鼓励地理一轮复习超前培优课件大气水的蒸发和凝结—论证、探讨大学地理知识.pptx
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1、一、水相变化的判据 单位时间内跑出水面的水分子数与温度成正比,单位时间内落回水中的水分子数与空气中水汽含量有关,两者是水和水汽两相变化和平衡的判据,即出水分子回水分子(未饱和)出水分子=回水分子(饱和)出水分子水汽压(未饱和)饱和水汽压=水汽压(饱和)饱和水汽压水汽压(过饱和) 某一温度下对应的冰面上的饱和水汽压也可得到冰和水汽两相变化和平衡的公式。说明水相变化是可以由实测的水汽压值与同温度下饱和水汽压值比较判定。 (一)水的位相平衡。水的三种相态分别存在于不同的温度和压强条下。 水只存在于0以上的区域,冰只存在于0以下的区域,水汽虽然可存在于0以上及以下的区域,但其压强却被限制在一定值域下。
2、 图中OA线和OB线分别表示水与水汽、冰与水汽两相共存时的状态曲线。显然这两条曲线上各点的压强就是在相应温度下水汽的饱和水汽压,因为只有水汽达到饱和时,两相才能共存。 所以OA线又称蒸发线,表示水与水汽处于动态平衡时水面上饱和水汽压与温度的关系。 线上K点所对应的温度和水汽压是水汽的临界温度和临界压力,高于临界温度时就只能有气态存在,因此蒸发线在K点中断。 OB称升华线,它表示冰与水汽平衡时冰面上饱和水汽压与温度的关系。 0线是融解线,表示冰与水达到平衡时压力与温度的关系。O点为三相共存点。此时温度为0.0076,水汽压为6.11hPa。 上述三线划分了冰、水、水汽的三个区域,在各个区域内不存
3、在两相间的稳定平衡。例如图中点1位于OA线之下,水汽压饱和水气压,此时水要蒸发。 高温时,饱和水汽压大,空气中所能容纳的水汽含量增多,因而能使原来已处于饱和状态的蒸发面会因温度升高而变得不饱和,蒸发重新出现;如果降低饱和空气的温度,由于饱和水汽压减小,就会有多余的水汽凝结出来。 饱和水汽压随温度改变的量,在高温时要比低温时大。例如温度由30降低到25,饱和水汽压减少10.76hPa,而温度从15降到10,饱和水汽压只减少4.77hPa。所以降低同样的温度,在高温饱和空气中形成的云要浓一些,这也说明了为什么暴雨总是发生在暖季。(二)饱和水汽压与蒸发面的关系 水分子欲脱出蒸发面,需克服周围分子的引
4、力。即使在同一温度下,不同蒸发面上的饱和水汽压也不相同。1.冰面和过冷却水面的饱和水汽压 通常,水温在0时开始结冰,但是试验和对云雾的观测发现,有时水在0以下,甚至在一20一一30以下仍不结冰,处于这种状态的水称过冷却水。而过冷却水与同温度下的冰面比较,饱和水汽压并不一样。 对于冰面和过冷却水面,饱和水汽压仍然是按指数规律变化,这就是图31中OB、OB线所表示的情况。 但冰是固体,冰分子脱出冰面的束缚比水分子脱出水面更困难。当冰面上水汽密度较小时,其落回的分子就足以与脱出的分子平衡,达到饱和。与同温度下的过冷却水相比,冰面的饱和水汽压小。 只有温度刚好为0时,冰和水处于过渡状态,其饱和水汽压才
5、相等。 在图32中,E代表同温度下冰面饱和水汽压和过冷却水面饱和水汽压之差。其变化趋势如图中实线所示:自0开始,随着温度降低,差值迅速增大,至一12时达最大值(E=0.269hPa)。温度继续降低时,差值减小。 f表示冰面饱和水汽压占过冷却水面饱和水汽压的相对百分数。它随温度的变化如图中虚线所示。f线随温度降低近似于线性递减温度愈低,冰面饱和水汽压占水面饱和水汽压的比重愈小。 在这种情况下,当水面饱和时,冰面已是过饱和了。或者当冰面上饱和时,水面相对湿度小于100%。所以在冰成云和冰成雾中,常常观测到相对湿度小于100%的事实。 在云中,冰晶和过冷却水共存的情况是很普遍的。如果当时的实际水汽压
6、介于两者饱和水汽压之间,就会产生冰水之间的水汽转移现象。 水滴会因不断蒸发而缩小,冰晶会因不断凝华而增大。这就是“冰晶效应”,该效应对降水的形成具有重要意义。2.溶液面的饱和水汽压 不少物质都可融解于水中,所以天然水通常是含有溶质的溶液。 溶液中溶质的存在使溶液内分子间的作用力大于纯水内分子间的作用力,使水分子脱离溶液面比脱离纯水面困难。 因此,同一温度下,溶液面的饱和水汽压比纯水面要小,且溶液浓度愈高,饱和水汽压愈小。 这种作用对在可溶性凝结核上形成云或雾的最初胚滴相当重要,且以溶液滴刚形成时显著,随着溶液滴的增大,浓度减小,溶液的影响就不明显了。 此外,水滴上的电荷对水滴表面上的饱和水汽压
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