矿泉水瓶内壁为什么向光一面布满了小水珠，而另一面则没有？

Question

最近发现：
一瓶未装满水的密闭的矿泉水瓶，正立放在一个光线分布不均匀的地方，第二天发现，向光的一面瓶内壁布满了小水珠，而另一面一滴水珠都没有。
将瓶子旋转180度再等一天再观察，结果如故。
最近一段时间我又多次试验，排除了环境温差的可能性，证实这种现象只和光线有关。

Answer 1

按前三楼的说法，向光一面受热，水蒸发的快，那应该向光一面没有水珠，而背光面有水珠才对。
我觉得不是因为向光或背光。我猜你的瓶子是放在窗台上的，这样向光面对着窗户，而窗外温度较室内低，所以向光面受冷，瓶内水蒸汽就在这一面凝结成水珠。就好像冰镇汽水瓶外面会结露一样。
你试一试把瓶子完全放在室内，排除温度影响，用台灯的光照它试一试，应该就没这种现象了。
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补充，注意，即使你放在离窗台很远的地方，仍然可能出现以上说的情况，因为一般向光面都对着比较空旷的地方，而空旷的地方一般有气流，温度会比较低；并且空旷的地方温差变化比较大，比如你把瓶子放在屋子中间的书架上，对着书的这一面由于书的比热容比较大，温差变化较小，而另一面对着空旷的一面（也就是有光的一面）则温差相对比较大，容易发生冷凝作用。
建议多换几个地方做实验，最好放在周围什么物体都没有、没有气流流动的屋子中间，再用台灯的光从不同方向照，每个方向都试一下。
另外，最好能说一下你做实验的具体环境情况，以便分析。
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哇，jiulong100 好厉害。
我记得在高能粒子物理里常用的用来显示高能粒子运动轨迹的云室装置好像就是用类似原理：当带电的高能粒子在含有过饱和的酒精蒸气的容器中运动时，酒精蒸气就会以这些带电粒子为凝结核凝结成液滴，若在附近放上洁净的附着体（比如容器壁）这些液滴就附着在上面形成一条线，从而显示出粒子的运动轨迹。（过饱和简介：一般情况下，当气体中的蒸气含量达到一定程度时，蒸气会以某些固体颗粒为核心凝结成液滴，这时的蒸气浓度叫做饱和浓度，并且饱和浓度会随温度降低而降低。但当原来不饱和的蒸气，突然降低温度，使其浓度达到甚至超过饱和浓度，并且周围没有固体颗粒或带电粒子作为凝结核时，蒸气浓度虽然超过饱和浓度，但暂时不会凝结，这时的状态就叫过饱和状态，这种状态很不稳定，微小的扰动，比如有带电粒子通过，蒸汽就会以之为核心迅速凝结。）
但我有些怀疑，jiulong100 所说的“一些电子就可能争脱束缚”，这岂不是光电效应吗？可是好像只有金属在比较高能的射线比如紫外线照射下才会发生光电效应（就是发射出电子）。不过也许不是光电效应，是类似的其它效应吧。看来我有些孤陋寡闻了。
又学到一点知识，非常感谢搂主提出的这个问题和jiulong100的回答！
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回jiulong100 的最新回答：
你上一次回答说是因为在向光面太阳光激发出电荷造成水蒸气凝结，这个想法很独到，也很可能是正确的。但不知为什么又将答案改成是因为蒸汽对流造成向光面温度比被光面低从而造成向光面结露。
但我觉得这个“蒸汽对流说”似乎不太正确。按你的说法，对流是因为太阳光先使向光面温度上升，比背光面温度高，从而形成对流，之后向光面的对流又使向光面温度反而比背光面低，这不是有些矛盾？且我觉得对流并不能使温度降低，因为你默认外界温度都是相同的，没有温度差（要不然，就回到我第一个回答上面了），那么温度降低只有这几种可能：1、外界空气对流，就是向光面有风（你称之为对流），带走热量，而背光面没有风，可仔细想一下就会发现，这正是我的第二次回答的内容，也就是对光面一般朝向空旷的方向，而空旷的方向一般有空气流动。2、内部水蒸气对流，这好像就是你说的，但我不觉得内部的对流能带走热量，因为瓶子是密封的。3、水蒸发带走热量，这也不可能，因为瓶子外面没有水，而瓶子内部虽然有水，但在两面都有，要蒸发的话都会蒸发；你可能是说向光面温度高，水蒸发快，这确实能带走更多热量，但你能保证最终能使其温度比背光面还低？要知道，其蒸发快的条件是其温度高，怎么能期待温度高造成温度反而更低？（不过也有例外，比如灭火时用热水比用冷水效果反而好，因为热水更容易蒸发，降温效果更好；但难道真是因为这个？）。
总之，我认为还是jiulong100最初的回答（就是向光面太阳光在这一面打出电荷，造成水汽凝结）最有可能。
非常希望jiulong100能对第二次的回答再仔细解释一下。

Answer 2

为什么水珠的分布会有差异，这是因为存在温度差。

在封闭的瓶内，水面上方的空气含有大量水蒸气，空气的温度由水温控制，可以近似认为空气温度等于水温。当封闭一定时间后，空气中水蒸气达到饱和状态。

而瓶壁（水面以上）的温度是受环境温度的影响。当水面上方瓶壁内表面的温度高于水温时，表面附近的空气温度也升高，水蒸气变成非饱和状态，不会凝结，即使已有的水珠也会慢慢蒸发掉；
相反，当水面上方瓶壁内表面的温度低于水温时，表面附近的空气温度也降低，水蒸气变成超饱和状态，就会凝结成小水珠。

所以说“门外壮汉”观察到的现象只能是在密闭的矿泉水瓶放置一定长的时间，使水温接近于环境温度，这样才会造成瓶壁一边温度略高于水温（无水珠），一边温度略低于水温（凝结水珠）。

而形成这种情况情况以前，如果，水温高于环境温度，向光面和被光面都会结满水珠；如果，水温低于环境温度，两面都不会结水珠。

前面是基础知识，现在我们来讨论本问题的关键，为什么向光面凝结水珠而被光面不凝结水珠。

我们很容易猜到:向光面的温度低，背光面的温度高。（但这似乎不合常理）

其实这和水珠的形状有关。瓶壁上的水珠实际上是呈（近似于）半球形，可以看成是一个半球透镜。

在向光一面，光线从瓶壁进入水珠，一部分光线反射入瓶壁，不再进入水珠，进入水珠的光线经半球透镜汇聚，不再进入其他水珠；
而背光一面，光线从瓶内空气进入水珠的同时一部分被球面反射，而球面反射具有发散性，这些光线还有相当一部分进入其他水珠。

这样，背光一面吸收光线的量要多一些，温度相对就要高一些，这样就形成温差，最终造成“门外壮汉”观察到的现象。本回答被提问者采纳

Answer 3

我们知道在很干净很光滑的环境里面水是不会结露的，那到底是为什么向阳的一面会出现水珠呢？
1.一般在冬季是很难出现上面的情况的，夏季很明显，我也很佩服提问者对环境的观察很细致。
2.在太阳光照射下上面的情况才可能发生，家里面用的灯光一般不会。长时间放置在室内的水，温度很接近室温，当达到某个值的时候瓶内的水蒸汽浓度很大，在太阳光的照射下，向阳的一边最先热起来，另一面获得的能量较小。这样很容易在这个狭小的空间里面形成热的对流。
3.光照的一面温度高蒸汽很容易把热量带走，而另一面太阳光被反射折射衍射只用很少一部分光线射过来相对来说温度低很难靠蒸发来带走热量。这样循环下去，最终导致向阳的一边温度比另一面低（瓶子封闭的条件下空气很难流通）。两边的温度相差到一定时候光照的一面水蒸气就会凝结在温度较低的一面（光照面）

Answer 4

向光的一面由于受到光的照射，水蒸发较快，当温度降下来以后，水蒸气则液化成小水珠沾在矿泉水瓶内壁上了。

Answer 5

温度....瓶子向阳面的那一边温度被加热的高一些...在考虑物理现象凝结...就可以解决了