ВОДА В АТМОСФЕРЕ
Часть 1
В атмосфере постоянно находится около 10 000 миллиардов тонн воды в виде пара. Это означает, что над каждым гектаром земной
поверхности в воздухе содержится в среднем более 200 тонн воды В облаках 12 000 м3 воды
Вода на Земле находится в постоянном движении, она все время расходуется и восстанавливается в процессе кругооборота на земном шаре
•ОБЩИЙ ОБЪЕМ ВОДЫ на ЗЕМЛЕ: 1,4 – 1,5 млрд км3,
•Из них суша дает 90 млн км3, остальное - моря и океаны.
•Суша дает : подземные воды – 60 млн км3,
• |
ледники – 29 млн км3 |
|
• |
озера |
- 0,75 млн км3 |
• |
реки |
- 0,012 млн км3 |
• В результате процесса испарения – моря и океаны дают 1/300 часть от вего содержания воды, 1/10 часть этой воды конденсируется и выпадает в виде осадков 5*1014 тонн
•В каждый момент времени в атмосфере находится1,3*1013 тонн, т.е.осадков выпадает
в 40 раз больше одновременного содержания воды в атмосфере, т.е. -
• . КРУГОВОРОТ ВОДЫ в АТМОСФЕРЕ 365дн*40 = 9 суток
•
Физико-химические свойства воды
1. Плотность всех веществ уменьшается при росте их температуры,
плотность воды имеет максимум (0,9999 г/см3 ) при температуре 4
град., снижение и рост температуры приводит к понижению плотности воды.
2.Если бы в воде были упакованы однородно, то температура кипения равнялась 63,5 град., но в воде образуются различные ассоциации молекул, поэтому температура кипения – 100 град. 3 Вязкость воды снижается при повышения давления, в других
веществах при росте давления вязкость растет. (Поэтому подземные воды подвижны).
Имеется 36 изотопов воды, что приводит к изменению физических свойств воды. Так тяжелая вода D2 O Т кип = 101,42град, Т зам =3,8
град Под словом ВОДА физики понимают абсолютно чистое вещество,
однако такой воды нет, т.к. в любой воде есть примеси и и вода постоянно диссоциируется на Н и ОН.
Коэффициент σ называется коэффициентом поверхностного натяжения ( σ > 0 ). Таким
Образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу поверхности . ( Дж/м2 ) или в ньютонах на метр ( 1 Н/м = 1 Дж/м2 ).
Парциальное давление водяного пара – это давление, которое производил бы водяной пар, если бы остальные газы воздуха отсутствовали
Давлением насыщенного пара Е , гПа, называется наибольшее содержание водяного пара над данной поверхностью и данной температуре, при котором наступает динамическое равновесие между фазовыми переходами.
•ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ :
•ФАЗА – В термодинамике – физически однородное тело или совокупность нескольких тождественных по
состоянию тел, находящихся в тождественных равновесных состояниях
•РАВНОВЕСИЕ ФАЗ – Установившееся состояние системы с несколькими фазами, при котором переход вещества из ожной фазы в другую уравновешивается обратным переходом. Таким образом, если равновесие существует,
то в любой точке межфазовой границы нормальные к ней потоки равны.
•ПРИМЕР равновесия фаз: при Т = const, e стремится к Е и наступает равновесие
•ПРАВИЛО фаз Гиббса, 1868г. - Для описания равновесия фаз предложил формулу:
• F = K – n +2, где F – число степеней свободы, K - число компонент, n – число фаз
• При К =1.(вода),
a)n = 1, ( одна фаза) F =2, т.е. могут меняться 2 параметра (е и Т).
b)n =2, ( две фазы), F = 1, т.е. есть одна независимая переменная ( или е или Т )и мы имеем линию равновесия
фаз : F = f (T)
c) n = 3, F = 0, (точка).
При отрицательных температурах давление насыщенного водяного пара по отношению к ледяным кристаллам меньше, чем по отношению к переохлажденным каплям (Например, при температуре
= -10 °С над переохлажденной водой давление насыщенного водяного пара 2,85 гПа, а над
льдом 2,60 гПа.
•Поскольку давление создается двигающимися молекулами, то значение давления прямо
пропорционально числу молекул в единице объема (в 1 м3 ) и скорости их перемещения, то есть температуре. Следовательно, парциальное давление водяного пара может быть выражено через концентрацию молекул водяного пара:
•e= N П k T , (1)
•где e − парциальное давление водяного пара, гПа; N П − концентрация молекул водяного пара, м-3; k − постоянная Больцмана, 1.38 10− 23 Дж/К; T − температура,
•При условии равновесия между водяным паром и водой, то есть когда за некоторый интервал времени с поверхности воды отрывается такое же количество молекул, сколько и
конденсируется, концентрация молекул водяного пара называется равновесной N ПВ , а создаваемое молекулами давление – давлением насыщения водяного пара над
поверхностью воды EП
•
•EПВ = N ПВ k T . (2)
•Или, равновесная концентрация молекул водяного пара может быть рассчитана по давлению насыщения:
• |
N ПВ = Епв/kT |
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ на ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННОГО ПАРА
• |
1. Температура: = |
над водой |
. |
|
|
• |
2 . Фаза воды |
= надо льдом |
Если известно давление насыщенного пара над плоской поверхностью чистой воды, то для расчета давления над плоской поверхностью чистого льда при разных температурах можно использовать следующую формулу: