49156 SNC03597

zachodzić na znajdujących się w powietrzu kryształkach lodu (Zs₀ > Ej), podczas małe krople ciekłej wody parują, dostarczając wilgoci, zasilającej rosnące krople? tworu i cząstki lodu. Ma to ogromne znaczenie w procesie powstawania opadów (J? rozdz. 5.9).

Tab. 5.7. Prężność nasyconej pary wodnej w zależności od temperatury i rodzaju powierzchni parującej (hf^

Temperatura CC)	Plaska powierzchnia czystej wody £„	Lód (£/)	Kropla o średnicy l\imEk	Słona woda (03%jl Er
-40	0,1891	0,1283	0,1893
-30	0,5087	0,3797	0,5093
-20	1,2438	1,0315	1,2452
-to	2,8622	2^966	2,8656
o	6,1070	6,1064	6,1143	5,9880

Tab. 5.8. Stosunek prężności pary nasyconej £, nad kroplami wody o średnicy r do prężności pary nasyconej nad płaską powierzchnią wody £, (wg Chrgiana, 1969)

Promień r (cm)	itr*	4 HT^4	2-itr^5	10ł*	4-lCT^6	21 (T^6	10"*
EJE*	1,0012	1,0030	1,0060	1,0021	1,0301	1,062	1,728

5.4. Miary wilgotności powietrza

Zależność prężności nasyconej pary wodnej od temperatury sprawia, że ta sama zawartość pary wodnej w powietrzu przy różnych temperaturach oznacza bądź pełne, bądź niewielkie nasycenie powietrza parą wodną. Zdarzają się też przypadki, kiedy prężność pary wodnej w powietrzu przekracza poziom określony przez parę nasyconą w danej temperaturze - mamy do czynienia ze stanem przesycenia. Prężność pary nasyconej zmienia się też, jak pokazaliśmy w poprzednim rozdziale, w zależności od kształtu powierzchni. stanu skupienia i stężenia roztworów wodnych. Pojęcie wilgotności powietrza ma więc relatywny charakter, dlatego do mierzenia wilgotności używa się kilku różnych miar, odzwierciedlających relacje między masą paty wodnej i masą powietrza, prężnością pary i prężnością nasycenia, temperaturą itp.

Prężność pary wodnej e jest aktualnym ciśnieniem cząsteczkowym paty zawartej w powietrzu Jednostką jest hcktopaskal; na wykresie (rys. 5.3) miarą prężności jest rzędna punktuje.

Wilgotność bezwzględna a jest masą pary wodnej m w jednostce objętości powietrza V:

JL

tn³.

m

^aesv

W przybliżeniu

a = -

216,It

gdzie T - temperatura bezwzględna.

Wilgotność właściwa q jest stosunkiem masy zawartej w powietrzu pary wodnej m_w do masy całkowitej wilgotnego powietrza, tzn. pary wodnej i powietrza suchego («■ + «*)

<?=-

m_m

m_w +m„

Para wodna i gęstość powietrza

Para wodna, znajdująca się w powietrzu, wpływa na jego właściwości fizyczne i decyduje o wielu istotnych procesach, zachodzących w atmosferze: wymianie ciepła, adiabatycznych zmianach temperatury, powstawaniu chmur i opadów. Wpływa też na parowanie, oddziałując na bilans wodny, a pośrednio takie na bilans cieplny podłoża atmosfery.

Najogólniejszym wyrazem obecności pary wodnej w powietrzu jest jej wpływ na gęstość powietrza; wynika on z różnicy między masą cząsteczkową pary wodnej i suchego powietrza. Masa molowa powietrza (gramocząsteczka) wynosi 28.966 g. masa pary wodnej -18.016 g.

Wychodząc od równania stanu gazów

pV = RTm

gdzie: p - ciśnienie. V - objętość, T- temperatura bezwzględna, m - masa. aft- stała gazowa dla

powietrza suchego - tzw. stała gazowa właściwa (R = powietrza wilgotnego w funkcji jego wilgotności

287 J/(kg • deg)). można obliczyć gęstość

P =

RL

gdzie T, - temperatura wirtualna powietrza o danej zawartości pary wodnej. Różnica między temperaturą rzeczywistą T i temperaturą wirtualną T_y odzwierciedla wpływ, jaki para wodna wywiera na gęstość powietrza. Temperatura wirtualna określa bowiem temperaturę, jaką miałoby powietrze suche (pozbawione pary wodnej) o tym samym ciśnieniu i objętości (a więc i gęstości), jak powietrze, zawierające daną ilość pary wodnej. Ilość ta jest z kolei określona przez tzw. stosunek zmieszania, zdefiniowany jako iloraz masy pary wodnej m_w i masy powietrza suchego w jednostce objętości.

Wartość stosunku zmieszania z dobrym przybliżeniem określa wzór (j- Lepas. G. Roche. 1969)

r = 0.662 — p-e

gdzie e - prężność aktualna pary wodnej.

Temperaturę wirtualną można natomiast obliczyć ze wzoru (op. c/t.)

11 (1 | 0.608r) T

Okazuje się. że powietrze wilgotne, zwłaszcza nasycone parą wodną, ma nieco mniejszą gęstość od powietrza suchego. I tak na przykład, w normalnym ciśnieniu i temperaturze 0°C 1 m³ powietrza nasyconego parą wodną waży 1.289 kg. zaś powietrza suchego -1.293 kg. Przy wyższej temperaturze. gdy prężność pary nasyconej wzrasta, różnice gęstości również powiększają się. a gęstość powietrza - zgodnie z równaniem stanu - wyraźnie maleje: w temperaturze 1 S*C wynosi np. 1.250 kgfm³.

Zmiany gęstości powietrza pod wpływem temperatury i wilgotności mają znaczenie m.in. dla dynamiki atmosfery - wpływają np. na prędkość i energię wiatru (zob. rozdz. 7.13).