Тиск насиченої водяної пари

Випаровування води

Вода постійно випаровується з поверхні водойм та ґрунту. Крім того, водяна пара надходить в атмосферу в результаті транспірації або випаровування води рослинами. Випаровування з водної та земної поверхні ще називають фізичним випаровуванням. Випаровування та транспірація разом називають сумарним випаровуванням.

Випаровування – це фізичний процес перетворення води з рідкого стану в газоподібний. Окремі молекули води під час хаотичного руху відриваються від водної поверхні чи вологого ґрунту і вилітають у повітря. У повітрі вони розповсюджуються догори і в різні боки від джерела випаровування частково внаслідок власного руху молекул. У цьому випадку процес розповсюдження молекул газу називається молекулярною дифузією. Крім того, водяна пара переноситься вітром разом з повітрям і в горизонтальному напрямку і у вертикальному разом з турбулентними вихорами, які завжди виникають при наявності вітру або шляхом турбулентної дифузії.

Випаровування – процес складний. Одні молекули відриваються від водної поверхні, інші одночасно повертаються з повітря до водної поверхні. Коли до поверхні повертається стільки ж молекул, скільки відривається, то випаровування немає. Настає рівновага молекул в обох напрямках. Такий стан і називають насиченням. Водяну пару у цьому стані і повітря, яке вміщує цю водяну пару, називають насиченими. Тиск водяної пари у стані насичення називають тиском насиченої водяної пари Е.

Тиск насиченої водяної пари залежить від температури повітря, тобто чим вища температура, тим більше водяної пари може вміщуватись у повітрі (мал.5.1). Крім графіка, тиск насиченої водяної пари можна визначити за психрометричними таблицями. Наприклад, при температурі 0⁰ С тиск насичення або тиск насиченої водяної пари дорівнює 6,1 гПа, при +10⁰ С– 12,3 гПа, при +20⁰ С – 23,4 гПа, при +30⁰ С – 42,4 гПа.

При підвищенні температури на кожні 10⁰ С тиск насиченої водяної пари збільшується майже вдвічі. При температурі 30⁰ С повітря може вміщувати водяної пари в 7 разів більше, ніж при температурі 0⁰ С.

Тиск насиченої водяної пари по відношенню до води і до льоду різний (табл.5.1).

Таблиця 5.1 Тиск насиченої водяної пари над водою Е_в, льодом Е _л та їх різниця.

t,^0С	Ев, гПа	Ел, гПа	∆Е, гПа
-5 -10 -12 -15 -20 -25	6,11 4,21 2,86 2,44 1,91 1,25 0,81	6,11 4,01 2,60 2,17 1,65 1,03 0,63	0,20 0,26 0,27 0,26 0,22 0,18

Це дуже важливо знати. Краплі води в туманах та хмарах перебувають у переохолодженому стані. Частина крапель в атмосфері замерзає і перетворюється на кристали при температурі -10⁰ С і нижче. Тому в атмосфері краплі води і кристали льоду можуть плавати поруч. При від’ємних температурах тиск насиченої водяної пари по відношенню до кристалів льоду менший, ніж по відношенню до переохолоджених крапель. Наприклад, при температурі

-10⁰ С над переохолодженою водою тиск насиченої водяної пари 2,86 гПа, а над льодом 2,60 гПа. Тому якщо при температурі -10⁰ С фактичний тиск водяної пари буде 2,7 гПа, то для переохолоджених крапель таке повітря ненасичене і вони будуть випаровуватись, а для кристалів льоду повітря перенасичене і вони будуть збільшуватись. Це дуже важливо для утворення атмосферних опадів.

Така різниця тиску насиченої водяної пари над водою та льодом пояснюється тим, що сили зчеплення молекул льоду більші, ніж молекул води. Тому стан насичення над льодом настає при меншому вмісту водяної пари у повітрі, ніж над водою.

Над крапельками води тиск насиченої водяної пари більший, ніж над рівною поверхнею води, тому що сили зчеплення молекул у краплі менші, ніж на плоскій поверхні. Над великими краплями перевищення тиску незначне. Для крапель з радіусом 10^-7 см тиск насичення водяної пари втричі більший, ніж над плоскою поверхнею води. Тому у насиченому водяною парою повітрі по відношенню до поверхні води дрібні краплі довго не зберігаються, вони випаровуються.

Стійкості крапель води в атмосфері сприяє те, що вони вміщують розчини морської солі, оскільки вони утворюються на кристаликах солі. Тиск насиченої водяної пари над розчином солей менший, ніж над прісною водою приблизно на 2%.

Дата добавления: 2015-05-24