آب و بخار آب. بخار آب حالت گازی آب است.

حالت میانی یک ماده بین حالت گاز واقعی و مایع معمولاً نامیده می شود بخارداریا به سادگی کشتیتبدیل مایع به بخار است انتقال فازاز یک حالت تجمع به حالت دیگر. در طول یک انتقال فاز، یک تغییر ناگهانی مشاهده می شود مشخصات فیزیکیمواد

نمونه هایی از چنین انتقال های فازی فرآیند هستند غلیانمایع با ظاهر بخار اشباع مرطوبو متعاقب آن تبدیل به بدون رطوبت می شود بخار اشباع خشکیا فرآیند جوشیدن معکوس متراکم شدنبخار اشباع شده

یکی از ویژگی های اصلی بخار اشباع خشک این است که تامین گرمای بیشتر به آن منجر به افزایش دمای بخار می شود، یعنی تبدیل آن به حالت بخار فوق گرم و حذف گرما منجر به انتقال به حالت مرطوب می شود. بخار اشباع شده که در

حالت های فازی آب

شکل 1. نمودار فاز برای بخار آب در مختصات T، s.

منطقهمن – حالت گازی(بخار فوق گرم با خواص گاز واقعی)؛

منطقهII– حالت تعادل آب و بخار آب اشباع (حالت دو فازی). منطقه II همچنین منطقه تبخیر نامیده می شود.

منطقهIII– حالت مایع (آب). منطقه III توسط ایزوترم EK محدود شده است.

منطقهIV- حالت تعادل فازهای جامد و مایع؛

منطقهV- حالت جامد؛

مناطق III، II و I از هم جدا شده اند خطوط مرزی AK ( خط چپ) و KD (خط سمت راست). نقطه مشترک K برای خطوط مرزی AK و KD ویژگی های خاصی دارد و نامیده می شود نقطه بحرانی. این نقطه دارای پارامترهایی است پcr, vcrو تی کر، که در آن آب جوش با دور زدن ناحیه دو فاز به بخار فوق گرم تبدیل می شود. در نتیجه، آب نمی تواند در دمای بالاتر از Tcr وجود داشته باشد.

نقطه بحرانی K دارای پارامترهای زیر است:

پcr= 22.136 مگاپاسکال؛ vcr= 0.00326 متر 3 / کیلوگرم؛ تیcr= 374.15 درجه سانتی گراد.

ارزش های p, t, vو سبرای هر دو خط مرزی در جداول خاصی از خواص ترمودینامیکی بخار آب آورده شده است.

فرآیند به دست آوردن بخار آب از آب

شکل های 2 و 3 فرآیندهای گرم کردن آب تا جوشش، تشکیل بخار و فوق گرم کردن بخار را در p، v- و تی، س-نمودارها

حالت اولیه آب مایع تحت فشار پ 0 و دمای 0 درجه سانتیگراد در نمودارها نشان داده شده است p، vو تی، سنقطه آ. زمانی که گرما در پ= const دمای آن افزایش می یابد و حجم مخصوص افزایش می یابد. در نقطه ای دمای آب به نقطه جوش می رسد. در این حالت حالت آن با یک نقطه نشان داده می شود ببا تامین گرمای بیشتر، تبخیر با افزایش شدید حجم آغاز می شود. در این مورد، یک محیط دو فاز تشکیل می شود - مخلوطی از آب و بخار، به نام بخار اشباع مرطوب. دمای مخلوط تغییر نمی کند، زیرا گرما در تبخیر فاز مایع صرف می شود. فرآیند تبخیر در این مرحله ایزوباریک- همدما بوده و در نمودار به صورت مقطعی نشان داده شده است. قبل از میلاد مسیح. سپس در یک نقطه از زمان تمام آب به بخار تبدیل می شود، به نام خشک اشباع شده. این حالت در نمودار با یک نقطه نشان داده شده است ج.

شکل 2. نمودار P، v برای آب و بخار آب.

شکل 3. نمودار T، s برای آب و بخار آب.

با تامین گرمای بیشتر، دمای بخار افزایش می یابد و فرآیند گرم شدن بیش از حد بخار رخ می دهد ج - د. نقطه دوضعیت بخار فوق گرم را نشان می دهد. فاصله نقطه ای داز نقطه بابستگی به دمای بخار فوق گرم دارد.

نمایه سازی برای نشان دادن مقادیر مربوط به حالت های مختلف آب و بخار:

• مقدار با شاخص "0" به وضعیت اولیه آب اشاره دارد.
• مقدار با شاخص "'" به آب گرم شده تا دمای جوش (اشباع) اشاره دارد.
• مقدار با شاخص "″" به بخار اشباع خشک اشاره دارد.
• مقدار با شاخص " ایکس» به بخار اشباع مرطوب اشاره دارد.
• مقدار بدون شاخص به بخار فوق گرم اشاره دارد.

فرآیند تبخیر در بیشتر فشار خون بالا p 1 > p 0می توان به این نکته اشاره کرد که آ،نشان دادن وضعیت اولیه آب در دمای 0 درجه سانتیگراد و فشار جدید، عملاً در همان عمودی باقی می ماند، زیرا حجم خاص آب تقریباً مستقل از فشار است.

نقطه ب(وضعیت آب در دمای اشباع) به سمت راست تغییر می کند p، vنمودار و بالا می رود تا تی، اس-نمودار زیرا با افزایش فشار، دمای اشباع و در نتیجه حجم ویژه آب افزایش می یابد.

نقطه ج(وضعیت بخار اشباع خشک) به سمت چپ جابه جا می شود، زیرا با افزایش فشار حجم مخصوص بخار با وجود افزایش دما کاهش می یابد.

اتصال بسیاری از نقاط بو جدر فشارهای مختلفمنحنی های مرزی پایین و بالایی را می دهد akو kcاز جانب p، v- نمودار نشان می دهد که با افزایش فشار، تفاوت در حجم های خاص وجود دارد v″و vکاهش می یابد و در مقداری فشار می شود برابر با صفر. در این نقطه که بحرانی نامیده می شود، منحنی های مرزی همگرا می شوند akو kcحالت مربوط به نقطه ک، تماس گرفت بحرانی.مشخصه آن این است که بخار و آب در آن دارای حجم های خاص هستند و از نظر خواص با یکدیگر تفاوتی ندارند. منطقه ای که در یک مثلث منحنی قرار دارد bkc(V p، vنمودار)، مربوط به بخار اشباع مرطوب است.

حالت بخار فوق گرم با نقاطی که بالای منحنی مرز بالایی قرار دارند نشان داده می شود kc.

بر تی، س-منطقه نمودار 0 شکممربوط به مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن آب مایع تا دمای اشباع است.

مقدار گرمای عرضه شده، J/kg، برابر با گرمای تبخیر rبر اساس منطقه بیان می شود s'bcs،و برای آن رابطه زیر برقرار است:

r = تی(s″ — s′).

مقدار گرمای تامین شده در فرآیند بخار آب فوق گرم توسط منطقه نشان داده می شود s″cds.

بر تی، سنمودار نشان می دهد که با افزایش فشار، گرمای تبخیر کاهش می یابد و در نقطه بحرانی برابر با صفر می شود.

معمولا تی، ساز دیاگرام در تحقیقات نظری استفاده می شود استفاده عملیبا این واقعیت که مقادیر گرما توسط مناطق شکل های منحنی بیان می شود، بسیار پیچیده است.

بر اساس مطالب یادداشت های سخنرانی من در مورد ترمودینامیک و کتاب درسی "مبانی انرژی". نویسنده G. F. Bystritsky. ویرایش دوم، برگردان و اضافی - M.: KNORUS، 2011. - 352 ص.

تبخیر مقدار بخار آبی است که تبخیر شده و وارد هوا شده است. میزان تبخیر به عوامل زیادی بستگی دارد، اما عمدتاً به دمای هوا و باد بستگی دارد. واضح است که هر چه دما بالاتر باشد تبخیر بیشتر می شود. اما با حرکت مداوم هوای اشباع شده از بخار آب، حجم های جدید و جدیدی از هوای خشک را به یک مکان معین می آورد. زوج باد ملایمسرعت 2-3 متر بر ثانیه تبخیر را سه برابر افزایش می دهد. تبخیر نیز تحت تأثیر طبیعت، پوشش گیاهی و غیره است.

با این حال، به دلیل کمبود رطوبت در یک منطقه معین، تبخیر به طور قابل توجهی کمتر از آن است که در شرایط معین می تواند باشد. مقدار آبی که در شرایط معین می تواند تبخیر شود را تبخیر می گویند. به عبارت دیگر، تبخیر تبخیر بالقوه در یک منطقه معین است که اغلب با استفاده از یک تبخیرکننده یا با تبخیر از سطح آب آزاد یک مخزن بزرگ طبیعی (آب شیرین) یا از خاک بسیار مرطوب تعیین می شود.

تبخیر، مانند تبخیر، در میلی متر لایه آب تبخیر شده (میلی متر) بیان می شود. برای یک دوره خاص - میلی متر / سال و غیره.

بر سطح زمیندو فرآیند متضاد به طور مداوم رخ می دهد: منطقه توسط بارش و خشک شدن آن توسط تبخیر. اما درجه رطوبت در یک منطقه با نسبت بارندگی و تبخیر تعیین می شود. رطوبت منطقه با ضریب رطوبت (K) مشخص می شود که به عنوان نسبت مقدار بارندگی (Q) به تبخیر (I) درک می شود: K = (اگر K در کسری از یک واحد بیان شود - کسری) و K = 100٪ (اگر درصد باشد). به عنوان مثال، بارندگی در اروپا 300 میلی متر است، اما تبخیر تنها 200 میلی متر است، یعنی. بارش 1.5 برابر بیشتر از تبخیر است. ضریب رطوبت 1.5 یا 150٪ است.

هنگامی که K> 1، یا > 100٪، رطوبت بیش از حد است. طبیعی زمانی که K = 1، یا 100٪. زمانی که K< 1, или < 100%. По степени увлажнения выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) территории. Коэффициент увлажнения характеризует условия , развитие и другое. он равен примерно 1,0-1,5, в 0,6-1,0, в 0,3-0,6, 0,1-0,3, пустынях менее 0,1.

رطوبت مطلق (a) مقدار واقعی بخار آب موجود در هوا است این لحظه، در گرم بر متر مکعب اندازه گیری می شود. نگرش رطوبت مطلقبه حداکثر، که به صورت درصد بیان می شود، رطوبت نسبی (f) نامیده می شود، یعنی. f = 100%. هوا با حداکثر رطوبت اشباع نامیده می شود. در مقابل، هوای غیراشباع هنوز توانایی جذب بخار آب را دارد. با این حال، هنگامی که گرم می شود، هوای اشباع شده غیر اشباع می شود و هنگامی که سرد می شود، فوق اشباع می شود. در مورد دوم، شروع می شود. چگالش عبارت است از تراکم بخار آب اضافی و تبدیل آن به حالت مایع، تشکیل قطرات ریز آب. هم هوای اشباع و هم غیراشباع می‌توانند با بالا آمدن، به دلیل سرد شدن زیاد، فوق اشباع شوند. همچنین زمانی که خاک در یک مکان معین خنک شود و هوای گرم به یک منطقه سرد نفوذ کند، خنک سازی امکان پذیر است.

تراکم نه تنها در هوا، بلکه در سطح زمین و اجسام نیز می تواند رخ دهد. در این حالت بسته به شرایط شبنم، یخبندان، مه و یخ تشکیل می شود. شبنم و یخبندان در یک شب صاف و آرام، عمدتاً در ساعات اولیه صبح، زمانی که سطح زمین و اجسام آن خنک می شوند، تشکیل می شوند. سپس رطوبت هوا روی سطح آنها متراکم می شود. همزمان دمای منفییخبندان تشکیل می شود؛ زمانی که مثبت باشد، شبنم رخ می دهد. اگر هوای سرد به سطح گرم بیاید یا هوای گرم به شدت سرد شود، ممکن است مه ایجاد شود. از قطرات کوچک یا کریستال هایی تشکیل شده است که گویی در هوا معلق هستند. در هوای بسیار آلوده، مه یا مه مخلوط با دود تشکیل می شود - دود. هنگامی که قطرات باران فوق سرد یا بر روی سطحی که کمتر از 0 درجه سانتیگراد سرد شده است و در دمای 0 تا -3 درجه سانتیگراد می ریزد، یک لایه تشکیل می شود. یخ متراکمرشد روی سطح زمین و روی اشیاء، عمدتاً در سمت باد - یخ. این امر از یخ زدن قطرات فوق سرد باران، مه یا نم نم باران اتفاق می افتد. پوسته یخ می تواند به ضخامت چندین سانتی متر برسد و به یک فاجعه واقعی تبدیل شود: برای عابران پیاده، وسایل نقلیه خطرناک می شود، شاخه های درخت را می شکند، سیم ها را می شکند و غیره.

دلایل دیگر باعث ایجاد پدیده ای به نام. یخ سیاه معمولاً پس از یخ زدگی یا باران در نتیجه شروع هوای سرد، زمانی که دما به شدت به زیر صفر درجه سانتیگراد کاهش می یابد، رخ می دهد. یخ زدن برف مرطوب، باران یا نم نم باران رخ می دهد. یخ سیاه همچنین زمانی تشکیل می‌شود که این بارش مایع روی سطح بسیار سرد زمین می‌افتد که باعث یخ زدن آن نیز می‌شود. بنابراین، لعاب یخ روی سطح زمین است که در نتیجه یخ زدن برف مرطوب یا بارش مایع تشکیل شده است.

هنگامی که بخار آب در هوای در حال افزایش به دلیل خنک شدن آن متراکم می شود، تشکیل می شوند. ارتفاع تشکیل آنها به دما و رطوبت نسبیهوا هنگامی که به ارتفاعی می رسد که در آن اشباع کامل می شود - سطح تراکم - تراکم و تشکیل ابر شروع می شود. ابرها داخل هستند حرکت ثابتو ممکن است از قطرات یا کریستال های کوچک تشکیل شده باشد، اما اغلب آنها مخلوط می شوند. سه نوع اصلی ابر بر اساس شکل آنها وجود دارد: سیروس، استراتوس و کومولوس. سیروس - ابرهای لایه بالایی (بالای 6000 متر)، نیمه شفاف و از بلورهای یخ کوچک تشکیل شده است. بارش از آنها نمی ریزد. استراتوس - ابرهای میانی (از 2000 تا 6000 متر) و پایین تر (زیر 2000 متر). اساساً آنها بارندگی می دهند، معمولاً طولانی مدت و مداوم. ابرهای کومولوس می توانند در لایه زیرین تشکیل شوند و به ارتفاعات بسیار بالایی برسند. آنها اغلب شبیه برج هستند و از قطرات در پایین و کریستال در بالا تشکیل شده اند. آنها با باران، تگرگ همراه هستند،

بخار آب در اتمسفر

رطوبت هوا. ویژگی‌های محتوای بخار آب در اتمسفر

رطوبت محتوای بخار آب موجود در جو است. بخار آب یکی از مهم ترین اجزای جو زمین است.

بخار آب به طور مداوم به دلیل تبخیر آب از سطح مخازن، خاک، برف، یخ و پوشش گیاهی وارد جو می شود که به طور متوسط ​​23 درصد از تابش خورشیدی وارد شده به سطح زمین را مصرف می کند.

جو به طور متوسط ​​حاوی 1.29 1013 تن رطوبت (بخار آب و آب مایع) است که معادل یک لایه آب 25.5 میلی متری است.

رطوبت هوا با مقادیر زیر مشخص می شود: رطوبت مطلق، فشار جزئی بخار آب، فشار بخار اشباع، رطوبت نسبی، کمبود اشباع بخار آب، دمای نقطه شبنم و رطوبت خاص.

رطوبت مطلق a (گرم بر متر مکعب) - مقدار بخار آب، بر حسب گرم، موجود در 1 متر مکعب هوا.

فشار جزئی (الاستیسیته) بخار آب e - فشار واقعی بخار آب در هوا که بر حسب میلی متر اندازه گیری می شود. سیاره تیر(mm Hg)، میلی بار (mb) و هکتوپاسکال (hPa). فشار بخار آب اغلب رطوبت مطلق نامیده می شود. با این حال، مخلوط کردن اینها مفاهیم مختلفغیر ممکن است، زیرا آنها متفاوت هستند مقادیر فیزیکیهوای جوی

فشار بخار آب اشباع، یا کشش اشباع، E - حداکثر مقدار ممکن فشار جزئی در یک دمای معین. اندازه گیری در واحدهای مشابه e. کشش اشباع با افزایش دما افزایش می یابد. این بدان معنی است که در دمای بالاتر، هوا قادر است بخار آب بیشتری نسبت به دمای پایین نگه دارد.

رطوبت نسبی f نسبت فشار جزئی بخار آب موجود در هوا به فشار بخار آب اشباع شده در دمای معین است. معمولاً به صورت درصد دقیق نسبت به اعداد کامل بیان می شود:

رطوبت نسبی میزان اشباع هوا از بخار آب را بیان می کند.

کمبود اشباع بخار آب (عدم اشباع) d - تفاوت بین کشش اشباع و کشش واقعی بخار آب:

= E- ه.

کسری اشباع در واحدهای مشابه و با همان دقت مقادیر e و E بیان می شود. با افزایش رطوبت نسبی، کسری اشباع کاهش می یابد و در / = 100٪ برابر با صفر می شود.

از آنجایی که E به دمای هوا و e - به میزان بخار آب در آن بستگی دارد، کسری اشباع یک مقدار پیچیده است که گرما و رطوبت هوا را منعکس می کند. این اجازه می دهد تا کسری اشباع به طور گسترده تر از سایر ویژگی های رطوبت برای ارزیابی شرایط رشد گیاهان کشاورزی استفاده شود.

نقطه شبنم td (°C) دمایی است که در آن بخار آب موجود در هوا با فشار معین به حالت اشباع نسبت به یک سطح صاف شیمیایی خالص آب می‌رسد. در/= 100% دمای واقعیهوا با نقطه شبنم منطبق است. در دمای زیر نقطه شبنم، تراکم بخار آب با تشکیل مه، ابر و شبنم، یخبندان و یخبندان در سطح زمین و اجسام شروع می شود.

رطوبت مخصوص q (g/kg) - مقدار بخار آب بر حسب گرم موجود در 1 کیلوگرم هوای مرطوب:

q= 622 e/R،

جایی که e فشار بخار آب، hPa است. R- فشار اتمسفر hPa.

به عنوان مثال هنگام تعیین تبخیر از سطح اندام های تنفسی حیوانات مزرعه و هنگام تعیین هزینه های انرژی مربوطه، رطوبت خاص در محاسبات هواشناسی در نظر گرفته می شود.

تغییرات در ویژگی های رطوبت هوا در جو با ارتفاع

بیشترین مقدار بخار آب در لایه های پایینی هوا که مستقیماً در مجاورت سطح تبخیر قرار دارد، وجود دارد. بخار آب در اثر انتشار آشفته به لایه های پوشاننده نفوذ می کند

نفوذ بخار آب به لایه های پوشاننده با این واقعیت تسهیل می شود که 1.6 برابر سبک تر از هوا است (چگالی بخار آب نسبت به هوای خشک در دمای 0 درجه سانتیگراد 0.622 است)، بنابراین هوای غنی شده با بخار آب، چگالی کمتری دارد. ، تمایل به صعود دارد.

توزیع عمودی فشار بخار آب به تغییرات فشار و دما با ارتفاع، به فرآیندهای تراکم و تشکیل ابر بستگی دارد. بنابراین، از نظر تئوری تعیین الگوی دقیق تغییرات کشش بخار آب با ارتفاع دشوار است.

فشار جزئی بخار آب با ارتفاع 4...5 برابر سریعتر از فشار اتمسفر کاهش می یابد. در حال حاضر در ارتفاع 6 کیلومتری، فشار جزئی بخار آب 9 برابر کمتر از سطح دریا است. این امر با این واقعیت توضیح داده می شود که بخار آب در نتیجه تبخیر از سطح فعال و انتشار آن در اثر تلاطم به طور مداوم وارد لایه سطحی جو می شود. علاوه بر این، دمای هوا با ارتفاع کاهش می یابد و محتوای احتمالی بخار آب توسط دما محدود می شود، زیرا کاهش آن باعث اشباع بخار و تراکم آن می شود.

کاهش فشار بخار با ارتفاع می تواند متناوب با افزایش آن باشد. به عنوان مثال، در یک لایه وارونگی، فشار بخار معمولا با ارتفاع افزایش می یابد.

رطوبت نسبی به طور عمودی به طور نابرابر توزیع می شود، اما به طور متوسط ​​با ارتفاع کاهش می یابد. در لایه سطحی جو در روزهای تابستان به دلیل کاهش سریع دمای هوا کمی با ارتفاع افزایش می یابد، سپس به دلیل کاهش عرضه بخار آب شروع به کاهش می کند و دوباره در لایه تشکیل ابر تا 100٪ افزایش می یابد. در لایه های وارونه با افزایش دما به شدت با ارتفاع کاهش می یابد. رطوبت نسبی به خصوص تا ارتفاع 2...3 کیلومتری به طور ناهموار تغییر می کند.

تغییرات روزانه و سالانه رطوبت هوا

در لایه سطحی اتمسفر تغییرات روزانه و سالانه کاملاً مشخصی در میزان رطوبت وجود دارد که با تغییرات دوره ای متناظر دما مرتبط است.

تغییرات روزانه فشار بخار آب و رطوبت مطلق در اقیانوس ها، دریاها و نواحی ساحلی خشکی مشابه تغییرات روزانه دمای آب و هوا است: حداقل قبل از طلوع آفتاب و حداکثر در ساعت 14...15. حداقل به دلیل تبخیر بسیار ضعیف (یا اصلاً عدم وجود آن) در این زمان از روز. در طول روز، با افزایش دما و بر این اساس، تبخیر، میزان رطوبت در هوا افزایش می یابد. تغییرات روزانه فشار بخار آب در قاره ها در زمستان یکسان است.

در فصل گرم، در داخل قاره ها، تغییرات روزانه رطوبت به شکل یک موج دوتایی به خود می گیرد (شکل 5.1). اولین حداقل در اوایل صبح همراه با حداقل دما رخ می دهد. پس از طلوع خورشید، دمای سطح فعال افزایش می یابد، سرعت تبخیر افزایش می یابد و مقدار بخار آب در لایه زیرینجو به سرعت در حال رشد است این رشد تا 8 ... 10 ساعت ادامه می یابد، تا زمانی که تبخیر بر انتقال بخار از زیر به لایه های بالاتر غالب شود. پس از 8...10 ساعت، شدت اختلاط آشفته افزایش می یابد و بنابراین بخار آب به سرعت به سمت بالا منتقل می شود. این خروج بخار آب دیگر زمانی برای جبران با تبخیر ندارد و در نتیجه رطوبت و در نتیجه خاصیت ارتجاعی بخار آب در لایه سطحی کاهش می یابد و در ساعت 15...16 به حداقل دوم می رسد. در ساعات قبل از غروب، تلاطم ضعیف می شود، در حالی که عرضه نسبتاً شدید بخار آب به جو از طریق تبخیر هنوز ادامه دارد. فشار بخار و رطوبت مطلق در هوا شروع به افزایش می کند و در ساعت 20 ... 22 به حداکثر دوم می رسد. در شب، تبخیر تقریبا متوقف می شود و در نتیجه میزان بخار آب کاهش می یابد.

تغییرات سالانه فشار بخار آب و رطوبت مطلق با تغییرات سالانه دمای هوا در اقیانوس و روی خشکی همزمان است. در نیمکره شمالی، حداکثر رطوبت هوا در ماه جولای و حداقل آن در ژانویه مشاهده می شود. به عنوان مثال، در سن پترزبورگ، میانگین فشار بخار ماهانه در ماه جولای 14.3 hPa و در ژانویه - 3.3 hPa است.

تغییرات روزانه رطوبت نسبی به فشار بخار و فشار اشباع بستگی دارد. با افزایش دمای سطح تبخیر، سرعت تبخیر افزایش می یابد و در نتیجه e افزایش می یابد، اما E بسیار سریعتر از e افزایش می یابد، بنابراین با افزایش دمای سطح و با آن دمای هوا، رطوبت نسبی کاهش می یابد. فرمول (5.1)]. در نتیجه، مسیر آن در نزدیکی سطح زمین برعکس روند دمای سطح و هوا است: حداکثر رطوبت نسبی قبل از طلوع خورشید و حداقل آن در ساعت 15:00 رخ می دهد (شکل 5.2). کاهش روزانه آن به ویژه در قاره ها در تابستان مشخص می شود، زمانی که در نتیجه انتشار آشفته بخار به سمت بالا، E در سطح کاهش می یابد و به دلیل افزایش دمای هوا، E افزایش می یابد. بنابراین دامنه نوسانات روزانه رطوبت نسبی در قاره ها بسیار بیشتر از سطح آب است.

در چرخه سالانه، رطوبت نسبی هوا، به عنوان یک قاعده، نیز معکوس به روند دما تغییر می کند. به عنوان مثال، در سن پترزبورگ، رطوبت نسبی در ماه مه به طور متوسط ​​65٪، و در دسامبر - 88٪ (شکل 5.3). در مناطق با آب و هوای موسمی، حداقل رطوبت نسبی در زمستان و حداکثر در تابستان به دلیل انتقال تابستان توده های هوای مرطوب دریا به خشکی رخ می دهد: به عنوان مثال، در ولادی وستوک در تابستان / = 89٪، در زمستان / = 68. ٪.

سیر کسری اشباع بخار آب موازی با جریان دمای هوا است. در طول روز، کسری در ساعت 14 ... 15 بیشترین و کمترین آن - قبل از طلوع خورشید است. در طول سال، کسری اشباع بخار آب حداکثر حداکثر است ماه گرمو حداقل در سردترین. در مناطق استپی خشک روسیه در تابستان در ساعت 13:00، سالانه کسری اشباع بیش از 40 hPa مشاهده می شود. در سن پترزبورگ، کمبود اشباع بخار آب در ژوئن به طور متوسط ​​6.7 hPa است و در ژانویه - تنها 0.5 hPa.

رطوبت هوا در پوشش گیاه

پوشش گیاهی تأثیر زیادی بر رطوبت هوا دارد. گیاهان تبخیر می شوند تعداد زیادی ازآب و در نتیجه لایه زمینی اتمسفر را با بخار آب غنی می کند؛ رطوبت هوا در آن نسبت به سطح خالی افزایش یافته است. این نیز با کاهش سرعت باد توسط پوشش گیاهی، و در نتیجه، انتشار آشفته بخار تسهیل می شود. این امر به ویژه در طول روز مشخص می شود. فشار بخار داخل تاج درختان در روزهای روشن تابستان می تواند 2...4 hPa بیشتر از یک منطقه باز باشد، در برخی موارد حتی 6...8 hPa. در داخل آگروفیتوسنوزها می توان فشار بخار را 6...11 hPa نسبت به میدان بخار افزایش داد. در ساعات عصر و شب تأثیر پوشش گیاهی بر میزان رطوبت کمتر است.

پوشش گیاهی نیز تأثیر زیادی بر رطوبت نسبی دارد. بنابراین، در روزهای صاف تابستان، در داخل محصولات چاودار و گندم، رطوبت نسبی 15 ... 30٪ بیشتر از بالای سطح باز است، و در محصولات محصولات بلند (ذرت، آفتابگردان، کنف) - 20.. 0.30 درصد بیشتر از بیش از خاک لخت. در محصولات زراعی، بیشترین رطوبت نسبی در سطح خاک تحت سایه گیاهان مشاهده می شود و کمترین آن در لایه بالایی برگ ها است (جدول 5.1). توزیع عمودی رطوبت نسبی و کمبود اشباع

بر این اساس، کمبود اشباع بخار آب در محصولات کشاورزی به طور قابل توجهی کمتر از خاک لخت است. توزیع آن با کاهش از لایه بالایی برگها به پایین مشخص می شود (جدول 5.1 را ببینید).

قبلاً ذکر شد که پوشش گیاهی به طور قابل توجهی بر رژیم تشعشع (نگاه کنید به فصل 2)، دمای خاک و هوا (به فصل های 3 و 4 مراجعه کنید) تأثیر می گذارد و به طور قابل توجهی آنها را در مقایسه با یک مکان باز تغییر می دهد. جامعه گیاهیرژیم هواشناسی خاص خود را تشکیل می دهد - اقلیم گیاهی. شدت بیان آن بستگی به نوع، عادت و سن گیاهان، تراکم کاشت و روش کاشت (کاشت) دارد.

بر اقلیم گیاهی و آب و هوا- در هوای نیمه ابری و صاف، ویژگی های گیاهی اقلیمی بارزتر است.

اهمیت رطوبت هوا برای تولیدات کشاورزی

بخار آب موجود در جو، همانطور که در فصل 2 ذکر شد، پراهمیتدر حفظ گرما در سطح زمین، زیرا گرمای ساطع شده از آن را جذب می کند. رطوبت هوا یکی از عناصر آب و هوایی است که برای تولیدات کشاورزی نیز قابل توجه است.

رطوبت هوا تأثیر زیادی روی گیاه دارد. تا حد زیادی شدت تعرق را تعیین می کند. در دماهای بالا و رطوبت کم (/"< 30 %) транспирация резко увеличивается и у растений возникает большой недостаток воды, что отражается на их росте и развитии. Например, отмечается недоразвитие генеративных органов, задерживается цветение.

رطوبت کم در دوره گلدهی باعث خشک شدن گرده و در نتیجه کوددهی ناقص می شود که مثلاً در غلات باعث ترانس دانه می شود. در طول دوره پر شدن دانه، هوای خشک بیش از حد منجر به این واقعیت می شود که دانه ضعیف می شود و عملکرد کاهش می یابد.

رطوبت کم در هوا منجر به میوه های کوچک، توت ها، انگور، شکل گیری ضعیف جوانه برای برداشت سال آینده و در نتیجه کاهش عملکرد می شود.

رطوبت هوا نیز بر کیفیت محصول تأثیر می گذارد. اشاره شد که رطوبت کم کیفیت الیاف کتان را کاهش می دهد، اما کیفیت پخت گندم و خواص فنی را افزایش می دهد. روغن بزرک، میزان قند موجود در میوه ها و غیره

کاهش رطوبت نسبی هوا با کمبود رطوبت خاک به ویژه نامطلوب است. اگر هوای گرم و خشک ادامه یابد مدت زمان طولانی، سپس گیاهان ممکن است خشک شوند.

افزایش طولانی مدت رطوبت (بیش از 80%) نیز بر رشد و نمو گیاهان تأثیر منفی دارد. رطوبت بیش از حد هوا باعث ایجاد ساختار سلولی بزرگ بافت گیاهی می شود که متعاقباً منجر به اسکان غلات می شود. در طول دوره گلدهی، چنین رطوبت هوا از گرده افشانی طبیعی گیاهان جلوگیری می کند و عملکرد را کاهش می دهد، زیرا بساک ها کمتر باز می شوند و پرواز حشرات کاهش می یابد.

افزایش رطوبت هوا شروع رسیدن کامل دانه را به تاخیر می اندازد، رطوبت دانه و کاه را افزایش می دهد که اولاً بر عملکرد ماشین های برداشت تأثیر منفی می گذارد و ثانیاً نیاز به هزینه های اضافی برای خشک کردن دانه دارد (جدول 5.2).

کاهش کسری اشباع به 3 hPa یا بیشتر منجر به توقف عملاً برداشت به دلیل شرایط نامناسب می شود.

در فصل گرم، افزایش رطوبت هوا به توسعه و گسترش تعدادی از بیماری های قارچی محصولات کشاورزی کمک می کند (بلیت دیررس سیب زمینی و گوجه فرنگی، کپک انگور، پوسیدگی سفید آفتابگردان، انواع مختلفزنگ زدگی محصولات غلات و غیره). تأثیر این عامل به ویژه با افزایش دما افزایش می یابد (جدول 5.3).

5.3. تعداد بوته‌های گندم بهاره سزیم 111 که تحت تأثیر لغزش قرار گرفته‌اند، بسته به رطوبت و دمای هوا (با، زمان‌بندی تعدادی از کارهای کشاورزی نیز به رطوبت هوا بستگی دارد: کنترل علف‌های هرز، تخم‌گذاری خوراک برای سیلو، تهویه انبارها، خشک‌کردن غلات. ، و غیره.

که در تعادل حرارتیبرای حیوانات مزرعه و انسان، تبادل حرارت با رطوبت هوا مرتبط است. در دمای هوای کمتر از 10 درجه سانتی گراد، افزایش رطوبت باعث افزایش انتقال حرارت از موجودات می شود و در دمای بالا سرعت آن را کاهش می دهد.

بخار آب

در بین گازهای واقعی، بخار آب جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص می دهد. در بسیاری از زمینه های فناوری بسیار گسترده شده است و به عنوان خنک کننده در آن استفاده می شود نیروگاه ها. بخار آب معمولاً در فشارها و دماهایی استفاده می شود که باید به عنوان یک گاز واقعی در نظر گرفته شود. بخار آب از دو طریق به دست می آید: تبخیر و آب جوش.

تبخیر فرآیند تشکیل بخار از آب است که فقط از سطح آزاد رخ می دهد. این فرآیند در هر دمایی رخ می دهد. در طول تبخیر، مولکول هایی با بالاترین انرژی جنبشی از سطح آب جدا شده و به فضای اطراف پرواز می کنند. در نتیجه بخار آب بالای مایع تشکیل می شود. شدت فرآیند تبخیر با افزایش دما افزایش می یابد.

جوشش فرآیند تشکیل بخار آب در کل حجم مایع است. هنگامی که به دمای معینی گرم می شود، حباب های بخار در داخل مایع تشکیل می شود که با اتصال به یکدیگر، به فضای اطراف پرواز می کنند. برای اینکه حباب بخار تشکیل شود و سپس رشد کند، لازم است که فرآیند تبخیر در داخل حباب ها اتفاق بیفتد و این تنها در صورتی امکان پذیر است که انرژی جنبشیمولکول های آب برای این کار به اندازه کافی بزرگ است. از آنجایی که انرژی جنبشی مولکول ها توسط دمای مایع تعیین می شود، بنابراین، جوشیدن در یک فشار خارجی معین می تواند فقط در یک دمای بسیار خاص شروع شود. این دما نقطه جوش یا دمای اشباع نامیده می شود و tb نشان داده می شود. نقطه جوش در یک فشار معین ثابت می ماند تا زمانی که تمام مایع به بخار تبدیل شود.

بخاری که در بالای سطح مایع در حال جوش ایجاد می شود، بخار اشباع نامیده می شود. بخار اشباع شده می تواند خشک یا مرطوب باشد. بخار اشباع خشک بخاری است که در بالای سطح مایع در حال جوش قرار دارد و حاوی قطرات معلق مایع نیست. بخار اشباع مرطوب یا بخار مرطوب، مخلوطی مکانیکی از بخار اشباع خشک و مایع در حال جوش است. یکی از ویژگی های بخار مرطوب درجه خشکی آن x است. درجه خشکی نسبت بخار اشباع خشک در بخار مرطوب است، یعنی. نسبت جرم بخار اشباع خشک در بخار مرطوب به جرم بخار مرطوب. مقدار 1-x درجه رطوبت یا رطوبت بخار اشباع مرطوب نامیده می شود. کسر جرمی مایع در حال جوش در هوای مرطوب. پارامترهایی که به طور کامل وضعیت بخار اشباع خشک یا مایع در حال جوش را تعیین می کنند دما یا فشار و درجه خشکی است.

اگر گرما به بخار اشباع خشک در غیاب مایع در حال جوش با فشار همان فشار بخار اشباع خشک تامین شود، آنگاه به بخار فوق گرم تبدیل می شود. دمای او شروع به افزایش خواهد کرد. بخار سوپرهیت بخاری است که بیشتر دارد درجه حرارت بالادر فشار معین نسبت به بخار اشباع خشک دمای بخار فوق گرم با حرف t مشخص می شود و اختلاف دما t–t n را درجه سوپرهیت یا بخار فوق گرم می گویند. با افزایش گرمایش بخار، حجم آن افزایش می یابد، فاصله بین مولکول ها افزایش می یابد و در نتیجه نیروهای جاذبه متقابل کاهش می یابد، یعنی. بخار فوق گرم در درجات بالاگرمای بیش از حد در خواص خود به یک گاز ایده آل نزدیک می شود. پارامترهایی که وضعیت بخار فوق گرم را تعیین می کنند، فشار و دما (یا حجم خاص) خواهند بود.

فرآیند برعکس تبخیر است، یعنی. فرآیند تبدیل بخار به مایع، فرآیند تراکم نامیده می شود.

بخار آب فاز گازی آب است

بخار آبنه تنها شکل می گیرد. این اصطلاح در مورد مه نیز صدق می کند.

مه بخاری است که به دلیل قطرات آب که در حضور یک خنک کننده هوا تشکیل می شود قابل مشاهده می شود - بخار متراکم می شود.

با بیشتر فشارهای پایینبه عنوان مثال، در جو فوقانی یا در قسمت بالایی کوه های بلند، آب در دمای کمتر از 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) اسمی خود می جوشد. وقتی بیشتر گرم شود تبدیل به بخار فوق گرم می شود.

بخار آب به عنوان یک گاز فقط می تواند حاوی مقدار مشخصی بخار آب باشد (مقدار آن بستگی به دما و فشار دارد).

تعادل بخار-مایعحالتی است که در آن مایع و بخار (فاز گاز) با یکدیگر در تعادل هستند، حالتی است که سرعت تبخیر (تبدیل مایع به بخار) برابر با سرعت تراکم (تبدیل بخار به مایع) در سطح مولکولی، که به طور کلی به معنای «بخار آب» است. اگرچه در تئوری می توان تعادل را در یک فضای نسبتا بسته به دست آورد، اما آنها برای مدت زمان کافی بدون هیچ گونه تداخل یا تداخل بیرونی با یکدیگر در تماس هستند. وقتی گاز آن را جذب کرد بیشترین مقدارگفته می شود که در تعادل بخار مایع است، اما اگر آب بیشتری داشته باشد به عنوان بخار مرطوب توصیف می شود.

آب، بخار آب و خواص آنها بر روی زمین

• کلاهک های یخی قطبی در مریخ
• تیتانیوم
• اروپا
• حلقه های زحل
• انسلادوس
• پلوتون و شارون
• دنباله دارها و دنباله دارها منبع جمعیت هستند (کمربند کویپر و اجرام ابر اورت).

آب یخ ممکن است در سرس و تتیس وجود داشته باشد. آب و سایر مواد فرار احتمالاً بیشتر ساختارهای داخلی اورانوس و نپتون را تشکیل می‌دهند و آب در لایه‌های عمیق‌تر ممکن است به شکل آب یونی باشد که در آن مولکول‌ها به سوپ یون‌های هیدروژن و اکسیژن و عمیق‌تر به صورت سوپریونیک تجزیه می‌شوند. آب، که در آن اکسیژن متبلور می شود، اما یون های هیدروژن آزادانه در داخل شبکه اکسیژن شناور هستند.

برخی از مواد معدنی ماه حاوی مولکول های آب هستند. به عنوان مثال، در سال 2008، یک دستگاه آزمایشگاهی که ذرات را جمع آوری و شناسایی می کند، مقادیر کمی از ترکیبات را در مرواریدهای آتشفشانی که توسط خدمه آپولو 15 در سال 1971 از ماه به زمین آورده شده بود، یافت. ناسا از کشف مولکول‌های آب در فضاپیمای چاندرایان-1 سازمان هند خبر داد. تحقیقات فضاییدر سپتامبر 2009

برنامه های Steam

بخار در طیف گسترده ایصنایع کاربردهای متداول بخار، به عنوان مثال، شامل گرمایش با بخار فرآیندها در کارخانه‌ها و کارخانه‌ها و توربین‌های محرک بخار در نیروگاه‌ها است.

در اینجا چند کاربرد معمولی برای بخار در صنعت آورده شده است: گرمایش / استریل کردن، حرکت / درایو، اتمیزه کردن، تمیز کردن، رطوبت ...

رابطه آب و بخار، فشار و دما

اشباع بخار (خشک) نتیجه فرآیندی است که در آن آب تا نقطه جوش گرم می شود و سپس تبخیر می شود و گرمای اضافی آزاد می شود (گرمای نهان).

اگر این بخار بیشتر از نقطه اشباع گرم شود، بخار به بخار فوق گرم تبدیل می شود (گرمایش واقعی).

بخار اشباع شده

بخار اشباع شدهدر دماها و فشارهایی که بخار (گاز) و آب (مایع) می توانند با هم وجود داشته باشند تشکیل می شود. به عبارت دیگر زمانی اتفاق می افتد که سرعت تبخیر آب برابر با سرعت تراکم باشد.

مزایای استفاده از بخار اشباع برای گرمایش

بخار اشباع دارای خواص زیادی است که آن را به یک منبع عالی گرما تبدیل می کند، به ویژه در دماهای 100 درجه سانتی گراد (212 درجه فارنهایت) و بالاتر.

بخار مرطوب

این رایج ترین شکل بخار است که اکثر گیاهان واقعاً تجربه می کنند. هنگامی که بخار با استفاده از دیگ بخار تولید می شود، معمولاً حاوی رطوبت مولکول های آب تبخیر نشده است که به بخار توزیع شده منتقل می شود. حتی بهترین دیگ ها می توانند بخار حاوی 3 تا 5 درصد رطوبت را آزاد کنند. هنگامی که آب به حالت اشباع می رسد و شروع به تبخیر می کند، مقداری آب معمولاً به صورت غبار یا قطرات ته نشین می شود. این یکی از دلایل اصلی ایجاد میعان از بخارات توزیع شده است.

بخار فوق گرم

بخار فوق گرمبا حرارت دادن بیشتر بخار مرطوب یا اشباع شده فراتر از نقطه بخار اشباع شده ایجاد می شود. این بخار تولید می کند که دمای بالاتر و چگالی کمتری نسبت به بخار اشباع با فشار یکسان دارد. بخار فوق گرم عمدتاً در موتور/درایو توربین استفاده می شود و معمولاً برای انتقال حرارت استفاده نمی شود.

آب فوق بحرانی

آب فوق بحرانی آب در حالتی است که از نقطه بحرانی خود فراتر می رود: 22.1 مگاپاسکال، 374 درجه سانتی گراد (3208 PSIA، 705 درجه فارنهایت). در نقطه بحرانی، گرمای نهان بخار صفر است و حجم مخصوص آن چه در حالت مایع و چه در حالت گاز دقیقاً یکسان است. به عبارت دیگر، آبی که در فشار و دمای بالاتر از نقطه بحرانی است، در حالت غیرقابل تشخیصی قرار دارد که نه مایع است و نه گاز.

آب فوق بحرانی برای به حرکت درآوردن توربین ها در نیروگاه هایی که نیاز به راندمان بالاتری دارند، استفاده می شود. تحقیقات در مورد آب فوق بحرانی با تاکید بر استفاده از آن به عنوان سیالی که دارای خواص مایع و گاز است و به ویژه مناسب بودن آن به عنوان حلال برای واکنش های شیمیایی انجام می شود.

حالات مختلف آب

آب های غیر اشباع

این آب در قابل تشخیص ترین حالت خود است. حدود 70 درصد وزن بدن انسان از آب است. در حالت مایع، آب دارای پیوندهای هیدروژنی پایدار در مولکول آب است. آبهای غیراشباع ساختارهای نسبتا فشرده، متراکم و پایداری دارند.

بخار اشباع شده

مولکول های بخار اشباع شده نامرئی هستند. هنگامی که بخار اشباع وارد اتمسفر می شود و از لوله ها تهویه می شود، مقداری از آن متراکم می شود و گرمای خود را به هوای اطراف منتقل می کند و ابرهایی از بخار سفید (قطرات ریز آب) تشکیل می شود. هنگامی که بخار شامل این قطرات ریز باشد، بخار مرطوب نامیده می شود.

در یک سیستم بخار، جریان های بخار که از تله های بخار می آیند اغلب به اشتباه بخار اشباع نامیده می شوند، در حالی که در واقع بخار فلاش است. تفاوت بین آنها این است که بخار اشباع شده بلافاصله در خروجی لوله نامرئی است، در حالی که ابر بخار حاوی قطرات قابل مشاهده آب است که بلافاصله در آن ایجاد می شود.

بخار فوق گرم

بخار فوق گرم حتی اگر با اتمسفر تماس پیدا کند و تحت تأثیر تغییرات دما قرار گیرد متراکم نمی شود. در نتیجه هیچ ابر بخاری تشکیل نمی شود.

بخار سوپرهیت گرمای بیشتری نسبت به بخار اشباع در همان فشار حفظ می‌کند و مولکول‌های آن سریع‌تر حرکت می‌کنند، بنابراین چگالی کمتری دارد (یعنی حجم مخصوص آن بزرگ‌تر است).

آب فوق بحرانی

اگرچه نمی توان با مشاهده بصری تشخیص داد، اما آب به شکلی است که نه مایع است و نه گاز. دید کلیدارای حرکت مولکولی نزدیک به گاز و چگالی نزدیکتر به چگالی مایع است.

اگرچه با مشاهده بصری نمی توان گفت که آب در چه شکلی است، اما نه مایع است و نه گاز. ایده کلی این است که حرکت مولکولی نزدیک به حرکت یک گاز است و چگالی چنین آبی به چگالی یک مایع نزدیک‌تر است.