Почему зимой пар над водой

Почему пар поднимается вверх

Туман, поднимающийся над поверхностью воды, можно заметить в природе и в быту человека. Кто-то это воспринимает как данность. Кто-то задумывается, почему же пар поднимается вверх над кастрюлей или над водоемом? И отличаются ли друг от друга-пар и туман?

Ответы на эти вопросы даёт физика.

Для начала стоит определиться с тем, что водяной пар увидеть нельзя, он невидим, как воздух. То, что доступно взгляду человека – это туман, то есть газ, состоящий из капелек воды. Однако его привычно в бытовых разговорах называют «паром». Этот туман имеет белый цвет, что определяется его составом.

Что происходит с воздухом, когда одна его часть нагревается? При нагревании воздух расширяется, становится не таким плотным, как окружающий его холодный воздух. Под воздействием архимедовой силы теплый воздух поднимается, а на его место приходит холодная часть воздуха. Это явление называется конвекция. В ряде случаев циркуляция воздуха не так заметна визуально, например, внутри помещения, при полёте воздушных шаров, при горении. В других же – это очевидно и подтверждается простым наблюдением, например, в случае, когда туман поднимается над кипящей водой.

Также туман, который поднимается и держится в утреннее время над водой, доступен взгляду человека, но когда воздух прогревается и туман превращается в водяной пар, он испаряется, будучи для человека невидимым.

Конвективный теплообмен может происходить и в жидкой, и в газообразной среде, если между разными частями этой среды есть разность температур. Зная об этом, можно предположить результат, открывая кастрюлю с кипящей жидкостью.

Знание этого физического явления помогает использовать его быту человека, в создании предметов бытовой техники: в отопительных приборах, холодильниках, духовых шкафах.

Источник

Что происходит в сильный мороз , рассказал профессор физики

Заведующий кафедрой общей и экспериментальной физики , доктор физико-математических наук АлтГУ Владимир Плотников рассказал , почему люди по-разному ощущают холод , как все снежинки получаются разными и чем полезны «слоеные» сапоги.

Почему изо рта идет пар

При низких температурах происходит множественное зарождение центров конденсации. Пары воды смешиваются с молекулами воздуха , в конденсированном состоянии образуются капли , которые мы видим. Какое то время они висят в воздухе , пока их не уносит ветер или пока они не выпадут на землю.

Если температура окружающей среды высокая , то конденсата не образуется , поэтому летом чаще всего мы не видим пара.

Что происходит с кипятком на морозе

Ничего особенного. Идет быстрый отток тепла. Если выплеснуть воду из кружки , она превратится в пар. Вы его увидите. Но для того чтобы было по-настоящему красиво , нужно , чтобы температура воздуха была около −50…−60С. Тогда вода прекратится в ледяные струйки. А наши -30 — это так себе.

Что касается экспериментов с низкими температурами , лучше купите термос жидкого азота и суньте туда кусок резины. Если вы потом бросите его на пол , он разобьется , как стекло.

Что будет с мыльными пузырями зимой

Мыльные пузыри на морозе замерзнут и превратятся в ледяные шары. Они замерзнут при любой температуре ниже ноля. Чем ниже температура , тем быстрее.

Почему мерзнут ноги

Потому что сапоги делают люди , которые таких морозов не видели. Для того чтобы было не холодно , подошва обуви должна быть слоистой — между наружным и внутренним слоем обязательна изоляционная прокладка — это может быть войлок или полимер , главное , чтобы он был пористым.

Что такое температура воздуха

Это среднее значение кинетической энергии молекул. Чем быстрее двигаются молекулы , тем теплее. Если эта энергия уменьшается , то есть движение замедляется , то становится холоднее. -273С — температура , при которой кинетическая энергия равна нулю.

Сейчас , когда на улице -30 , в воздухе есть молекулы , температура которых достигает +1000С , есть молекулы с температурой −100…−200С. Но больше всего тех , что с -30С.

Если бы мы научились собирать эти «горячие» молекулы , у нас бы всегда была «печка».

Почему люди по-разному ощущают холод

В большой степени ощущение холода зависит от влажности воздуха. Нам в этом смысле повезло: влажность небольшая. Все дело в том , что влага в воздухе способствует дополнительному отводу тепла от тела человека , а значит мы быстрее мерзнем. Даже небольшая минусовая температура при большой влажности способна доставить серьезный дискомфорт.

Почему все снежинки разные

Происходит кристаллизация воды , кристалл растет , у него появляются «усики», а от них еще идут ответвления: снежинка — это ледяной дендрит. Условия для образования снежинок неравновесные , то есть все зависит от многих параметров — влажности , температуры , давления. Самые минимальные изменения этих параметров приводят к тому , что меняется и снежинка , она «растет» в разные стороны и по-разному.

Примечательно , что снежинка — это классический фрактальный объект. То есть целиком она совпадает с каждой частью себя. Если мы рассмотрим снежинку , все «усики» у нее будут одинаковы , еще более мелкие ответвления — тоже.

Почему язык прилипает к качелям

Язык прилипнет к металлу и в -5С. Все потому что его теплоемкость низкая. А у металла высокая теплопроводность. Он способен быстро отвести тепло и рассеять его по своей поверхности.

Проще говоря , язык не сможет «согреть» металл , а вот металл сможет быстро «заморозить» язык. Тяжесть ситуации будет зависеть от площади соприкосновения: коснетесь ли вы качелей самым кончиком или как следует лизнете.

Если что , не дергайтесь и зовите на помощь , надо будет «отливать» теплой водой.

Источник

Особенности процесса образования и исчезновения тумана (6 фото)

Сущность тумана

С научной позиции туман представляет собой итог конденсата, появляющегося из-за столкновения теплых и холодных воздушных масс. В результате такого «конфликта» в нижних слоях атмосферы происходит образование большого количества капелек или ледяных кристалликов. Структура зависит от температуры окружающей среды. Реже можно встретить нечто среднее, представляющее собой результат объединения воды в двух состояниях – жидком и кристаллическом.

Образование тумана – интересный и сложный процесс, на который влияет целый комплекс факторов, начиная с температуры и заканчивая направлением ветра. Туманы – явление всесезонное, но наиболее плотная пелена образуется летом за счет способности капель притягивать пылевые частицы. В итоге их размер увеличивается, и они формируют своего рода облако. Если плотность субстанции большая, то она приобретает белесый оттенок, если нет – голубоватый.

Цвет пелены может меняться в зависимости от размеров капель и рассеивания световых волн. Чем меньше размер конденсата, тем лучшей отражающей способностью он обладает. Что интересно, туманы могут появляться и во время сильных морозов. Хотя требуемый уровень влажности воздуха должен составлять порядка 100%, а в мороз он достигает только вдвое меньших показателей. В населенных пунктах плотную пелену часто можно наблюдать в районе железнодорожных и автовокзалов из-за образования большого количества пара в результате сгорания топлива.

В естественных условиях зимой дымку часто можно видеть вблизи водоемов, над прорубями. Причина заключается в температурных перепадах: вода более теплая по сравнению с воздухом, и при столкновении теплых воздушных масс, находящихся над поверхностью, с холодными и образуется конденсат. Такие туманы держатся очень долго.

Иногда возникает чувство, что находящиеся ближе к земной поверхности облака плотнее по сравнению с теми, что расположены в небе. Но это не так. Просто капельки влаги у поверхности имеют меньшие размеры, что позволяет им сформировать более плотную пелену.

Самыми туманными местами на планете считаются Лондон и атлантическое побережье Ньюфаундленда. Исследованию этого явления уделяется пристальное внимание.

Как образуются туманы

В воздухе идет непрерывное столкновение теплых и холодных потоков. Холодные движутся вниз, а теплые воздушные массы поднимаются вверх. Во время их столкновения идет процесс конденсации: крошечные капли зависают в воздухе, формируя своего рода облака.

Чем выше влажность воздуха, тем больше вероятность образования тумана. В областях с сухим климатом он встречается нечасто и только при условии понижения температуры почти что до экстремальных отметок. Наблюдать белесую полупрозрачную пелену обычно доводится в низинах и поблизости от водоемов ночью и в предутренние часы, поскольку более быстрое остывание воздуха создает благоприятные условия для «рождения» тумана.

Виды и характеристики туманов

Куда пропадают туманы

Время существования этого явления может разниться от получаса до нескольких суток. Главная причина, из-за которой туман рассеивается, это прогревание воздуха, из-за чего капли испаряются и превращаются в пар.

В более высоких слоях атмосферы туман рассеивается хуже и медленнее из-за более низкой температуры. При достижении необходимой отметки пар снова преобразуется в капли и формирует облака.

Несмотря на относительную безобидность этого явления, оно может вызывать некоторые проблемы. Так, плотный смог вредит автолюбителям и пилотам, выводя из строя оборудование. А в местностях, где туманы встречаются часто, у населения отмечается повышенный уровень депрессивных состояний. Что неудивительно из-за частого отсутствия солнца.

Но туман приносит и пользу: увлажняет воздух, почву, растительность. А для некоторых сельхозкультур такая среда является идеальной для роста. И если на факт существования облаков люди повлиять не могут (за редкими исключениями), то туман рано или поздно все равно рассеивается самостоятельно.

Источник

Водяной пар: белый или прозрачный, формула, закон Дальтона

Водяной пар важен для жизни человека и всего живого на Земле. Он участвует в мировом круговороте воды в природе.
Солнце нагревает поверхность Земли, вода превращается в водяной пар и поднимается вверх. Там воздух охлаждается и пар снова становится водой. В виде осадков он снова попадает на Землю, питая реки и Мировой океан.
Водяной пар регулирует тепло на поверхности нашей планеты, определяет какая установится температура в определённой местности, образуются ли облака, выпадет дождь и роса.
В данной статье мы подробно рассмотрим: уникальные свойства водяного пара, его давление, температуру и интересные факты.

Что такое водяной пар

Водяной пар – это вода в газообразном состоянии, которая сохраняет свои свойства, но приобретает также свойства газа. Его количество определяет важнейшую для состояния атмосферы характеристику – влажность воздуха. Это одно из агрегатных состояний воды.

Рассмотрим основные виды пара.

1. Сухой насыщенный, не содержит капелек воды.
2. Влажный насыщенный, состоит из мельчайших капелек воды.
3. Перегретый (сухой ненасыщенный), образуется при дальнейшем нагреве влажного пара, выше температуры насыщения. Обладает более высокой температурой и более низкой плотностью.

Какой цвет: белый или прозрачный

Многие люди задаются вопросом: водяной пар белый или прозрачный? Можно его увидеть?

В повседневной жизни при кипении воды в чайнике мы часто видим белый дымок, который вырывается из носика. Некоторые люди считают его паром. На самом деле – это туман (результат конденсации водяного пара).

Настоящий пар невидим глазу, он прозрачный, безвкусный. Не имеет постоянной формы, запаха.

Основное содержание наблюдается в нижних слоях атмосферы (тропосфера). Пар может переходить в жидкое состояние. Данное явление мы часто наблюдаем в повседневной жизни, когда оконные стекла в комнате запотевают. Это значит, что водяной пар в тёплом воздухе комнаты коснулся холодного стекла, сгустился и превратился в мельчайшие капельки воды. Явление называют конденсацией.

Водяной пар принимает непосредственное участие в круговороте воды в природе. С его помощью образуются: облака, тучи, туман. Наибольшее скопление наблюдается в тропосфере.

В настоящий момент пар часто используют для бытовых нужд и производства. Среди наиболее известных устройств с его применением можно отнести:

1. утюги;
2. паровозы;
3. пароходы;
4. паровые котлы;
5. с его помощью вращают турбины генераторов на электростанции, тушат пожары.

Парциальное давление

Атмосферный воздух состоит из водяного пара и смеси различных газов. Давление, которое производил бы только водяной пар, при исключении всех других элементов называют парциальным давлением (упругостью).

Формула для расчета. Закон парциальных давлений газов (Закон Дальтона)

Где p1, p2, p3+pn – парциальное давления, производимое каждым газом, входящим в состав смеси.

Значение выражается в мбар или мм. ртутного столба. Отвечает за влажность воздуха, атмосферное давление.

Нормальное атмосферное давление составляет 760 мм ртутного столба.

При снижении атмосферного давления повышается влажность воздуха, возможны осадки и повышение температуры воздуха.

Атмосферное давление важный показатель, который напрямую влияет на влажность воздуха, состояние людей (метеозависимых), температуру кипения.

Например, в горах при подъеме над поверхностью Земли, температура кипения воды падает, так как снижается атмосферное давление. На Эльбрусе, самой высокой вершине Европы (5642), вода закипит при 80,8 °С.

Температура

Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара содержится в нем.

В 1 м 3 воздуха при температуре +20 °С может содержаться 17 грамм

При Температуре -20 °С – только 1 грамм.

Масса водяного пара

Массу можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона.

р — давление насыщенного водяного пара;

М — молярная масса пара;

R — газовая постоянная;

Т — температура пара.

Как образуется водяной пар

Образуется двумя способами, в результате испарения и кипения. Рассмотрим более подробно каждый из них.

1. Испарение. Пар поступает в атмосферу, испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений. В атмосфере конденсация водяного пара приводит к образованию облаков, тумана и осадков, а десублимация – снега;
2. Кипение. Пар образуется по всему объему жидкости.

Испарение происходит при любой температуре, кипение — при одной, определенной для текущего давления. Когда процесс кипения начался, то, несмотря на продолжающийся подвод тепла, температура жидкости изменяется незначительно, пока вся жидкость не превратится в пар.

Давление и плотность насыщенных паров воды при различных температурах

Для наглядности предоставлена изображение с таблицей № 1.

В таблице указаны базовые значения.

Если имеется больше данных, расчеты можно сделать точно с помощью физических формул и измерений.

Ответы на распространенные вопросы

Какой воздух содержит больше всего водяного пара

Самое большое количество содержит воздух, который сформировался над Черным морем, так как температура в этих широтах намного выше

Можно ли увидеть водяной пар

Настоящий пар прозрачен и невидим.

От чего зависит скорость испарения

Скорость испарения зависит от рода жидкости. Быстрее испаряется та жидкость, молекулы которой притягиваются друг к другу с меньшей силой.

Если листок бумаги смочить в одном месте эфиром, а в другом водой, то мы заметим, что эфир испарится значительно быстрее, чем вода.

Заключение

Водяной пар невидим, не имеет вкуса, постоянной формы, цвета и запаха. На поверхности нашей планеты он выполняет важную функцию терморегуляции. От него зависит, какой будет климат, выпадет дождь и роса.

Пар непосредственный участник круговорота воды в природе. Он испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух, образовывая облака, тучи и лед. С помощью конденсации он снова превращается в воду.

Источник