ATMO336 - осінь 2015 року
Наступний розділ матеріалу стосується води в атмосфері. Ми почнемо з опису фізики важливих процесів випаровування та конденсації. Будуть пояснені поняття відносної вологості та температури точки роси. Потім ми покажемо, як поєднання температури повітря, вологості та вітру пов’язане з комфортом чи дискомфортом людини та що розуміється під показником температури та теплового індексу. Далі буде описаний процес утворення хмар. Це призведе до важкого розвитку погоди, оскільки тепло, що виділяється у вигляді хмар, забезпечує значну частину енергії для гроз, торнадо та ураганів.
Вода - це єдина речовина, яка існує у всіх трьох фазових станах (газ, рідина та тверде тіло) при температурах, що знаходяться на Землі. Концентрація невидимого водяної пари газу сильно варіюється залежно від місця і час від часу. У теплих тропічних місцях поблизу поверхні водяна пара може становити до 4% атмосферних газів. У холодних полярних регіонах є лише слідова кількість.
Водяна пара надзвичайно важлива в атмосфері з багатьох причин. Деякі з цих причин включають:
- Водяна пара перетворюється як на рідкі, так і на тверді частинки хмар, які ростуть і падають на Землю у вигляді опадів.
- Коли водяна пара конденсується при утворенні хмар, викликається велика кількість тепла приховане тепло викидається в атмосферу. Приховане тепло - важливе джерело енергії при розвитку гроз та ураганів.
- Водяна пара сильно поглинає інфрачервоне випромінювання, роблячи його важливим газом в теплоенергетичному балансі Землі. Насправді водяна пара найбільше сприяє парниковому ефекту на Землі.
Фазові зміни води
На діаграмі нижче показано енергію, яку необхідно поглинути або виділити, щоб речовина вода змінила фазу. Фази матеріалу тверді, рідкі та газові. Водяна пара має найвищу внутрішню енергію на грам води, за нею йде рідка вода, а потім лід. Будь-яка фазова зміна з нижчого внутрішнього енергетичного стану на вищий вимагає додавання енергії, тоді як будь-яка фазова зміна з вищого внутрішнього енергетичного стану на нижчий включає виділення енергії. (Див. Малюнок Е) Викликається енергія, яку потрібно додати до води або видалити з неї у міру зміни фаз приховане тепло. Приховане тепло, яке поглинається або виділяється водою, необхідне, оскільки молекули води повинні змінити свою структуру хімічного зв’язку та внутрішню енергію, щоб змінити фазу. Таким чином, приховане тепло відноситься лише до енергії, яку потрібно додати або видалити з води, щоб викликати фазові зміни. Приховане тепло не викликає зміни температури води, лише фаза. Викликається енергія, яка використовується для зміни виміряної температури речовини, але не її фази відчутне тепло. Наприклад, для підвищення температури рідкої води з 20 ° C до 30 ° C потрібно додавання розумного тепла, а для зниження температури рідкої води з 30 ° C до 20 ° C потрібно відведення відчутного тепла.