Вы видели хоть раз росу?
К примеру, почему летом утром или вечером трава становится мокрой, хотя дождь мог быть довольно давно? Замечали как просыпаетесь рано утром на даче, выходить на улицу, а на деревьях и растениях висят маленькие капельки воды? Это связано с некоторыми физическими явлениями.
Воздух в атмосфере содержит водяной пар. Он появляется в воздухе при испарении воды с поверхности водоемов при достаточно высокой температуре. Также водяной пар появляется при испарении влаги с поверхности земли после полива растений или после дождей. Вечером и ночью происходит охлаждение как самого воздуха, так и земной поверхности. Быстрее всего остывает воздух (а с ним и водяной пар), находящийся поблизости от земли. При определенной температуре, называемой точкой росы, пар начинает превращаться в воду (конденсироваться).
Роса образуется при положительных температурах, которые не позволяют ей замерзнуть. А при отрицательной температуре водяной пар сразу переходит в твердое состояние и образуется иней.
Из любого водоема испаряется вода — с поверхности морей, рек и прудов. Испаряется она и из луж, и с листьев деревьев, и даже с поверхности нашего тела, особенно когда мы потеем. Вместе с потоками теплого воздуха водяной пар поднимается все выше и выше. Чем дальше от земли, тем воздух становится холоднее, поэтому происходит обратный испарению процесс — конденсация, то есть переход воды из газообразного состояния (пара) в жидкое (собственно воду). Вначале образуются мельчайшие капельки, подвешенные в воздухе, — это облака, возникновение которых далеко не всегда приводит к дождю.
Обычно ветер уносит облака далеко от тех мест, где они образовались. Если облако попадает в поток более теплого воздуха, капельки снова превращаются в пар. Но если холодного воздуха много, капли постепенно увеличиваются в размерах, одновременно опускаясь под действием своей тяжести. Эго уже не легкое белое облачко — это серая и тяжелая дождевая туча.
Когда водяные капли становятся достаточно большими, они падают вниз, по пути сливаясь со встреченными маленькими капельками. От того, с какой скоростью растут капли, зависит сила дождя, который проливается из тучи. Капельки имеют одинаковую форму, но их размер может изменяться от 0,5 до 6 мм в диаметре. Капли меньших размеров относят к мороси.
Интенсивность дождей в значительной степени зависит от региона: так как в жарком климате поверхность земли нагревается быстрее и сильнее, это вызывает более мощный поток поднимающегося водяного пара.
Утренняя роса
Иногда в течение дня Земля нагревается Солнцем, а ночью она сильно охлаждается. И тогда ранним утром вы можете видеть, как сверкают капли росы на листьях растений. Как же они появляются? Невидимые частицы воды после очень жаркого дня собираются в воздухе, а потом в виде водяных капелек оседают на траве и листве деревьев. Чаще всего это происходит в ясную безветренную погоду осенью и весной. Днём, когда снова становится жарко, роса тут же испаряется.
Образование росы. Физические принципы
Из-за охлаждения воздушной массы водяной пар конденсируется на объектах вблизи земли и превращается в капли воды. Это происходит обычно ночью. В пустынных регионах роса является важным источником влаги для растительности. Достаточно сильное охлаждение нижних слоёв воздуха происходит, когда после заката солнца поверхность земли быстро охлаждается посредством теплового излучения. Благоприятными условиями для этого являются чистое небо и покрытие поверхности, легко отдающее тепло, например, травяное. Особенно сильное образование росы происходит в тропических регионах, где воздух в приземном слое содержит много водяного пара и благодаря интенсивному ночному тепловому излучению земли существенно охлаждается. При отрицательных температурах образуется иней.
Температура воздуха, до которой должен охладиться воздух при данном его влагосодержании, чтобы водяной пар достиг насыщения, называется точкой росы.
Температура точки росы газа (точка росы) — значение температуры газа, при которой водяной пар, содержащийся в газе, охлаждаемом изобарически, становится насыщенным над плоской поверхностью воды.
Точка росы — это температура воздуха, при которой содержащийся в нём пар достигает состояния насыщения и начинает конденсироваться в росу.
Разобрались научно-популярным языком, теперь ближе к физике
Рассмотрим задачу из ЕГЭ по теме расчета относительной и абсолютной влажности воздуха
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23 °C на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 12 °C. По результатам этих экспериментов определите абсолютную и относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Поясните, почему конденсация паров воды в воздухе может начинаться при различных значениях температуры. Давление и плотность насыщенного водяного пара при различной температуре показано в таблице:
Попробуйте решить самостоятельно... В конце статьи будет решение задачи
Решение:
Температура t = 23 °C и объем комнаты V не изменяются, поэтому давление водяного пара, который находится в воздухе, в комнате остается неизменным. По таблице мы знаем давление насыщенного водяного пара при температуре 23 °C, но не знаем давление обычного водяного пара в этой комнате при данной температуре. Именно здесь нам помогает та часть условия, которая говорит, что если охладить стакана до 12 °C, то начнется конденсация паров из воздуха на стенках холодного стакана. То есть именно в этот момент достигается точка росы. А значит давление водяного пара в воздухе при текущей температуре t = 23 °C сравнивается с давлением насыщенного водяного пара (холодного пара у поверхности воды в стакане) при 12 °C.
Допущение, которые нужно было принять:
1. Температура в комнате всё же остается постоянной
2. Если занести холодный стакан, то это насыщенный водяной пар над поверхностью холодной воды в стакане "подстраивается" под давление водяных паров в комнате таким образом, что возникает точка росы. Поэтому давление приравниваются исходя из 100% относительной влажности.
Решение.jpg
Еще много полезного:
Библиотека с книгами для физиков, математиков и программистов
Репетитор IT mentor в VK // Репетитор IT mentor в Instagram
Репетитор IT mentor в Яндекс.Дзен // Репетитор IT mentor в telegram