Frage:
Warum "hält" warme Luft mehr Feuchtigkeit?
Clark
2018-10-18 16:58:32 UTC
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Es wird oft erklärt, dass warme Luft mehr Wasser enthält, da wärmeres Wasser weniger wahrscheinlich kondensiert. Diese und andere Erklärungen scheinen nur zirkuläre Argumente zu sein. Wenn die wärmere Luft genügend Feuchtigkeit aufnimmt, wird sie gesättigt und Wasser kondensiert immer noch bei 100% Luftfeuchtigkeit.

Wenn zwei Kubikfuß Luft mit einem wärmeren als dem anderen und dem wärmeren mit mehr Wasser vorhanden sind, wo / wie passen all diese zusätzlichen Wassermoleküle unsichtbar in den wärmeren Kubikfuß? Was ist der tiefe physikalische oder chemische Grund dafür?

TIPP - Dichte- und Temperaturverhältnis ist umgekehrt. Sie können eine Abweichung vom idealen Gas annehmen und dann eine virtuelle Temperatur im guten alten idealen Gasgesetz verwenden. Die Beziehung ändert sich jedoch nicht.
Höhere Temperatur als niedrigere Wasserdampfdichte. Wie ermöglicht dies mehr Wasser?
Ich meinte geringere Luftdichte. So kann die Atmosphäre mehr Wasserdampfmoleküle "halten".
@gansub Ihre kurzen Kommentare erklären die Phänomene besser als jede der beiden Antworten. Ich wünschte, Sie würden eine Antwort geben, damit ich sie positiv bewerten kann.
@horta - Ich habe mir die Antwort von BaroclinicCplusCplus und David Hammen angesehen. Sie sind beide sehr gut. Wenn Sie weitere Fragen haben, können Sie diese gerne stellen.
Drei antworten:
#1
+12
BarocliniCplusplus
2018-10-18 19:50:54 UTC
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Zu sagen, dass warme Luft mehr Feuchtigkeit "hält", ist technisch falsch, aber eine gängige Umgangssprache. Lassen Sie es uns auf die technischen Details herunterbrechen.

Betrachten wir ein Glas Wasser mit einem Vakuum (keine Luft) darüber. Was wird passieren? Die Moleküle, die sich in der obersten Schicht des Wassers befinden, verdampfen. Mit welcher Geschwindigkeit verdunstet das Wasser? Besser noch, was ist Verdunstung?

Verdunstung ist, wenn die Wassermoleküle genug kinetische Energie gewinnen (wie schnell sie vibrieren), um die Bindungen zu lösen, die sie aneinander halten. Die kinetische Energie ist temperaturabhängig. So schwingen die Moleküle schneller, lösen ihre Bindungen und treten als Dampf in das Vakuum ein. Einige Moleküle bleiben als Dampf im Vakuum, andere treten wieder in die Flüssigkeit ein. Wenn die Moleküle so schnell in die Flüssigkeit eintreten, wie sie austreten, ist sie gesättigt.

Wenn die Luft abgekühlt ist, verlangsamt sich die Geschwindigkeit, mit der Moleküle die Flüssigkeit verlassen. Die in die Flüssigkeit eintretenden Moleküle verlangsamen sich nicht mit der gleichen Geschwindigkeit, wodurch die Flüssigkeit in Richtung ihres Ausgangszustands wächst.

Beachten Sie, dass ich ausdrücklich gesagt habe, dass es sich um ein Vakuum handelt. Stellen Sie sich das Wasser anstelle eines Glases Wasser als kleine Tropfen vor. Die Atmosphäre kann diese Tropfen erwärmen oder abkühlen und umgekehrt.

Im engeren Aspekt wird die Gleichung, die den Dampfdruck als Funktion der Temperatur beschreibt, als Clausius-Clapeyeron-Gleichung / Beziehung bezeichnet. Die American Meteorological Society hat eine ungefähre Lösung, aber ich bevorzuge diese Gleichung: $$ e_ {sat} (T) = 611 Pa \ exp [\ frac {L_v} {R_v} (273.15 ^ {- 1} -T ^ {- 1})] $$ span>, wobei $ L_v $ ist die latente Verdampfungswärme, $ R_v $ span> ist die spezifische Gaskonstante für Wasserdampf, und $ T $ span> ist die absolute Temperatur in Kelvin. Kombiniert mit dem idealen Gasgesetz für Wasserdampf (unter der Annahme einer Sättigung) $$ e_ {sat} (T) V = m_vR_vT $$ span> und gegebenem Volumen ( $ V $ span>) Wir können einen Ausdruck für die Masse des Wasserdampfs $ m_v $ span> schreiben. Die Gleichung ergibt sich zu $$ m_v = 611 Pa \ exp [\ frac {L_v} {R_v} (273.15 ^ {- 1} -T ^ {- 1})] V R_v ^ {- 1} T ^ {- 1} $$ span>

Um Ihre letzte Frage zu beantworten, werden die Moleküle gemäß dem idealen Gasgesetz a als unendlich klein angenähert >. Genauer gesagt handelt es sich bei einem Wassermolekül um 7.08 $ \ times $ span> 10 $ ^ {- 19} $ span> Kubikfuß (nach einigem Rechnen), daher wird das hinzugefügte Volumen als vernachlässigbar angesehen. Kurz gesagt, die Moleküle werden als Punktmassen behandelt

Vielen Dank für die nette Erklärung. Können Sie näher erläutern, wie dies meine Frage beantwortet?
Bitte. Ich bearbeite es gerade.
#2
+5
David Hammen
2018-10-18 21:21:22 UTC
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Was ist der Grund für die tiefe Physik oder Chemie?

In einem Wort Entropie.

In tausend Worten (dh einem Bild) ),

Phase diagram of water
Quelle: Wikipedia-Artikel zum Phasendiagramm sub>


Das Obige ist ein Phasendiagramm von Wasser. Die interessierende Kurve ist die zwischen Dampf (brauner Bereich) und festem oder flüssigem (blauer und grüner Bereich). Für eine gegebene Temperatur (eine vertikale Linie im Diagramm) ist es entropisch günstig, wenn Wasser fest oder flüssig ist, wenn der Partialdruck von Wasserdampf über der Sublimations- / Verdampfungskurve liegt, aber es ist entropisch günstig, wenn Wasser Dampf ist, wenn Der Partialdruck liegt unterhalb der Kurve.

Beachten Sie: Der interessierende Druck ist der Partialdruck von Wasserdampf, nicht der Druck der Luft als Ganzes. Andererseits bestimmt die Temperatur der Luft die Temperatur des vorhandenen Wasserdampfs. Beachten Sie auch Folgendes: Das obige Diagramm gilt für eine flache Oberfläche. Kleine Wassertropfen haben eine hohe Oberflächenspannung, die den effektiven Sättigungsdruck in sehr sauberer Luft erhöht. (Dies ist zum Beispiel der Grund, warum Schneeflocken fast immer ein winziges Staubkorn in ihrer Mitte haben.) Der effektive Sättigungsdruck folgt jedoch der gleichen Form: Er steigt mit zunehmender Temperatur.

Sie haben nach einem tiefen physikalischen Grund gefragt, warum dies passiert. Angenommen, die Oberfläche zwischen Wassereis oder flüssigem Wasser und Wasserdampf befindet sich im Gleichgewicht. d.h. die Luft ist mit Wasserdampf gesättigt. Die Wasserdampfmoleküle haben eine Geschwindigkeitsverteilung, die ungefähr durch die Maxwell-Boltzmann-Verteilung gegeben ist. Einige Wasserdampfmoleküle bewegen sich langsamer als andere. Diese sich langsam bewegenden Moleküle, die auf die Oberfläche treffen, werden eher von der Oberfläche absorbiert als jene Moleküle, die sich schneller bewegen. Die Moleküle im Eis oder im flüssigen Wasser vibrieren / bewegen sich ebenfalls mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Es ist wahrscheinlicher, dass die sich schnell bewegenden festen / flüssigen Wassermoleküle aus der Oberfläche entweichen als diejenigen, die sich langsamer bewegen. Unter Gleichgewichtsbedingungen sind die Raten, mit denen Dampfmoleküle eingefangen werden und Eis- / Flüssigkeitsmoleküle entweichen, gleich. Wenn die Temperatur des Feststoffs / der Flüssigkeit und des Dampfes erhöht wird, bewegen sich weniger Dampfmoleküle langsam genug gefangen genommen werden, während sich mehr Feststoff / Flüssigkeit schnell genug bewegt, um zu entkommen. Dies erhöht den Druck, bei dem das Gleichgewicht auftritt. Durch Verringern der Temperatur wird in ähnlicher Weise der Druck verringert, bei dem ein Gleichgewicht auftritt

#3
+5
rchuso
2018-10-19 03:20:12 UTC
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Das Wassermolekül ist nur ein weiteres Molekül in der Atmosphäre - außer dass es triatomisch ist, während 99,97% der trockenen Atmosphäre einatomig (Argon) und zweiatomig (Sauerstoff und Stickstoff) sind. Es ist auch leicht elektrisch polarisiert und hat aus diesem Grund einen niedrigen Energiezustand, wenn es sich in Gegenwart ähnlicher Moleküle (flüssige oder feste Form) und bei einer höheren Temperatur befindet.

Also "Warum nicht alle?" der Wasserdampf einfach aus der Luft fallen? " Was diese Moleküle im Dampfzustand hält, ist einfach die Bewegungsenergie. Kühlen Sie die Atmosphäre ab (entfernen Sie diese Energie) und der Wasserdampf kann in seinen niedrigeren Energiezustand zurückkehren. Dasselbe passiert mit allen anderen atmosphärischen Bestandteilen - nur bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken.



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