Водяной пар - Википедия - Water vapor

Водяной пар (H2O)
St Johns Fog.jpg
Невидимый водяной пар конденсируется с образованием
видимый облака капель жидкого дождя
Жидкое состояниеВода
Твердое состояниеЛед
Характеристики[1]
Молекулярная формулаЧАС2О
Молярная масса18.01528(33) грамм /моль
Температура плавления0.00 ° C (273.15 K )[2]
Точка кипения99,98 ° С (373,13 К)[2]
удельная газовая постоянная461.5 J /(кг · K)
Теплота испарения2.27 MJ /кг
Теплоемкость при 300 К1.864 кДж / (кг · К)[3]

Водяной пар, водяной пар или же водный пар это газообразный фаза воды. Это один государственный воды в гидросфера. Вода пар может быть произведено из испарение или же кипячение жидкой воды или из сублимация из лед. Водяной пар прозрачен, как и большинство компонентов атмосферы.[4] В обычных атмосферных условиях водяной пар постоянно образуется за счет испарения и удаляется конденсация. Он менее плотный, чем большинство других составляющих воздуха и триггеры конвекция токи, которые могут привести к облакам.

Являясь составной частью гидросферы и гидрологического цикла Земли, он особенно богат Атмосфера Земли, где он действует как самый мощный парниковый газ, сильнее, чем другие газы, такие как углекислый газ и метан. Использование водяного пара, как пар, был важен для людей для приготовления пищи и в качестве основного компонента в системах производства и транспортировки энергии с момента Индустриальная революция.

Водяной пар является относительно обычным компонентом атмосферы, присутствующим даже в солнечная атмосфера а также каждая планета в Солнечная система и много астрономические объекты включая естественные спутники, кометы и даже большой астероиды. Аналогичным образом обнаружение внесолнечный водяной пар указывает на подобное распределение в других планетных системах. Водяной пар важен тем, что может быть косвенным доказательством, подтверждающим присутствие внеземной жидкой воды в случае некоторых планетарных объектов.

Характеристики

Испарение

Когда молекула воды покидает поверхность и диффундирует в окружающий газ, говорят, что она испарился. Каждая отдельная молекула воды, которая переходит между более ассоциированным (жидким) и менее ассоциированным (пар / газ) состоянием, делает это посредством абсорбции или высвобождения кинетическая энергия. Совокупное измерение этой передачи кинетической энергии определяется как тепловая энергия и происходит только тогда, когда существует разница в температуре молекул воды. Жидкая вода, которая превращается в водяной пар, забирает с собой часть тепла в процессе, называемом охлаждение испарением.[5] Количество водяного пара в воздухе определяет, как часто молекулы будут возвращаться на поверхность. Когда происходит чистое испарение, водоем подвергается чистому охлаждению, напрямую связанному с потерей воды.

В США Национальная метеорологическая служба измеряет фактическую скорость испарения со стандартной открытой поверхности воды на открытом воздухе в различных местах по всей стране. Другие поступают так же по всему миру. Данные по США собираются и компилируются в годовую карту испарения.[6] Диапазон измерений от 30 до 120 дюймов в год. Формулы можно использовать для расчета скорости испарения с поверхности воды, например плавательного бассейна.[7][8] В некоторых странах скорость испарения намного превышает осадки ставка.

Охлаждение испарением ограничено атмосферные условия. Влажность количество водяного пара в воздухе. Содержание пара в воздухе измеряется с помощью устройств, известных как гигрометры. Измерения обычно выражаются как удельная влажность или процент относительная влажность. Температура атмосферы и поверхности воды определяет равновесное давление пара; 100% относительная влажность возникает, когда парциальное давление водяного пара равно равновесному давлению пара. Это состояние часто называют полным насыщением. Влажность колеблется от 0 граммов на кубический метр в сухом воздухе до 30 граммов на кубический метр (0,03 унции на кубический фут), когда пар насыщен при 30 ° C.[9]

Восстановление метеориты в Антарктиде (ANSMET )
Электронная микрофотография замороженного капилляр ткань

Сублимация

Сублимация это процесс, при котором молекулы воды напрямую покидают поверхность льда, не превращаясь сначала в жидкую воду. Сублимация является причиной медленного исчезновения льда и снега в середине зимы при температурах, слишком низких, чтобы вызвать таяние. Антарктида показывает этот эффект в уникальной степени, потому что это континент с самым низким уровнем осадков на Земле. В результате возникают большие площади, где тысячелетний слои снега сублимировались, оставив после себя нелетучие материалы, которые они содержали. Это чрезвычайно ценно для определенных научных дисциплин, ярким примером которых является собрание метеориты которые остаются выставленными в беспрецедентном количестве и в отличной сохранности.

Сублимация важна при подготовке определенных классов биологических образцов для сканирующая электронная микроскопия. Обычно образцы готовят криофиксация и замерзание-перелом, после чего сломанная поверхность протравливается путем замораживания, подвергаясь эрозии под воздействием вакуума до тех пор, пока не покажет необходимый уровень детализации. Этот метод может отображать белковые молекулы, органелла структуры и липидные бислои с очень низкой степенью искажения.

Конденсация

Облака, образованные конденсированным водяным паром

Водяной пар будет конденсироваться на другой поверхности только тогда, когда эта поверхность холоднее, чем точка росы температура, или когда равновесие водяного пара в воздухе было превышено. Когда водяной пар конденсируется на поверхности, на этой поверхности происходит чистое нагревание. Молекула воды несет с собой тепловую энергию. В свою очередь, температура атмосферы немного понижается.[10] В атмосфере из-за конденсации образуются облака, туман и осадки (обычно только если этому способствует облачные ядра конденсации ). В точка росы Воздушный пакет - это температура, до которой он должен остыть, прежде чем водяной пар в воздухе начнет конденсироваться. Конденсат в атмосфере образует облачные капли.

Кроме того, чистая конденсация водяного пара происходит на поверхностях, когда температура поверхности равна или ниже температуры точки росы атмосферы. Отложение представляет собой фазовый переход, отдельный от конденсации, который приводит к прямому образованию льда из водяного пара. Мороз и снег являются примерами отложений.

Существует несколько механизмов охлаждения, с помощью которых происходит конденсация: 1) Прямая потеря тепла за счет теплопроводности или излучения; 2) Охлаждение за счет падения давления воздуха, которое происходит при подъеме воздуха, также известное как адиабатическое охлаждение Воздух может подниматься горами, которые отклоняют воздух вверх, конвекцией, а также холодным и теплым фронтами. 3) Адвективное охлаждение - охлаждение за счет горизонтального движения воздуха.

Химические реакции

В ряде химических реакций в качестве продукта используется вода. Если реакции происходят при температурах выше точки росы окружающего воздуха, вода будет образовываться в виде пара и увеличивать местную влажность, если ниже точки росы произойдет локальная конденсация. Типичными реакциями, приводящими к образованию воды, являются горение водород или же углеводороды в воздухе или другом кислород содержащие газовые смеси, или в результате реакции с окислителями.

Аналогичным образом в присутствии водяного пара могут происходить другие химические или физические реакции, приводящие к образованию новых химических веществ, таких как ржавчина на чугуне или стали происходит полимеризация (определенные полиуретан пены и цианоакрилат клеи затвердевают под воздействием атмосферной влажности) или изменяются формы, например, когда безводные химические вещества могут поглощать достаточно пара, чтобы сформировать кристаллическую структуру или изменить существующую, иногда приводя к характерным изменениям цвета, которые можно использовать для измерение.

Измерение

Измерение количества водяного пара в среде может производиться напрямую или удаленно с различной степенью точности. Удаленные методы, такие электромагнитное поглощение возможны со спутников над атмосферой планеты. Прямые методы могут использовать электронные преобразователи, увлажненные термометры или гигроскопические материалы для измерения изменений физических свойств или размеров.

среднийдиапазон температур (градус)измерение неуверенностьтипичная частота измерениястоимость системыПримечания
Слинг-психрометрвоздухаОт −10 до 50от низкого до среднегоежечаснонизкий
Спутниковая спектроскопиявоздухаОт −80 до 60низкийочень высоко
Емкостный датчиквоздух / газыОт −40 до 50умеренныйОт 2 до 0,05 Гцсреднийсклонны к насыщению / загрязнению со временем
Емкостной датчик с подогревомвоздух / газыОт −15 до 50от умеренного до низкогоОт 2 до 0,05 Гц (зависит от температуры)от среднего до высокогосклонны к насыщению / загрязнению со временем
Резистивный датчиквоздух / газыОт −10 до 50умеренный60 секундсреднийсклонен к загрязнению
Лития хлорид dewcellвоздухаОт −30 до 50умеренныйнепрерывныйсреднийвидеть dewcell
Хлорид кобальта (II)воздух / газыОт 0 до 50высоко5 минуточень низкийчасто используется в Карточка индикатора влажности
Абсорбционная спектроскопиявоздух / газыумеренныйвысоко
Оксид алюминиявоздух / газыумеренныйсреднийвидеть Анализ влажности
Оксид кремниявоздух / газыумеренныйсреднийвидеть Анализ влажности
Пьезоэлектрическая сорбциявоздух / газыумеренныйсреднийвидеть Анализ влажности
Электролитическийвоздух / газыумеренныйсреднийвидеть Анализ влажности
Напряжение волосвоздухаОт 0 до 40высоконепрерывныйот низкого до среднегоВлияет на температуру. Неблагоприятно действуют длительные высокие концентрации
Нефелометрвоздух / другие газынизкийочень высоко
Кожа Голдбитера (Брюшина коровы)воздухаОт −20 до 30умеренный (с исправлениями)медленнее, медленнее при более низких температурахнизкийСсылка: Руководство ВМО по метеорологическим приборам и методам наблюдений № 8 2006 г. (страницы 1.12–1)
Лайман-альфавысокая частотавысокоhttp://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=lyman-alpha-hygrometer1 Требуется частая калибровка
Гравиметрический Гигрометрочень низкийочень высокочасто называемые первичным источником, национальные независимые стандарты, разработанные в США, Великобритании, ЕС и Японии.
среднийдиапазон температур (градус)измерение неуверенностьтипичная частота измерениястоимость системыПримечания

Влияние на плотность воздуха

Водяной пар легче или меньше плотнее, чем сухой воздух.[11][12] При эквивалентных температурах он обладает плавучестью по отношению к сухому воздуху, при этом плотность сухого воздуха составляет стандартная температура и давление (273,15 K, 101,325 кПа) составляет 1,27 г / л, а водяной пар при стандартной температуре имеет давление газа 0,6 кПа и гораздо более низкой плотности 4,85 мг / л.

Расчеты

Точка росы.jpg

Расчет плотности водяного пара и сухого воздуха при 0 ° C:

  • В молярная масса воды 18,02 г / моль, рассчитанный из суммы атомные массы составляющих его атомы.
  • Средняя молекулярная масса воздуха (около 78% азота, N2; 21% кислорода, O2; 1% других газов) 28,57 г / моль при стандартной температуре и давлении (STP ).
  • Подчиняться Закон Авогадро и закон идеального газа, влажный воздух будет иметь меньшую плотность, чем сухой воздух. При макс. при насыщении (т. е. относительная влажность = 100% при 0 ° C) плотность снизится до 28,51 г / моль.
  • Условия STP подразумевают температуру 0 ° C, при которой способность воды превращаться в пар очень ограничена. Его концентрация на воздухе очень низкая при 0 ° C. Красная линия на графике справа - это максимальная концентрация водяного пара, ожидаемая для данной температуры. Концентрация водяного пара значительно увеличивается с ростом температуры, приближаясь к 100% (пар, чистый водяной пар) при 100 ° C. Однако разница в плотностях между воздухом и водяным паром все равно будет существовать (0,598 против 1,27 г / л).

При одинаковых температурах

При той же температуре столб сухого воздуха будет плотнее или тяжелее столба воздуха, содержащего любой водяной пар, молярная масса двухатомного азот и двухатомный кислород оба больше, чем молярная масса воды. Таким образом, любой объем сухого воздуха будет тонуть, если его поместить в больший объем влажного воздуха. Кроме того, объем влажного воздуха поднимется или уменьшится. жизнерадостный если поместить в большую область сухого воздуха. С повышением температуры доля водяного пара в воздухе увеличивается, и его плавучесть увеличивается. Увеличение плавучести может иметь значительное влияние на атмосферу, вызывая мощные, влажные восходящие потоки воздуха, когда температура воздуха и моря достигает 25 ° C или выше. Это явление обеспечивает значительную движущую силу для циклонический и антициклонический погодные системы (тайфуны и ураганы).

Дыхание и дыхание

Водяной пар является побочным продуктом дыхание у растений и животных. Его вклад в давление увеличивается с увеличением его концентрации. Его частичное давление вклад в давление воздуха увеличивается, уменьшая вклад парциального давления других атмосферных газов (Закон Дальтона). Общее давление воздуха должно оставаться постоянным. Присутствие водяного пара в воздухе естественным образом разбавляет или вытесняет другие компоненты воздуха по мере увеличения его концентрации.

Это может повлиять на дыхание. В очень теплом воздухе (35 ° C) доля водяного пара достаточно велика, чтобы вызвать духоту, которая может возникнуть во влажных условиях джунглей или в плохо вентилируемых зданиях.

Подъемный газ

Водяной пар имеет меньшую плотность, чем у воздуха и поэтому жизнерадостный находится в воздухе, но имеет более низкое давление пара, чем воздух. Когда водяной пар используется в качестве подъемный газ по тепловой дирижабль водяной пар нагревается, образуя пар, так что его давление пара больше, чем давление окружающего воздуха, чтобы сохранить форму теоретического «парового шара», который дает примерно 60% подъемной силы гелия и вдвое больше горячего воздуха.[13]

Обсуждение

Количество водяного пара в атмосфере ограничено парциальным давлением и температурой. Температура точки росы и относительная влажность служат ориентирами для процесса образования водяного пара в круговорот воды. Вложенная энергия, такая как солнечный свет, может вызвать большее испарение на поверхности океана или большую сублимацию на глыбе льда на вершине горы. В баланс между конденсацией и испарением дает величину, называемую парциальное давление пара.

Максимальное парциальное давление (давление насыщения) водяного пара в воздухе зависит от температуры смеси воздуха и водяного пара. Для этой величины существует множество эмпирических формул; наиболее используемой справочной формулой является Уравнение Гоффа-Гратча для СВП над жидкой водой ниже нуля градусов Цельсия:

куда Т, температура влажного воздуха, дается в единицах кельвин, и п дается в единицах миллибары (гектопаскалях ).

Формула действительна примерно от -50 до 102 ° C; однако существует очень ограниченное количество измерений давления водяного пара над переохлажденной жидкой водой. Существует ряд других формул, которые можно использовать.[14]

При определенных условиях, например при достижении температуры кипения воды, чистое испарение всегда будет происходить при стандартных атмосферных условиях, независимо от процента относительной влажности. Этот немедленный процесс приведет к рассеиванию большого количества водяного пара в более прохладную атмосферу.

Выдохнул воздух почти полностью находится в равновесии с водяным паром при температуре тела. В холодном воздухе выдыхаемый пар быстро конденсируется, проявляясь в виде тумана или туман капель воды, конденсата или инея на поверхностях. Насильственная конденсация этих капель воды на выдохе является основой конденсат выдыхаемого воздуха, развивающийся медицинский диагностический тест.

Контроль водяного пара в воздухе является ключевой задачей в отопление, вентиляция и кондиционирование (HVAC) промышленность. Тепловой комфорт зависит от условий влажного воздуха. Комфортные ситуации, не связанные с людьми, называются охлаждение, а также подвержены воздействию водяного пара. Например, многие продуктовые магазины, такие как супермаркеты, используют открытые холодильные шкафы или ящики для еды, что может значительно снизить давление водяного пара (снизить влажность). Эта практика дает как преимущества, так и проблемы.

В атмосфере Земли

Доказательства увеличения количества водяного пара в стратосфере с течением времени в Боулдере, штат Колорадо.
Дальнейшая информация: Атмосфера Земли

Газообразная вода представляет собой небольшой, но экологически значимый компонент атмосфера. Процент водяного пара в приземном воздухе варьируется от 0,01% при -42 ° C (-44 ° F).[15] до 4,24% при температуре точки росы 30 ° C (86 ° F).[16] Примерно 99,13% его содержится в тропосфера. В конденсация водяного пара в жидкую или ледяную фазу отвечает за облака, дождь, снег и прочее осадки, все это считается одним из самых важных элементов того, что мы воспринимаем как погоду. Менее очевидно, что скрытая теплота испарения, который выбрасывается в атмосферу всякий раз, когда происходит конденсация, является одним из наиболее важных факторов в энергетическом балансе атмосферы как в локальном, так и в глобальном масштабе. Например, скрытое тепловыделение в атмосферном конвекция несет прямую ответственность за создание разрушительных штормов, таких как тропические циклоны и суровый грозы. Водяной пар - самый сильный парниковый газ благодаря наличию гидроксил Связка, которая сильно впитывается в инфракрасный регион световой спектр.

Водяной пар является «рабочим телом» атмосферного термодинамического двигателя, который преобразует тепловую энергию солнечного излучения в механическую энергию в виде ветра. Преобразование тепловой энергии в механическую требует верхнего и нижнего температурных уровней, а также рабочей среды, которая перемещается туда и обратно между ними. Верхний температурный уровень задается почвой или водной поверхностью земли, которая поглощает поступающее солнечное излучение и нагревает, испаряя воду. Влажный и теплый воздух у земли легче, чем окружающий, и поднимается до верхней границы тропосферы. Там молекулы воды излучают свою тепловую энергию в космическое пространство, охлаждая окружающий воздух. Верхняя атмосфера составляет нижний температурный уровень атмосферного термодинамического двигателя. Водяной пар в уже холодном воздухе конденсируется и падает на землю в виде дождя или снега. Теперь более тяжелый холодный и сухой воздух также опускается на землю; Таким образом, атмосферный термодинамический двигатель создает вертикальную конвекцию, которая переносит тепло от земли в верхние слои атмосферы, где молекулы воды могут излучать его в космическое пространство. Из-за вращения Земли и возникающих в результате сил Кориолиса эта вертикальная атмосферная конвекция также преобразуется в горизонтальную конвекцию в форме циклонов и антициклонов, которые переносят воду, испарившуюся из океанов, внутрь континентов, позволяя расти растительности. .[17]

Вода в атмосфере Земли не только ниже точки кипения (100 ° C), но и на высоте Это идет ниже точка замерзания (0 ° C) из-за сильно полярное притяжение. В сочетании с его количеством водяной пар имеет соответствующий точка росы и точка замерзания, в отличие от e. г., диоксид углерода и метан. Таким образом, водяной пар имеет высота шкалы часть объема атмосферы,[18][19][20] как вода конденсируется и выходы, прежде всего в тропосфера, самый нижний слой атмосферы.[21] Углекислый газ (CO
2) и метан, будучи неполярными, возвышаются над водяным паром. Поглощение и выброс обоих соединений вносят вклад в выбросы Земли в космос, и, следовательно, планетарный парниковый эффект.[19][22][23] Этот парниковый эффект можно непосредственно наблюдать через различные спектральные особенности по сравнению с водяным паром, и наблюдается рост с ростом CO
2 уровни.[24] И наоборот, добавление водяного пара на большой высоте оказывает непропорциональное воздействие, поэтому метан (поднимается, затем окисляется до CO
2 и две молекулы воды) и реактивный трафик[25][26][27] имеют непропорционально высокий эффект потепления.

Менее ясно, как облачность отреагирует на потепление климата; в зависимости от характера реакции облака могут либо еще больше усилить, либо частично смягчить потепление от долгоживущих парниковых газов.

В отсутствие других парниковых газов водяной пар Земли будет конденсироваться на поверхности;[28][29][30] это вероятно случилось, возможно, более одного раза. Таким образом, ученые различают неконденсирующиеся (приводные) и конденсируемые (приводимые) парниковые газы, то есть указанную выше обратную связь по водяному пару.[31][32][33]

Туман и облака образуются из-за конденсата вокруг облачные ядра конденсации. В отсутствие ядер конденсация будет происходить только при гораздо более низких температурах. При постоянной конденсации или осаждении образуются облачные капли или снежинки, которые осадок когда они достигают критической массы.

Обводненность атмосферы в целом постоянно уменьшается из-за осадков. В то же время он постоянно пополняется за счет испарения, в первую очередь из морей, озер, рек и влажной земли. Другие источники атмосферной воды включают горение, дыхание, извержения вулканов, транспирацию растений и различные другие биологические и геологические процессы. В любой момент времени 1,29 x 1016 л (3,4 х 1015 гал.) воды в атмосфере. В атмосфере содержится 1 часть на 2500 пресной воды и 1 часть на 100000 всей воды на Земле. Среднее глобальное содержание водяного пара в атмосфере примерно достаточно, чтобы покрыть поверхность планеты слоем жидкой воды глубиной около 1 см. Среднегодовое количество осадков для планеты составляет около 1 метра, что подразумевает быстрый оборот воды в воздухе - в среднем время пребывания молекулы воды в тропосфера составляет от 9 до 10 дней.[34]

Эпизоды поверхностной геотермальной активности, такие как извержения вулканов и гейзеры, выбрасывают в атмосферу разное количество водяного пара. Такие извержения могут быть крупными с точки зрения человека, а крупные взрывные извержения могут привести к выбросу исключительно больших масс воды исключительно высоко в атмосферу, но в процентах от общего содержания атмосферной воды роль таких процессов тривиальна. Относительные концентрации различных газов, выбрасываемых вулканы значительно варьируется в зависимости от сайта и от конкретного события на любом сайте. Однако водяной пар - самый распространенный вулканический газ; как правило, он составляет более 60% от общих выбросов за субаэральное извержение.[35]

Содержание водяного пара в атмосфере выражается с помощью различных мер. К ним относятся давление пара, удельная влажность, соотношение смешивания, температура точки росы и относительная влажность.

Радиолокационная и спутниковая съемка

Эти карты показывают среднее количество водяного пара в столбе атмосферы за данный месяц.нажмите, чтобы узнать больше)
MODIS /Terra глобальное среднее значение водяного пара в атмосфере в атм-см (сантиметры воды в атмосферном столбе, если он конденсируется)

Потому что молекулы воды впитывать микроволны и другие радиоволна частоты, вода в атмосфере ослабляет радар сигналы.[36] Кроме того, атмосферная вода будет отражать и преломлять сигналы в степени, которая зависит от того, является ли он паром, жидкостью или твердым телом.

Обычно радиолокационные сигналы постепенно теряют силу по мере того, как они проходят через тропосферу. Различные частоты ослабляются с разной скоростью, так что некоторые компоненты воздуха непрозрачны для одних частот и прозрачны для других. Радиоволны, используемые для радиовещания и других видов связи, имеют тот же эффект.

Водяной пар отражает радар в меньшей степени, чем две другие фазы воды. В форме капель и кристаллов льда вода действует как призма, чего не делает в отдельности. молекула; однако наличие водяного пара в атмосфере заставляет атмосферу действовать как гигантская призма.[37]

Сравнение ГОЭС-12 спутниковые снимки показывают распределение водяного пара в атмосфере относительно океанов, облаков и континентов Земли. Пар окружает планету, но распределяется неравномерно. Цикл изображения справа показывает среднемесячное содержание водяного пара с единицами измерения в сантиметрах, что является осаждаемая вода или эквивалентное количество воды, которое могло бы быть произведено, если бы весь водяной пар в колонне конденсировался. Наименьшее количество водяного пара (0 сантиметров) отображается желтым цветом, а максимальное количество (6 см) - темно-синим. Области отсутствующих данных отображаются оттенками серого. Карты основаны на данных, собранных Спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS) на спутнике НАСА Aqua. Наиболее заметная закономерность во временных рядах - это влияние сезонных изменений температуры и солнечного света на водяной пар. В тропиках полоса чрезвычайно влажного воздуха колеблется к северу и югу от экватора при смене времен года. Эта полоса влажности является частью зоны межтропической конвергенции, где восточные пассаты из каждого полушария сходятся и производят почти ежедневные грозы и облака. Дальше от экватора концентрация водяного пара высока в летнем полушарии и низкая - в зимнем. Другая закономерность, которая проявляется во временном ряду, заключается в том, что количество водяного пара над сушей уменьшается в зимние месяцы больше, чем в соседних районах океана. Во многом это связано с тем, что температура воздуха над сушей зимой падает сильнее, чем над океаном. Водяной пар быстрее конденсируется в более холодном воздухе.[38]

Поскольку водяной пар поглощает свет в видимом спектральном диапазоне, его поглощение может использоваться в спектроскопических приложениях (например, ДЕЛАЙ КАК ) для определения количества водяного пара в атмосфере. Это делается оперативно, например от GOME спектрометры на ERS и MetOp.[39] Более слабые линии поглощения водяного пара в синем спектральном диапазоне и далее в УФ до его предела диссоциации около 243 нм в основном основаны на квантово-механических расчетах.[40] и лишь частично подтверждаются экспериментами.[41]

Генерация молнии

Смотрите также: Генератор Ван де Граафа и Внеземная жидкая вода

Водяной пар играет ключевую роль в молния производство в атмосфере. Из физика облаков, обычно облака являются настоящими генераторами статического обвинять как обнаружено в атмосфере Земли. Способность облаков удерживать огромное количество электроэнергии напрямую зависит от количества водяного пара, присутствующего в локальной системе.

Количество водяного пара напрямую регулирует диэлектрическая проницаемость воздуха. В периоды низкой влажности статический разряд происходит быстро и легко. В периоды повышенной влажности происходит меньше статических разрядов. Диэлектрическая проницаемость и емкость работают рука об руку, чтобы получить мегаваттную мощность молнии.[42]

Например, после того, как облако начало превращаться в генератор молний, ​​водяной пар в атмосфере действует как вещество (или изолятор ), что снижает способность облака к увольнять его электрическая энергия. Через определенное время, если облако продолжит генерировать и хранить больше статичное электричество, барьер, созданный водяным паром из атмосферы, в конечном итоге разрушится из-за накопленной электрической потенциальной энергии.[43] Эта энергия будет передана в локальную противоположно заряженную область в виде молнии. Сила каждого разряда напрямую связана с диэлектрической проницаемостью атмосферы, емкостью и способностью источника генерировать заряд.[44]

Внеземной

Дальнейшая информация: Внеземная жидкая вода

Водяной пар часто встречается в Солнечная система и, соответственно, другие планетные системы. Его подпись была обнаружена в атмосферах Солнца, происходящих в солнечные пятна. Присутствие водяного пара было обнаружено в атмосферах всех семи внеземных планет Солнечной системы, Луны Земли,[45] и луны других планет,[который? ] хотя обычно только в следовых количествах.

Криогайзер извержение на Луне Юпитера Европа (концепция художника)[46]
Художественная иллюстрация подписи воды в атмосферах экзопланеты, обнаруживаемых такими инструментами, как Космический телескоп Хаббла.[47]

Геологические образования, такие как криогайзеры считаются существующими на поверхности нескольких ледяные луны выброс водяного пара из-за приливное отопление и может указывать на наличие значительного количества подземной воды. На луне Юпитера обнаружены струи водяного пара Европа и похожи на струи водяного пара, обнаруженные на спутнике Сатурна. Энцелад.[46] Следы водяного пара были обнаружены также в стратосфере Титан.[48] Было обнаружено, что водяной пар является основным компонентом атмосферы карликовая планета, Церера, самый большой объект в пояс астероидов[49] Обнаружение производилось с помощью дальние инфракрасные способности из Космическая обсерватория Гершеля.[50] Вывод неожиданный, потому что кометы, нет астероиды, как правило, считаются «проросшими струями и перьями». По словам одного из ученых, «Границы между кометами и астероидами становятся все более размытыми».[50] Ученые изучают Марс выдвинуть гипотезу, что вода движется по планете в виде пара.[51]

Блеск комета хвосты поступают в основном из водяного пара. При подходе к солнце, лед, который несут многие кометы возвышенный испаряться. Зная расстояние до кометы от Солнца, астрономы могут определить содержание воды в комете по ее яркости.[52]

Водяной пар также был подтвержден за пределами Солнечной системы. Спектроскопический анализ HD 209458 b, внесолнечная планета в созвездии Пегаса, является первым свидетельством наличия водяного пара в атмосфере за пределами Солнечной системы. Звезда позвонила CW Леонис Было обнаружено, что вокруг стареющего, массивного звезда. А НАСА Спутник, предназначенный для изучения химических веществ в облаках межзвездного газа, сделал открытие с помощью бортового спектрометра. Скорее всего, «водяной пар испарился с поверхностей орбитальных комет».[53] ШЛЯПА-П-11б относительно небольшая экзопланета также обладает водяным паром.[54]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лиде (1992)
  2. ^ а б Венская стандартная средняя океанская вода (VSMOW), используемый для калибровки, плавится при 273,1500089 (10) K (0,000089 (10) ° C и кипит при 373,1339 [Кельвина | K} (99,9839 ° C).
  3. ^ «Водяной пар - удельная теплоемкость». Получено 15 мая, 2012.
  4. ^ "Что такое водяной пар?". Получено 28 августа, 2012.
  5. ^ Шредер (2000), п. 36
  6. ^ https://web.archive.org/web/20080412215652/http://www.grow.arizona.edu/Grow--GrowResources.php?ResourceId=208. Архивировано из оригинал 12 апреля 2008 г.. Получено 7 апреля, 2008. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  7. ^ "плавание, бассейн, расчет, испарение, вода, термальный, температура, влажность, пар, excel". Получено 26 февраля, 2016.
  8. ^ «Сводка результатов всех исследований скорости испарения в бассейне». Р. Л. Мартин и партнеры. Архивировано из оригинал 24 марта 2008 г.
  9. ^ «климат - метеорология». Британская энциклопедия. Получено 26 февраля, 2016.
  10. ^ Шредер (2000), п. 19
  11. ^ Уильямс, Джек (5 августа 2013 г.). «Почему сухой воздух тяжелее влажного». Вашингтон Пост. Получено 28 декабря, 2014.
  12. ^ «Влажность 101». Всемирный фонд спасения воды. Архивировано из оригинал 16 апреля 2013 г.. Получено 28 декабря, 2014.
  13. ^ Гуди, Томас Дж. «Паровые шары и паровые дирижабли». Получено 26 августа, 2010.
  14. ^ «Составы для измерения давления водяного пара». Получено 26 февраля, 2016.
  15. ^ МакЭлрой (2002), п. 34, Рис. 4.3a
  16. ^ МакЭлрой (2002), п. 36 пример 4.1
  17. ^ https://web.stanford.edu/~ajlucas/The%20Atmosphere%20as%20a%20Heat%20Engine.pdf
  18. ^ Брюс Л. Гэри. "Ch # 5". Получено 26 февраля, 2016.
  19. ^ а б "Парниковый эффект углекислого газа". Получено 26 февраля, 2016.
  20. ^ Уивер и Раманатан (1995)
  21. ^ Норрис, Г. (2 декабря 2013 г.). «Ледяной сюрприз». Авиационная неделя и космические технологии. 175 (41): 30. 22000 футов, что считается верхним пределом для облаков, содержащих переохлажденную жидкую воду.
  22. ^ «Ученые-климатологи подтверждают неуловимую горячую точку тропосферы». Центр передового опыта ARC по науке о климатических системах. Получено 17 мая, 2015.
  23. ^ Шервуд, S; Нишант, Н (11 мая 2015 г.). «Атмосферные изменения в течение 2012 года, как показано на итеративно усредненных данных радиозонда о температуре и ветре (IUKv2)». Письма об экологических исследованиях. 10 (5): 054007. Bibcode:2015ERL .... 10e4007S. Дои:10.1088/1748-9326/10/5/054007.
  24. ^ Фельдман, Д. (25 февраля 2015 г.). «Наблюдательное определение поверхностного радиационного воздействия CO2 с 2000 по 2010 год». Природа. 519 (7543): 339–343. Bibcode:2015Натура.519..339F. Дои:10.1038 / природа14240. PMID  25731165.
  25. ^ Мессер, А. «Инверсионные следы от реактивных двигателей изменяют среднесуточный температурный диапазон». Получено 17 мая, 2015.
  26. ^ Данахи, А. «Инверсионные следы от самолетов способствуют улавливанию тепла в облаках высокого уровня». Получено 17 мая, 2015.
  27. ^ Райан, А; Маккензи, А; и другие. (Сентябрь 2012 г.). «Инверсионные следы Второй мировой войны: тематическое исследование вызванной авиацией облачности». Международный журнал климатологии. 32 (11): 1745–1753. Bibcode:2012IJCli..32.1745R. Дои:10.1002 / joc.2392.
  28. ^ Vogt et al. (2010): "Равновесная температура Земли составляет 255 К, что значительно ниже точки замерзания воды, но из-за ее атмосферы парниковый эффект согревает поверхность »
  29. ^ Какое максимальное и минимальное расстояние до Земли совместимо с жизнью?
  30. ^ "для Земли альбедо составляет 0,306, а расстояние составляет 1.000 а.е., поэтому ожидаемая температура составляет 254 K или -19 C - значительно ниже точки замерзания воды!"
  31. ^ де Патер И., Лиссауэр Дж., Planetary Sciences, Cambridge University Press, 2007 г.
  32. ^ "Характеристики". Американское химическое общество. Получено 26 февраля, 2016.
  33. ^ Лацис, А. и др., Роль долгоживущих парниковых газов в качестве основного регулятора LW, который регулирует глобальную температуру поверхности при изменении климата в прошлом и будущем, Tellus B, vol. 65 с. 19734, 2013
  34. ^ Глейк, П. Х. (1996). "Водные ресурсы". В Schneider, S.H. (ред.). Энциклопедия климата и погоды. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. С. 817–823. Vol. 2
  35. ^ Сигурдссон и Хоутон (2000)
  36. ^ Сколник (1990), п. 23,5
  37. ^ Сколник (1990), стр. 2.44–2.54
  38. ^ "Водяной пар". Глобальные карты. 31 июля 2018 г.. Получено 26 февраля, 2016.
  39. ^ Лойола, Диего. «ГОМЕ-2 / Метоп-А в ДЛР». atmos.eoc.dlr.de. Получено 19 октября, 2017.
  40. ^ Теннисон, Джонатан (2014). «Диполи перехода вибрации – вращения из первых принципов». Журнал молекулярной спектроскопии. 298: 1–6. Bibcode:2014JMoSp.298 .... 1 т. Дои:10.1016 / j.jms.2014.01.012.
  41. ^ Теннисон, Дж., Бернат, П.Ф., Браун, Л.Р., Кампарг, А., Карлир, М.Р., Кса'р, А.Г., Домонт, Л., Гамаш, Р.Р., es, JTH, Науменко, О.В., Полянский, О.Л. , Ротмам, Л.С., Вандаэле, А.С., Зобов, Н.Ф., Аль Дерзи, А.Р., Фабри, К., Фазлиев, А.З., Ртенбахер, Т.Ф., Гордон, И.Е., Лоди, Л., и Мизус, II. (2013). «Критическая оценка ИЮПАК вращательно-колебательных спектров водяного пара 1440. Часть III». Физическая химия Химическая физика. 15 (37): 15 371–15 381. Bibcode:2013PCCP ... 1515371T. Дои:10.1039 / C3CP50968K. PMID  23928555.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  42. ^ Shadowitz (1975), стр. 165–171
  43. ^ Shadowitz (1975), стр. 172–173, 182, 414–416
  44. ^ Shadowitz (1975), п. 172
  45. ^ Sridharan et al. (2010), п. 947
  46. ^ а б Кук, Цзя-Руи С.; Гутро, Роб; Браун, Дуэйн; Harrington, J.D .; Фон, Джо (12 декабря 2013 г.). «Хаббл видит признаки водяного пара на Луне Юпитера». НАСА. Получено 12 декабря, 2013.
  47. ^ «Хаббл отмечает слабые следы воды в атмосферах экзопланеты (иллюстрация художника)». Пресс-релиз ЕКА / Хаббла. Получено 5 декабря, 2013.
  48. ^ Cottini et al. (2012)
  49. ^ Küppers et al. (2014)
  50. ^ а б Харрингтон, Дж. Д. (22 января 2014 г.). «Телескоп Herschel обнаруживает воду на карликовой планете - выпуск 14-021». НАСА. Получено 22 января, 2014.
  51. ^ Якоски, Брюс и др. «Вода на Марсе», апрель 2004 г., Физика сегодня, п. 71.
  52. ^ Анатомия кометы
  53. ^ Ллойд, Робин. «Водяной пар, возможные кометы, найденная звезда на орбите», 11 июля 2001 г., Space.com. Проверено 15 декабря 2006 года.
  54. ^ Клавин, Уитни; Чоу, Фелиция; Уивер, Донна; Вильярд; Джонсон, Мишель (24 сентября 2014 г.). «Телескопы НАСА обнаруживают чистое небо и водяной пар на экзопланете». НАСА. Получено 24 сентября, 2014.

Библиография

внешняя ссылка