Următoarea secțiune de material se referă la apa din atmosferă. Vom începe prin a descrie fizica din spatele proceselor importante de evaporare și condensare. Vor fi explicate conceptele de umiditate relativă și temperatura punctului de rouă. Vom arăta apoi modul în care combinația dintre temperatura aerului, umiditatea și vânturile se referă la confortul sau disconfortul uman și la ceea ce se înțelege prin temperatura frigului și indicele de căldură. În continuare va fi descris procesul de formare a norilor. Acest lucru ne va conduce la o dezvoltare severă a vremii, deoarece căldura eliberată pe măsură ce se formează nori oferă o mare parte din energie pentru furtuni, tornade și uragane.

atmo336

Apa este singura substanță care există în toate cele trei stări de fază (gaz, lichid și solid) la temperaturile găsite pe Pământ. Concentrația de vapori de apă invizibili gazoși variază foarte mult de la un loc la altul și din când în când. În locații tropicale calde, aproape de suprafață, vaporii de apă pot reprezenta până la 4% din gazele atmosferice. În regiunile polare reci, există doar o cantitate mică.

Vaporii de apă sunt extrem de importanți în atmosferă din mai multe motive. Câteva dintre aceste motive includ:

  • Vaporii de apă se transformă în particule de nor lichide și solide care cresc și cad pe Pământ ca precipitații.
  • Când vaporii de apă se condensează în formarea norilor, se numesc cantități mari de căldură căldură latentă este eliberat în atmosferă. Căldura latentă este o sursă importantă de energie în dezvoltarea furtunilor și a uraganelor.
  • Vaporii de apă absoarbe puternic radiațiile infraroșii, făcându-l un gaz important în echilibrul căldură-energie al Pământului. De fapt, vaporii de apă sunt cel mai mare factor care contribuie la efectul de seră pe Pământ.

Schimbări de fază ale apei

Diagrama de mai jos arată energia care trebuie absorbită sau eliberată pentru ca substanța apă să schimbe faza. Fazele unui material sunt solide, lichide și gazoase. Vaporii de apă au cea mai mare energie internă pe gram de apă, urmată de apă lichidă și apoi de gheață. Orice schimbare de fază de la o stare de energie internă mai mică la una superioară necesită adăugarea de energie, în timp ce orice schimbare de fază de la o stare de energie internă mai mare la una mai mică implică o eliberare de energie. (Vezi Figura E) Se numește energia care trebuie adăugată sau eliminată din apă pe măsură ce schimbă fazele căldură latentă. Căldura latentă absorbită sau eliberată de apă este necesară deoarece moleculele de apă trebuie să își schimbe modelele de legătură chimică și energia internă pentru a schimba faza. Astfel, căldura latentă se referă doar la energia care trebuie adăugată sau îndepărtată din apă pentru a provoca modificări de fază. Căldura latentă nu face ca temperatura apei să se schimbe, ci doar faza. Se numește energie care este utilizată pentru a modifica temperatura măsurată a unei substanțe, dar nu și faza acesteia căldură sensibilă. De exemplu, creșterea temperaturii apei lichide de la 20 ° C la 30 ° C necesită adăugarea de căldură sensibilă și scăderea temperaturii apei lichide de la 30 ° C la 20 ° C necesită eliminarea căldurii sensibile.

Depunere 680 cal/g
Energie eliberată în mediu (încălzire)
Congelare

80 cal/g

Topire		 Condensare

590 cal/g

Evaporare
Energia preluată din mediu (răcire)
Sublimarea 680 cal/g

Caloria (cal) este o unitate fizică pentru măsurarea energiei. Este definită ca cantitatea de energie necesară pentru a crește temperatura sau un gram de apă lichidă cu 1 grad Celsius. Diagrama de mai sus arată cantitatea de energie latentă necesară pentru schimbările de fază ale apei pe gram de apă. Schimbările de fază de la fazele de energie mai mici la cele mai mari ale apei, topirea, evaporarea și sublimarea, necesită adăugarea energiei în apă. Schimbările de fază de la energie mai mare la fazele cu energie mai mică ale apei, condensului, înghețului și depunerii, necesită ca energia să fie îndepărtată din apă. Este foarte important să realizăm cantitățile relative de căldură latentă implicate în diferitele schimbări de fază. Căldura latentă asociată cu schimbarea fazei între apa solidă (gheață) și cea lichidă este de 80 de calorii pe gram de apă. Căldura latentă asociată cu schimbarea de fază dintre vaporii de apă (forma gazoasă a apei) și apa lichidă este de 590 de calorii pe gram de apă. Cantitatea uriașă de energie implicată în evaporarea și condensarea apei este foarte importantă pentru înțelegerea funcționării vremii și a climatului pe Pământ.

În timpul proceselor de topire, evaporare și sublimare, apa absoarbe energia. Energia absorbită determină moleculele de apă să-și schimbe tiparul de legătură și să se transforme într-o stare de energie mai mare. În sistemul Pământ, această energie trebuie furnizată de mediul înconjurător. Astfel, aceste modificări de fază duc la răcirea mediului înconjurător. Cu alte cuvinte, apa absorb energia din mediul înconjurător (pentru a suferi aceste modificări de fază). Deoarece mediul înconjurător pierde energie, acesta se răcește.

În timpul proceselor de condensare, îngheț și depunere, apa eliberează energie. Energia eliberată permite moleculelor de apă să își schimbe tiparul de legătură și să se transforme într-o stare de energie mai mică. În sistemul Pământului, această energie trebuie absorbită de mediul înconjurător. Astfel, aceste modificări de fază duc la încălzirea mediului înconjurător. Cu alte cuvinte, apa eliberează energie în mediul înconjurător (pentru a suferi aceste modificări de fază). Deoarece mediul înconjurător absoarbe sau câștigă energie, acesta se încălzește.

În atmosferă, schimbările de fază dintre lichid și gaz sunt cele mai importante din cauza cantității mari de căldură latentă implicată. Schimbările de fază dintre gaz și solid (depunere și sublimare) sunt mult mai puțin frecvente în sistemul climatic al Pământului. Asigurați-vă că înțelegeți că evaporarea apei are ca rezultat răcirea mediului înconjurător și că condensarea apei duce la încălzirea mediului înconjurător. Ultimele câteva puncte sunt făcute din nou în acest document WORD privind schimbările de fază ale apei în atmosferă. Vă sugerez să citiți documentul respectiv.

Ciclul apei (numit și ciclul hidrologic)

Ciclul apei se referă la mișcarea continuă a apei pe, deasupra și sub suprafața Pământului. Apa poate schimba faza dintre lichid, gaz (vapori de apă) și solid (gheață) în diferite locuri ale ciclului. Importanța ciclului apei pentru viața pe uscat nu poate fi exagerată. fără ciclul apei, cea mai mare parte a vieții terestre pe Pământ nu ar putea exista. Ar trebui să vă familiarizați cu elementele de bază ale ciclului apei și cu utilizarea termenilor de evaporare, condensare, precipitații și evapotranspirație, așa cum este descris în paragraful următor.