為什麼呼出的氣到了冬天會變白？
― 看不見的水蒸氣遇到冷空氣，變成水滴的瞬間
盛夏時「哈～」地呼一口氣，什麼也看不到。但在寒冬做同樣的事，卻能清楚看見白白的哈氣。呼出的氣本身，夏天和冬天應該是一樣的，為什麼只有冬天看得見呢？
冬天的早晨，你把臉埋進圍巾裡「哈～」地呼氣，眼前就會飄起一團像白雲一樣的東西。很多人應該都曾和朋友笑著說：「你的哈氣好白喔。」
可是在炎熱的夏天同樣呼氣，卻什麼也看不到。從肺裡出來的氣，本身不會因為季節不同而有太大變化。那麼，到底是什麼變了呢？
白色的哈氣，要兩個條件湊齊才會出現
肺裡的溫度接近體溫，約 37℃，濕度據說幾乎是 100%。呼出的氣是含有大量看不見的水蒸氣、又暖又濕的空氣。
空氣能容納的水蒸氣量，溫度越低就越少。溫暖的氣被冷空氣突然冷卻，多出來的水蒸氣就會變成細小的水滴現身。
這兩個條件湊齊了，才會看見「白色的哈氣」。我們依序來看看。
原因 1：呼出的氣含有大量看不見的水蒸氣
肺裡的溫度接近體溫，約 37℃，而且總是濕潤的。從那裡出來的氣，據說含有的水蒸氣比周圍的空氣多得多。不過水蒸氣本身是無色透明的氣體，所以在這個時候還什麼都看不到。
原因 2：冷空氣容納不了太多水蒸氣
空氣能以氣體狀態容納的水蒸氣量有上限，這個上限稱為飽和水蒸氣量。據說氣溫越高，上限越大；氣溫越低，上限越小。
又暖又濕的哈氣碰到冷空氣被突然冷卻後，超過當下氣溫上限的水蒸氣，就無法再維持氣體狀態。溢出來的部分會變成看得見的小水粒（水滴）。這和冷飲杯子表面會出現水珠的凝結現象（結露），道理完全相同。
凝結是指接觸到冷杯子表面的空氣被急速冷卻，超過飽和水蒸氣量的水蒸氣變成水滴的現象。白色的哈氣，只是同樣的事發生在空氣中而已。舞台和電影裡用的「乾冰煙霧」，也是把周圍的空氣急速冷卻，用同樣的原理製造出水滴的霧。
在身邊就能確認的事
- 把在冰箱裡充分冷卻的飲料倒進杯子，放著不動
- 1～2 分鐘後，確認杯子外側佈滿了水珠
杯子裡面沒有濕，只有外側濕了。這是因為碰到杯子而被冷卻的周圍空氣，把容納不下的水蒸氣釋放出來。哈氣變白時在空氣中發生的事，在這裡發生在杯子的表面。
總結
呼出的氣在冬天會變白，是因為①呼出的氣本身含有大量水蒸氣，②冷空氣容納不了太多水蒸氣――這兩個條件同時成立。夏天看不見哈氣，只是因為外面的氣溫仍然足以容納這些水蒸氣。
白色的哈氣，並不是特別的呼吸。
只是平常的呼氣，遇到冷空氣，才第一次現出了身影。
同樣是「水蒸氣被冷卻而現身」的現象，在夜晚的草地上也會發生。沒有下雨，早晨的草卻是濕的，原因請見這篇文章的說明。
想知道更多的人 ― 術語・算式・與課本的連結從國中理化到研究中的話題，都會標明是哪個程度的內容
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「地球科學基礎」學到的範圍
- 高中＋高中「化學」，或課本中屬於進階、專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（大氣科學）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教、目前研究者正在探討的話題
國中術語：與白色哈氣有關的詞
- 水蒸氣：變成氣體的水。無色透明，眼睛看不見。
- 飽和水蒸氣量：某個溫度的空氣，能以氣體狀態容納的水蒸氣最大量。
- 凝結：氣體的水蒸氣變成液體的水（水滴）。
- 結露：空氣被冷卻後，容納不下的水蒸氣在物體表面等處變成水滴的現象。
國中高中用算式確認：一口氣會有多少水變成水滴
光聽到「容納不下的部分會變成水滴」，很難有實際的感覺，不知道到底有多少。這裡用計算就能得出明確的數字。
變成水滴的量 ＝ 呼出的氣含有的水蒸氣量 − 外面空氣能容納的水蒸氣量
| 呼出的氣含有的水蒸氣量 | 37℃、濕度 100% 時約為 39.6［g/m³］ |
| 外面空氣（0℃）能容納的水蒸氣量 | 0℃、濕度 100% 時約為 4.8［g/m³］ |
| 一口氣的量 | 成人安靜時約為 0.0005［m³］（500mL） |
這些數值來自空氣溫度與它能容納的水蒸氣最大量（飽和水蒸氣量）之間的關係。氣溫越低，這個上限就越小。
| 一口氣含有的水蒸氣 | 39.6 × 0.0005 ＝ 0.0198 ［g］ |
| 0℃的外面空氣能容納的水蒸氣 | 4.8 × 0.0005 ＝ 0.0024 ［g］ |
| 變成水滴的部分（相減） | 0.0198 − 0.0024 ＝ 0.0174 ［g］ |
算出來，每呼一口氣，就有約 0.0174g（17.4mg）的水從氣體變成水滴。
17.4mg 大約和一粒米差不多重。每呼一口氣，就有一粒米重的水變成看得見的霧。這樣想的話，是不是覺得那白白的哈氣一下子變得親近了呢？
高中＋大學為什麼越暖的空氣，能容納越多水蒸氣
飽和水蒸氣量會隨溫度改變，據說是因為空氣中能共存的水蒸氣壓力（飽和水蒸氣壓），會隨溫度呈指數函數增加。基本的想法是：溫度越高，水分子越活躍、越容易飛出來，能維持氣體狀態的量就增加。這個關係也可以用說明氣壓與沸點關係的文章中談到的克勞修斯－克拉佩龍方程式來描述。
和白色哈氣一樣，「又暖又濕的空氣碰到冷空氣變成水滴」的機制，也存在於天上的雲，以及高空飛機拉出的飛機雲。只是規模不同，發生的物理過程據說幾乎相同。
研究目前還不太清楚的事
- 要依各種條件，精確預測白色哈氣中水滴的正確大小與數量分布，據說目前仍然很困難。因為氣溫、濕度、呼氣的力道等多個因素交互影響。
- 呼氣中含有的微細水滴（飛沫、氣溶膠）如何擴散、會在空氣中停留多久，從防治傳染病的角度來看，也是持續有人研究的領域。
- 能依條件精確預測眼鏡或口罩內側何時、起霧到什麼程度的數值模型，據說也還在發展中。
連我們冬天每天都看到的白色哈氣，如果連每一顆水滴的行為都算進去，至今仍是研究的對象。常見，和已經弄清楚，是兩回事。
與課本的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・水蒸氣與凝結／濕度 | 水蒸氣、凝結、結露的基本概念，杯子的觀察 |
| 高中 | 地球科學基礎・大氣中的水蒸氣 | 飽和水蒸氣量的計算，水滴質量的估算 |
| 高中＋ | 化學・氣液平衡（進階） | 飽和水蒸氣壓與溫度的關係 |
| 大學 | 大氣科學・熱力學 | 克勞修斯－克拉佩龍方程式，與雲、飛機雲的共通點 |
| 研究 | 氣溶膠科學・傳染病流行病學（未解決） | 水滴粒徑分布的預測、呼氣飛沫的擴散、起霧的數值模型 |
| ― | 身邊的觀察 | 結露，與乾冰煙霧的共通點 |
- 日本氣象廳（気象庁）等機構提供的，關於氣溫與飽和水蒸氣量關係的解說資料。
- 地球科學與化學課本中，關於濕度、飽和水蒸氣壓、克勞修斯－克拉佩龍方程式的一般性敘述。
- 呼吸生理學文獻中，安靜時單次換氣量（成人約 500mL）的參考值。
- 氣溶膠科學的研究回顧（關於呼氣飛沫生成與擴散的一般性知識）。
※ 飽和水蒸氣量、換氣量等數值，會因體格與條件而有差異。本文列出的是一般常用的參考值。
※本文是為一般讀者撰寫的科學解說。飽和水蒸氣量與換氣量的數值會因文獻和個人差異而有幅度，這裡是作為理解機制的參考值。