水蒸氣
| 水蒸氣 | |
|---|---|
| |
| 名稱 | 水蒸氣、蒸汽 |
| 液體 | 水 |
| 固體 | 冰 |
| 屬性[1] | |
| 熔點 | 0 °C, 32 °F (273.15 K)[2] |
| 沸點 | 99.974 °C, 212 °F (373.15 K)[2] |
| 氣體常數 | 461.5 J/(kg·K) |
| 汽化熱 | 2.27 mJ/kg |
| 分子量 | 18.02 g/mol |
| 比熱容（在標準狀況下） | 1.84 kJ/(kg·K) |
水蒸氣（也稱氛氣），是水（H2O）的氣體形式。當水達到沸點時，水就變成水蒸氣。水蒸氣在空氣中是無色的。在海平面一標準大氣壓下，水的沸點為100°C或212°F或373.15K。當水在沸點以下時，水也可以緩慢地蒸發成水蒸氣。而在極低壓環境下（小於0.006大氣壓），冰會直接昇華變水蒸氣。水蒸氣之密度為 0.59764 千克/立方米（100°C/212°F，101330Pa）。
地球大氣層的水蒸氣
氣態水是大氣很小但重要的組成部分。大約有99.99％是在對流層中。冷凝水蒸氣到液體或冰的階段主要由雲，雨，雪，霧，和其他沉澱物完成，而所有這些也是最重要的天氣要素。
霧和雲的形成，通過縮合周圍雲凝結核。若是在缺乏核的狀態，凝結只能發生在更低的溫度上。在持續凝結或沉積後，雲滴或雪花形成，並促成它們達到了臨界質量。
平流層的水蒸氣平均停留時間是10天左右。水的補充、降水、蒸發，是海洋，湖泊，河流和植物蒸騰及其他生物和地質過程作用的結果。
測量水蒸氣濃度表示為特定的濕度或相對濕度。如果降水立即凝結，那麼在整個地球表面，年全球平均水蒸氣只會帶來約25毫米的降水。然而，年平均降水量約1米，這表明在水在空氣中快速周轉。水汽在大氣層中能形成類似海洋中洋流的水汽通道，並且在一定的時間一個範圍內存在固定的水汽輸送總量，這意味著一個地方過度降水後，將會使得另一些區域獲得不到充沛的降水。
雖然火山排放的氣體差距很大，但是，水蒸氣始終是最常見的火山氣體，通常火山噴發有超過60％的排放量為水蒸氣。
雷達和衛星成像
由於水分子吸收微波和其他無線電波的信號，通過水時大氣中的雷達信號會衰減。此外，大氣中的水能否反射和折射信號，在一定程度上取決於它的狀態是、氣態、液態還是固態。
一般來說，當它們穿過對流層時，雷達信號傳送越遠將逐漸減弱強度。空氣中的一些成分對於某些頻率是不透明的，導致不同頻率的信號衰減速率不同。無線電波用於廣播和其他的通訊傳輸時也具有相同的效果。
水蒸氣比水的其他兩個狀態對雷達的影響較小。在水滴和冰晶狀態下，水被作為稜鏡。雖然一個單獨的分子無法成為稜鏡，然而，在大氣中的水蒸氣的存在下，就能形成一個巨大的稜鏡。[3]
GOES-12衛星圖像的對比，顯示相對於海洋，雲和地球各大洲的大氣水汽分布。行星周圍的蒸汽，分布不均。
閃電產生
在閃電的產生中水蒸氣起到了關鍵作用。通常，地球大氣層上的雲是真正的靜電發電機。但雲有大量的電能的直接決定因素是水蒸氣存在於本地系統的數額。
水蒸氣的數額將直接影響空氣的介電係數。在低濕度的狀態，靜電放電是快速、容易的。但在高濕度的狀態，靜電放電的發生次數減少。然而，介電係數和電容一起作用，可以生產出電壓兆瓦的閃電。[4]
例如經過雲時，它便開始以自己的方式成為一個閃電發生器，在大氣中水蒸氣充當絕緣體的作用從而降低雲的電能。經過了一定的時間之後，如果雲層繼續生成和存儲更多的靜電，大氣水蒸氣將最終導通雲存儲的電能。以被控地區閃電的形式，將這種能量釋放到地面。且每次放電強度直接與大氣介電係數、電容、以及雲層的發電能力相關。[5][6]
外星的水蒸氣
光彩的彗星尾巴很大程度上來自水蒸氣。接近太陽時，彗星上的許多冰昇華為一些反射陽光的蒸氣。天文學家可以從光的亮度推斷出彗星的水含量進而了解彗星距離太陽的距離。明亮的尾巴在寒冷和遙遠的彗星上可能是以一氧化碳的形式昇華。
科學家研究火星後假設：如果水的運動與行星有關，那麽，它作爲蒸氣時亦然。大多數的水在火星上以冰的形式存在在北極。[7]在火星的夏季，這些冰會昇華，使大量的季節性風暴向赤道運送大量水成爲可能。[8]
一顆命名為CW Leonis的大質量恆星被發現有大量水蒸氣環繞。美國航天局的衛星旨在研究星球雲層光譜，從而確定它的化學成分。這非常有希望，「水蒸氣往往從彗星軌道表面蒸發」。[9]
在太陽系外行星的飛馬座的HD 209458 B，經光譜分析，首次提供了證據，太陽系以外的星球大氣中也有水蒸氣存在。
水蒸氣凝結
常見的實例就是當你從冰箱拿出飲料時，過沒多久就會發現瓶身有許多小水珠，這是由於空氣中的水蒸氣遇到冷的瓶子而凝結。還有一個常見的就是當你在燒水煮飯時，開火的瞬間也會發現有水氣附著在鍋身，這是因為開火時，鍋子周遭的水蒸氣溫度瞬間升高，但鍋子溫度沒有上升那麼快，導致溫度高的水蒸氣附著凝結在相對較冷的鍋子上，等到鍋子溫度也上升到一定後，就又蒸發了。
測量
測量介質中的水蒸汽數量可以做直接或遠程測量，具有不同程度的準確性。電磁吸收遠程方法可以測量的行星大氣層。直接方法可以使用電子傳感器，或是蘸水的溫度計或吸濕性材料的物理性質，化學性質、尺寸變化。
| 介質 | 溫度範圍（攝氏度） | 測量不準確度 | 典型測量頻率 | 系統成本 | 注釋 | |
| 懸掛式濕度計 | 空氣 | -10到50 | 低到中度 | 每小時 | 低 | |
| 星基光譜 | 空氣 | -80到60 | 低 | 非常高 | ||
| 電容式傳感器 | 空氣/氣態 | -40到50 | 中度 | 2到0.05赫茲 | 中 | 容易成為飽和/隨著時間推移污染 |
| 預熱的電容式傳感器 | 空氣/氣態 | -15到50 | 中度到低 | 2到0.05赫茲（依賴於溫度） | 中等到高 | 容易發生成為飽和/隨著時間推移污染 |
| 電阻式傳感器 | 空氣/氣態 | -10到50 | 中度 | 60秒 | 中 | 容易發生污染 |
| 氯化鋰濕敏元件 | 空氣 | -30到50 | 中度 | 連續 | 中 | |
| 氯化鈷（II） | 空氣/氣態 | 0到50 | 高 | 5分鐘 | 非常低 | 經常使用濕度指示卡 |
| 吸收光譜 | 空氣/氣態 | 中度 | 高 | |||
| 氧化鋁 | 空氣/氣態 | 中度 | 中 | 請參閱水份分析 | ||
| 氧化矽 | 空氣/氣態 | 中度 | 中 | 請參閱水份分析 | ||
| 壓電吸附 | 空氣/氣態 | 中度 | 中 | 請參閱水份分析 | ||
| 電解 | 空氣/氣態 | 中度 | 中 | 請參閱水份分析 | ||
| 毛髮濕度計 | 空氣 | 0到40 | 高 | 連續 | 低到中等 | 受溫度的影響。長時間高濃度會有負面作用。 |
| 濁度計 | 空氣/其他氣體 | 低 | 非常高 | |||
| 腸膜（牛腹膜） | 空氣 | -20到30 | 適中（帶調整） | 慢，在較低溫度下更慢 | 低 | 參考：WMO氣象儀器和觀測方法指南 ＃8 2006年（頁1.12-1）（WMO Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation #8 2006, (pages 1.12-1)） |
| 萊曼-α | 高頻 | 高 | http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=lyman-alpha-hygrometer1 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 需要頻繁的校準 | |||
| 重量法濕度計 | 非常低 | 非常高 | 通常是主要來源，美國、英國、歐盟及日本獨立制定標準。 | |||
| 介質 | 溫度範圍（攝氏度） | 測量精度 | 典型測量頻率 | 系統成本 | 注釋 |
相關條目
參考文獻
（英文）
- ^ Lide, David. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 73rd ed. 1992, CRC Press.
- ^ 2.0 2.1 Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW), used for calibration, melts at 273.1500089(10) K (0.000089(10) °C, and boils at 373.1339 K (99.9839 °C)
- ^ Skolnik, pp2.44-2.54.
- ^ Shadowitz, Albert. The Electromagnetic Field. 1975, McGraw-Hill Book Company. pp165-171.
- ^ Shadowitz, pp172-173, 182.
- ^ Shadowitz, pp414-416.
- ^ Jakosky, Bruce, et al. "Water on Mars", April 2004, Physics Today, p71.
- ^ "Europe probe detects Mars water ice", January 23, 2004, Cnn.com （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, retrieved August 2005.
- ^ Lloyd, Robin. "Water Vapor, Possible Comets, Found Orbiting Star", 11 July 2001, Space.com （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. Retrieved December 15, 2006.