Водяна пара в атмосфері. Вологість
Метеорологи підрахували, що Сонце випаровує на Землю за одну хвилину мільярд тонн води. Кожну хвилину мільярд тонн водяної пари разом з висхідними потоками повітря піднімається у верхні шари атмосфери. На великій висоті, де тиск мало, повітря розширюється, його температура сильно знижується, і водяна пара конденсується, знову перетворюючись на воду – її дрібні крапельки утворюють хмари. Енергія Сонця, піднята з водяною парою вгору неминуче повинна виділитися назад, коли він перетворюється на хмари. Ця енергія перетворюється на теплову, нагріваючи повітря. Кожну хвилину водяну пару віддає атмосфері Землі дивовижно величезна кількість енергії – 2,2 – 1018 Дж. Стільки енергії за той же час могли б виробити сорок мільйонів електростанцій по мільйону кіловат кожна. Це та ж енергія, яка переносить сотні мільярдів тонн води під повітрю в хмарах і зрошує дощами всю поверхню Землі. Це та енергія, за рахунок якої дмуть вітри, виникають бурі, народжуються урагани і шторми. А тільки один розвинувся ураган виділяє енергію, еквівалентну енергії 30 тис. Атомних бомб.
Погода управляється, безумовно, фізичними законами. Однак головна трудність проблеми управління погодою пояснюється тим, що енергія рухомих повітряних мас, які керують погодою, як було зазначено вище, дуже велика. Для того щоб змінити напрям руху повітряної маси, що займає район діаметром 100 км, потрібна енергія, що виробляється протягом години 40 тис. Великих електростанцій. Таким чином, щоб керувати погодою наперекір природним атмосферним процесам, необхідні дуже великі витрати енергії, якими людство ще не має.
Проте вже тепер людина в змозі активно впливати на погоду, але лише на невеликих територіях. Можна, витративши невелику енергію, в момент нестійкості метеорологічного процесу так “підштовхнути” його, щоб він продовжував розвиватися в потрібному для нас напрямку, наприклад, щоб замість граду випав би дощ або розсіявся туман в районі аеропорту. Але поки люди тільки на самому початку важкого шляху управління погодою.
Чи буде завтра дощ – це цікавить усіх. Але яка причина випадання атмосферних опадів? Як пояснити з точки зору фізики освіту роси або інею?
Повітря, що містить водяні пари, які під дією сонячної енергії випаровуються з поверхонь океанів, морів та інших водойм, називається вологим.
Нагадаємо, що насиченим називається пара, що знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною. У цьому стані щільність пара над рідиною і тиск, вироблене парою на стінки посудини (пружність пара), більше не змінюються і мають максимальне значення для даної рідини при даній температурі.
Пар, тиск і щільність якого менше тиску і щільності насиченої пари при даній температурі, називається ненасиченим.
Очевидно, що при ізотермічному збільшенні обсягу, займаного насиченою парою, або при його ізохоричному нагріванні насичений пар переходить в ненасичений. Навпаки, при ізотермічному стисненні ненасиченого пара або при його ізохоричному охолодженні ненасичений пар стає насиченим. Тому при зниженні температури повітря і при постійному утриманні водяної пари відносна вологість зростає, оскільки чим нижча температура повітря, тим ближче водяна пара підходить до стану насичення. Нарешті, при якійсь певній температурі відносна вологість стає рівною 100% і подальше зниження температури призводить до конденсації водяної пари.
Температура, при якій пара стає насиченим в результаті изохорический охолодження, називається точкою роси. При температурі нижче точки роси з’являється туман, “запотівають вікна”, на траві осідають крапельки роси.
Відзначимо, що для конденсації пари ще недостатньо, щоб температура знизилася. Якщо в повітрі мало так званих “центрів конденсації”, то водяна пара в повітрі залишається, як кажуть, в перенасиченому стані. Центри конденсації – це найдрібніші пилинки різних речовин, навколо яких утворюється водяна плівка. Вона швидко зростає в перенасиченому повітрі. Ось чому над містом часто бувають тумани: у міському повітрі багато пилу. Туман утворюється тоді, коли виникають відповідні умови по температурі і вологості.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)