Vapeur d\'eau

Propriétés générales de vapeur d'eau

Évaporation/sublimation

Toutes les fois qu'une molécule d'eau part d'une surface, on dit que s'évapore. Chaque molécule d'eau individuelle que les transitions d'un plus associé (liquide) (vapeur/gaz) à un état moins associé fait ainsi par l'absorption ou le dégagement de l'énergie cinétique. La mesure globale de ce transfert d'énergie cinétique est définie en tant qu'énergie thermique et se produit seulement quand il y a différentiel dans la température des molécules d'eau. L'eau liquide qui devient vapeur d'eau prend un colis de la chaleur avec elle, dans un appelé de processus le refroidissement par évaporation . La quantité de vapeur d'eau dans le ciel détermine comment rapidement chaque molécule retournera de nouveau à la surface. Quand une évaporation nette se produit, l'eau superficielle subira un filet se refroidissant directement connexe à la perte de l'eau.

Le refroidissement par évaporation est limité par les états atmosphériques . La quantité de vapeur d'eau dans le ciel est l'humidité . La teneur en vapeur de l'air est mesurée avec des dispositifs connus sous le nom d'hygromètres que les mesures sont exprimées comme humidité spécifique ou pour cent d'hygrométrie . Les températures de l'atmosphère et de la surface de l'eau déterminent la pression de vapeur d'équilibre ; l'hygrométrie de 100% se produit quand la pression partielle de la vapeur d'eau est égale à la pression de vapeur d'équilibre. Cette condition désigné souvent sous le nom de la saturation complète.

Une autre forme d'évaporation est la sublimation , par laquelle les molécules d'eau deviennent gazeuses directement de la glace sans la première eau liquide devenante. Quand la glace a une température plus élevée que l'atmosphère environnante, la sublimation se produit. La sublimation explique la disparition lente de plein hiver de la glace et de la neige aux températures si basses pour causer la fonte.

Condensation

La vapeur d'eau condensera seulement sur une autre surface quand cette surface est plus fraîche que la température de la vapeur d'eau, ou quand l'équilibre de vapeur d'eau de en air a été dépassé. Quand la vapeur d'eau condense sur une surface, un chauffage de filet se produit sur cette surface. La molécule d'eau apporte un colis de la chaleur avec elle. Alternativement, la température de l'atmosphère chute légèrement. Dans l'atmosphère, la condensation produit les nuages, le brouillard et la précipitation (habituellement seulement une fois facilité par noyaux de condensation de nuage ). Le point de condensation d'un colis par avion est la température à laquelle il doit se refroidir avant que la vapeur d'eau dans le ciel commence à condenser.

En outre, une condensation nette de vapeur d'eau se produit sur des surfaces quand la température de la surface est ou au-dessous derrière la température de point de condensation de l'atmosphère. Le dépôt, la formation directe de la glace de la vapeur d'eau, est un type de condensation. Le gel et la neige sont des exemples du dépôt .

Densité de vapeur d'eau

La vapeur d'eau est plus légère ou moins dense que l'air sec . Aux températures équivalentes elle est flottable en ce qui concerne l'air sec.

Calculs de densité de vapeur d'eau et d'air sec à 0°C

La masse moléculaire ou le poids de l'eau est 18.02g/mol, comme calculé à partir de la somme des masses atomiques de ses atomes constitutifs .

La masse moléculaire moyenne d'air (azote approximativement de 79%, N₂ de ; L'oxygène de 21%, 0₂) est 28.57g/mol à la température standard et à la pression ( STP ).

Using la loi d'Avogadro de et la loi du gaz idéal , la vapeur et l'air d'eau auront un volume molaire de 22.414 litres/mole à STP. Une masse molaire d'air et la vapeur d'eau occupent le même volume de 22. La densité (la masse/volume) de de la vapeur d'eau est 0.804g/litre, qui est de manière significative moins que cela d'air sec à 1.

Noter que les états de STP incluent une température de 0°C, auquel la capacité de l'eau de devenir vapeur est très restreinte. Sa concentration en air est très basse à 0°C. La ligne rouge sur le diagramme vers la droite est la concentration maximum de la vapeur d'eau prévue pour une température donnée . La concentration en vapeur d'eau augmente de manière significative à mesure que les échauffements, approchant 100% (vapeur , vapeur d'eau pure) à 100°C. Cependant la différence dans les densités entre l'air et la vapeur d'eau existait toujours.

Interactions de densité de vapeur d'air et d'eau aux températures égales

À la même température, une colonne d'air sec sera plus dense ou plus lourde qu'une colonne d'air contenant n'importe quelle vapeur d'eau. Ainsi, n'importe quel volume d'air sec descendra si placé dans un plus grand volume d'air moite. En outre, un volume d'air moite montera ou sera le flottable si placé dans une plus grande région d'air sec. Comme les échauffements que la vapeur d'eau de proportion dans le ciel augmente, sa flottabilité deviendra plus grande. Cette augmentation de la flottabilité peut avoir un impact atmosphérique signicant, provoquer puissant, des riches d'humidité, courants d'air ascendants quand les reachs 25°C de température de l'air et de température de mer ou en haut. Ce phénomène fournit une force significative de motivation pour le cyclonique et les systèmes anticyconic de temps (tornades et ouragans).

Vapeur d'eau et respiration ou respiration

La contribution de la vapeur d'eau aux augmentations de pression en tant que ses augmentations de concentration. Sa contribution de la pression partielle à la pression atmosphérique augmente, abaissant la contribution de pression partielle de l'autre atmosphérique de gaz (la loi de Dalton) . Toute la pression atmosphérique doit demeurer constante. La présence de la vapeur d'eau dans le ciel naturellement dilue ou déplace les autres composants d'air à mesure que sa concentration augmente.

Ceci peut avoir un effet sur la respiration , en air très chaud (35°C). La proportion de la vapeur d'eau est assez significative pour provoquer le manque d'air qui peut être expérimenté en états humides de jungle ou dans mal les bâtiments conditionnés par air.

Discussion générale

La quantité de vapeur d'eau dans une atmosphère est contrainte par les restrictions des pressions partielles et de la température. La température de point de condensation et l'hygrométrie agissent en tant que les directives pour le processus de la vapeur d'eau dans l'eau font un cycle. L'absorption d'énergie, telle que la lumière du soleil, peut déclencher plus d'évaporation sur une surface d'océan ou plus de sublimation sur un morceau de glace sur une montagne. L'équilibre de entre la condensation et l'évaporation donne la quantité appelée la pression partielle de vapeur de .

La pression partielle maximum (pression de saturation de ) de la vapeur d'eau en air varie avec la température du mélange de vapeur d'air et d'eau. Une série de formules empiriques existent pour cette quantité ; la formule de référence la plus utilisée est l'équation de Goff-Gratch de pour le SVP au-dessus de l'eau liquide :

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L'eau gazeuse représente un petit mais ambiant significatif constituant de l'atmosphère . Approximativement 99.99% de elle est contenus dans la troposphère . La condensation de la vapeur d'eau à la phase de liquide ou de glace est responsable des nuages , de la pluie , de la neige , et de toute autre précipitation , qui comptent parmi les éléments les plus significatifs de ce que nous éprouvons comme temps . Moins évidemment, la chaleur de de la vaporisation latente , qui est libérée à l'atmosphère toutes les fois que la condensation se produit, est l'une des limites les plus importantes au budget atmosphérique sur les échelles locales et globales. Par exemple, le dégagement de chaleur latente dans la convection atmosphérique est directement responsable d'actionner les orages destructifs tels que les cyclones tropicaux et les orages graves . La vapeur d'eau est également un gaz à effet de serre efficace . Puisqu'on s'attend à ce que la teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère augmente considérablement en réponse aux températures plus chaudes, il y a le potentiel pour une rétroaction de vapeur d'eau de qui pourrait amplifier l'effet de chauffage prévu de climat dû à l'anhydride carbonique accru de seul . Cependant, il est moins clair comment l'opacité répondrait à un climat de chauffage ; selon la nature de la réponse, les nuages ont pu plus loin amplifier ou en partie atténuer la rétroaction de vapeur d'eau.

Le brouillard et les nuages forment par la condensation autour des noyaux de condensation de nuage . En l'absence des noyaux, la condensation se produira seulement à des températures beaucoup plus basses. Sous la condensation ou le dépôt persistante, les gouttelettes ou les flocons de neige de nuage forment, qui le précipité quand ils atteignent une masse critique.

Le temps de séjour moyen des molécules d'eau dans la troposphère est environ 10 jours. L'eau épuisée par la précipitation est complétée le niveau par évaporation des mers, des lacs, des fleuves et la transpiration des usines, et d'autres processus biologiques et géologiques.

Des mesures de la concentration en vapeur sont exprimées comme humidité spécifique ou pour cent d'hygrométrie . La concentration globale moyenne annuelle de la vapeur d'eau rapporterait environ 25 millimètres de l'eau liquide au-dessus de la surface entière de la terre si elle étaient de condenser immédiatement. Cependant, la précipitation d'annuaire moyen pour la planète est environ 1 mètre, qui indique un chiffre d'affaires rapide de l'eau dans le ciel.

L'abondance de gaz émis par les volcans varie considérablement du volcan au volcan. Cependant, la vapeur d'eau est uniformément le gaz volcanique du le plus commun, comportant normalement plus de 60% des émissions totales pendant une éruption volcanique subaérien.

Formation image de radar et de satellite

Puisque le de molécules d'eau absorbent les micro-ondes de et d'autres fréquences de l'onde radio , l'eau dans l'atmosphère atténue des signaux du radar . En outre, l'eau atmosphérique reflétera et le réfractent des signaux de jusqu'à un degré qui dépend de si c'est vapeur, liquide ou solide.

Généralement, les signaux radar perdent la force progressivement que plus ils voyagent par la troposphère loin. Les différentes fréquences atténuent à différents taux, tels que quelques composants d'air sont opaques à quelques fréquences et transparents à d'autres. Les ondes radio utilisées pour la radiodiffusion et toute autre communication éprouvent le même effet.

Le de vapeur d'eau reflète le radar de jusqu'à moins de degré que font autres phases de l'eau deux. Sous forme de baisses et de cristaux de glace, l'eau agit en tant que prisme, qu'elle ne fait pas comme molécule individuelle ; cependant, l'existence de la vapeur d'eau dans l'atmosphère fait agir l'atmosphère en tant que prisme géant.

Une comparaison de GOES-12 des images satellites montre la distribution de la vapeur d'eau atmosphérique relativement aux océans, aux nuages et aux continents de la terre. La vapeur entoure la planète mais est inégalement distribuée.

Génération de foudre

La vapeur d'eau joue un rôle principal dans la production de la foudre dans l'atmosphère. De la physique des nuages , habituellement, les nuages sont les vrais générateurs de la charge statique comme trouvé en atmosphère terrestre. Mais la capacité, ou la capacité , de nuages de tenir des quantités massives d'énergie électrique est directement liée à la quantité de vapeur d'eau actuelle dans le système local.

La quantité de vapeur d'eau commande directement la constante diélectrique d'air. Pendant des périodes d'humidité faible, la décharge statique est rapide et facile. Pendant des périodes d'un humidité plus élevé, peu de décharges statiques se produisent. Cependant, la constante diélectrique et la capacité fonctionnent de pair pour produire les sorties de mégawatts de la foudre.

Après un nuage, par exemple, a commencé son moyen de devenir un générateur de foudre, la vapeur d'eau atmosphérique agit en tant que substance (ou isolateur ) ce des diminutions la capacité du nuage à la décharge son énergie électrique. Au-dessus d'un certain nombre de heures, si le nuage continue à produire du et stockent plus d'électricité statique , la barrière qui a été créée par la vapeur d'eau atmosphérique décomposera finalement de l'énergie potentielle électrique stockée. Cette énergie sera libérée à l'localement, vis-à-vis de la région chargée sous forme de foudre. La force de chaque décharge est directement liée à la constante diélectrique atmosphérique, à la capacité, et à la charge de la source produisant de la capacité.

Le voient également, le générateur de Van de Graaff.

Vapeur d'eau extraterrestre

Le brillant des queues de comète vient en grande partie de la vapeur d'eau. À l'approche au Sun , la glace beaucoup de comètes portent les sublimés pour se vaporiser, qui réfléchit la lumière du soleil. Sachant la distance d'une comète du soleil, les astronomes peuvent déduire la teneur en eau d'une comète de son brillant. Les queues lumineuses en comètes froides et éloignées suggère la sublimation d'oxyde de carbone.

Les scientifiques étudiant le Mars présument que si l'eau se déplace au sujet de la planète, elle fait pour vapeur. La majeure partie de l'eau sur Mars semble exister comme glace au poteau nordique. Pendant l'été de Mars, sublimés de cette glace, peut-être permettant aux orages saisonniers massifs de transporter des quantités significatives de l'eau vers l'équateur.

Une étoile appelée l'onde entretenue Leonis s'est avérée pour avoir un anneau de vastes quantités de vapeur d'eau entourant le vieillissement, l'étoile massive . Un satellite de la NASA a conçu pour étudier des produits chimiques en nuages de gaz interstellaire, faits la découverte avec un spectromètre à bord. Très probablement, " ; la vapeur d'eau a été vaporisée des surfaces de satelliser comets." ;

L'analyse spectroscopique du HD 209458 b , une planète extrasolar dans la constellation Pegasus, fournit la première évidence de la vapeur d'eau atmosphérique au delà du système solaire.

Facteurs scientifiques d'anomalies, de confusion et limites de la connaissance

La vapeur d'eau étant pratiquement omniprésente, a été étudiée et écrite environ de beaucoup de perspectives. Car une connaissance fonctionnante s'est développée et s'est développée dans les champs apparent indépendants plusieurs anomalies dans l'arrangement peuvent être produites. Ces anomalies résultent souvent d'une incapacité de déterminer rigidement une base volumétrique ou gravimétrique d'étude ; et/ou utilisation des constantes inadéquates pour les conditions étant observées.

Beaucoup d'études scienific regardent la vapeur d'eau comme confondant variable (empêchant ceteris paribus de , également « cachette varible ") dû à sa nature complexe, ceci devient particulièrement vraie quand l'étude observe la variation significative des quantités de vapeur d'eau, au-dessus de temps et/ou d'endroit.

Il est pour les raisons au-dessus de cela que ceci reste un facteur particulièrement rusé et autrefois controversé dans beaucoup de domaines de la science, si stockage des nourritures ou des objets façonnés antiques, thermodynamique ou changement climatique.

Voir également

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