Hơi nước là gì? Các ứng dụng thực tế của hơi nước

Hơi nước là gì? Hơi nước là dạng khí, khi nước chuyển trạng thái từ lỏng sang khí. Hơi nước được ứng dụng nhiều trong đời sống và các ngành công nghiệp.

Hơi nước là một trong những yếu tố quen thuộc và xuất hiện hàng ngày xung quanh chúng ta. Vậy hơi nước là gì? Bản chất và ứng dụng của hơi nước ra sao?  Hãy cùng Bigmart tìm hiểu sâu hơn về chủ đề này trong bài viết dưới đây.

I. Hơi nước là gì? 

Hơi nước là gì? Là trạng thái khí của nước, khi nước chuyển trạng thái từ lỏng sang khí. Hơi nước được sinh ra trong quá trình bay hơi hoặc sôi của nước ở thể lỏng hoặc từ sự thăng hoa của băng. Khác với những trạng thái khác của nước, hơi nước trong suốt và không nhìn thấy được. Ở điều kiện khí quyển điển hình, hơi nước được sinh ra liên tục thông qua sự bay hơi và ngưng tụ thành nước. Ở dạng này, hơi nước nhẹ hơn không khí và hỗ trợ đối lưu hình thành mây.

II. Giải thích sự chuyển đổi giữa các trạng thái lỏng và khí của nước

Ở trạng thái chất lỏng là nước, các phân tử H2O kết hợp thành một nhóm có số lượng cố định và tách biệt so với các nhóm khác. Dù bị đốt nóng, phân tử nước vẫn còn nguyên vẹn, tuy nhiên, các liên kết giữa các phân tử bắt đầu bị phá vỡ với tốc độ nhanh hơn so với tốc độ khi chúng tái tạo. Cuối cùng, khi được cung cấp đủ nhiệt lượng, một số phân tử sẽ tách rời và tồn tại ở trạng thái tự do. Những phân tử tự do này ở trạng thái khí mà thông thường chúng ta hay gọi là hơi nước hay hơi nước khô.

III. Tính chất của hơi nước là gì?

Tính chất của hơi nước bao gồm các đặc điểm vật lý và hóa học của nó ở trạng thái khí. Cùng tìm hiểu chi tiết các tính chất của hơi nước là gì ngay sau đây nhé!

1. Trạng thái vật lý của hơi nước

Hơi nước là trạng thái khí của nước, nó tồn tại trong không khí dưới dạng hỗn hợp khí và không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Xét về mặt vật lý, hơi nước không có màu sắc, hình dáng hay kích thước cụ thể. Như vậy hơi nước là một phần tử đơn giản, kí hiệu là H20, bao gồm hai nguyên tử hiđro (H) và một nguyên tử oxi (O).

2. Nhiệt độ và áp suất

Trạng thái của hơi nước chịu tác động trực tiếp từ hai nhân tố then chốt: nhiệt độ và áp suất. Khi nhiệt độ tăng cao, các phân tử nước có khuynh hướng chuyển đổi sang thể khí, biến thành hơi nước - quá trình này được gọi là sự bay hơi. Trái lại, nếu nhiệt độ hạ thấp, hơi nước sẽ ngưng tụ trở thành chất lỏng hoặc rắn đông đặc dưới dạng băng.

Tương tự, áp suất cũng gây ra tác động tương đương với nhiệt độ lên trạng thái của nước. Khi áp suất

giảm, nước dễ dàng biến đổi sang hơi nước hơn. Như vậy, sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất đóng vai trò quyết định trong việc điều khiển sự chuyển pha giữa ba trạng thái: rắn, lỏng và khí của nước.

3. Độ ẩm

Độ ẩm là một khái niệm dùng để chỉ lượng hơi nước có trong không khí. Độ ẩm tương đối phản ánh tỷ lệ phần trăm giữa lượng hơi nước thực tế so với lượng hơi nước tối đa có thể tồn tại ở nhiệt độ đó. Khi độ ẩm tương đối cao, không khí sẽ trở nên ẩm ướt và khó chịu hơn.

Hơi nước cũng có khối lượng riêng nhẹ hơn so với không khí khô. Vì vậy, hơi nước có xu hướng nổi lên cao trong khí quyển, điều này giải thích vì sao mây thường tích tụ ở các tầng cao hơn. Ngoài ra, hơi nước cũng có tính chất dẫn nhiệt và tỏa nhiệt khá tốt, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa nhiệt độ trên Trái Đất.

IV. Các trạng thái cơ bản của hơi nước 

Không phải lúc nào hơi nước cũng tồn tại ở dạng giống nhau. Tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ và áp suất, hơi nước có thể tồn tại ở các trạng thái khác nhau, mỗi trạng thái có những đặc điểm riêng. Cùng xem các trạng thái tồn tại của hơi nước là gì ngay sau đây. 

1. Hơi nước bão hoà

Hơi nước bão hòa chính là trạng thái cân bằng động giữa thể lỏng và thể khí. Khi nước lạnh được đun sôi thì nước sẽ chuyển từ thể lỏng sang thể khí thông qua hình thức bay hơi. Trong điều kiện hơi nước bão hòa, tốc độ bay hơi nước bằng với tốc độ ngưng tụ nước.

Hơi bão hoà được sinh ra trong quá trình chuyển hoá từ trạng thái nước sang trạng thái hơi thông qua bay hơi. Khi hơi này mất nguồn nhiệt, nó sẽ ngưng tụ lại và trở thành nước như ban đầu. Phương pháp này được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất vì chi phí đầu tư thấp và giá thành rẻ hơn nhiều so với việc sử dụng hơi quá nhiệt.

Xem thêm: Hơi nước bão hòa là gì? Tìm hiểu thông tin về hơi nước bão hòa

2. Hơi nước quá nhiệt

Hơi quá nhiệt được tạo ra bằng cách gia nhiệt cho hơi ướt hoặc hơi bão hoà để làm cho hơi này vượt ra khỏi điểm bão hoà. Điều này làm  tăng nhiệt độ của hơi nước, mật độ hơi giảm xuống so với điểm bão hoà trong cùng môi trường áp suất. Hơi nước quá nhiệt thường được sử dụng trong các ứng dụng truyền động như turbine.

Hơi quá nhiệt thường được ứng dụng trong hệ thống vận hành tuabin, đặc biệt là trong tuabin hơi. Lý do bởi trong tuabin, hơi nóng yêu cầu phải hoàn toàn khô. Khi trao đổi nhiệt bên trong tuabin, với tốc độ quay quá nhanh của các cánh turbine, lực ly tâm tác động lên một lượng nước nhỏ có thể gây mất cân bằng cho các cánh turbine và dẫn đến hư hỏng. Do đó, trong hệ thống tuabin, việc sử dụng hơi khô là cực kỳ cần thiết, đay cũng là lý do tại sao hơi quá nhiệt lại trở nên quan trọng trong turbine.

Xem thêm: Hơi nước quá nhiệt là gì?

V. Ứng dụng thực tế của hơi nước là gì?

Hơi nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống hàng ngày và các ngành công nghiệp. Một số ứng dụng tiêu biểu của hơi nước bao gồm:

1. Trong sản xuất năng lượng

Hơi nước là một yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất điện tại các nhà máy nhiệt điện. Nước được đun nóng thành hơi nước để quay các tuabin, từ đó tạo ra điện năng. Hơi nước cũng được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân để làm nguội lò phản ứng và quay các tuabin phát điện.

2. Lĩnh vực công nghiệp

Hơi nước cũng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất điện, chế biến thực phẩm, sản xuất giấy, sản xuất dược phẩm và hóa chất. Nó được sử dụng với mục đích để vận chuyển nhiệt, tạo ẩm trong quá trình sản xuất. Trong lĩnh vực chế biến thực phẩm, hơi nước được dùng để nấu chín, làm mềm hoặc bảo quản thực phẩm.

3. Trong y tế

Hơi nước được sử dụng trong việc khử trùng và tiệt trùng thiết bị y tế, nhờ vào khả năng truyền nhiệt và khử khuẩn của nó. Hơi nước cũng có ứng dụng trong lĩnh vực làm đẹp và spa, giúp làm sạch và cấp ẩm cho da.

4. Trong nông nghiệp

Hơi nước được ứng dụng trong các hệ thống tưới tiêu và thiết bị tạo sương mù. Chúng sẽ cung cấp độ ẩm cho cây trồng, tạo môi trường tốt nhất cho cây sinh trưởng và phát triển. Hơi nước cũng được dùng trong các nhà kính để điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm phù hợp cho sự phát triển của cây trồng.

5. Sử dụng hơi nước trong đầu máy xe lửa và tàu thủy chạy bằng hơi nước - Richard Trevithick

Hơi nước đóng vai trò to lớn trong cuộc cách mạng công nghiệp của thế giới. Sự ra đời của động cơ hơi nước hiện đại vào đầu thế kỷ 18 đã mở đường cho một loạt những sáng chế và phát minh ngoạn mục. Đặc biệt, chiếc đầu máy xe lửa và tàu thủy chạy bằng hơi nước do Richard Trevithick thiết kế và đưa vào hoạt động vào ngày 21 tháng 2 năm 1804 đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử giao thông vận tải. Sự kiện này đã thúc đẩy mạnh mẽ quá trình công nghiệp hóa, tạo nên những đột phá về chế tạo và sản xuất trong giai đoạn cách mạng công nghiệp.

VI. Tầm quan trọng của hơi nước đối sức khỏe con người và môi trường tự nhiên

Hơi nước có ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khỏe con người, có tốt có xấu. Dưới đây là một số tác động của hơi nước:

- Ảnh hưởng đến khí hậu: Hơi nước là một trong những khí nhà kính, có khả năng hấp thụ và phản xạ nhiệt từ Mặt trời. Điều này đóng vai trò quan trọng trong hiệu ứng nhà kính, góp phần tăng nhiệt độ Trái Đất và gây ra biến đổi khí hậu toàn cầu.

- Tạo thành mây và thay đổi thời tiết: Hơi nước bay hơi từ các bề mặt nước như biển, sông, hồ và cánh đồng, tạo thành hạt nước trong không khí. Những hạt nước này sau đó kết tụ lại thành mây và có thể gây ra mưa, tuyết hoặc sương mù. Tương tác giữa hơi nước và khí quyển cũng ảnh hưởng đến việc hình thành các hiện tượng thời tiết như bão, gió mạnh và cả bụi Sahara.

- Ảnh hưởng đến sức khỏe con người: Hơi nước đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ ẩm của không khí. Không khí quá khô có thể gây ra các vấn đề sức khỏe như khô mũi, khó thở, kích thích về vấn đề hô hấp và da khô. Ngược lại, không khí quá ẩm cũng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn và vi sinh vật có hại phát triển, gây bệnh cảm lạnh, viêm mũi, viêm họng.

Như vậy, chúng ta biết được khái niệm hơi nước là gì, tầm quan trọng của nó trong tự nhiên và đời sống hàng ngày. Việc nắm bắt được các kiến thức về hơi nước sẽ giúp chúng ta tận dụng hiệu quả nguồn năng lượng này. Hãy đón xem các bài viết tiếp theo của Bigmart về độ ẩm nhé!