الرطوبة وبخار الماء
بخار الماء مكون غير مرئي ولكنه قوي في الهواء، والعديد من طرق قياسه، من نقطة الندى إلى الرطوبة النسبية، توضح مدى قرب الغلاف الجوي من تكثيف رطوبته إلى سحب أو ضباب أو مطر.
Definition
الرطوبة هي كمية بخار الماء الموجودة في الهواء، ويُعبر عنها من خلال مقاييس مثل الرطوبة النسبية، والرطوبة المحددة، ونسبة الخلط، ودرجة حرارة نقطة الندى، وكلها تربط محتوى البخار الفعلي بالقيمة المشبعة.
Scope
يغطي هذا الموضوع الديناميكا الحرارية لبخار الماء في الهواء، بما في ذلك ضغط البخار المشبع واعتماده على درجة الحرارة من خلال علاقة كلاوزيوس-كلابيرون، ومقاييس الرطوبة المختلفة مثل الرطوبة النسبية والمحددة، ونسبة الخلط، ونقطة الندى، وقياساتها.
Core questions
- ما الذي يحكم كمية بخار الماء التي يمكن أن يحتفظ بها الهواء قبل التشبع؟
- كيف ترتبط مقاييس الرطوبة المختلفة ببعضها البعض؟
- لماذا تتغير الرطوبة النسبية مع تغير درجة الحرارة حتى مع ثبات الرطوبة؟
- كيف تُقاس الرطوبة الجوية عمليًا؟
Key theories
- علاقة كلاوزيوس-كلابيرون
- يرتفع ضغط البخار المشبع بشكل شبه أسي مع درجة الحرارة، لذا يمكن للهواء الأكثر دفئًا أن يحتفظ بكمية أكبر بكثير من بخار الماء، وهي علاقة تكمن وراء الرطوبة وتكوين السحب وتكثيف دورة المياه في المناخ الدافئ.
- مقاييس الرطوبة ونقطة الندى
- تحدد الرطوبة المحددة ونسبة الخلط محتوى البخار الفعلي، وتقارن الرطوبة النسبية ذلك بالتشبع، ونقطة الندى هي درجة الحرارة التي يجب أن يبرد إليها الهواء ليصبح مشبعًا، وتصف هذه المقاييس معًا حالة رطوبة الهواء.
Mechanisms
يُحدد الحد الأقصى لبخار الماء الذي يمكن أن يحتويه الهواء بواسطة ضغط البخار المشبع، والذي يزداد بشكل حاد مع درجة الحرارة وفقًا لعلاقة كلاوزيوس-كلابيرون. يُقاس البخار الفعلي الموجود بنسبة الخلط أو الرطوبة المحددة، بينما الرطوبة النسبية هي نسبة ضغط البخار الفعلي إلى ضغط البخار المشبع. ولأن التشبع يعتمد على درجة الحرارة، فإن تبريد الهواء الرطب يرفع رطوبته النسبية حتى يتشبع عند نقطة الندى ويبدأ التكثف، مكونًا الندى أو الضباب أو السحب.
Clinical relevance
تُعد مقاييس الرطوبة مدخلات أساسية للتنبؤ بالضباب والصقيع وقواعد السحب وهطول الأمطار، ولمؤشرات الإجهاد الحراري التي تجمع بين درجة الحرارة والرطوبة، ولفهم كيف يحتفظ الغلاف الجوي الدافئ بالمزيد من بخار الماء ويمكن أن ينتج أمطارًا غزيرة.
History
أرست دراسات جون دالتون في أوائل القرن التاسع عشر حول ضغط البخار، جنبًا إلى جنب مع العلاقة الديناميكية الحرارية المستمدة من كلابيرون وكلاوزيوس، الوصف الكمي لبخار الماء في الهواء؛ وقد أتاح مقياس الرطوبة ثم الأجهزة الإلكترونية وأجهزة الاستشعار عن بعد القياس الروتيني للرطوبة الجوية.
Key figures
- Rudolf Clausius
- Benoit Paul Emile Clapeyron
- John Dalton
Related topics
Seminal works
- wallace2006
- bohren1998
Frequently asked questions
- لماذا ترتفع الرطوبة النسبية ليلًا حتى عندما لا تمطر؟
- تقارن الرطوبة النسبية الرطوبة في الهواء بالحد الأقصى الذي يمكن أن يحتفظ به، والذي ينخفض مع برودة الهواء؛ لذا في ليلة صافية، ومع انخفاض درجات الحرارة، ترتفع الرطوبة النسبية على الرغم من أن الكمية الفعلية لبخار الماء لم تتغير.
- ما هي نقطة الندى؟
- نقطة الندى هي درجة الحرارة التي يجب أن يبرد إليها الهواء، عند ضغط ورطوبة ثابتين، ليصبح مشبعًا؛ وتشير نقطة الندى الأعلى إلى وجود المزيد من بخار الماء في الهواء وزيادة فرصة تكون الندى أو الضباب أو هطول الأمطار.