Vodena para
Vodena para je gasovita faza vode. To je jedno stanje vode unutar hidrosfere. Vodena para može se proizvesti od isparavanja ili kuhanja tekuće vode ili iz sublimacije leda. Za razliku od drugih oblika vode, vodena para je nevidljiva.[1] Pod tipičnim atmosferskim uslovima, vodena para se neprekidno stvara isparavanjem a ukida kondenzacijom. Manje je gusta od zraka i urokuje konvekcijske struje koje formiraju oblake.
S obzirom na to da je komponenta hidrološkog ciklusa i Zemljine hidrosfere, posebno je obilna u Zemljinoj atmosferi gdje je također moćan staklenički gas zajedno sa ostalim gasovima poput ugljik-diokida i metana. Korištenje vodene pare, kao pare, bilo je važno ljudima za kuhanje i kao važna komponenta u sistemima proizvodnje energije i transporta od industrijske revolucije.
Relativno je čest činilac atmosfere, prisutan čak i u solarnoj atmosferi kao i na svakoj planeti u Sunčevom sistemu i većini astronomskih objekata uključujući prirodne satelite, komete i čak velike asteroide.
Osobine
Isparavanje
Kada vodena molekula napusti površinu i difuzira u okolni gas, kaže se da je isparila. Svaka vodena molekula koja prelazi između više povezanih (tečnosti) i manje povezanih (para/gas) stanja radi to preko apsorpcije ili puštanja kinetičke energije. Mjera transfera ove energije se definira kao toplotna energija i dešava se samo kada postoji razlika u temperaturi molekula vode. Tečna voda koja postane vodena para uzima dio toplote sa sobom, u procesu koji se naziva "hlađenje isparavanjem".[2] Količina vodene pare u zraku otkriva koliko često molekule će se vratiti na površinu. Kada se desi mrežno isparavanje, tijelo vode će biti podvrgnuto mrežnom hlađenju direktno proporcionalno gubitku vode.
Isparavanje hlađenjem je ograničeno atmosferskim uslovima. Vlažnost je količina vodene pare u zraku. Sadržaj pare u zraku mjeri se uređajima koji su poznati kao higrometri. Mjerenja se obično iskazuju kao specifična vlažnost ili procenat relativne vlažnosti. Temperature atmosfere i vodene površine određuju ravnotežu pritiska pare; 100% relativna vlažnost dešava se kada je parcijalni pritisak vodene pare jednak ravnoteži pritiska pare. Ovo stanje se često naziva potpuno zasićenost. Vlažnost ima opseg od 0 grama po metru kubnom u suhom zraku do 30 grama po metru kubnom kada je para zasićena na 30 °C.[3](Također pogledajte Absolute Humidity table)[4]
.jpg)
Sublimacija
Sublimacija je pojava kada molekule vode direktno napuštaju površinu ili led bez prethodnog pretvaranja u tečnu vodu. Sublimacija slovi za sporo zimsko nestajanje leda i snijega na temperaturama preniskim da bi uzrokovale otopljavanje. Antarktika pokazuje ovaj efekt na unikatan način jer je dosad kontinent sa najnižim nivoom precipitacije na Zemlji. Kao rezultat, postoje velika područja gdje su milenijski slojevi snijega subliminirali, ostavljajući za sobom razne neisparljive materijale koje su u sebi sadržavali. Ovo je ekstremno važno za određene naučne discipline, dramatičan primjer je kolekcija meteorita koji su ostali otkriveni u velikim brojevima i odličnim stanjima očuvanosti.
Sublimacija je važna u pripremi određenih grupa bioloških specimena za ispitivanje elektronskim mikroskopom. Tipično, specimeni se pripremaju kriofiksacijom i zamrznutim prelomom, nakon čega slomljena površina ima zamrznute mrlje, koje su erodirale utjecajem vakuuma dok ne pokažu zahijevani nivo detalja. Ova tehnika može prikazivati proteinske molekule, strukture organele i lipidne dvoslojeve sa veoma malim stepenom distorzije.
Kondenzacija
Vodena para će se samo kondenzirati na drugu površinu ako je ta površina hladnija od tačke kondenzacije, ili kada je pritisak zasićene pare u zraku premašen. Kada vodena para kondenzuje za površinu, mrežno grijanje se dešava na toj površini. Molekule vode dodaju topotnu energiju sa tim. Zauzvrat, temperatura atmosfere blago pada.[5] U atmosferi, kondenzacija proizvodi oblake, maglu i precipitaciju. Tačka kondenzacije dijela zraka je temperatura na koju se mora ohladiti prije nego vodena prara u zraku počne da se kondenzuje, završivši kao tip vode ili kiše.
Također, mrežna kondenzacija vodene pare dešava se na površinama gdje je temperatura površine na ili ispod temperature kondenzacije atmosfere. Depozicija je faza prelaza odvojena od kondenzacije koja dovodi do direktne formacije leda od vodene pare. Mraz i snijeg su primjeri depozicije.
Hemijske reakcije
Dosta hemijskih reakcija ima vodu kao proizvod. Ako se reakcije dešavaju na temperaturama višim od tačke kondenzacije vanjskog zraka, voda će se formirati kao para i povećati lokalnu vlažnost, ako je ispod tačke kondenzacije, desit će se lokalna kondenzacija. Tipične reakcije koje rezultiraju u formiranju vode su gorenje vodika ili hidrokarbona u zraku ili ostalim smjesama gasa koje uključuju kisik, ili kao rezultat reakcija sa oksidizerima.
U sličnom stilu ostale hemijske ili fizikalne reakcije mogu se desiti sa prisustvom vodene pare koje pare nove hemikalije kao što su hrđa na željezu ili čeliku, polimerizacija (određene poliuretanske pjene i cijanoakrilatna ljepila sa izlaganjem atmosferskoj vlažnosti) ili forme koje se mijenjaju poput slučaja gdje anhidrozne hemikalije mogu apsorbovati dovoljno vlage da naprave kristalnu strukturu ili izmijene postojeću, što ponekad dovede do karakteristične promjene u boji koja može biti korištena za mjerenje.
Mjerenja
Mjerenje količine vodene vlage u mediju može se vršiti direktno ili udaljeno sa različitim stepenima tačnosti. Udaljene metode poput elektromagnetna apsorpcija moguće su sa satelita iznad atmosfere planeta. Direktne metode mogu koristiti elektroničke pretvarače, vlažne termometre ili higroskopske materijale koji mjere promjene u fizičkim osobinama i dimenzijama.
| medij | opseg temperature (degC) | mjerna nesigurnost | tipična frekvencija mjerenja | cijena sistema | bilješke | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| sling psihrometar | zrak | −10 do 50 | niska do umjerena | po satu | niska | |
| spektroskopija zasnovana na satelitima | zrak | −80 do 60 | niska | veoma visoka | ||
| kapacitivni senzor | zrak/gasovi | −40 do 50 | umjerena | 2 do 0,05 Hz | srednja | skloni da postanu zasićeni / kontaminirani tokom vremena |
| zagrijani kapacitivni senzor | zrak/gasovi | −15 do 50 | umjerena do niska | 2 do 0,05 Hz (zavisi od temperature) | srednja do visoka | skloni da postanu zasićeni / kontaminirani tokom vremena |
| otporni senzor | zrak/gasovi | −10 do 50 | umjerena | 60 sekundi | srednja | skloni da budu kontaminirani |
| litij-hlorid ćelija | zrak | −30 do 50 | umjerena | neprekidno | srednja | |
| Kobalt(II) hlorid | zrak/gasovi | 0 do 50 | visoka | 5 minuta | veoma niska | često se koristi kao detektor vlažnosti |
| apsorpcijska spektroskopija | zrak/gasovi | umjerena | visoka | |||
| aluminij-oksid | zrak/gasovi | umjerena | srednja | |||
| silicij-oksid | zrak/gasovi | umjerena | srednja | |||
| piezoelektrična sorpcija | zrak/gasovi | umjerena | srednja | |||
| elektrolitik | zrak/gasovi | umjerena | srednja | |||
| tenzija dlake | zrak | 0 do 40 | visoka | neprekidno | niska do srednja | Utiče temperatura na nj. Ugroženi produženim visokim koncentracijama |
| nefelometar | zrak/ostali gasovi | niska | veoma visoka | |||
| Goldbeaterova koža | zrak | −20 do 30 | umjerena (sa korekcijama) | sporo, sporije na niskim temperaturama | niska | ref:WMO Guide do Meteorological Instruments and Methods of Observation No. 8 2006, (pages 1.12–1) |
| Liman-alfa | visoka frekvencija | visoka | http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=lyman-alpha-hygrometer1 Arhivirano 15. 3. 2012. na Wayback Machine Zahtijeva čestu kalibraciju | |||
| gravimetrički higrometar | veoma niska | veoma visoka | često pozivan primarni izvor, nacionalni nezavisni standardi razvijeni u SAD, UK, EU & Japanu |