ทฤษฎีความชื้นในอากาศ [EP.1] : ความชื้นและความดันไอน้ำ (Humidity & Vapor Pressure)

โดย

23 มีนาคม 2023

สำหรับบทความนี้ทางนายช่างมาแชร์ขอมาให้ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับเรื่องของ “ความชื้นในอากาศกันนะครับ” ซึ่งความชื้นมีผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานโดยตรงเลยนะครับ ทั้งในแง่ของคุณภาพสินค้า กระบวนการผลิต ตลอดจนกระทั่งอารมณ์ของคนทำงาน โดยสำหรับบทความนี้ก็มุ่งเน้นให้ความรู้แบบเข้าใจง่ายๆกันนะครับเพื่อที่เพื่อนๆจะได้นำเรื่องเหล่านี้ไปใช้ได้ในโรงงานของเพื่อนๆ ได้จริงๆ

โดยสำหรับตอนแรกใน EP.1 นายช่างมาแชร์ขอมาปูพื้นฐานเรื่อง “ความชื้นและความกดไอน้ำ” ที่เป็นพื้นฐานของกันก่อนเลยนะครับ

ความชื้นในอากาศ (Humidity)

สำหรับ “ความชื้น” หรือ “Humidity” หากพูดตามทฤษฎีแล้วจะหมายถึง “ปริมาณไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศ” ในหนึ่งหน่วยโมเลกุลอากาศ ณ ช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง ซึ่งเพื่อนๆรู้มั้ยครับว่า “อากาศที่เราหายใจอยู่ทุกวันนี้” ทุกๆโมเลกุลอากาศจะมีไอน้ำแฝงตัวอยู่ไม่มากก็น้อย ซึ่งปริมาณน้ำที่อยู่ในอากาศ นี่แหละครับที่เราเรียกว่า “ความชื้น”

โดยเรามาดูต้นกำเนิดของความชื้นด้วยภาพของวงจร Water Cycle กันนะครับ โดยความชื้นในอากาศก็จะเกิดจากแหล่งต่างๆบนผิวโลก เช่น การคายน้ำของพืช แหล่งน้ำบนผิวโลก และไอน้ำจากมหาสมุทร

ภาพแสดงวัฏจักรของน้ำและอากาศ (Water Cycle)
Credited by www.worldatlas.com

เมื่อแหล่งน้ำพวกนี้ได้รับความร้อน น้ำก็จะเปลี่ยนสถานะจากของเหลว (Liquid) กลายเป็นก๊าซ (Gas หรือ ไอน้ำนั่นเองครับ) ซึ่งกระบวนการนี้เราจะเรียกว่า “การระเหย (Evaporation)” ; โดยพลังงานความร้อนที่ทำให้น้ำเปลี่ยนสถานะ เราจะเรียกความร้อนนั้นว่า Latent Heat นะครับ

แต่ในทางกลับกัน หากไอน้ำ หรือ น้ำในสถานะก๊าซ มีการลดอุณหภูมิลง หรือ คายความร้อนออกไป ก็จะเกิดการกลายสถานะ จากไอน้ำ กลับมาเป็น น้ำในสถานะของเหลวอีกครั้ง ซึ่งกระบวนการนี้เราจะเรียกว่า “การควบแน่น (Condensation)”

ในชั้นบรรยากาศโดยปกติทั่วๆไป จะมีไอน้ำในสัดส่วนประมาณ 0-5% โดยปริมาตร ซึ่งค่าตรงนี้ก็จะเปลี่ยนไปตามเจ้าตัวไอน้ำที่ระเหย หรือ การควบแน่นตามวัฏจักร (Cycle) นั่นเองครับ

รูปภาพแสดงการเปลี่ยนสถานะของน้ำ Credited by www.worldatlas.com

ความดันไอน้ำ (Vapor Pressure) และความดันบรรยากาศ (Atmospheric pressure)

นอกจากการเปลี่ยนสถานะของอุณหภูมิแล้ว น้ำก็ยังที่จะสามารถเดือด หรือควบแน่นจากผลของ “ความดัน” ได้อีกด้วยนะครับ เช่น ปกติน้ำเราจะเดือดที่อุณหภูมิ 100 ^oC ใช่มั้ยครับ? แต่ว่าถ้าเกิดห้องนี้มีความดันลดลงมากๆ เช่น การไปต้มน้ำบนภูเขาสูงๆ พื้นที่บริเวณภูเขาสูง จะมีความกดอากาศน้อยกว่าปกติ ซึ่งส่งผลให้แรงที่กดบริเวณผิวของของเหลวลดลง ส่งผลให้จุดเดือดต่ำลงตามครับ ดังนั้นการต้มน้ำบนเขา น้ำก็อาจจะเดือดที่อุณหภูมิ 80-90 ^oC นะครับ

ในทางกลับกันหากห้องนี้หากมีความดันบรรยากาศมากขึ้น ยกตัวอย่างเช่น เราอยู่ในพื้นที่ลึกกว่าระดับน้ำทะเลมากๆ หรือระบบที่อยู่ภายใต้แรงดันสูงๆ เช่น หม้อแรงดัน หรือ Pressure Vessel ในโรงงาน จะส่งผลให้ น้ำจะมีจุดเดือดที่สูงขึ้น อาจจะประมาณอุณหภูมิ 100-120 ^oC นะครับ

โดยที่สาเหตุเป็นเช่นนั้นเพราะว่า “ความดันไอ (Vapor Pressure)” ของเหลว ถ้ามากกว่า “ความดันบรรยากาศ (Atmospheric Pressure)” จะทำให้ของเหลวระเหยนั้นเองครับ ซึ่งคล้ายๆกับ แรงภายในของโมเลกุลที่ผิวน้ำชนะแรงดันที่กดโมเลกุลน้ำนั้นอยู่ และโมเลกุลของน้ำก็จะลอยขึ้นไปเป็นสถานะก๊าซนั้นเองครับ

การวัดค่าความดันไอ (Vapor Pressure) จากการที่ของเหลวระเหยจนถึงจุดอิ่มตัว (Saturation)
โดยแต่ละสารจะไม่เท่ากันและยิ่งอุณหภูมิเพิ่มความดันพวกนี้ก็จะเพิ่มตาม)

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มความดันไอของเหลวจะเพิ่มตามกราฟนะครับ

“ดังนั้นในการควบคุมความชื้นในอากาศปัจจัยหลัก คือ อุณหภูมิ และ ความดัน นะครับ”

หมายเหตุนะครับ: ตัวบทความนี้อาจจะขอย่อยรายละเอียดเพื่อความเข้าใจของเพื่อนๆให้ง่ายที่สุดนะครับ

สำหรับบทความนี้ทางก็จะขอขอบคุณทาง Sponsor ใจดีจากทาง Murata ด้วยนะครับ ที่ช่วยสนับสนุนเพจเราให้ทำบทความดีๆแบบนี้ออกมาเรื่อยๆ

ซึ่งหากเพื่อนๆท่านไหนกำลังเจอปัญหาเกี่ยวกับเรื่องของความชื้นในโรงงาน ทางนายช่างมาแชร์ก็มีเทคโนโลยีดีๆมาฝาก นั้นคือ…

เทคโนโลยีสำหรับโรงงานยุค 4.0 การวัดค่าอุณหภูมิและความชื้นด้วยระบบ Wireless ,IoT จากทาง Murata

โดยเทคโนโลยี Wireless Humidity & Temperature Sensor จะสามารถวัดความชื้นและอุณหภูมิได้แบบ Real-Time , มีการส่งข้อมูลแบบไร้สาย และยังเป็นเทคโนโลยีการเชื่อมต่อแบบ IoT (Internet of Thing) โดยอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความชื้นและอุณหภูมิอัจฉริยะจากทาง Murata

เพียงแค่วางเซนเซอร์ไว้ในตำแหน่งที่ต้องการวัดอุณหภูมิ และความชื้น…หลังจากนั้นเซนเซอร์จะเก็บค่าแล้วส่งข้อมูลไปยังเกตเวย์ แล้วส่งต่อข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์, แทปเล็ต หรือ มือถือ เท่านี้เพื่อนๆ ก็สามารถตรวจวัด และติดตามค่าของอุณหภูมิ และความชื้นได้อย่างง่ายดายเลยครับ