Водяна пара в повітрі - дитяча енциклопедія (перше видання)
У повітрі завжди міститься водяна пара. Водяна пара - це зовсім не ті білі клуби близько паровоза або над самоваром, які в повсякденному житті ми називаємо «парою». Насправді водяна пара - це безбарвний і невидимий газ.
Білі клуби над самоваром, так само як і хмари в небі, складаються з дрібних крапельок води і представляють результат переходу водяної пари з газоподібного форми в рідку - в воду. Такий перехід газу в рідину називається конденсацією, а зворотний перехід рідкої води на водяну пару носить назву випаровування. Конденсація і випаровування тісно пов'язані зі змінами температури повітря.
Випаровування легко спостерігати, коли сушаться якісь предмети, наприклад білизна. Як ми знаємо з досвіду, білизна сохне не завжди однаково швидко, а іноді воно зовсім не сохне. Іноді навіть суху білизну, винесене на повітря, стає вологим. Чому це відбувається?
Певний обсяг простору, байдуже - порожнього чи заповненого повітрям, може вмістити в себе тільки певну кількість водяної пари. Тому випаровування триватиме лише до тих пір, поки водяна пара не досяг стану насичення, т. Е. Такого стану, коли дане простір вже не здатне поглинати більше вологи.
Виявляється, що кількість водяної пари, яке потрібно для того, щоб «наситити» їм простір, не завжди однаково, воно змінюється в залежності від зміни температури повітря. Так, наприклад, 1 м³ простору при температурі 0 ° може поглинути тільки 5 г водяної пари. При температурі 10 ° тепла цей же обсяг може вмістити вже 9,5 г, а при температурі 30 ° вміщається 30 г водяної пари. Значить, чим вище температура, тим більше потрібно водяної пари, щоб наситити даний обсяг простору.
Припустимо, що повітря має температуру 30 ° тепла і в кожному кубічному метрі простору міститься 10 г водяної пари, т. Е. Він ще дуже далекий від насичення. Що станеться з цим повітрям, якщо він охолоне до 10 ° тепла? При + 10 ° в повітрі може бути не більше 9,5 г водяної пари, тому зайві полграмма повинні перейти в воду і виділитися у вигляді крапельок роси або білих клубів туману. Саме так утворюються хмари і тумани в атмосфері, коли з яких-небудь причин повітря охолоджується і температура його в тій чи іншій мірі знижується.
При температурі нижче 0 ° вода в атмосфері може знаходитися не в двох, а в трьох станах - газоподібному (водяна пара), рідкому (вода) і твердому (лід). Рідкі краплі можуть плавати в повітрі навіть при мінусовій температурі, т. Е. Нижче 0 °, все-таки не замерзаючи; в цьому випадку вода буде знаходитися, як кажуть, в переохолодженому стані, хоча, як правило, вона починає замерзати вже при 0 °. При морозі конденсація сильно ускладнюється у зв'язку зі здатністю льоду притягувати до себе вологу.
При температурі 10 ° морозу 1 м³ повітря при відсутності поблизу льоду може містити до 2,35 г водяної пари. Якщо ж у цей об'єм повітря помістити шматок льоду, то на його поверхні почне утворюватися білий сніговий наліт і кількість водяної пари в повітрі зменшиться до 2,19 м Значить, при морозі ємність простору для водяної пари залежить не тільки від температури, але і від того, стикається це повітря з льодом чи ні. У присутності льоду ця ємність зменшується: повітря насичується меншою кількістю водяної пари.
Властивість льоду збирати на своїй поверхні вологу і звертати її в сніг, як ми побачимо далі, дуже важливо для пояснення причин утворення опадів.
ЯК УТВОРЮЮТЬСЯ ДОЩ І СНІГ
Хмари складаються з дуже дрібних крапель води або плаваючих в повітрі кристалів льоду. Ці крапельки і кристали настільки малі, що під дією сили тяжіння вони лише повільно опускаються вниз.
Їх можна порівняти з плаваючими в повітрі найдрібнішими порошинами, які ми бачимо в яскравому сонячному промінні, проникаюче в вікно напівтемній кімнати.
Коли хмарні краплі і кристали збільшуються в розмірі і стають важчими, то вони починають падати швидше і з хмари випадає дощ або сніг.
При температурі вище 0 ° хмара складається, звичайно, тільки з крапель води: лід при такій температурі тане. У дуже холодному повітрі хмара зазвичай складається з одних крижаних кристалів без крапель води.
Однак при слабкому морозі хмара може складатися з суміші крапель води і кристалів льоду: саме з таких хмар зазвичай і випадають опади.
У всякому хмарі водяна пара знаходиться в насиченому стані, т. Е. Простір в межах хмари містить найбільшу кількість водяної пари, що можливо при даній температурі.
Якби цього не було, то краплі, з яких складається хмара, негайно б випарувалися і хмара розтануло.
Що ж відбувається в хмарі, що складається з одних водяних крапель, якщо в нього з якихось причин потрапляють крижані кристали? Завдяки властивості льоду притягувати до себе вологу крижані кристали починають рости, кількість водяної пари в хмарі зменшується, повітря перестає бути насиченим, а водяні краплі починають випаровуватися. Таким чином, кристали поступово зростають за рахунок зменшення крапель і перетворюються на сніжинки. Виросли сніжинки випадають із хмари, починається снігопад.
Здавалося б, що такий процес може викликати випадання тільки снігу і ніяк не пояснює випадання дощу. Однак це не так. У тропосфері температура з висотою знижується, і навіть в самий жаркий день на висоті кількох кілометрів над Землею панує мороз. Тому майже кожен літній дощ спочатку виникає нагорі як сніг, і тільки потім, падаючи і потрапляючи в нижні теплі шари, сніжинки тануть і досягають поверхні Землі вже в вигляді дощових крапель.