Suite

3.2 : Condensation et évaporation - Géosciences


Qu'est-ce que la pression de vapeur? En raison de la loi des gaz parfaits (équation 2.1), nous pouvons penser à la pression de vapeur e (unités SI = hPa ou Pa) comme étant lié à la concentration de molécules de vapeur d'eau dans l'atmosphère,

[e V=N R^{*} T ]

et

[quad e=n R^{*} T]

m est le nombre de moles par unité de volume (m = N/V).

Qu'est-ce qui différencie l'eau liquide de la glace ou de la vapeur d'eau ? Ce sont en fait les liaisons faibles entre les molécules d'eau qui sont appelées liaisons hydrogène. Ces liaisons sont 20 fois plus faibles que les liaisons entre l'hydrogène et l'oxygène dans la même molécule et peuvent être rompues par des collisions avec d'autres molécules si elles se déplacent assez rapidement et ont suffisamment d'énergie cinétique pour rompre les liaisons. Ainsi, les différences entre la vapeur, le liquide et la glace sont liées au nombre de liaisons hydrogène. Dans la vapeur, il n'y a pratiquement pas de liaisons hydrogène entre les molécules. Dans la glace, chaque molécule d'eau est liée par l'hydrogène à quatre autres molécules d'eau. Et dans le liquide, seules certaines de ces liaisons hydrogène sont formées et elles changent constamment à mesure que les molécules d'eau et les amas de molécules d'eau se heurtent et glissent les unes sur les autres.

Pensez à une surface d'eau liquide à l'échelle moléculaire. Ce qui se passe tout le temps, c'est que certaines molécules d'eau en phase gazeuse frappent la surface et collent (c'est-à-dire qu'elles créent des liaisons hydrogène), tandis qu'en même temps d'autres molécules d'eau se libèrent des liaisons hydrogène qui les lient à d'autres molécules dans le liquide et deviennent de la vapeur d'eau. La surface de la vapeur d'eau est comme un Starbucks, mais encore plus fréquentée. Nous pouvons facilement calculer le flux de molécules qui frappent la surface en utilisant des principes physiques simples, bien qu'il soit plus difficile de calculer le nombre qui quitte le liquide. Les deux se produisent tout le temps, bien que généralement la quantité de condensation et d'évaporation ne soient pas les mêmes, de sorte que nous avons généralement évaporation nette ou condensation nette.

Dans équilibre, le flux de molécules quittant la surface équilibre exactement le flux de molécules qui frappent la surface. Cette condition est appelée équilibre, ou saturation. On peut montrer que :

[frac{ ext { condensation }}{ ext { évaporation }}=frac{e}{e_{s}}=S cong R H=frac{w}{w_{s}}]

Ainsi, lorsque S = 1, e = es, l'HR est d'environ 100 %, et w est d'environ ws. La condensation et l'évaporation sont en équilibre. Ces deux processus se déroulent tout le temps, mais parfois il peut y avoir plus d'évaporation que de condensation, ou plus de condensation que d'évaporation, ou une évaporation égale à la condensation. cependant, l'eau essaie toujours de s'équilibrer.

On sait donc que la quantité d'eau en phase vapeur détermine le taux de condensation et donc e. Alors qu'est-ce qui détermine es? Nous verrons ensuite quees dépend d'une seule variable : la température !


Fractionnement isotopique de l'eau pendant l'évaporation

Actuellement au Département des géosciences, Université de Princeton, Princeton, New Jersey, États-Unis.

Centre de Berkeley pour la géochimie isotopique, Division des sciences de la Terre, Laboratoire national Lawrence Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Département des sciences de la Terre et des planètes, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Département de chimie, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Département des sciences de la Terre et des planètes, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Département de chimie, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Département de chimie, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Centre de Berkeley pour la géochimie isotopique, Division des sciences de la Terre, Laboratoire national Lawrence Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Actuellement au Département des géosciences, Université de Princeton, Princeton, New Jersey, États-Unis.

Centre de Berkeley pour la géochimie isotopique, Division des sciences de la Terre, Laboratoire national Lawrence Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Département des sciences de la Terre et des planètes, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Département de chimie, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis

Département des sciences de la Terre et des planètes, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie, États-Unis


Abstrait

La répartition de l'eau liquide dans les nuages ​​sans glace détermine leurs propriétés radiatives, une source importante d'incertitude dans les modèles météorologiques et climatiques. L'évaporation et le mélange turbulent font qu'un nuage affiche de grandes variations dans la densité du nombre de gouttelettes, mais des variations assez faibles dans la taille des gouttelettes (Beals et al., Sciences, 2015, vol. 350, p. 87-90). Cependant, les simulations numériques directes de l'effet conjoint de l'évaporation et du mélange près du bord du nuage prédisent des comportements assez différents, et comment concilier ces résultats avec les découvertes expérimentales reste une question ouverte. Déduire l'histoire du mélange et de l'évaporation à partir d'instantanés d'observation de gouttelettes dans les nuages ​​est un défi, car les nuages ​​sont des systèmes transitoires. Nous avons formulé un modèle statistique qui fournit une description fiable du processus d'évaporation-mélange tel qu'il est vu dans les simulations numériques directes et nous permet de déduire des aspects importants de l'histoire des populations de gouttelettes observées, en mettant en évidence les mécanismes clés à l'œuvre et en expliquant les différences entre les observations et simulations.


Voir la vidéo: Relative Humidity - Dew Point, Vapor u0026 Partial Pressure, Evaporation, Condensation - Physics (Octobre 2021).