蒸发

第五章 大气中的水汽
第一节   蒸发  
一、水的相变
（一）水的相变
常温下，大气中的水分有三态，即水的三相，固、液、气。在一定条件下，水的三相之间能够互相转化称为水的相变。大气中的水分经常不断地从一种形态转变为另一种形态，但绝大多数情况下，以气态存在于大气中，同时，水的相变也伴随着有能量的变化。

（二）相变的判据
1、分子物理学判据
　　从分子运动观点来看，水分子是不停地运动着，水的相变是各相之间分子交换的结果。例如：在液态水和水汽两相共存的系统中，水汽分子和液态水分子都在作杂乱无章地随机运动，在液态水的表面层，运动较快且具有较大动能的分子，可能克服它周围水分子对它的吸引冲出水面变成水汽分子，水汽分子之间互相碰撞，由于水汽分子受液面水分子吸引，其中有一些水汽分子便会落入水中，因此在同一时期内，水面上既有液态水分子冲出水面变成水汽分子又有水汽分子落入水中变成水分子。
　　假设N，n分别表单位时间内冲出水面的分子数与落入水面的分子数。
如N>n，表一部分水变成水汽，这种水—水汽过程称为蒸发。
    N<n，表一部分水汽变成水，这种水汽—水过程称为凝结。
    N=n，表水汽与水之间交换的分子数相等，达到动态平衡。
    因此，可得到水和水汽两相之间变化的判据：
                N>n  蒸发过程                       
                N<n  凝结过程             
                N=n  动态平衡                         
　
　　由于实际工作中同一时间脱离液面的分子数N与落回液面的分子数n难于直接测定，因此常用空气的实际水气压与同温度下的饱和水汽压来判断。
2、饱和水汽压判据
温度高，则分子动能大，就易溢出水面变成水汽，所以  Nte_w。同理，水汽密度大则较易落入水面变成水分子，所以nρ e。
在一定温度下，状态方程e= ρR_vT  而 ρ与n之间成正比，所以e与n也成正比。同理，e_w 与N也成正比，把N用e_w代替 ，n用e代替可得
     e_w >e  蒸发（未饱和）             >1               >0
     e_w<e   凝结（过饱和）         e/e_w <1            T-T_d<0
     e_w =e  动态平衡（饱和）            =1               =0
（三）相变的潜热
　　在水相转变过程中，也发生能量转换，这种在相变时所吸收或消耗的热量称为潜热。
　　当水由液态跑出水面变为气态时，由于跑出去的都是具有较大动能的水分子，使液面温度降低。若保持水温不变，就必须自外界供给热能，这部分热能就等于蒸发潜热，用L表示。
　　在0℃和一个标准大气压下，L=2.5×10⁶J/kg
　　也就是说，1kg水蒸发为同温度的水汽所需消耗的热量。蒸发所消耗的热能凝结时将全部放出，也就是凝结潜热。同温下蒸发潜热与凝结潜热相等。
　　同理，由冰直接转变为水汽的升华过程也要消耗热能（吸热），它包括两部分：
冰—水所消耗的融解潜热，3.34×10⁵J/kg
水—水汽所消耗的蒸发潜热，2.5×10⁶J/kg
　　共消耗潜热为2.834×10⁶J/kg
　　同温下，凝华潜热与升华潜热相等。

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