O vapor de água
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| O vapor de água | |
|---|---|
| Nome sistemático | Vapor de água |
| Estado Líquido | Água |
| Sólido estado | Gelo |
| Propriedades | |
| Ponto de fusão | 0 ° C |
| Ponto de ebulição | 100 ° C |
| constante gás individual | 461,5 J / (kg · K) |
| calor latente de evaporação | 2,27 MJ / kg |
| peso molecular | 18,02 g / mol |
| capacidade de calor específico | 1,84 kJ / kg (K) · |
O vapor de água ou vapor de água (ver diferenças de ortografia), também de vapor aquoso, é o gás fase de água . Água vapor é um estado do ciclo da água dentro do hidrosfera. O vapor de água pode ser produzida a partir da a evaporação do líquido de água ou a partir da sublimação do gelo . Em condições atmosféricas normais, o vapor de água é gerada continuamente por evaporação e removido por condensação.
Propriedades gerais de vapor de água
A evaporação / sublimação
Sempre que uma molécula de água deixa uma superfície, diz-se ter evaporado. Cada molécula de água individual, que faz a transição entre um mais associado (líquido) e um (vapor / gás) estado menos associada faz isso por meio da absorção ou liberação de energia cinética. A medida global desta transferência de energia cinética é definida como a energia térmica e ocorre apenas quando há diferencial de temperatura de moléculas de água. A água líquida que se torna vapor de água tem uma parcela de calor com ele, em um processo chamado resfriamento evaporativo. A quantidade de vapor de água no ar determina o quão rápido cada molécula vai voltar para a superfície. Quando ocorre uma evaporação líquida, o corpo de água vai passar por um líquido de arrefecimento directamente relacionada com a perda de água.
Em os EUA, o Serviço Nacional de Meteorologia mede a taxa real de evaporação da água da superfície padronizada "pan" aberto ao ar livre, em vários locais em todo o país. Outros fazer o mesmo em todo o mundo. Os dados dos EUA é recolhido e compilado em um mapa anual de evaporação. As medidas variam de menos de 30 para mais de 120 polegadas por ano. Fórmulas para calcular a taxa de evaporação da água da superfície, tais como uma piscina de pode ser encontrada aqui e aqui
Resfriamento evaporativo é restrito por condições atmosféricas. A umidade é a quantidade de vapor de água no ar. O teor de vapor de ar é medida com dispositivos conhecidos como hygrometers. As medições são geralmente expressos como humidade ou específica por cento humidade relativa. As temperaturas da atmosfera e a superfície da água determinar a pressão de vapor de equilíbrio; 100% de humidade relativa ocorre quando a pressão parcial de vapor de água é igual à pressão de vapor de equilíbrio. Esta condição é muitas vezes referido como a saturação completa. Humidade varia de 0 grama por metro cúbico de ar seco a 30 gramas por metro cúbico (0,03 onça por pé cúbico), quando o vapor é saturada a 30 ° C. (Veja também Mesa de umidade absoluta)
Outra forma de evaporação é sublimação, pelo qual as moléculas de água se tornar gasoso diretamente de gelo sem primeiro se tornar a água líquida. Sublimação explica o desaparecimento meados de inverno lento de gelo e neve em temperaturas muito baixas para causar derretimento.
Condensação
O vapor de água condensa-se unicamente para outra superfície quando essa superfície é mais frio do que a temperatura do vapor de água, ou quando a equilíbrio do vapor de água no ar foi excedido. Quando o vapor de água condensa-se sobre uma superfície, um líquido de aquecimento que ocorre na superfície. A molécula de água traz uma parcela de calor com ele. Por sua vez, a temperatura da atmosfera de gotas ligeiramente. Na atmosfera, condensação produz nuvens, névoa e precipitação (geralmente apenas quando facilitada por nuvem condensação núcleos). O ponto de orvalho de uma parcela de ar é a temperatura à qual deve esfriar antes de vapor de água no ar começa a condensar.
Além disso, um líquido de condensação de vapor de água nas superfícies ocorre quando a temperatura da superfície é igual ou inferior à temperatura do ponto de orvalho da atmosfera. A deposição, a formação directa de gelo a partir de vapor de água, é um tipo de condensação. Frost e neve são exemplos de deposição.
O vapor de água densidade
O vapor de água é mais leve ou menos denso do que o ar seco. A temperaturas equivalentes é flutuante em relação ao ar seco.
O vapor de água e cálculos de densidade do ar seco a 0 ° C
A massa molecular ou o peso de água é 18.02g / mol, tal como calculado a partir da soma do massas atômicas dos seus constituintes átomos .
A massa molecular média de ar (aprox 79% de azoto, N 2;. 21% de oxigénio, 0 2) é 28.57g / mol à temperatura e pressão normal ( STP).
Usando a lei de Avogadro eo lei do gás ideal, vapor de água e ar terá um volume molar de 22,414 litros / mol em STP. A massa molar do ar e vapor de água ocupam o mesmo volume de 22,414 litros. A densidade (massa / volume) de vapor de água é 0.804g / litro, o que é significativamente menos do que a do ar seco a 1,27 g / litro em STP.
Note-se que as condições STP incluem uma temperatura de 0 ° C, altura em que a capacidade da água para se tornar vapor é muito restrita. Sua concentração no ar é muito baixa, a 0 ° C. A linha vermelha no gráfico à direita é a concentração máxima de vapor de água esperado para uma dada temperatura . A concentração do vapor de água aumenta significativamente à medida que a temperatura sobe, se aproxima dos 100% ( vapor, vapor de água pura), a 100 ° C. No entanto, a diferença de densidades entre o ar e o vapor de água ainda existiria.
Ar e vapor de água interações densidade a temperaturas iguais
À mesma temperatura, uma coluna de ar seco será mais denso ou mais pesado do que uma coluna de ar que contém qualquer vapor de água. Assim, qualquer volume de ar seco irá afundar se colocado em um volume maior de ar húmido. Além disso, um volume de ar húmido irá subir ou ser flutuante se colocada em uma região maior de ar seco. À medida que a temperatura aumenta a proporção de vapor de água no ar aumenta, a sua flutuabilidade se tornará maior. Este aumento de flutuabilidade pode ter um peso significativo impacto atmosférica, dando origem a humidade, rica, as correntes de ar ascendentes potentes quando a temperatura do ar e temperatura do mar chega a 25 ° C ou acima. Este fenômeno fornece uma força motivadora significativo para ciclônica sistemas meteorológicos e anticyconic ( tornados e furacões).
O vapor de água e respiração ou respirar
A contribuição de vapor de água para a pressão aumenta à medida que sua concentração aumenta. Sua contribuição para a pressão parcial aumenta a pressão do ar, redução da contribuição da pressão parcial dos outros gases atmosféricos (A lei de Dalton). A pressão total do ar deve permanecer constante. A presença de vapor de água no ar naturalmente dilui ou desloca os outros componentes do ar como sua concentração aumenta.
Isto pode ter um efeito sobre respiração, em ar muito quente (35 ° C). A proporção de vapor de água é significativo o suficiente para dar origem ao conservadorismo que pode ser experimentado em condições úmidas da selva ou em edifícios com ar condicionado mal.
Discussão geral
A quantidade de vapor de água na atmosfera é limitada pelas restrições de pressões e temperatura parciais. Temperatura do ponto de orvalho e umidade relativa ato como diretrizes para o processo de vapor de água no ciclo da água. Entrada de energia, como a luz solar, pode provocar mais evaporação sobre uma superfície do oceano ou mais sublimação em um pedaço de gelo no topo de uma montanha. O equilíbrio entre a condensação e a evaporação dá a quantidade chamada pressão parcial de vapor.
A pressão parcial máxima (pressão de saturação) de vapor de água no ar varia com a temperatura da mistura de ar e vapor de água. Uma variedade de fórmulas empíricas existem para essa quantidade; a fórmula de referência mais utilizados é o Equação Goff-Gratch para o SVP sobre a água líquida:
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- Onde T, a temperatura do ar húmido, é dado em unidades de graus Kelvin , e p é dado em unidades de (milibares hectopascais).
A fórmula é válida a partir de cerca de -50 a 102 ° C; no entanto, há um número muito limitado de medições de pressão de vapor de água sobre a água líquida arrefecida.
Sob condições adversas, tais como quando a temperatura de ebulição da água é alcançado, uma evaporação líquido irá sempre ocorrer durante condições atmosféricas normais, independentemente da percentagem de humidade relativa. Este processo imediato irá dissipar grandes quantidades de vapor de água em um ambiente mais frio.
Ar exalado é quase totalmente no estado de equilíbrio com vapor de água à temperatura do corpo. No ar frio o vapor exalado condensa rapidamente, mostrando, assim, como uma névoa ou névoa de gotículas de água e como a condensação ou geada em superfícies.
Controlando o vapor de água no ar é uma preocupação-chave na aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) da indústria. O conforto térmico depende das condições do ar úmido. Situações de conforto não humanos são chamados de refrigeração, e também são afectados por vapor de água. Por exemplo, muitas lojas de alimentos, como supermercados, utilizar armários abertos chiller, ou casos de alimentos, o que pode reduzir significativamente a (umidade) redução de pressão de vapor de água. Esta prática proporciona vários benefícios, bem como problemas.
O vapor de água na atmosfera da Terra
Água gasosa representa uma pequena mas significativa ambientalmente constituinte da atmosfera . Aproximadamente 99,99% de ele está contido no troposfera. O a condensação de vapor de água para a fase de líquido ou gelo é responsável por nuvens , chuva , neve e outras precipitação, todos os quais estão entre os elementos mais significativos do que nós experimentamos como o tempo . Menos obviamente, o calor latente de vaporização, que é liberado para a atmosfera sempre que ocorre a condensação, é um dos termos mais importantes do orçamento de energia atmosférica sobre ambas as escalas local e global. Por exemplo, a liberação de calor latente no atmosférico convecção é diretamente responsável para alimentar tempestades destrutivas, como ciclones tropicais e severas trovoadas . O vapor de água é também um potente gás de efeito estufa . Porque se espera que o teor de vapor de água da atmosfera para aumentar significativamente, em resposta a temperaturas mais elevadas, existe o potencial para um gabarito do vapor de água que poderiam amplificar o efeito do aquecimento do clima esperado devido ao aumento do dióxido de carbono sozinhos. No entanto, é menos claro como nebulosidade iria responder a um clima de aquecimento; dependendo da natureza da resposta, ou mais nuvens pode amplificar ou atenuar parcialmente o gabarito do vapor de água.
Névoa e nuvens formar através da condensação em torno de núcleo de condensação. Na ausência de núcleos, condensação só ocorrerá a temperaturas muito mais baixas. Sob condensação persistente ou deposição, gotículas de nuvem ou forma flocos de neve, o que precipitar quando atingem uma massa crítica.
O tempo de residência médio de moléculas de água no troposfera é cerca de 10 dias. Água empobrecido por precipitação é reabastecido por evaporação dos mares, lagos, rios e transpiração das plantas, e outros processos biológicos e geológicos.
As medições da concentração de vapor são expressos como humidade ou específica por cento humidade relativa. A concentração média global anual de vapor de água que deu cerca de 25 mm de água líquida ao longo de toda a superfície da Terra se fosse condensar instantaneamente. No entanto, a precipitação média anual para o planeta é cerca de 1 metro, o que indica uma rápida de água no ar.
A abundância de gases emitidos por vulcões varia consideravelmente de vulcão vulcão. No entanto, o vapor de água é sempre o mais comum Gás vulcânico, normalmente com mais de 60% do total das emissões durante uma subaerial erupção vulcânica.
Radar e satélite de imagem
Porque as moléculas de água absorver microondas e outros freqüências de ondas de rádio, de água na atmosfera atenua radar sinais. Além disso, a vontade de água atmosférico refletir e refractam sinais a uma extensão que depende de se se trata de vapor, líquido ou sólido.
Geralmente, os sinais de radar perder força progressivamente quanto mais eles viajam através da troposfera. Diferentes frequências atenuam a taxas diferentes, de tal modo que alguns componentes de ar são opacos para algumas frequências e transparente a outros. As ondas de rádio utilizadas para a radiodifusão e outra experiência de comunicação o mesmo efeito.
O vapor de água reflete radar em menor grau do que as outras duas fases da água. Sob a forma de gotas e cristais de gelo, água atua como um prisma, o que ele não faz como um indivíduo molécula ; no entanto, a existência de vapor de água na atmosfera faz com que a atmosfera de agir como um prisma gigante.
A comparação de GOES-12 imagens de satélite mostra a distribuição das atmosférica relativa de vapor de água para os oceanos, nuvens e continentes da Terra. Vapor circunda o planeta, mas é desigualmente distribuída.
Geração relâmpago
O vapor de água desempenha um papel fundamental na produção relâmpago na atmosfera. A partir de nuvem física, geralmente, as nuvens são os verdadeiros geradores de estática de carga como encontrado na atmosfera da Terra. Mas a capacidade, ou capacidade , de nuvens para segurar grandes quantidades de energia elétrica está diretamente relacionado com a quantidade de vapor de água presente no sistema local.
A quantidade de vapor de água controla directamente o permissividade do ar. Durante períodos de baixa umidade, descarga estática é rápida e fácil. Durante períodos de maior umidade, menor número de descargas estáticas ocorrer. No entanto, permissividade e capacitância trabalhar lado a lado para produzir as saídas megawatts de relâmpagos.
Depois de uma nuvem, por exemplo, iniciou o seu caminho para se tornar um gerador de raios, atos vapor de água atmosférico como uma substância (ou isolador) que diminui a capacidade da nuvem de descarregar sua energia elétrica. Ao longo de um determinado período de tempo, se a nuvem continua a gerar e armazenar mais electricidade estática, a barreira que foi criado pelo vapor de água atmosférico acabará por quebrar a partir da energia eléctrica armazenada potencial. Esta energia será lançado a uma região localmente, em frente cobrado na forma de um raio. A força de cada descarga está diretamente relacionada com a permissividade atmosférica, capacitância e capacidade de geração de carga da fonte.
Veja também, Gerador de Van de Graaff.
Vapor de água extraterrestre
O brilho de caudas cometa vem em grande parte do vapor de água. Na abordagem ao sol , o gelo muitos cometas transportar sublima ao vapor, o que reflete a luz do sol. Sabendo a distância de um cometa do sol, os astrônomos podem inferir conteúdo de água de um cometa de seu brilho. Caudas dos cometas brilhantes no frio e distante sugere o monóxido de carbono sublimação.
Os cientistas que estudam Marte hipótese de que se a água se move sobre o planeta, fá-lo como vapor. A maior parte da água em Marte parece existir como gelo no pólo norte. Durante Mars 'verão, este gelo sublima, talvez permitindo enormes tempestades sazonais para transmitir quantidades significativas de água em direção ao equador.
Uma estrela chamada CW Leonis foi encontrado para ter um anel de vastas quantidades de vapor de água que circundam o envelhecimento, maciço estrela . A NASA satélite projetado para estudar produtos químicos em nuvens de gás interestelar, fez a descoberta com um espectrômetro a bordo. O mais provável ", o vapor de água foi vaporizada a partir das superfícies de cometas orbitam."
Análise espectroscópica de HD 209458 b, um planeta extra-solar na constelação de Pégaso, fornece a primeira evidência de vapor de água atmosférico para além do Sistema Solar.
Discrepâncias científicas, fatores de confusão e limites do conhecimento
Desde o vapor de água é muito comum, tem sido estudado e escrito sobre a partir de muitas perspectivas. Como um conhecimento de trabalho cresceu e se desenvolveu dentro de campos aparentemente alheios várias discrepâncias na compreensão podem ser encontradas. Estas discrepâncias muitas vezes surgem de uma incapacidade de determinar de forma rígida ou uma base volumétrica ou gravimétrica de estudo; e / ou uso inadequado de constantes para as condições de ser observada.
Muitos estudos científicos ver o vapor de água como um Variável de confusão (impedindo Ceteris paribus, também "à espreita varible ') devido à sua natureza complexa, isso se torna especialmente verdadeiro quando o estudo observa variação significativa em quantidades de vapor de água, ao longo do tempo e / ou localização.
É pelas razões acima que este continua a ser um fator particularmente complicado e às vezes controversa em muitos campos da ciência, se o armazenamento de alimentos ou artefatos antigos, Termodinâmica ou as Alterações Climáticas.
