凝结

凝结是气体或蒸气转变为液体的相变过程。它是汽化的逆过程，会向周围环境释放潜热。虽然人们通常将凝结与冷表面上的水滴以及云的形成联系起来，但许多物质都能发生凝结。凝结是否发生取决于温度、压强以及决定气液平衡的条件。(openstax.org)

物理基础与平衡

与液体中的分子相比，蒸气中的分子运动较为自由，彼此间距也更大。凝结使分子进入密度更高的相，此时分子间的吸引作用变得更加重要。分子不断进入和离开液面；在热力学平衡状态下，蒸发与凝结相互平衡，因此两相中的物质量总体上都不增加。当进入液体的物质量超过逸入蒸气的物质量时，就会发生净凝结。(openstax.org)

对于纯物质，饱和蒸气压给出了在特定温度下液体与蒸气共存时的压强。在适当条件下，冷却或压缩蒸气可以使其达到这一共存边界。在临界点以下，液体和气体是两个不同的相；温度高于临界温度时，仅靠增加压强无法产生通常意义上的液—气相变。这些关系可以用相图表示。(openstax.org)

在空气等混合气体中，决定凝结的相关物理量是可凝结组分的分压，而不只是总压强。对于水蒸气，当其分压等于该温度下的平衡饱和蒸气压时，平坦液面上方的水蒸气便达到饱和。冷却会降低这一饱和蒸气压，从而使凝结能够发生，而不必使整个混合气体都变为液体。(weather.gov)

凝结过程中释放的热

凝结释放的热与汽化吸收的能量相对应。质量为 (m) 的物质在指定条件下发生这一相变时，释放的热量通常写为

[ Q=mL_v, ]

其中，(L_v) 为单位质量物质的汽化潜热。在相同温度和压强下，逆向相变的热量大小相同。对于接近正常沸点的水，(L_v) 约为 (2.26\times10^6) 焦耳每千克。(openstax.org)

纯物质在恒定压强下凝结时，相变发生在饱和温度。因此，移除能量不一定会立即使温度下降：蒸气所占的比例可以减小，而温度保持不变。凝结前对过热蒸气的冷却，以及凝结后对所形成液体的冷却，都涉及额外的热传递，必须与潜热所对应的热量区分开来。(archive.nptel.ac.in)

大气中的凝结

凝结是水循环的重要组成部分。从海洋、土壤及其他表面蒸发的水，以不可见水蒸气的形式进入地球大气层。当大气条件有利于凝结时，水蒸气会形成液滴，参与云和雾的形成。凝结本身并不等同于降水：液滴必须长大到足够程度，才会以雨的形式落下。(usgs.gov)

露点是空气在压强和水汽含量保持不变时，冷却至饱和所需达到的温度。相对湿度表示水蒸气分压在当前温度下接近饱和蒸气压的程度。即使室内周围的空气尚未饱和，冰冷的窗户或饮水杯也能使邻近空气充分冷却，从而形成水滴。附着在表面的水来自空气中的水分，而不是穿过玻璃渗出的水。(forecast.weather.gov)

云的形成往往始于空气上升时因大气压强降低而发生的膨胀。这种绝热过程所导致的冷却，可以使空气达到饱和。随后，水蒸气在云凝结核上凝结，这些凝结核包括来自海浪飞沫、烟和土壤尘埃的颗粒。这些颗粒为液滴形成提供了场所；其大小和成分，以及空气的过饱和程度，共同影响它们能否被活化并形成云滴。(prod-01-alb-www-noaa.woc.noaa.gov)

表面凝结

在冷却的固体表面上，凝结液既可能形成连续的液膜，也可能形成彼此分离的液滴。在膜状凝结中，液体润湿表面并形成一层液膜，凝结释放的热必须穿过这层液膜传递出去。液膜会产生热阻，其厚度和排流情况都会影响传热速率。引力通常有助于凝结液沿竖直表面排流。(archive.nptel.ac.in)

在滴状凝结中，液体不会铺展成连续的液膜。液滴不断长大、合并并离开表面，使部分表面反复暴露于蒸气中。因此，滴状凝结的传热系数可以高于膜状凝结。不过，由于表面涂层和润湿性质可能发生变化，长期运行时很难维持滴状凝结。不凝性气体也会降低凝结速率。(archive.nptel.ac.in)

工程应用与相关过程

冷凝器是一种用于从蒸气中移除热量并收集所形成液体的换热器。冷凝器在化学工程中十分重要，因为相变控制是工艺设计的一部分。其性能取决于冷却条件、凝结液的排流、表面的润湿情况以及是否存在不凝性气体。(archive.nptel.ac.in)

冷却潮湿空气也能产生可回收的凝结水。空调设备可以收集这些水，而空气制水系统则专门利用冷却表面提取空气中的水分。可获得的水量取决于环境条件和设备的运行状况。(energy.gov)

凝结应与凝华及吸附区分开来：凝华是气体直接转变为固体的过程，吸附则是物质在表面的聚集。玻色—爱因斯坦凝聚态所涉及的凝聚虽然使用了相同术语，但指的是与量子态占据有关的另一种现象，而非通常的蒸气转变为液体的过程。(en.wikipedia.org)