Kondensacja: znaczenie, proces i typy

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Znaczenie kondensacji 2. Warunki wstępne dla kondensacji 3. Proces 4. Typy.

Znaczenie kondensacji:

Kondensacja to proces, w którym para wodna zmienia się ze stanu gazowego w stan ciekły. Jeżeli powietrze zostanie schłodzone poniżej punktu rosy, część pary wodnej zamieni się w ciecz. Kondensacja w powietrzu nie odbywa się automatycznie, jak to dzieje się w zamkniętym pojemniku na wodę.

W zamkniętym pojemniku, po osiągnięciu nasycenia, pary wody zaczynają kondensować z powrotem do wody. Ale w atmosferze kondensacja nie jest prostym procesem. Warunkiem kondensacji oparów wody jest pewna powierzchnia, na której mogą gromadzić się pary wodnej w punkcie rosy.

Powierzchnia do skraplania oparów wody jest zapewniona przez jądra kondensacji, które występują w dużej ilości w atmosferze. W związku z tym kondensacja oparów wody w atmosferze zachodzi tylko wtedy, gdy występuje wystarczająca liczba jąder kondensacji.

Warunki wstępne dla kondensacji:

ja. Wystarczająca ilość oparów wody powinna być dostępna w powietrzu.

ii. Nasycenie powietrza uzyskuje się poprzez zmniejszenie temperatury lub dodanie do niego pary wodnej.

iii. Powinna być dostępna wystarczająca liczba jąder kondensacyjnych.

W przypadku braku zarodków kondensacji kondensacja może się nie rozpocząć, nawet jeśli wilgotność względna przekracza 100%. Ale w powietrzu zawsze jest duża liczba cząsteczek kurzu. W takich warunkach wilgotność względna rzadko przekracza 101 procent.

Z drugiej strony, zarodniki higroskopijne mają duże powinowactwo do oparów wody, dlatego kondensacja może się rozpocząć, nawet jeśli wilgotność względna jest znacznie niższa niż 100%. Później, gdy wilgotność względna osiągnie 100 procent, krople wody powiększają się. Tego rodzaju warunki są niezbędne do tworzenia chmur.

Jedynym sposobem, w którym duże ilości pary wodnej w atmosferze mogą zostać przekształcone w ciecz, jest kondensacja i stała, jest sublimacja, która prowadzi do obniżenia temperatury powietrza w pobliżu lub poniżej punktu rosy.

Niewidzialna wilgoć atmosfery zmienia się w różnorodne formy. Jeżeli atmosfera jest schłodzona, zmniejsza się jej zdolność do zatrzymywania wody, a jeśli jest wystarczająco obniżona, następuje kondensacja.

Postać, w której skraplają się pary wodnej, jest określona przez warunki, w których następuje chłodzenie.

Proces kondensacji:

Istnieją cztery ważne procesy, w których powietrze chłodzi się poniżej punktu rosy:

1. Utrata leczy przez promieniowanie,

2. Kontakt z zimnymi powierzchniami, takimi jak chłodna ziemia, liście roślin, warstwy śniegu i góry lodowe,

3. Mieszanie z zimnym powietrzem i

4. Brak faktycznego dodawania lub odbierania ciepła. Ten rodzaj zmian temperatury wynika z wewnętrznych procesów zmian adiabatycznych, np. Chłodzenia adiabatycznego przez ekspansję rosnącego prądu powietrza.

Adiabatyczny proces chłodzenia:

Proces adiabatyczny definiowany jest jako proces, w którym nie dodaje się ciepła ani nie odejmuje go od masy powietrza. Proces chłodzenia adiabatycznego lub rozprężania zależy w pierwszym rzędzie od masy powietrza wznoszącego się przez atmosferę do wyższych wysokości. Zmiany temperatury polegające na braku odejmowania lub dodawania ciepła są nazywane adiabatycznymi zmianami temperatury.

Powietrze jest słabym przewodnikiem ciepła. Dlatego pionowo poruszająca się masa powietrza zatrzymuje energię cieplną, zachowując swoją tożsamość termiczną od otaczającego powietrza. Gdy masa powietrza wzrasta, rozszerza się z powodu spadku ciśnienia przy wyższych wysokościach. W rezultacie zwiększa się objętość wzrastającej masy powietrza w wyniku rozszerzania.

Podczas ekspansji masa powietrza musi działać przeciw otaczającemu powietrzu. Podczas tego procesu wewnętrzna energia cieplna masy powietrza jest zużywana ze względu na redukcję ekspansji energii cieplnej na jednostkę objętości, co powoduje spadek temperatury.

Tempo spadku temperatury ruchomej masy powietrza wraz z wysokością nazywa się adiabatycznym wskaźnikiem upływu (ALR). Jeśli masa powietrza pozostaje sucha, szybkość spadku temperatury nazywa się suchym adiabatycznym wskaźnikiem upływu (DALR). Wartość DALR wynosi około 10 ° C / km. Różni się od normalnej częstotliwości wygaśnięcia. Jest również nazywany współczynnikiem oddawania środowiska, który jest rejestrowany przez termometr przenoszony przez atmosferę przez rosnący balon.

Temperatura rosnącej masy powietrza nadal maleje, aż staje się nasycona. Dalsze chłodzenie masy powietrza powoduje kondensację. Podczas kondensacji pary wodnej zamieniają się w ciecz uwalniającą ukryte ciepło skraplania. Ciepło utajone kondensacji miesza się z ruchomą masą powietrza.

W rezultacie paczka masy powietrza chłodzi się wolniej niż suchość adiabatyczna. Niższa szybkość chłodzenia nazywana jest nasyconą adiabatyczną częstością wyładowań (SALR). Zasadniczo jego wartość wynosi około 5 ° C / km, jednak jego wartość zmienia się od około 4 ° C / km dla bardzo wilgotnego powietrza w regionach równikowych do około 9 ° C / km dla zimnego powietrza w regionach polarnych.

Kondensacja zależy więc od dwóch zmiennych, tj. Od ilości chłodzenia i względnej wilgotności powietrza.

Rodzaje kondensacji:

Różne formy kondensacji w pobliżu ziemi to:

1. Rosa,

2. Mgła,

3. Mróz, i

4. Smog.

I. Dew:

Powstaje bezpośrednio przez kondensację w pobliżu ziemi, gdy powierzchnia została schłodzona przez promieniowanie wychodzące. Tworzenie się rosy następuje głównie wtedy, gdy noce są czyste, a wiatr spokojny. Generalnie rosa tworzy się na trawie, na liściach roślin i wszelkich innych ciałach stałych w pobliżu powierzchni ziemi.

Warunki sprzyjające rosom :

(i) Radiacyjne chłodzenie w nocy,

(ii) Spokojne warunki / lekkie wiatry,

(iii) Czyste niebo, chłodne i długie noce,

(iv) Wystarczająca dostępność pary wodnej,

(v) Wiatr antycyklonowy, oraz

(vi) Zimna adwekcja.

Warunki niekorzystne dla rosy:

(i) Pochmurne niebo,

(ii) Silne wiatry powierzchniowe,

(iii) Obecność krążenia cyklonowego, oraz

(iv) Ciepła adwekcja.

II. Mgła:

Mgła powstaje w wyniku kondensacji oparów atmosferycznych w postaci kropel wody, które pozostają zawieszone w powietrzu w wystarczających stężeniach, aby zmniejszyć widoczność powierzchni. Mgła to po prostu warstwa chmurowa bardzo blisko powierzchni. Jest to poważne zagrożenie w obszarze przemysłowym. Jest bardzo często w zimie. Jest również bardzo powszechny w pobliżu obszarów przybrzeżnych.

Warunki sprzyjające mgle:

1. Nadmierna wilgotność, wilgotność względna powinna być większa niż 75%.

2. Spokojne / lekkie wiatry, oraz

3. Wiatry antycyklonowe.

Rodzaje mgły:

1. Mgła parowania:

(a) mgła przednia, oraz

(b) Mgła parowa.

2. Chłodzenie mgły:

(a) Mgła Adwekcji,

(b) Mgła radiacyjna,

(c) Mgła odwracająca, oraz

(d) Upslope Fog.

(1) Mgła parowania:

(a) Przednia mgła:

Gdy ciepły deszcz pada przez zimne powietrze, na powierzchni czołowej powstają mgły lub chmury stratusu z powodu nadmiernego nasycenia spowodowanego parowaniem z ciepłego deszczu na zimne powietrze.

(b) Mgła parowa:

Jest to niestabilna mgła wytworzona przez intensywne parowanie z powierzchni wody na stosunkowo zimne powietrze. Mgła parowa występuje na średnich szerokościach geograficznych w pobliżu jezior i rzek jesienią, gdy powierzchnie wodne są jeszcze ciepłe, a powietrze zimne.

(2) Chłodzenie mgły:

(a) Mgła adwekcyjna:

Mgła adwekcyjna powstaje w wyniku transportu ciepłego, wilgotnego powietrza na chłodniejszej powierzchni, powodując chłodzenie warstw powierzchniowych poniżej ich punktów rosy, z kondensacją zachodzącą w postaci mgły. Można go również wytworzyć, jeśli masa zimnego powietrza porusza się po ciepłej powierzchni morza.

(b) mgła radiacyjna:

Mgła radiacyjna lub mgła gruntowa powstaje, gdy stojące wilgotne powietrze styka się z ziemią, która stopniowo się chłodzi w nocy z powodu nadmiernego promieniowania wychodzącego.

(c) Mgła odwrócona:

Jest to nazwa nadana każdemu rodzajowi mgły lub chmur Strusi, które początkowo rozwijają się na szczycie wilgotnej warstwy, której towarzyszy ustępowanie nad inwersją, intensyfikuje ją i wytwarza chmurę warstwową, która może gromadzić się na ziemi jako mgła.

(d) mgła wznosząca:

Mgła wznosząca się jest stabilną mgłą typu wynikającą ze stopniowego podnoszenia orbitalnego konwekcyjnie stabilnego powietrza. Powietrze chłodzi się adiabatycznie, a mgła zaczyna formować się, gdy osiąga wysokość, na której powietrze ochłodziło się do nasycenia.

III. Mróz:

To nie jest zamarznięta rosa. Mróz występuje, gdy punkt rosy powietrza spadnie poniżej punktu zamarzania (0 ° C). Gdy rozpoczyna się kondensacja w temperaturze poniżej 0 ° C, opary wody w powietrzu przechodzą bezpośrednio z fazy gazowej do stałej (sublimacja).

Mróz może być lekki lub ciężki. Gdy mróz jest ciężki, rośliny są uszkodzone. Jest również nazywany zabijaniem mrozów. Mroźne noce są częstsze w okresie zimowym w północno-zachodnich Indiach. Uprawy, które są wrażliwe na uszkodzenia w niskich temperaturach, ponoszą ogromne szkody.

za. Promieniowanie szronowe:

Występuje w spokojne, czyste noce, gdy promieniowanie naziemne jest tracone w przestrzeni. Brak chmur i duże stężenie oparów wody prowadzi do powstawania szronu radiacyjnego.

b. Advection frost:

Występuje w obszarach, gdzie zimne powietrze jest nakierowane z chłodniejszych obszarów przez silniejsze wiatry. Adwekcyjny mróz lub przymrozki mogą wystąpić o każdej porze dnia i nocy, niezależnie od warunków panujących na niebie. W niektórych przypadkach przymrozki adwekcyjne mogą zostać nasilone przez mróz promieniowania.

do. Szron lub szron:

Jest to spowodowane sublimacją kryształów lodu na obiektach takich jak gałęzie drzew, druty itp. Obiekty te muszą znajdować się w temperaturze poniżej zera, ponieważ powietrze o temperaturze poniżej punktu zamarzania jest doprowadzane do nasycenia przez chłodzenie.

re. Mróz bez oszronienia:

Występuje, gdy roślinność jest zamarznięta z powodu obniżenia temperatury powietrza, która nie zawiera wystarczającej wilgoci.

Różnica między Promieniowaniem a Mrozem Adwekcji:

W przypadku mrozów promieniowania, główne warunki to spokojne, czyste noce i inwersja temperatury. Jest krótkotrwały. W przypadku mrozów adwekcyjnych głównymi warunkami są silne wiatry i brak odwrócenia temperatury. Trwa to długo.

Kontrola mrozu:

Mróz powinien być kontrolowany, aby utrzymać tkanki roślinne powyżej temperatury śmiertelnej. Rośliny warzywne są niszczone przez mróz. Uszkodzenie roślin uprawnych zależy od rodzaju uprawy. Obecność szronu na liściach utrudnia normalne funkcjonowanie szparki.

W wyniku tego niekorzystnie wpływa na proces fotosyntezy. W ciężkich mroźnych warunkach rośliny uprawne mogą zostać zabite. Dlatego konieczne staje się oszczędzanie roślin przed uszkodzeniem przez mróz.

Można zastosować następujące metody, aby chronić rośliny przed uszkodzeniem przez zamarzaniem:

1. Wybór strony,

2. Zwiększone przechwytywanie promieniowania (zasłona dymna),

3. Izolacja termiczna,

4. Mieszanie powietrzem (śmigła napędzane silnikiem i gorące wentylatory napędzające ciepłe powietrze w warstwie odwracającej w dół),

5. Bezpośrednie ogrzewanie powietrza i instalacji,

6. Aplikacja wody, oraz

7. Manipulacja glebą.

IV. Smog:

Jest to połączenie mgły i dymu, które znajduje się nad dużymi miastami przemysłowymi na średnich i wysokich szerokościach geograficznych. Ponieważ utrzymuje się przez wiele dni i powoduje tak wiele chorób i zgonów, dlatego jest również znany jako mordercza mgła.

Kondensacja nad ziemią:

W sezonie letnim masa powietrza na powierzchni ziemi jest ogrzewana z powodu intensywnej energii cieplnej. Ta masa powietrza staje się cieplejsza w porównaniu do otaczającego środowiska. Wytwarzane są silne prądy pionowe, które podnoszą ciepłą i lekką masę powietrza. Rosnąca masa powietrza zostaje nasycona z powodu chłodzenia.

Dalsze schładzanie nasyconej masy powietrza prowadzi do kondensacji. Podnoszenie masy powietrza trwa, nawet jeśli pierwotna przyczyna uniesienia przestała być skuteczna. Później ruch powietrza w górę jest spowodowany siłą wyporu. Często masa powietrza opada do poprzedniego poziomu. Ruch masy powietrza w górę i w dół zależy od stabilności i niestabilności atmosfery.