- •Лекції «Вода в атмосфері» частина 1 Змістовний модуль № 4 «Вода в атмосфері»
- •4. 1 Загальні відомості
- •1. Залежність тиску насичення від температури, кривизни та солоності випарної поверхні.
- •1.Як залежить тиск насичення від кривизни поверхні.
- •2.Фазові переходи води в атмосфері. Радіус зародкової краплі.
- •3. Діаграма рівноваги фаз.
- •4. Гомогенна та гетерогенна конденсації.
- •5.Ядра конденсації
- •8. Турбулентний потік і приплив водяної пари в атмосфері.
- •9. Розподіл вологості у приземному шарі атмосфери.
- •10. Випаровування та випарність
- •11. Методи визначення турбулентного потоку водяної пари (випаровування)
- •12. Добовий і річний хід характеристик вологості повітря.
1.Як залежить тиск насичення від кривизни поверхні.
2.Фазові переходи води в атмосфері. Радіус зародкової краплі.
У середовищі водяної пари безперервно то виникають, то руйнуються комплекси молекул. Якщо такий комплекс стійкий і збільшується за часом, то він має властивості краплі, тобто має об’єднуючу поверхню.
Умови переходу системи з нестійкого стану у стійкий, визначаються за допомогою термодинамічного потенціалу, або потенціальної енергії, яка залежить від фазового стану, який визначається термодинамічним потенціалом фази. Загальне змінювання енергії системи залежить від фазового переходу і дорівнює різниці термодинамічних потенціалів у кінцевому та початковому станах .
Теорія фазових перехідов розроблена для гомогенного (чистого) середовища водяної пари, коли відсутні будь-які аерозольні частинки, а пара знаходиться у квазістабільному стані, тобто можливи переходи границь стійкості, при якій пара існує у рівновазі з іншою фазою. Для утворення нової фази обов’язково треба перейти метастабільну границю, тобто необхідно або пересичення для утворення жидкої фази, або переохолодження (Т< ТН ) для утворення твердої фази.
Для утворення зародка нової жидкої або твердої фази необхідно витратити енергію на здійснення роботи по утворенню його поверхні.Ця енергія є захована теплота фазового переходу, що пропорційна об’єму зародка.Доки зародок малий, цієї енергії не вистачає на утворення поверхні і зародок розпадається. Щоб зародок продовжував існувати, необхідно здійснититаку роботуколи буде досягнутий критичнийрозмірr зародку, після чого подальше зростання розміру супроводжується зменшенням необхідної роботи.
Зародок краплі буде у стійкому стані, коли робота Абуде перевищувати деяке критичне значенняАКР, абоr > rКР
Загальна робота А утворення зародку може бути записана наступним чином
(4.7)
де перший член правої частини визначається зміною термодинамічного потенціалу при фазовому переході, а другий енергією на утворення поверхні зародку. При переході пара-водагустина води, а при переході вода-лідгустина льоду, аналогічно і для питомої поверхневої енергії натягу на границі фаз.
Таким чином критичний розмір зародку нової фази визначається різницею термодинамічних потенціалів, що залежать від температури і тиску.
Так як 1 2 = d, d = dq /T (де - ентропія), то при фазовому переході приріст енергії dq рівний питомої теплоємністі пароутворення (конденсації) L або кристалізації, т.б..Тоді з рівняння Клаузіуса-Клайперона отримуємо
= L . (4.8)
Інтегруємо ліву частину рівняння (4.8) від 0 до rКР , а праву від Т0 до Т отримуємо
. (4.9)
У формулі (4.9)Т0 це температура точки роси при фазовому переході пара-вода іТ0= 273 К при фазовому переході водалід.
Радіус зародкової краплі, тобто найменшого стійкого комплексу молекул водяної пари об’єднаних єдиною поверхнею можна представити у вигляді
, (4.10)
де –поверхневий натяг; КРгустина краплі; RПпитома газова стала водяної пари;
епарціальний тиск водяної пари; Етиск насичення водяної парипри температуріТ.
Питання. Як називают фазовий переходи пара в льод