結露とは何か？仕組みを分かりやすく図解！

このページでは結露とは何か。また結露の仕組みをわかりやすく図で解説しています。

１．結露とは何か？

結露(けつろ)とは、”空気中に含まれていた水蒸気(気体)が、物体の表面に集まって水滴(液体)として現れる現象のこと”です。

露(つゆ)というのは、”空気中に含まれていた水蒸気(気体)が、物体の表面で凝結(ぎょうけつ)(＝気体から液体に変化する現象)して水滴(液体)となったもの”を意味するため、「露(つゆ)を発生させる現象＝結露」になります。

(水蒸気は、水が気体に状態変化したもので、無色透明なため目で見ることはできません)

水(液体)というのは、水分子(＝H₂O)が繋がり合ってできたもので、その水分子同士の繋がりから切れたものが水蒸気(気体)になります。

つまり水分子の集まり(繋がり合ったもの)が「水(液体)」、完全にバラバラになって動き回っている単体の水分子が「水蒸気(気体)」なので、水蒸気(気体)が集まれば水(液体)になる、というわけです。

日常的に見かけるものでは、冷たい飲み物の入ったコップの外側に水滴が付着したり、窓ガラスや車のフロントガラスに水滴が付着して曇(くも)ってしまうのも結露が原因です。

ちなみに”空気中に含まれている水蒸気(気体)の割合[％]のこと”を「湿度(しつど)」と言います。

結論からいってしまうと結露が発生するのは、”空気の温度が下がることで、その空気中に含むことができなくなった水蒸気(気体)が、物体の表面に集まって水滴(液体)として付着するから”です。

日常的に湿度0％(空気中に水蒸気が含まれていない)という状況はほとんどないため、空気中には一定量の水蒸気(気体)が含まれています。

では窓ガラス(冬：結露が発生しやすい)に発生する結露を例にして、以下の順番で結露の仕組みについて解説していきます。

まず冬は暖房をするので、室内の気温(空気の温度)は高く、外の気温(空気の温度)は低いです。

窓ガラスは外の冷たい(温度の低い)空気によって外側から冷やされ、窓ガラスを伝わっていき、室内側の窓ガラスまで冷やされます。

そして上図のように、冷やされた窓ガラス(室内側)の周りに存在している暖かい(温度の高い)空気にも伝わっていくため、その暖かい空気も冷やされます。

空気の温度によって空気中に含むことのできる水蒸気の最大量は異なり、温度の高い空気ほど水蒸気(気体)を多く含むことができ、反対に温度の低い空気ほど含むことができる水蒸気は少なくなります。

(”1[㎥](立方メートル)の空気中に含むことができる水蒸気の最大量”を「飽和水蒸気量(ほうわすいじょうきりょう)」と呼ぶ)

なので暖房の効いた室内の暖かい(温度の高い)空気は、多くの水蒸気を含むことができます。

そして水蒸気を多く含んだ温度の高い空気は、冷やされて温度が下がると、含むことができる水蒸気量が少なくなってしまうため、水蒸気を含んでおくことができなくなります。

これにより空気中に含むことができる容量を超えてしまった水蒸気(気体)は、その空気中から追い出されて、周辺の物体の表面に集まって付着することで小さな水滴(液体)になります。

室内側の窓ガラスの周りに存在する暖かい(温度の高い)空気は、冷やされて温度が低くなるため、空気中に含むことができる水蒸気の最大量(＝飽和水蒸気量)が減ってしまいます。

これにより上図のように、その空気中に含むことができなくなった水蒸気(気体)が、窓ガラス(室内側)の表面に集まって水滴(液体)として付着する(＝結露が発生)、というわけです。

(結露：空気中に含まれていた水蒸気(気体)が、物体の表面に集まって水滴(液体)として付着する現象)

夏に窓ガラスに結露が発生しにくいのは、”窓ガラスの外側の周りに存在する空気の温度がそれほど下がらないから”です。

夏は室内に冷房をかけるため、窓ガラスに結露ができる場所が冬とは逆になり、(結露が起こるとしたら)窓ガラスの外側に水滴が付着することになります。

例えば、冬の外の気温が0℃(冬の場合)、冷房の設定温度が20℃(夏の場合)だとすると、窓ガラスの周りの空気(冬は室内側、夏は外側)はそれに近い温度に冷やされます。

これにより夏の窓ガラスの周りの空気は冷やされても温度がそれほど下がらず、空気中に含むことができる水蒸気の最大量が多いため、(窓ガラスの外側に)結露が発生しにくい、というわけです。

以上が「結露とは何か？分かりやすく結露の仕組みを図解！」でした。

これまで説明したことをまとめますと、

結露とは、”空気中に含まれていた水蒸気(気体)が、物体の表面に集まって水滴(液体)として現れる現象のこと”。
結露が発生する仕組みは、”空気の温度が下がることで、その空気中に含むことができなくなった水蒸気(気体)が、物体の表面に集まって水滴(液体)として付着するから”。
夏に窓ガラスに結露が発生しにくいのは、”窓ガラスの外側の周りに存在する空気の温度がそれほど下がらない(空気中に含むことができる水蒸気の最大量が多い)から”。