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天冷時呼氣,為什麼會冒出白煙?

文/Tr.Vivi 親子科學 | Vivi 老師

Tr.Vivi 親子科學・科學解答

我們看到的「白煙」其實不是煙,也不是水蒸氣本身,而是水形成的微小液滴。 呼出的空氣又暖又潮,遇到冷空氣後迅速降溫;當溫度低到「露點」以下,水蒸氣就會「凝結」成細小水滴。大量小水滴漂浮在空氣中並散射光線,就形成肉眼看得到的白霧。

冬天天氣夠冷時,對著空氣呼一口氣,眼前常會立刻冒出一團白霧。

看起來很像煙,但我們真正看到的其實是液態的小水滴。呼吸裡原本就有水,只是在大部分時候,它是看不見的水蒸氣。

呼出的空氣為什麼含有這麼多水?

我們呼吸時,空氣會經過濕潤的呼吸道和肺部,因此呼出的空氣除了二氧化碳,也含有大量水蒸氣。

水蒸氣是氣態的水,本身透明,所以即使呼出的空氣很潮濕,我們平常也看不到它。

當這股溫暖又潮濕的空氣離開嘴巴,開始和外面的冷空氣混合,溫度就會快速下降。

水蒸氣為什麼一變冷就出現白霧?

空氣能容納多少水蒸氣,和溫度有關。空氣越冷,在達到飽和之前能維持在氣態的水就越少。

當呼出的潮濕空氣冷卻到「露點」,水蒸氣就會開始凝結成非常細小的液態水滴。

這些水滴本身很小,但大量聚集在一起時會把光線往不同方向散射,因此變成肉眼看得到的白色霧氣。

所以我們看到的不是「水蒸氣變白」,而是原本透明的水蒸氣經過凝結後,變成了真正的小水滴。

白霧既然已經變成水,為什麼很快又消失?

剛形成白霧的那一小團空氣非常潮濕,所以水滴可以暫時存在。

但白霧往外飄時,會不斷和周圍較乾的空氣混合。混合之後,整團空氣的相對濕度下降,就不一定還能維持原本的凝結狀態。

這些水滴非常細小,當周圍空氣不再接近飽和時,就能很快重新蒸發成看不見的水蒸氣,因此白霧通常只存在短短幾秒。

如果外面的空氣本身也非常潮濕,小水滴就比較不容易蒸發,白霧也可能維持得久一些。

參考資料

  1. 交通部中央氣象署南區氣象服務網|水的三態
  2. Library of Congress|Why do I see my breath when it’s cold outside?
  3. National Oceanic and Atmospheric Administration|Cloud in a Bottle

本文由 Tr.Vivi 親子科學原創整理,引用請註明出處:Tr.Vivi 親子科學(trvivi.com)。

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