Su ve su buharı. Su buharı suyun gaz halidir.

Bir maddenin gerçek gaz durumu ile sıvı durumu arasındaki ara durumuna genellikle denir. buharlı ya da sadece feribot. Sıvının buhara dönüşümü faz geçişi bir toplanma durumundan diğerine. Faz geçişi sırasında ani bir değişim gözlenir fiziki ozellikleri maddeler.

Bu tür faz geçişlerine örnek olarak süreç kaynamak Görünüşüyle ​​akıcı ıslak doymuş buhar ve bunun ardından nemsiz ortama geçiş kuru doymuş buhar veya ters kaynatma işlemi yoğunlaşma doymuş buhar.

Kuru doymuş buharın temel özelliklerinden biri, ona daha fazla ısı verilmesinin buharın sıcaklığında bir artışa, yani aşırı ısıtılmış buhar durumuna geçişine ve ısının uzaklaştırılmasının ıslak duruma geçişe yol açmasıdır. doymuş buhar. İÇİNDE

Suyun faz durumları

Şekil 1. T, s koordinatlarında su buharının faz diyagramı.

BölgeBEN – gaz hali(gerçek bir gazın özelliklerine sahip aşırı ısıtılmış buhar);

BölgeII– suyun ve doymuş su buharının denge durumu (iki fazlı durum). Bölge II'ye buharlaşma bölgesi de denir;

BölgeIII– sıvı hal (su). Bölge III, EK izotermiyle sınırlıdır;

BölgeIV– katı ve sıvı fazların denge durumu;

BölgeV- katı hal;

Bölge III, II ve I ayrıldı sınır çizgileri AK ( sol çizgi) ve KD (sağ çizgi). AK ve KD sınır çizgileri için ortak K noktası özel özelliklere sahiptir ve denir. kritik nokta. Bu noktanın parametreleri var Pcr, vcr Ve T cr Kaynayan suyun iki fazlı bölgeyi atlayarak aşırı ısıtılmış buhara dönüştüğü yer. Sonuç olarak Tcr'nin üzerindeki sıcaklıklarda su bulunamaz.

Kritik nokta K aşağıdaki parametrelere sahiptir:

Pcr= 22,136 MPa; vcr= 0,00326 m3 /kg; Tcr= 374,15 °C.

Değerler p, t, v Ve S her iki sınır çizgisi için de su buharının termodinamik özelliklerine ilişkin özel tablolarda verilmiştir.

Sudan su buharı elde etme işlemi

Şekil 2 ve 3, suyun kaynama noktasına kadar ısıtılması, buhar oluşumu ve buharın aşırı ısıtılması işlemlerini göstermektedir. p, v- Ve T, s-diyagramlar.

Basınç altındaki sıvı suyun başlangıç ​​durumu P 0 ve 0 °C sıcaklığa sahip olan diyagramlarda gösterilmiştir. p, v Ve T, s nokta A. Isı verildiğinde P= sıcaklığı artar ve özgül hacmi artar. Bir noktada suyun sıcaklığı kaynama noktasına ulaşır. Bu durumda durumu bir nokta ile gösterilir B. Daha fazla ısı sağlanmasıyla buharlaşma hacimde güçlü bir artışla başlar. Bu durumda, iki fazlı bir ortam oluşur - adı verilen su ve buhar karışımı ıslak doymuş buhar. Isı, sıvı fazın buharlaşmasına harcandığından karışımın sıcaklığı değişmez. Bu aşamadaki buharlaşma süreci izobarik-izotermaldir ve şemada bölüm olarak gösterilmiştir. M.Ö. Daha sonra bir noktada tüm su buhara dönüşür. kuru doymuş. Bu durum diyagramda bir nokta ile gösterilir C.

Şekil 2. Su ve su buharı için P, v diyagramı.

Şekil 3. Su ve su buharı için T, s diyagramı.

Daha fazla ısı beslemesi ile buharın sıcaklığı artacak ve buharın aşırı ısınma süreci meydana gelecektir. c-d. Nokta D aşırı ısınmış buharın durumunu gösterir. Nokta mesafesi D noktadan İle aşırı ısıtılmış buharın sıcaklığına bağlıdır.

Su ve buharın farklı durumlarına ilişkin miktarları gösteren indeksleme:

• “0” indeksli değer suyun başlangıç ​​durumunu ifade eder;
• “′” indeksli değer, kaynama (doyma) sıcaklığına kadar ısıtılan suyu ifade eder;
• “″” indeksli değer kuru doymuş buharı ifade eder;
• endeksli miktar " X» ıslak doymuş buharı ifade eder;
• indekssiz değer kızgın buharı ifade eder.

Buharlaşma süreci daha fazla yüksek tansiyon p 1 > p 0 noktanın şu olduğu belirtilebilir A, Suyun 0 ° C sıcaklıkta ve yeni bir basınçta başlangıç ​​​​durumunu gösteren, suyun özgül hacmi neredeyse basınçtan bağımsız olduğundan pratik olarak aynı dikeyde kalır.

Nokta B'(suyun doyma sıcaklığındaki durumu) sağa doğru kayar. p, v-diyagram ve yükselir T'ler-diyagram. Bunun nedeni, basınç arttıkça doyma sıcaklığının ve dolayısıyla suyun özgül hacminin artmasıdır.

Nokta C'(kuru doymuş buhar durumu) sola kayar, çünkü artan basınçla birlikte sıcaklıktaki artışa rağmen spesifik buhar hacmi azalır.

Birçok noktayı birleştirme B Ve C en farklı baskılar alt ve üst sınır eğrilerini verir tamam Ve kc.İtibaren p, v- Diyagram, basınç arttıkça belirli hacimlerdeki farkın arttığını göstermektedir v″ Ve v′ azalır ve bir miktar basınçta olur sıfıra eşit. Kritik olarak adlandırılan bu noktada sınır eğrileri birleşir. tamam Ve kc. Noktaya karşılık gelen durum k, isminde kritik.İçinde buhar ve suyun aynı spesifik hacimlere sahip olması ve özelliklerinde birbirinden farklı olmaması ile karakterize edilir. Eğrisel bir üçgende yer alan bölge bkc(V p, v-diyagram), nemli doymuş buhara karşılık gelir.

Aşırı ısıtılmış buharın durumu, üst sınır eğrisinin üzerinde yer alan noktalarla temsil edilir kc.

Açık T, s-diyagram alanı 0 karın kasları sıvı suyu doyma sıcaklığına kadar ısıtmak için gereken ısı miktarına karşılık gelir.

Sağlanan ısı miktarı, J/kg, buharlaşma ısısına eşittir R, alana göre ifade edilir s'bcs, ve bunun için aşağıdaki ilişki geçerlidir:

R = T(s″ — s′).

Su buharının aşırı ısıtılması sürecinde sağlanan ısı miktarı alanla temsil edilir. s″cd'ler.

Açık T, s Diyagram, basınç arttıkça buharlaşma ısısının azaldığını ve kritik noktada sıfıra eşit olduğunu göstermektedir.

Genellikle T, s-diyagram teorik araştırmalarda kullanılır, çünkü pratik kullanımısı miktarlarının eğrisel şekillerin alanlarıyla ifade edilmesi gerçeği nedeniyle büyük ölçüde karmaşıktır.

Termodinamik ders notlarımdaki materyallere ve “Enerjinin Temelleri” ders kitabına dayanmaktadır. Yazar G. F. Bystritsky. 2. baskı, rev. ve ek - M.: KNORUS, 2011. - 352 s.

Buharlaşma, buharlaşan ve havaya giren su buharı miktarıdır. Buharlaşma hızı birçok faktöre bağlıdır, ancak esas olarak hava sıcaklığına ve rüzgara bağlıdır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa buharlaşmanın da o kadar fazla olacağı açıktır. Ancak su buharına doymuş havayı sürekli hareket ettirerek belirli bir yere yeni ve yeni hacimlerde kuru hava getirir. Eşit hafif rüzgar 2-3 m/s hız buharlaşmayı üç kat artırır. Buharlaşma ayrıca doğadan, bitki örtüsünden vb. etkilenir.

Ancak belirli bir alandaki nem eksikliği nedeniyle buharlaşma, belirli koşullar altında olabileceğinden önemli ölçüde daha azdır. Belirli koşullar altında buharlaşabilen su miktarına buharlaşma denir. Başka bir deyişle buharlaşma, belirli bir alandaki potansiyel buharlaşmadır ve çoğunlukla bir buharlaştırıcı kullanılarak veya büyük bir doğal (tatlı su) rezervuarın açık su yüzeyinden veya aşırı nemli topraktan buharlaşma yoluyla belirlenir.

Buharlaşma gibi buharlaşma da milimetre buharlaşmış su katmanı (mm) cinsinden ifade edilir; belirli bir süre için - mm/yıl, vb.

Açık yeryüzü Birbirine zıt iki süreç sürekli olarak meydana gelir: yağış yoluyla alan ve buharlaşma yoluyla kurutulması. Ancak bir alandaki nem derecesi, yağış ve buharlaşma oranıyla belirlenir. Bölgenin nemlendirilmesi, yağış miktarının (Q) buharlaşmaya (I) oranı olarak anlaşılan nemlendirme katsayısı (K) ile karakterize edilir: K = (K, bir birimin kesirleri olarak ifade edilirse - bir kesir) ve K = %100 (yüzde olarak ise). Örneğin Avrupa'da yağış 300 mm, buharlaşma ise yalnızca 200 mm'dir, yani. yağış buharlaşmayı 1,5 kat aşıyor; nemlendirme katsayısı 1,5 veya %150'dir.

K > 1 veya > %100 olduğunda nemlendirme aşırıdır; K = 1 veya %100 olduğunda normaldir; K olduğunda yetersiz< 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.

Mutlak nem (a), havadaki gerçek su buharı miktarıdır. şu an, g/m3 cinsinden ölçülür. Davranış mutlak nem Yüzde olarak ifade edilen maksimuma bağıl nem (f) denir, yani. f =%100. Maksimum neme sahip havaya doymuş denir. Buna karşılık doymamış hava hala su buharını absorbe etme yeteneğine sahiptir. Bununla birlikte, doymuş hava ısıtıldığında doymamış hale gelir ve soğutulduğunda aşırı doygun hale gelir. İkinci durumda başlar. Yoğuşma, fazla su buharının yoğunlaşarak sıvı hale geçmesi, küçük su damlacıklarının oluşmasıdır. Hem doymuş hem de doymamış hava, yükseldikçe aşırı derecede soğuduğundan aşırı doygun hale gelebilir. Belirli bir konumdaki toprağın soğuması ve sıcak havanın soğuk bir alana nüfuz etmesi durumunda da soğutma mümkündür.

Yoğuşma sadece havada değil, aynı zamanda dünya yüzeyinde ve nesnelerde de meydana gelebilir. Bu durumda şartlara bağlı olarak çiy, don, sis ve buz oluşur. Çiy ve don, açık ve sessiz bir gecede, özellikle sabahın erken saatlerinde, Dünya yüzeyinin ve nesnelerinin soğuduğu sırada oluşur. Daha sonra havadaki nem yüzeylerinde yoğunlaşır. Aynı zamanda negatif sıcaklıklar don oluşur; pozitif olduğunda çiy oluşur. Soğuk hava sıcak bir yüzeye gelirse veya sıcak hava aniden soğursa sis oluşabilir. Sanki havada asılı duruyormuş gibi küçük damlacıklardan veya kristallerden oluşur. Çok kirli havada, dumanla karışık sis veya pus oluşur - duman. Aşırı soğumuş yağmur damlaları 0°C'nin altında ve 0 ila -3°C sıcaklıktaki bir yüzeye düştüğünde bir katman oluşur. yoğun buz, dünyanın yüzeyinde ve nesnelerin üzerinde, özellikle rüzgar tarafındaki buzda büyüyor. Bu, aşırı soğumuş yağmur, sis veya çiseleyen yağmur damlalarının donmasından kaynaklanır. Buz kabuğu birkaç santimetre kalınlığa ulaşabilir ve gerçek bir felakete dönüşebilir: yayalar, araçlar için tehlikeli hale gelir, ağaç dalları kırılır, kablolar kırılır vb.

Diğer nedenler denilen bir olguya neden olur. Siyah buz genellikle, soğuk havanın başlamasıyla birlikte sıcaklığın 0°C'nin altına düşmesiyle oluşan bir çözülme veya yağmurdan sonra meydana gelir. Islak karın donması, yağmur veya çiseleme meydana gelir. Kara buz, bu sıvı yağışın dünyanın aşırı soğutulmuş bir yüzeyine düşmesiyle de oluşur ve bu da onun donmasına neden olur. Dolayısıyla sır, ıslak karların donması veya sıvı yağışlar sonucu oluşan dünya yüzeyindeki buzdur.

Yükselen havanın soğuması nedeniyle su buharının yoğunlaşması sonucu oluşurlar. Oluşumlarının yüksekliği sıcaklığa ve bağıl nem hava. Doygunluğun tamamlandığı yüksekliğe (yoğunlaşma düzeyi) ulaştığında yoğunlaşma ve bulut oluşumu başlar. Bulutlar içeride sürekli hareket ve küçük damlacıklardan veya kristallerden oluşabilir, ancak çoğunlukla karıştırılırlar. Şekillerine göre üç ana bulut türü vardır: cirrus, stratus ve kümülüs. Cirrus - üst katmanın bulutları (6000 m'nin üzerinde), yarı saydam ve küçük buz kristallerinden oluşur. Yağış onlardan düşmez. Stratus - orta (2000 ila 6000 m arası) ve alt (2000 m'nin altında) katmanların bulutları. Temel olarak genellikle uzun süreli ve sürekli yağış verirler. Kümülüs bulutları alt katmanda oluşarak çok yüksek rakımlara ulaşabilir. Genellikle kulelere benzerler ve altta damlacıklardan, üstte ise kristallerden oluşurlar. Sağanak yağmur, dolu ile ilişkilidirler.

ATMOSFERDEKİ SU BUHARI

HAVA NEMİ. ATMOSFERDEKİ SU BUHARI İÇERİĞİNİN ÖZELLİKLERİ

Nem, atmosferdeki su buharının içeriğidir. Su buharı dünya atmosferinin en önemli bileşenlerinden biridir.

Su buharı, rezervuarların, toprak, kar, buz ve bitki örtüsünün yüzeyinden suyun buharlaşması nedeniyle sürekli olarak atmosfere girmekte ve dünya yüzeyine gelen güneş ışınımının ortalama% 23'ünü tüketmektedir.

Atmosferde ortalama 1,29 1013 ton nem (su buharı ve sıvı su) bulunur ve bu da 25,5 mm'lik bir su tabakasına eşdeğerdir.

Hava nemi şu büyüklüklerle karakterize edilir: mutlak nem, kısmi su buharı basıncı, doymuş buhar basıncı, bağıl nem, su buharının doyma açığı, çiğlenme noktası sıcaklığı ve özgül nem.

Mutlak nem a (g/m3) - 1 m3 havada bulunan, gram cinsinden ifade edilen su buharı miktarı.

Su buharının kısmi basıncı (esnekliği) e - havadaki su buharının milimetre cinsinden ölçülen gerçek basıncı Merkür(mm Hg), milibar (mb) ve hektopaskal (hPa). Su buharı basıncına genellikle mutlak nem denir. Ancak bunların karıştırılması farklı kavramlar imkansız çünkü farklı yansıtıyorlar fiziksel özellikler atmosferik hava.

Doymuş su buharı basıncı veya doyma esnekliği, E - belirli bir sıcaklıkta kısmi basıncın mümkün olan maksimum değeri; e ile aynı birimlerde ölçülür. Doygunluk esnekliği artan sıcaklıkla birlikte artar. Bu, daha yüksek sıcaklıkta havanın daha düşük sıcaklıkta olduğundan daha fazla su buharı tutabileceği anlamına gelir.

Bağıl nem f, havada bulunan su buharının kısmi basıncının, belirli bir sıcaklıkta doymuş su buharı basıncına oranıdır. Genellikle tam sayılara uygun bir yüzde olarak ifade edilir:

Bağıl nem, havanın su buharına doyma derecesini ifade eder.

Su buharının doygunluk açığı (doygunluk eksikliği) d - doyma esnekliği ile su buharının gerçek esnekliği arasındaki fark:

= e- e.

Doygunluk açığı e ve E değerleriyle aynı birimlerle ve aynı doğrulukla ifade edilir. Bağıl nemin artmasıyla doygunluk açığı azalır ve / = %100'de sıfıra eşit olur.

E hava sıcaklığına ve e - içindeki su buharı içeriğine bağlı olduğundan, doygunluk açığı havanın ısı ve nem içeriğini yansıtan karmaşık bir değerdir. Bu, tarımsal bitkilerin büyüme koşullarını değerlendirmek için doyma açığının diğer nem özelliklerine göre daha yaygın olarak kullanılmasına olanak tanır.

Çiy noktası td (°C), belirli bir basınçta havada bulunan su buharının, kimyasal olarak saf, düz bir su yüzeyine göre doyma durumuna ulaştığı sıcaklıktır. /= %100'de gerçek sıcaklık hava çiğlenme noktasına denk gelir. Çiy noktasının altındaki sıcaklıklarda sis, bulut oluşumu ile su buharının yoğuşması başlar ve dünya ve cisimlerin yüzeyinde çiy, don ve kırağı oluşur.

Spesifik nem q (g/kg) - 1 kg nemli havada bulunan gram cinsinden su buharı miktarı:

Q= 622 e/R,

burada e su buharı basıncıdır, hPa; R- Atmosfer basıncı, hPa.

Spesifik nem, örneğin çiftlik hayvanlarının solunum organlarının yüzeyinden buharlaşmayı belirlerken ve karşılık gelen enerji maliyetlerini belirlerken zoometeorolojik hesaplamalarda dikkate alınır.

İRTİFA İLE ATMOSFERDEKİ HAVA NEMİNİN ÖZELLİKLERİNDEKİ DEĞİŞİMLER

En büyük miktarda su buharı, buharlaşan yüzeye doğrudan bitişik olan alt hava katmanlarında bulunur. Su buharı, türbülanslı difüzyonun bir sonucu olarak üstteki katmanlara nüfuz eder

Su buharının üstteki katmanlara nüfuz etmesi, havadan 1,6 kat daha hafif olması (0 °C'de su buharının kuru havaya göre yoğunluğu 0,622'dir) ve dolayısıyla su buharı ile zenginleştirilmiş havanın daha az yoğun olmasıyla kolaylaştırılır. yukarı doğru yükselme eğilimindedir.

Su buharı basıncının dikey dağılımı, basınç ve sıcaklığın yükseklikle değişmesine, yoğunlaşma ve bulut oluşumu süreçlerine bağlıdır. Bu nedenle, su buharının elastikiyetinde yükseklikle birlikte meydana gelen değişikliklerin kesin modelini teorik olarak belirlemek zordur.

Su buharının kısmi basıncı, yükseklik arttıkça atmosfer basıncından 4...5 kat daha hızlı azalır. Zaten 6 km yükseklikte, su buharının kısmi basıncı deniz seviyesinden 9 kat daha azdır. Bu durum, aktif yüzeyden buharlaşma ve türbülans nedeniyle difüzyon sonucu su buharının sürekli olarak atmosferin yüzey katmanına girmesiyle açıklanmaktadır. Ek olarak, hava sıcaklığı yükseklikle birlikte azalır ve su buharının olası içeriği sıcaklıkla sınırlıdır, çünkü azalması buharın doygunluğunu ve yoğunlaşmasını teşvik eder.

Buhar basıncının yükseklikle azalması, artışıyla değişebilir. Örneğin bir inversiyon katmanında buhar basıncı genellikle yükseklikle birlikte artar.

Bağıl nem dikey olarak eşit olmayan bir şekilde dağılır, ancak ortalama olarak yükseklik arttıkça azalır. Yaz günlerinde atmosferin yüzey katmanında hava sıcaklığının hızlı bir şekilde düşmesi nedeniyle yükseklikle birlikte hafifçe artar, daha sonra su buharı arzının azalması nedeniyle azalmaya başlar ve bulut oluşum katmanında tekrar %100'e yükselir. Ters çevrilme katmanlarında artan sıcaklığın bir sonucu olarak yükseklikle keskin bir şekilde azalır. Bağıl nem özellikle 2...3 km yüksekliğe kadar dengesiz bir şekilde değişir.

HAVA NEMİNİN GÜNLÜK VE YILLIK DEĞİŞİMİ

Atmosferin yüzey katmanında, sıcaklıktaki periyodik değişikliklere bağlı olarak nem içeriğinde iyi tanımlanmış günlük ve yıllık değişiklikler vardır.

Okyanuslar, denizler ve kıyı bölgelerindeki su buharı basıncı ve mutlak nemin günlük değişimi, su ve hava sıcaklığının günlük değişimine benzer: minimum gün doğumundan önce ve maksimum 14...15 saatte. günün bu saatinde buharlaşma çok zayıf (veya hiç yok). Gün içinde sıcaklık arttıkça ve buna bağlı olarak buharlaşma arttıkça havadaki nem oranı da artar. Kışın kıtalar üzerindeki su buharı basıncının günlük değişimi aynıdır.

Kıtaların iç kesimlerindeki sıcak mevsimde, nem içeriğinin günlük değişimi çift dalga şeklini alır (Şekil 5.1). İlk minimum, minimum sıcaklıkla birlikte sabahın erken saatlerinde meydana gelir. Güneş doğduktan sonra aktif yüzeyin sıcaklığı artar, buharlaşma hızı artar ve içindeki su buharı miktarı artar. alt katman atmosfer hızla büyüyor. Bu büyüme, buharın alttan üst katmanlara aktarımı üzerinde buharlaşma hakim olana kadar 8...10 saate kadar devam eder. 8...10 saat sonra türbülanslı karışımın yoğunluğu artar ve bu nedenle su buharı hızla yukarıya doğru aktarılır. Su buharının bu çıkışı artık buharlaşma ile telafi edilecek zamana sahip değildir, bunun sonucunda nem içeriği ve dolayısıyla yüzey katmanındaki su buharının esnekliği azalır ve 15...16 saatte ikinci bir minimuma ulaşır. Akşam saatlerinde türbülans zayıflarken, oldukça yoğun bir şekilde su buharının buharlaşma yoluyla atmosfere verilmesi halen devam ediyor. Havadaki buhar basıncı ve mutlak nem artmaya başlar ve 20...22 saatte ikinci bir maksimuma ulaşır. Geceleri buharlaşma neredeyse durur ve bu da su buharı içeriğinin azalmasına neden olur.

Su buharı basıncının ve mutlak nemin yıllık değişimi, hem okyanus hem de kara üzerindeki hava sıcaklığının yıllık değişimiyle örtüşmektedir. Kuzey Yarımküre'de havadaki nem içeriği maksimum Temmuz ayında, minimum ise Ocak ayında görülmektedir. Örneğin, St. Petersburg'da Temmuz ayında ortalama aylık buhar basıncı 14,3 hPa ve Ocak ayında - 3,3 hPa'dır.

Bağıl nemin günlük değişimi buhar basıncına ve doyma basıncına bağlıdır. Buharlaşan yüzeyin sıcaklığı arttıkça buharlaşma hızı artar ve dolayısıyla e artar, ancak E e'den çok daha hızlı artar, bu nedenle yüzey sıcaklığının artmasıyla ve bununla birlikte hava sıcaklığının bağıl nemi azalır [bkz. formül (5.1)]. Sonuç olarak, dünya yüzeyine yakın seyri, yüzey ve hava sıcaklığının seyrinin tersi olduğu ortaya çıkıyor: maksimum bağıl nem gün doğumundan önce ve minimum 15:00'te meydana geliyor (Şekil 5.2). Günlük düşüşü özellikle yaz aylarında kıtalarda belirgindir, buharın yukarı doğru türbülanslı difüzyonu sonucu yüzeydeki E azalır ve hava sıcaklığındaki artış nedeniyle E artar. Bu nedenle kıtalardaki bağıl nemdeki günlük dalgalanmaların büyüklüğü su yüzeylerindekinden çok daha fazladır.

Yıllık döngüde bağıl hava nemi de kural olarak sıcaklık eğilimiyle ters orantılı olarak değişir. Örneğin, St. Petersburg'da mayıs ayında bağıl nem ortalama %65, Aralık ayında ise %88'dir (Şekil 5.3). Muson iklimine sahip bölgelerde, minimum bağıl nem kışın, maksimum ise yaz aylarında nemli deniz hava kütlelerinin karaya taşınması nedeniyle oluşur: örneğin, Vladivostok'ta yazın / = %89, kışın / = 68 %.

Su buharının doyma açığının seyri hava sıcaklığının seyrine paraleldir. Gün boyunca açık en fazla 14...15 saatte, en küçüğü ise güneş doğmadan önce görülür. Yıl boyunca su buharının doygunluk açığı en fazla maksimuma ulaşır. sıcak ay ve en azından en soğukta. Rusya'nın kurak bozkır bölgelerinde yaz aylarında saat 13:00'te yıllık 40 hPa'yı aşan bir doygunluk açığı gözlenmektedir. St. Petersburg'da su buharı doygunluk açığı Haziran ayında ortalama 6,7 ​​hPa, Ocak ayında ise yalnızca 0,5 hPa'dır.

BİTKİ KAPASİTESİNDE HAVA NEMİ

Bitki örtüsünün hava nemi üzerinde büyük etkisi vardır. Bitkiler buharlaşır çok sayıda su ve böylece atmosferin zemin katmanını su buharı ile zenginleştirir, çıplak yüzeye kıyasla havanın nem içeriğinde artış gözlenir. Bu aynı zamanda bitki örtüsü nedeniyle rüzgar hızının azalması ve dolayısıyla buharın türbülanslı difüzyonu ile de kolaylaştırılır. Bu özellikle gündüz saatlerinde belirgindir. Açık yaz günlerinde ağaç tepelerinin içindeki buhar basıncı, açık alana göre 2...4 hPa daha fazla, hatta bazı durumlarda 6...8 hPa olabilir. Tarımsal fitosenozlar içinde, buhar alanına kıyasla buhar basıncını 6...11 hPa artırmak mümkündür. Akşam ve gece saatlerinde bitki örtüsünün nem içeriğine etkisi daha azdır.

Bitki örtüsünün bağıl nem üzerinde de büyük etkisi vardır. Yani, açık yaz günlerinde, çavdar ve buğday mahsullerinin içindeki bağıl nem, açık alana göre %15...30 daha yüksektir ve uzun mahsullerin (mısır, ayçiçeği, kenevir) mahsullerinde - 20.. Çıplak toprağa göre %0,30 daha yüksek. Mahsullerde en yüksek bağıl nem, bitkilerin gölgelediği toprak yüzeyinde, en düşük ise yaprakların üst kademesinde görülür (Tablo 5.1). Bağıl nem ve doygunluk açığının dikey dağılımı

Buna göre, mahsullerdeki su buharının doyma açığı, çıplak toprağa göre önemli ölçüde daha azdır. Dağılımı, yaprakların üst kademesinden alt kademeye doğru bir azalma ile karakterize edilir (bkz. Tablo 5.1).

Daha önce bitki örtüsünün radyasyon rejimini (bkz. Bölüm 2), toprak ve hava sıcaklığını (bkz. Bölüm 3 ve 4) önemli ölçüde etkilediği ve bunları açık bir yere kıyasla önemli ölçüde değiştirdiği belirtilmişti; bitki topluluğu kendi özel meteorolojik rejimi oluşur - fitoklim. Ne kadar güçlü bir şekilde ifade edildiği, bitkilerin türüne, alışkanlığına ve yaşına, ekim yoğunluğuna ve ekim (dikim) yöntemine bağlıdır.

Bitki iklimini etkiler ve hava durumu- Parçalı bulutlu ve açık havalarda fitoklimsel özellikler daha belirgindir.

TARIMSAL ÜRETİMDE HAVA NEMİNİN ÖNEMİ

Atmosferde bulunan su buharı, Bölüm 2'de belirtildiği gibi, büyük önem Yaydığı ısıyı emdiği için dünya yüzeyindeki ısıyı korur. Hava nemi tarımsal üretim için de gerekli olan hava unsurlarından biridir.

Hava nemi bitki üzerinde büyük etkiye sahiptir. Büyük ölçüde terlemenin yoğunluğunu belirler. Yüksek sıcaklıklarda ve düşük nemde (/"< 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.

Çiçeklenme dönemindeki düşük nem, polenlerin kurumasına ve bunun sonucunda da örneğin tahıllarda transgrain'e neden olan eksik gübrelemenin oluşmasına neden olur. Tane dolumu döneminde aşırı kuru hava, tanenin cılızlaşmasına ve verimin düşmesine neden olur.

Havadaki düşük nem içeriği, küçük meyveli meyvelere, meyve mahsullerine, üzümlere, gelecek yılın hasadında zayıf tomurcuk oluşumuna ve dolayısıyla verimin düşmesine neden olur.

Havanın nemi aynı zamanda mahsulün kalitesini de etkiler. Düşük nemin keten lifinin kalitesini düşürdüğü ancak buğdayın pişme kalitesini ve teknik özelliklerini arttırdığı kaydedildi. Keten tohumu yağı, meyvelerdeki şeker içeriği vb.

Toprak nemi eksikliği ile bağıl hava neminin azalması özellikle elverişsizdir. Sıcak ve kurak hava devam ederse uzun zaman, daha sonra bitkiler kuruyabilir.

Nem içeriğindeki uzun süreli bir artışın (>%80) bitkilerin büyümesi ve gelişmesi üzerinde de olumsuz etkisi vardır. Aşırı yüksek hava nemi, bitki dokusunun büyük hücreli yapısına neden olur ve bu da daha sonra tahıl mahsullerinin barınmasına yol açar. Çiçeklenme döneminde bu tür hava nemi, anterlerin daha az açılması ve böceklerin uçuşunun azalması nedeniyle bitkilerin normal tozlaşmasını engeller ve verimi azaltır.

Artan hava nemi, tahılın tam olgunluğunun başlamasını geciktirir, tahıl ve samandaki nem içeriğini arttırır, bu da öncelikle hasat makinelerinin çalışmasını olumsuz etkiler ve ikinci olarak tahılın kurutulması için ek maliyetler gerektirir (Tablo 5.2).

Doyma açığının 3 hPa veya daha fazlasına düşmesi, kötü koşullar nedeniyle hasat işinin neredeyse durmasına yol açar.

Sıcak mevsimde, artan hava nemi, tarımsal ürünlerde bir dizi mantar hastalığının gelişmesine ve yayılmasına katkıda bulunur (patates ve domateste geç yanıklık, üzüm küfü, ayçiçeğinin beyaz çürüklüğü, Farklı türde tahıl bitkilerinin pası vb.). Bu faktörün etkisi özellikle sıcaklık arttıkça artar (Tablo 5.3).

5.3. Nem ve hava sıcaklığına bağlı olarak bahar buğdayı Sezyum 111'in isten etkilenen bitki sayısı (bir dizi tarımsal işin zamanlaması aynı zamanda hava nemine de bağlıdır: yabani ot kontrolü, silaj için yem serme, depoların havalandırılması, tahıl kurutma) , vesaire.

İÇİNDE ısı dengesiÇiftlik hayvanları ve insanlar için ısı değişimi havanın nemi ile ilişkilidir. 10 °C'nin altındaki hava sıcaklıklarında artan nem, organizmalardan ısı transferini artırır, yüksek sıcaklıklarda ise yavaşlatır.

su buharı

Gerçek gazlar arasında su buharı özel bir yere sahiptir. Teknolojinin birçok alanında oldukça yaygınlaşmış ve soğutma sıvısı olarak kullanılmaktadır. enerji santralleri. Su buharı tipik olarak gerçek bir gaz gibi işlenmesi gereken basınç ve sıcaklıklarda kullanılır. Su buharı iki şekilde elde edilebilir: buharlaştırma ve suyun kaynatılmasıyla.

Buharlaşma, yalnızca serbest yüzeyden meydana gelen sudan buhar oluşumu sürecidir. Bu işlem herhangi bir sıcaklıkta meydana gelir. Buharlaşma sırasında, en yüksek kinetik enerjiye sahip moleküller su yüzeyinden koparak çevredeki boşluğa uçarlar. Sonuç olarak sıvının üzerinde su buharı oluşur. Buharlaşma işleminin yoğunluğu artan sıcaklıkla artar.

Kaynama, tüm sıvı hacmi boyunca su buharı oluşumu sürecidir. Belirli bir sıcaklığa ısıtıldığında, sıvının içinde birbirleriyle bağlanarak çevredeki boşluğa uçan buhar kabarcıkları oluşur. Bir buhar kabarcığının oluşması ve daha sonra büyümesi için, kabarcıkların içinde buharlaşma sürecinin gerçekleşmesi gerekir ve bu ancak şu durumlarda mümkündür: kinetik enerji su molekülleri bunun için yeterince büyüktür. Moleküllerin kinetik enerjisi sıvının sıcaklığı tarafından belirlendiğinden, belirli bir dış basınçta kaynama ancak çok belirli bir sıcaklıkta başlayabilir. Bu sıcaklığa kaynama noktası veya doyma sıcaklığı denir ve tb ile gösterilir. Belirli bir basınçta kaynama noktası, sıvının tamamı buhara dönüşene kadar sabit kalır.

Kaynayan bir sıvının yüzeyi üzerinde oluşan buhara doymuş buhar denir. Doymuş buhar kuru veya ıslak olabilir. Kuru doymuş buhar, kaynayan bir sıvının yüzeyinin üzerinde olduğundan asılı sıvı damlacıkları içermeyen buhardır. Islak doymuş buhar veya basitçe ıslak buhar, kuru doymuş buhar ve kaynayan sıvının mekanik bir karışımıdır. Islak buharın bir özelliği kuruluk derecesi x'tir. Kuruluk derecesi, kuru doymuş buharın ıslak buhar içindeki oranıdır; ıslak buhardaki kuru doymuş buhar kütlesinin ıslak buhar kütlesine oranı. 1-x değerine nem derecesi veya nemli doymuş buharın nemi denir, yani. kaynayan sıvının kütle oranı nemli hava. Kuru doymuş buharın veya kaynayan sıvının durumunu tamamen belirleyen parametreler sıcaklık veya basınç ve kuruluk derecesidir.

Kuru doymuş buharın basıncıyla aynı basınçta kaynayan bir sıvının yokluğunda kuru doymuş buhara ısı verilirse, aşırı ısıtılmış buhara dönüşecektir. Ateşi yükselmeye başlayacak. Aşırı ısıtılmış buhar, daha fazla sıcaklığa sahip buhardır. Yüksek sıcaklık belirli bir basınçta kuru doymuş buhardan daha fazladır. Aşırı ısıtılmış buharın sıcaklığı t harfi ile gösterilir ve t – t n sıcaklık farkına aşırı ısınma derecesi veya buharın aşırı ısınması denir. Buharın aşırı ısınması arttıkça hacmi artacak, moleküller arasındaki mesafe artacak ve sonuç olarak karşılıklı çekim kuvvetleri azalacaktır, yani. aşırı ısıtılmış buhar yüksek dereceler aşırı ısınma özellikleri bakımından ideal bir gaza yaklaşacaktır. Aşırı ısıtılmış buharın durumunu belirleyen parametreler basınç ve sıcaklık (veya belirli hacim) olacaktır.

İşlem buharlaşmanın tersidir, yani. Buharın sıvıya geçiş sürecine yoğunlaşma işlemi denir.

Su buharı suyun gaz fazıdır

su buharı sadece oluşmakla kalmıyor. Bu terim aynı zamanda sis için de geçerlidir.

Sis, hava soğutucunun varlığında oluşan su damlacıkları nedeniyle görünür hale gelen buhardır - buhar yoğunlaşır.

Devamı düşük basınçlarörneğin atmosferin üst kısmında veya üst kısmında yüksek dağlar, su nominal 100 °C'den (212 °F) daha düşük bir sıcaklıkta kaynar. Daha fazla ısıtıldığında aşırı ısıtılmış buhar haline gelir.

Bir gaz olarak su buharı yalnızca belirli miktarda su buharı içerebilir (miktar sıcaklığa ve basınca bağlıdır).

Buhar-sıvı dengesi sıvı ve buharın (gaz fazı) birbiriyle dengede olduğu bir durumdur, buharlaşma hızının (sıvının buhara dönüşmesi), yoğuşma hızına (buharın sıvıya dönüşmesi) eşit olduğu bir durumdur. Moleküler seviye, genellikle "buhar-su" ara dönüşümü anlamına gelir. Teoride denge nispeten kapalı bir alanda sağlanabilse de, dışarıdan herhangi bir müdahale veya müdahale olmaksızın birbirleriyle yeterince uzun süre temas halindedirler. Gaz onu emdiğinde en yüksek miktar Sıvı buhar dengesinde olduğu söyleniyor ancak daha fazla su içeriyorsa 'ıslak buhar' olarak tanımlanıyor.

Su, su buharı ve yeryüzündeki özellikleri

• Mars'taki kutup buzulları
• Titanyum
• Avrupa
• Satürn'ün Halkaları
• Enceladus
• Plüton ve Charon
• Kuyruklu yıldızlar ve kuyruklu yıldızlar popülasyonun kaynağıdır (Kuiper kuşağı ve Oort bulut nesneleri).

Ceres ve Tethys'te su buzu mevcut olabilir. Su ve diğer uçucu maddeler muhtemelen Uranüs ve Neptün'ün iç yapılarının çoğunu oluşturur ve daha derin katmanlardaki su, moleküllerin hidrojen ve oksijen iyonlarından oluşan bir çorbaya parçalandığı iyonik su formunda olabilir ve daha derinlerde süperiyonik olabilir. Oksijenin kristalleştiği ancak hidrojen iyonlarının oksijen kafesi içinde serbestçe yüzdüğü su.

Ayın bazı mineralleri su molekülleri içerir. Örneğin, 2008 yılında, parçacıkları toplayan ve tanımlayan bir laboratuvar cihazı, 1971 yılında Apollo 15 mürettebatı tarafından Ay'dan Dünya'ya getirilen volkanik incilerin içinde az miktarda bileşik buldu. NASA, Hindistan Organizasyonu'nun Chandrayaan-1 uzay aracında su moleküllerinin keşfedildiğini bildirdi NASA Ay Mineraloji Haritalayıcısı uzay araştırması Eylül 2009'da.

Buhar Uygulamaları

Buhar kullanılır geniş aralık endüstriler. Buharın yaygın uygulamaları, örneğin fabrikalardaki proseslerin buharla ısıtılmasını ve enerji santrallerindeki buhar tahrikli türbinleri içerir...

Endüstride buharın bazı tipik uygulamaları şunlardır: Isıtma/Sterilizasyon, Hareket/Tahrik, Atomizasyon, Temizleme, Nemlendirme…

Su ve buhar, basınç ve sıcaklık arasındaki ilişki

(Kuru) buharın doyması, suyun kaynama noktasına kadar ısıtıldığı ve daha sonra buharlaştırılarak ek ısı açığa çıkardığı (gizli ısıtma) bir işlemin sonucudur.

Bu buhar daha sonra doyma noktasının üzerinde ısıtılırsa, buhar aşırı ısıtılmış buhara (gerçek ısıtma) dönüşür.

Doymuş buhar

Doymuş buhar buhar (gaz) ve suyun (sıvı) bir arada bulunabileceği sıcaklık ve basınçlarda oluşur. Başka bir deyişle suyun buharlaşma hızının yoğunlaşma hızına eşit olması durumunda ortaya çıkar.

Isıtma için doymuş buhar kullanmanın avantajları

Doymuş buhar, özellikle 100 °C (212 °F) ve üzeri sıcaklıklarda kendisini mükemmel bir ısı kaynağı haline getiren birçok özelliğe sahiptir.

Islak buhar

Bu, çoğu bitkinin gerçekte deneyimlediği en yaygın buhar şeklidir. Buhar bir kazan kullanılarak üretildiğinde, genellikle dağıtılan buhara taşınan buharlaşmamış su moleküllerinden gelen nemi içerir. En iyi kazanlar bile %3 ile %5 arasında nem içeren buharı açığa çıkarabilir. Su doymuş duruma ulaştığında ve buharlaşmaya başladığında suyun bir kısmı genellikle sis veya damlacıklar halinde çöker. Bu, dağıtılan buharlardan yoğuşmanın oluşmasının temel nedenlerinden biridir.

Kızgın buhar

Kızgın buhar Nemli veya doymuş buharın doymuş buhar noktasının ötesinde daha fazla ısıtılmasıyla oluşturulur. Bu, aynı basınçta doymuş buhardan daha yüksek sıcaklığa ve daha düşük yoğunluğa sahip buhar üretir. Aşırı ısıtılmış buhar öncelikle türbin motorunda/tahrikinde kullanılır ve genellikle ısı transferi için kullanılmaz.

Süperkritik su

Süperkritik su, kritik noktasını aşan bir durumdaki sudur: 22,1 MPa, 374 °C (3208 PSIA, 705 °F). Kritik noktada, buharın gizli ısısı sıfırdır ve sıvı ya da gaz halinde olsun, özgül hacmi tamamen aynıdır. Yani kritik noktadan daha yüksek basınç ve sıcaklıktaki su, ne sıvı ne de gaz olan, birbirinden ayırt edilemeyecek bir durumdadır.

Süperkritik su, daha yüksek verim gerektiren enerji santrallerinde türbinleri tahrik etmek için kullanılır. Süperkritik su üzerine yapılan araştırmalar, onun hem sıvı hem de gaz özelliklerine sahip bir akışkan olarak kullanımına ve özellikle kimyasal reaksiyonlar için bir çözücü olarak uygunluğuna vurgu yapılarak yürütülmektedir.

Suyun farklı halleri

Doymamış sular

Bu, suyun en tanınabilir halidir. İnsan vücudunun ağırlığının yaklaşık %70'i sudan oluşur. Sıvı formda suyun, su molekülünde kararlı hidrojen bağları vardır. Doymamış sular nispeten kompakt, yoğun ve kararlı yapılara sahiptir.

Doymuş buhar

Doymuş buhar molekülleri görünmez. Doymuş buhar, borulardan havalandırılarak atmosfere girdiğinde bir kısmı yoğunlaşarak ısısını çevredeki havaya aktarır ve beyaz buhar bulutları (minik su damlacıkları) oluşur. Buhar bu küçük damlacıkları içerdiğinde buna ıslak buhar denir.

Bir buhar sisteminde, buhar kapanlarından gelen buhar akışlarına genellikle yanlışlıkla doymuş buhar adı verilirken aslında flaş buhardır. Aralarındaki fark, doymuş buharın borunun çıkışında hemen görünmez olması, buhar bulutunun ise içinde anında oluşan görünür su damlacıkları içermesidir.

Kızgın buhar

Kızgın buhar atmosferle temas etse ve sıcaklık değişimlerinden etkilense dahi yoğuşmaz. Sonuç olarak buhar bulutları oluşmaz.

Aşırı ısıtılmış buhar, aynı basınçta doymuş buhardan daha fazla ısı tutar ve molekülleri daha hızlı hareket eder, dolayısıyla yoğunluğu daha düşüktür (yani özgül hacmi daha büyüktür).

Süperkritik su

Görsel gözlemle bunu söylemek mümkün olmasa da ne sıvı ne de gaz halindeki sudur. Genel Bakış gazınkine yakın bir moleküler harekete ve sıvınınkine daha yakın bir yoğunluğa sahiptir.

Suyun hangi formda olduğu görsel gözlemle söylenemese de ne sıvı ne de gaz halindedir. Genel fikir, moleküler hareketin gazınkine yakın olduğu ve suyun yoğunluğunun da sıvınınkine daha yakın olduğudur.