
蒸気は水蒸気であり、しばしば空気や液体の水滴のエアロゾルと混ざり合っている。これは蒸発または沸騰によって起こり、沸騰では水が蒸発エンタルピーに達するまで熱が加えられる。過熱蒸気または飽和蒸気は目に見えないが、湿った蒸気、つまり目に見える霧または水滴のエアロゾルはしばしば「蒸気」と呼ばれる。[ 1 ]: 6
液体の水が蒸気になると、標準温度と圧力で体積が1,700 倍に増加します。この体積の変化は、往復ピストン式エンジンや蒸気タービンなどの蒸気機関によって機械的な仕事に変換できます。ピストン式蒸気機関は産業革命で中心的な役割を果たし、[ 2 ]現在では蒸気発電が世界の電力の 80 パーセントを生産しています。[ 3 ]液体の水が非常に高温の表面に触れたり、蒸気圧以下に急速に減圧したりすると、蒸気爆発を起こす可能性があります。
蒸気は従来、石炭やその他の燃料を燃焼させてボイラーを加熱することによって生成されますが、太陽エネルギーで蒸気を生成することも可能です。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]水滴を含む水蒸気は「湿り蒸気」と呼ばれます。湿り蒸気をさらに加熱すると、水滴が蒸発し、十分に高い温度(圧力に依存します)ではすべての水が蒸発し、システムは気液平衡状態になります。[ 7 ]蒸気がこの平衡点に達すると、「飽和蒸気」と呼ばれます。
過熱蒸気または生蒸気とは、その圧力における沸点よりも高い温度の蒸気のことで、これはシステムからすべての液体の水が蒸発または除去された場合にのみ発生します。[ 8 ]
蒸気表[ 9 ]には水/飽和蒸気の熱力学的データが含まれており、蒸気を含む熱力学サイクルを使用する機器の設計や操作において、技術者や科学者によってよく使用されます。さらに、温度エントロピー図やモリエ図などの水/蒸気の熱力学的相図も役立つ場合があります。蒸気図も熱力学サイクルの解析に使用されます。

蒸気の熱伝達能力は家庭でも利用されています。野菜の調理、布地、カーペット、床材の蒸気洗浄、建物の暖房などです。いずれの場合も、ボイラーで水を加熱し、蒸気が熱エネルギーを対象物に運びます。また、アイロンがけにも蒸気が使われ、熱とともに十分な湿度を加えることで、しわを伸ばしたり、意図的に折り目をつけたりすることができます。
2000年現在、電力の約90%は作動流体として蒸気を使用して発電され、そのほとんどが蒸気タービンによるものであった。[ 11 ]
発電では、蒸気は通常、膨張サイクルの終わりに凝縮され、再利用のためにボイラーに戻されます。しかし、コジェネレーションでは、発電サイクルで使用された蒸気は、地域暖房システムを通して建物にパイプで送られ、熱エネルギーとして利用されます。世界最大の蒸気発生システムはニューヨーク市の蒸気システムで、 7つのコジェネレーションプラントからマンハッタンの10万棟の建物に蒸気を供給しています。 [ 12 ]

その他の産業用途では、蒸気はエネルギー貯蔵に利用され、通常はパイプを通して熱伝達によって導入・抽出されます。水は蒸発熱が高いため、蒸気は熱エネルギーを蓄えるのに適した貯蔵庫です。
無火式蒸気機関車は、従来の機関車のボイラーに似た大型タンクに貯蔵された蒸気を動力源とする蒸気機関車でした。このタンクには、製紙工場など多くの大規模工場で利用可能なプロセス蒸気が供給されました。機関車の推進機構は、一般的な蒸気機関車と同様にピストンとコネクティングロッドを使用していました。これらの機関車は、ボイラーの火室からの火災の危険性がある場所で主に使用されましたが、単に蒸気が豊富にある工場でも使用されました。
蒸気機関や蒸気タービンは、蒸気の膨張を利用してピストンやタービンを駆動し、機械的な仕事を行います。凝縮した蒸気を水として高圧でボイラーに戻し、ポンプ動力を比較的少なく消費できることが重要です。蒸気の水への凝縮は、エネルギー効率を最大化するため、蒸気タービンの低圧側で起こることが多いですが、タービンブレードの過度の摩耗を避けるために、このような湿り蒸気の状態は制限する必要があります。技術者は、蒸気機関の挙動をモデル化するために、理想化された熱力学サイクルであるランキンサイクルを使用します。蒸気タービンは、発電によく使用されます。
加圧蒸気を用いるオートクレーブは、微生物学研究室や同様の環境で滅菌のために使用される。
蒸気、特に乾燥(過熱度の高い)蒸気は、滅菌レベルに至るまで抗菌洗浄に使用できます。蒸気は無毒の抗菌剤です。[ 13 ] [ 14 ]
蒸気は、公共事業用の配管に使用されます。また、配管の被覆や内部のトレースにも使用され、パイプラインや容器内の温度を均一に保つために用いられます。
蒸気は、熱を伝達して化学反応を促進したり、物を滅菌または消毒したり、一定の温度を維持したりする能力があるため、さまざまな産業で使用されています。木材産業では、蒸気は木材の曲げ加工、虫の駆除、可塑性の向上に使用されます。蒸気は、特にプレキャストコンクリートの乾燥を促進するために使用されます。コンクリートは水和中に熱を発生するため、蒸気からの追加の熱はコンクリートの硬化反応プロセスに悪影響を与える可能性があるため、注意が必要です。化学および石油化学産業では、蒸気はさまざまな化学プロセスで反応物として使用されます。長鎖炭化水素の蒸気分解により、燃料またはその他の化学用途向けの低分子量炭化水素が生成されます。蒸気改質により、合成ガスまたは水素が生成されます。
繊維やその他の材料の洗浄に使用され、塗装前の準備にも使用されることがあります。蒸気は固まったグリースや油の残留物を溶かすのにも役立つため、キッチンの床や設備、内燃機関や部品の洗浄にも役立ちます。蒸気を使用する利点としては、高温で動作できること、1分あたりの水の使用量が大幅に少ないことが挙げられます。[ 15 ]
Wikiversityには、図とMatlabコード付きの蒸気表があります。