Vassdamp

Frå Wikipedia – det frie oppslagsverket

Vassdamp er gassfasen til vatn. På Jorda er vassdamp ein av fasane i vasskrinslaupet i hydrosfæren. Vassdamp blir danna ved at flytande vatn fordampar eller ved at is sublimerar. Under normale atmosfæriske forhold vil vatn heile tida fordampe, medan vassdamp kondenserar. Vanlegvis er det ikkje mogeleg å sjå vassdamp med det blotte auget.

Innhaldsliste

[endre] Generelle eigenskapar

[endre] Fordamping/sublimasjon

Vassdamp kondenserar over ein kopp varm te
Forstørr
Vassdamp kondenserar over ein kopp varm te

Når eit vassmolekyl forlet ei overflate, seier vi at den har fordampa. Kvart vassmolekyl som blir til vassdamp tar med seg litt varme. Denne prosessen blir kalla fordampingskjøling. Kor mykje vassdamp det er i lufta avgjer kor mange molekyl som vil gå tilbake til overflata. Så når ein har netto fordamping, vil vatnet få ei netto avkjøling på grunn av vassmengda den mistar. Fordampingskjøling er avgrensa av atmosfæriske forhold.

Mengda av vassdamp i lufta blir kalla fukt. Ein kan måle vassdampinnhaldet i lufta med eit hygrometer. Målingane blir uttrykt ved spesifikk fukt eller relativ fukt. Temperaturen i atmosfæren og vassdampen avgjer vassdampen sitt likevektstrykk eller mettingstrykk. 100 % relativ fukt har ein når partialtrykket av vassdampen er likt likevektstrykket til vassdampen. Ein seier då at lufta er metta.

Ein annan form for fordamping er sublimasjon, der vassmolekyla blir damp frå is istadenfor flytande vatn. Her gjeld dei same prinsippa som ved fordamping. Når isen har høgare temperatur enn omgivnadane så vil det oppstå sublimasjon. Det er sublimasjon som fører til at is og snø sakte kan forsvinne sjølv om temperaturen er for låg til å kunne smelte is og snø.

[endre] Kondensasjon

Vassdamp vil berre kondensere på ei anna overflate visst overflata er kaldare enn temperaturen til vassdampen, elller visst lufta er overmetta på vassdamp. Når vassdamp kondenserar på ei flate skjer det ei netto oppvarming av flata fordi vassmolekylet tar med seg varme. Derfor fell temperaturen i lufta litt under kondensasjon. I atmosfæren fører kondensasjon til skyer, tåke og nedbør, men vanlegvis berre visst vassdampen har ei lita kjerne å fordampe på. Doggpunktet til lufta er temperaturen lufta må avkjølast til for at kondensasjon skal oppstå.

Kondensasjon av vassdamp på ei flate vil altså oppstå visst temperaturen til flata er under eller like stor som doggpunkttemperaturen i atmosfæren. Deposisjon er ein type kondensasjon, der vassdamp går direkte frå vassdamp til iskrystallar utan å kondensere til vatn først. Rim og snø er døme på denne prosessen.

[endre] Tettleik

Vassdamp er lettare eller har mindre tettleik enn luft. Dette fører til at under like temperaturforhold vil vassdampen stige i forhold til lufta.

[endre] Utrekning av tettleik ved 0°C

Den molekylære massen eller vekta av vatn er 18,02 g, som er rekna ut frå summen av atommassen til kvart atom. Luft består normalt av 78 % nitrogen, 21 % oksygen og 1 % andre stoff. Den midlare mokelykærvekta til tørr luft er omlag 28,57 g ved standard temperatur og trykk (STP). Ved å bruke Avogadro si lov og tilstandslova for gass, vil både vassdamp og luft ha eit molekylært volum på 22,414 l/mol ved standard temperatur og trykk. Dermed er tettleiken til vassdamp 0,804 g/l som er mykje mindre enn tørr luft som er 1,27 g/l ved standard temperatur og trykk.

Merk at STP forhold har temperatur lik 0°C, då fordampingsevna til vatnet er svært avgrensa. Lufta inneheld lite vassdamp ved 0°C. Mengda aukar ein god del med temperaturen. Tilstandslova for gass kunne like gjerne blitt brukt ved 100°C, men det ville framleis ha vore ein tettleiksskilnad.

Vassdampen medverker meir til det totale lufttrykket når mengda aukar. Partialtrykket til vassdampen aukar óg, og partialtrykket til dei andre atmosfæriske gassane minkar sidan det totale lufttrykket må vere konstant (Dalton si lov).

[endre] Verknadar mellom luft og vassdamp med lik temperatur

Ei luftsøyle har større tettleik og er tyngre enn ei luftsøyle som inneheld vassdamp, så lenge begge søylene har same temperatur. Så tørr luft vil synke visst den kjem inn i eit volum med luft som inneheld vassdamp. På same måte vil luft som inneheld vassdamp stige visst den blir blanda inn i eit volum med tørr luft.

[endre] Generelt

Atmosfæren inneheld den mengda vassdamp den gjer på grunn av avgrensingar i samband med partialtrykket og temperaturen. Doggpunkttemperatur og relativ fukt er retningslinjer for vassdampprosessen i vasskrinslaupet. Tilført energi, som sollys, kan fører til meir fordamping frå havoverflata eller meir sublimasjon frå is og snø. Balansen mellom kondensasjon og fordamping gjev vassdampen sitt partialtrykk (forkorta til vassdamptrykket).

Det maksimale partialtrykket (mettingstrykk) til vassdamp i luft varierar med temperaturen til lufta og vassdampblandinga. Det finns mange empiriske formlar for denne storleiken og den mest brukte referanselikninga er Goff-Gratch si likning for vassdampen sitt mettingstrykk over flytande vatn:

\log_{10} \left ( p \right )= -7.90298 (\frac{373.16}{T}-1) + 5.02808 \log_{10} \frac{373.16}{T}
- 1.3816 . 10^{-7} (10^{11.344 (1-\frac{T}{373.16})} -1)
+ 8.1328 . 10^{-3} (10^{-3.49149 (\frac{373.16}{T}-1)} -1)
+ \log_{10} \left ( 1013.246 \right )
Der T, er temperaturn i fuktig luft, gitt i eininga Kelvin, og p er trykket gitt i hPa.

Formelen gjeld frå −50 to 102°C, men det finns svært få målingar av vassdamptrykket over vatn som er underkjølt.

Under spesielle forhold, som når vatn byrjar å koke, vil det skje ei netto fordamping under standard atmosfæriske forhold uansett kva den relative fukta er. Denne prosessen vil spre store mengder vassdamp inn i ein kjølegare atmosfære.

Med kroppstemperatur er utanda luft nesten heilt i likevekt med vassdamp. I kald luft vil den utanda dampen raskt kondensere, og vise seg som ei lita sky av små vassdropar som kondenserar eller frys på overflater.

[endre] Vassdamp i atmosfæren

Vassdamp er ein liten, men svært viktig del av atmosfæren, og det meste av den finn vi i troposfæren. Vassdamp står for det meste av Jorda sin naturlege drivhuseffekt, som varmar planeten, men kondenserar òg til skyer, som kan både varme og kjøle ned jorda. Vatn i atmosfæren og vêret er begge svært avhengige av og påverkar kvarandre.

Tåke og skyer blir danna ved at vassdamp kondenserar på ein kondensasjonskjerne. Utan kondensasjonskjerner må det mykje lågare temperatur til for at kondensasjon skal oppstå. Med vedvarande kondensasjon eller deposisjon kan skydropar eller snøflak dannast, og når desse blir store og tunge nok fell dei ned til overflata som regn eller snø.

Aukande vassdamp ved Boulder, Colorado.
Forstørr
Aukande vassdamp ved Boulder, Colorado.

Den gjennomsnittlege tida vassdamp held seg i troposfæren er rundt 10 dagar. Vassdampen forsvinn frå atmosfæren som regn, blir ført tilbake ved fordamping frå hav, innsjøar, elver og transpirasjon frå planter og andre biologiske og geologiske prosessar.

Den årleg midla globale konsentrasjonen av vassdamp ville gjeve eit lag på 2,5 cm flytande vatn over heile Jorda om alt hadde kondensert på ein gong. Den midla årlege nedbøren på Jorda er derimot om lag 1 meter, noko som indikerer rask omsetting av vatnet i lufta.

[endre] Radar- og satellittbileter

Globalt midla atmosfærisk vassdamp
Forstørr
Globalt midla atmosfærisk vassdamp

Sidan vassmolekyl absorberar mikrobølgjer og andre radiobølgjefrekvensar, blir radarsignal svekka av vatn i atmosfæren. I tillegg vil atmosfærisk vatn reflektere og refraktere signala på forskjellige måtar avhengig av om det er damp, flytande vatn eller is.

Generelt vil radarsignal kontinuerleg miste styrke jo lenger dei fer gjennom troposfæren. Forskjellige frekvensar blir svekka forskjellig, slik at enkelte luftkomponentar stoggar enkelte frekvensar, men slepp andre gjennom. Radiobølgjer som blir brukt til kringkasting og anna kommunikasjon blir til dømes svekka av denne effekten.

Vassdamp reflekterar radar mindre enn flytande vatn og is. Når ein har dropar og iskrystallar fungerar vatnet som eit prisme.

[endre] Kjelde til lyn

Vassdamp har ei nøkkelrolle i danning av lyn i atmosfæren. Skyer genererar statisk elektrisitet i atmosfæren, men evna skyer har til å halde på store mengder elektrisk energi er direkte avhengig av vassdampmengda i skya.

Vassdampen styrer permittiviteten i lufta. Når lufta har låg fukt, oppstår det raskt utlading av statisk elektrisitet. Når fukta aukar skjer det færre utladingar, men permittiviteten og kapasitansen fører til at lufta kan produsere større elektriske ladningar før dei blir utlada som lyn.

Etter at ei sky har starta å generere lyn fungerer vassdampen som eit stoff (eller ein isolator) som motverkar utladinga av den elektriske energien. Visst skya held fram med å generere statisk elektrisitet, vil ikkje vassdampen lenger klare å hindre ei utlading. Energien blir utlada mot eit lokalt, motsett lada område i form av lyn. Styrken på kvar utlading er direkte tilknytta permittiviteten og kapasitansen til atmosfæren i tillegg til kjelda til utladinga.

Sjå òg Van de Graaff generator.

[endre] Utanomjordisk vassdamp

Det klåre lyset frå ein komethale kjem stort sett frå vassdamp. Når ein komet nærmar seg Sola, vil isen mange kometar består av sublimere til vassdamp, som så reflekterar lyset frå sola. Når ein veit avstanden frå sola til kometen, kan astronomar rekne ut vassinnhaldet i kometen ut frå kor sterkt den skin. Lyse halar frå ein komet langt borte tyder på sublimasjon av karbonmonoksid.

Forskarar som studerer planeten Mars meiner at om det er vatn i rørsle på planeten, vil det vere vassdamp. Det meste av vatnet på Mars er i form av is på den nordlege polen. Under Mars sin sommar sublimerar denne isen til vassdamp og skapar kanskje massive stormar som transporterar vassdamp mot ekvator.

[endre] Sjå òg

[endre] Lenkjer ut