所說的“加速蒸發(fā)的方法”都可以有用:用雨刷器刮玻璃上的霧層,可以減少待蒸發(fā)水的數(shù)量并增大蒸發(fā)的表面積;向玻璃吹暖風(fēng)提升液體的溫度;使車開動(dòng)起來可以加速液面上方空氣的流動(dòng)．當(dāng)然,在水霧未消除之前開動(dòng)車輛,還需要注意安全．

4 防止汽車擋風(fēng)玻璃上的霧的方法

清楚了汽車玻璃上起霧的原因,人們可以從預(yù)防的角度出發(fā),采取主動(dòng)讓措施防止玻璃上起霧或減小霧對行車視線的影響．

4.1 保持玻璃表面的清潔

汽車擋風(fēng)玻璃上起霧除了跟上述分析的溫度、水的蒸汽壓強(qiáng)有關(guān)外,還與車窗玻璃表面附有灰塵有關(guān),這些灰塵構(gòu)成了水蒸汽液化的凝結(jié)核,為玻璃表面出現(xiàn)露(霧)創(chuàng)造了很好的條件．如果能保持玻璃表面的清潔,減少凝結(jié)核,在其他條件相同的情況下就能適當(dāng)降低玻璃表面出現(xiàn)露(霧)的程度．

4.2 玻璃防霧劑涂層

水蒸汽在玻璃表面液化形成了許多微小水珠,而每一水珠對光的傳播在起著透鏡的作用的同時(shí)還對光形成漫射,從而顯著降低了玻璃的透明程度．因此當(dāng)水蒸汽在玻璃表面液化現(xiàn)象不可避免時(shí),可以破壞“小水珠”的辦法來消除“霧”對人們視線的影響．

要破壞“小水珠”對人們視線的影響,人們根據(jù)不同的思路制造出了不同的“玻璃防霧劑”,利用在玻璃材料表面涂抹特殊物質(zhì),改變水與玻璃表面的浸潤程度,從而達(dá)到“防霧”的效果,具體方法有如下兩個(gè)相反的解決思路．

(1) 增大水與玻璃間的浸潤程度.

增強(qiáng)玻璃表面親水性,即增大水與玻璃表面的浸潤程度(如圖3所示),使凝聚在表面上的小水珠在玻璃表面鋪展開而薄膜化,減少了對光的折射和漫反射的效果,從而保證了玻璃的透明度.

圖3

(2) 減小水與玻璃間的浸潤程度.

消弱玻璃表面親水性,即減小水與玻璃表面的浸潤程度(如圖3所示),使凝聚在表面上的小水珠在玻璃表面更趨于“球形”,從而小水珠不能吸附在玻璃表面,而是形成較大的水滴,并其自身重力的作用下滑落,來達(dá)到防霧目的．

4.3 納米復(fù)合防霧玻璃

納米玻璃防霧膜是利用納米技術(shù)對玻璃表面層進(jìn)行處理后,改善了琉璃表面的親水功能,使水蒸汽在玻璃表面液化時(shí)無法在玻璃表面形成小水珠,而是形成均勻的水膜,從而達(dá)到防霧的效果．