如何使空中的水汽达到饱和

(1)降低温度,使饱和水汽压减小

达到饱和状态的水汽含量与温度有直接关系。温度越高,具有足够动能跑出液面的分子就越多,与液体保持平衡的饱和水汽的密度就越大,它的压强也就越大。这说明饱和水汽压随温度的升高而增大,这时单位体积的空气所容纳的水汽增多。反之,温度越低,饱和水汽压越小,这时单位体积的空气所容纳的水汽越少。所以说,只要降低空气中温度以降低空气的饱和水汽压,促使空中有更多的水汽达到饱和状态。

(2)增加粉中的水汽含量

直接增加水汽,途径之一:是依靠江、河、湖、海水面直接蒸发,同时动植物的表皮和动植物呼吸时也有水汽不断地输入空气中,而使空气中水汽增加。但是,它们也只能使贴近水层或自身近处水汽达到饱和。途径之二:通过空中出现一些吸湿性较强的微粒,吸引周围水汽,同时使其周围聚集着许多水汽,尽管微粒周围的水汽能达到饱和或过饱和,但是对于整个空间来说,其水汽量并没增多,且大部分仍旧未能得到饱和。途径之三:通过提高蒸发面的温度,以使大气中的水汽密度增大。但是,由于水汽向远方扩散单靠增大水汽密度,还不能使局部大气中水汽达到饱和。可见,想通过直接增加水汽使空中的水汽多数达到饱和的可能性不大,即使加上微弱的气流以影响近地层空气,最多也只能形成雾,还不能生成云。因此,还是必须依靠降低大气的温度,使空气的水汽达到饱和状态。

(3)在大气中常见的降温过程途径

膨胀冷却:对于理想气体的准静态绝热过程不说,当气压一定时,气体的体积与温度成反比(TVγ-1=常数),气体膨胀,必然冷却降温。在大气中,由于气流上升过程进行得很快,以致同外界没有显著热量交换的过程都可近视地看作绝热过程。所以大气中膨胀降温主要是靠气流的上升过程而实现的。在大气中,高度越高,气压越低,上升的气块由于周围气压不断下降,气块也就逐渐膨胀,从而降温。产生膨胀冷却的另一种方式是发生在原地,即气块上空暖气流流入,使气压骤然下降而产生。这种膨胀过程很快,凝结量也多,易于至云,是自然界中水汽凝结最重要的过程。

辐射冷却:在晴朗无风的夜晚,由于地面辐射而冷却,接近地面的空气也随之冷却,当冷却到露点时,空气中的水汽便达到饱和。

接触冷却:当暖气团与冷气团接触后使暖气团冷却,或者暖气团流经冷空气上方时,接触面都会因冷空气作用而冷却。

混合冷却:温度相差较大,而且接近饱和的两个空气团相混合时,平均温度在露点以下,在有北方冷空气南下时,或有热带暖气团北上时会发出混合冷却,大气中的水汽很快达到饱和或过饱和,此时多阴雨天气。

大气中水汽的含量虽然不多,却是大气中极其活跃的成分,在天气和气候中扮演着重要的角色。大气中的水汽含量有很多种测量方法,日常生活中人们最关心的是水汽压、绝对湿度和相对湿度。

水汽压(e)是大气压力中水汽的分压力,和气压一样用百帕来度量。以前气压和水汽压常以水银柱的毫米数来测度,1百帕=0.75008毫米水银柱。在一定温度下空气中水汽达到饱和时的分压力,称为饱和水汽压(E)。饱和水汽压随着气温的升高而迅速增加。

绝对湿度(a)指单位体积湿空气中含有的水汽质量,也就是空气中的水汽密度,单位为克/立方厘米或千克/立方米。绝对湿度不容易直接测量,实际使用比较少。如果水汽压的单位为千帕,绝对湿度的单位取千克/立方米,则两者关系为:a=2.165e/T 千克/立方米,其中T是温度。

根据理想气体状态方程:pV=nRT

则n=PV/(RT)

本例中P=e V=1立方米

R=8.31441±0.00026J/(mol·K)

则一立方中蒸汽的量=e*1/(8.31441*T)

水分子量:18

换算成质量:e*1/(8.31441*T)*18=2.165e/T (E的单位为千帕)

相对湿度(f)指空气的水汽压e与同一温度下的饱和水汽压E之比,以百分数表示是:f=e/E %

相对湿度的大小表示空气接近饱和的程度。当f=100%时,表示空气已经达到饱和;未饱和时,f<100%;过饱和时f>100%。相对湿度的大小不仅与大气中水汽含量有关,而且还随气温升高而降低。


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