為什麼這篇空氣中的水蒸氣鄉民發文收入到精華區:因為在空氣中的水蒸氣這個討論話題中,有許多相關的文章在討論,這篇最有參考價值!作者wohtp (會喵喵叫的大叔)看板Physics標題Re: [問題] 空氣中為什麼有水蒸氣?時間...
空氣中的水蒸氣 在 蘇義傑 EJ ® Instagram 的最佳解答
2021-03-31 11:11:05
今天的顏色是藍天白雲的藍☁️ [EJ小學堂] 空氣中的水蒸氣或水分子遇冷,然後凝結在一起,就會形成冰晶與小水滴。 因為很輕不會掉下來,但是當小水滴越來越多,逐漸形成大水滴的時候就會掉下來進行下雨的動作! 讓我們一起來當個隨心所慾的白雲先生☁️ #白雲 #clouds #白雲的白 #彩虹的約定 ...
以下內容的目標讀者是大學高年級/研究所程度以上。內含各種熱力/統力打高空。
換句話說,可能反而對原po造成不良影響。請小心閱讀。
老實說,很久以來我跟原po有同一個疑問:
28度C一大氣壓下面,液態水是能跟什麼鬼東西共存啦 (/‵Д′)/~ ╧╧
當然,水蒸氣可能根本不處於熱平衡。可是...
考慮台灣這個濕度動不動就衝到接近100%的鬼地方,等於大約3%的空氣分子都
是水。要說這麼空氣中多水分子,從早到晚這麼長的時間,都不能建立局部平
衡,這未免也太牽強。
前一陣子有個鄰居的高中生跑來問我蒸氣壓的問題。說來慚愧,要不是她讓我
去思考,我大概會一直迷糊下去。
以下是我整理出來的解釋,請板友指正。
1. 28度C的水蒸氣也處於(局部)熱平衡
怎麼可能?因為水蒸氣受的壓力是自己的氣體分壓,而不是整個大氣壓。
考慮一堵牆壁對空氣分子施力,總共加起來平均是一大氣壓沒錯。但是直接作
用在水分子上面的,平均起來,正是氣體分壓。
就算是相對溼度接近100%,28度時水蒸氣的氣體分壓也小於 0.03 atm,所以氣
態水可以安然存在。
2. 液氣介面的那些事兒
這裡才是沒辦法用簡單的熱力學處理的地方。
假設其他氣體分子的存在只是給液態水施加均勻背景壓力,不然問題會更難搞。
液態水跟水蒸氣之間的交互作用有碰撞、凝結和蒸發這三種。碰撞就是蒸氣分
子飛進來,撞到水面,又飛出去;凝結是飛進來就被液體抓住;蒸發就是從液
體無緣無故飛出一個分子。
凝結時液體會把蒸氣分子原本的動量一起吃進去,而蒸發是液體吐動量出來給
蒸氣,所以兩者都會影響介面的受力。
如果我們要求液氣介面處於力平衡,蒸發和凝結必須互相抵銷,平均起來等於
蒸氣跟液面之間只有彈性碰撞。這時候的壓力就剛好是:
水蒸氣壓力 = 氣體分壓 (定義這個值為飽和蒸氣壓)
水壓 = 蒸氣氣體分壓 + 其他東西的氣體分壓 = 一大氣壓
這時也是熱力學平衡,真正意義上的液氣共存。
3. 不平衡的介面
可是別忘了,壓力是只有在熱力學平衡時才能定義的東西。
28度一大氣壓,可是水蒸氣不飽和的時候,液氣介面看起來如何?
蒸發多過凝結,所以是液體把介面往外推,某種意義上代表了介面上的水分子
其實有更多誘因往外跑?我也不知道啦,反正沒有熱力學平衡的時候,怪事就
會一大堆。然後大概也沒有well-defined的壓力可言。
重點是,壓力在介面附近都整個亂了套了,所以介面上的液體分子平均感覺到
的並不是,「啊,現在是28度C一大氣壓,我應該乖乖當個液態水。」
所以,即使從巨觀來看,液態水也會從水面開始一直蒸發,好像液態並不穩定
似的。因為靠近介面的地方的確不穩定。
蒸發會一直持續到水蒸氣飽和為止。當然,大部分時候液態水會先用完。
4. 那麼,水蒸氣凝結成水珠呢?
這就簡單多了。水蒸氣的分壓高於飽和蒸汽壓時,氣態不穩定,所以這只是普
通的相變。
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※ 編輯: wohtp (123.110.141.102), 09/24/2014 18:16:36
※ 編輯: wohtp (123.110.141.102), 09/24/2014 19:59:51
只講微觀的能量分布沒有搔到癢處。
※ 編輯: wohtp (123.110.141.102), 09/25/2014 15:50:29
※ 編輯: wohtp (123.110.141.102), 09/25/2014 19:46:54
單一分子 --> 拿thermodynamic limit時密度趨近於零
因為這個問題裡水分子密度是非零的常數,所以不能當成單一分子看。
而且水蒸氣分子非要處於熱平衡不可。
喵的宋楚瑜是送多少錢給M$,新注音一直給我楚瑜 (/‵Д′)/~ ╧╧
想像一個裡面沒有液態水的房間,相對溼度50%好了。
你等到天荒地老也不會有水滴凝結的,代表水蒸氣是穩定的狀態。
※ 編輯: wohtp (123.110.141.102), 09/25/2014 19:54:50
※ 編輯: wohtp (123.110.141.102), 09/25/2014 20:00:15