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汽往冷处聚的物理说明(2)
张学文,20170324
在前博客,水往低处流,汽往冷处聚(1):http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1041165.html中我们从水往低处流反衬出汽(空气中的水汽)是往冷处聚的。现在我们讨论这种现象的物理原因。
l 气象学告诉我们空气中含有水汽,它是气体状态的水。但是物理学还指出气体状态的水分的数量(水汽密度,或者水汽压力)却是有上限的。而这个上限与当时的温度有关。或者说一定的温度下,一定体积内水汽的数量不能太多。超过一定临界值(体现为水汽压力或者密度)的水汽就要凝结为液体的雾滴、水滴、固态的雪花、冰或者凝结在冷的物体上(物体变湿、起雾,结露,结霜等等。这样气体状态的水汽压力、密度就不至于超过临界值。
l 下面的表给出在不同摄氏温度下的水汽(H2O)最大压力和最大密度。它的基于饱和水汽压力的公式而算得
饱和水汽压力、密度与温度的关系表(对水面)
温度 | 水汽压力百帕(水面) | 水汽密度 |
-30.00 | 0.50 | 0.45 |
-25.00 | 0.80 | 0.70 |
-20.00 | 1.25 | 1.07 |
-15.00 | 1.91 | 1.60 |
-10.00 | 2.86 | 2.36 |
-5.00 | 4.21 | 3.41 |
0.00 | 6.11 | 4.85 |
5.00 | 8.72 | 6.80 |
10.00 | 12.28 | 9.40 |
15.00 | 17.04 | 12.82 |
20.00 | 23.36 | 17.27 |
25.00 | 31.65 | 23.00 |
30.00 | 42.38 | 30.30 |
35.00 | 56.15 | 39.49 |
40.00 | 73.64 | 50.96 |
附带指出,如果水汽分子不是单分子的H20,而是几个水分子的团簇,那么其凝结的临界值还要更小。
l 如果水汽的数量没有达到该温度要求凝结的临界温度,那么水汽就是看不见的气体。如果水汽的压力或者密度超过物理学给的饱和压力或者密度的界限,多余的水汽就凝结出去(减少了水汽密度,增加了水,雪花等非水汽物质),以使气体的水汽密度或者压力不大于表中给出的临界值。
l 依据前面的表,如果有一团空气它的温度是25°C,而其中的水汽密度是20克/立方米。这时的水汽并没有饱和,也自然没有凝结现象。但是当它遇到(变成)更低的温度时(如15°C),则就有大约7克/立方米的水汽凝结出来。(待续)
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