Водяной пар в воздухе
В воздухе всегда содержится водяной пар. Водяной пар — это вовсе не те белые клубы около паровоза или над самоваром, которые в повседневной жизни мы называем «паром». В действительности водяной пар — это бесцветный и невидимый газ.
Белые клубы над самоваром, так же как и облака в небе, состоят из мельчайших капелек воды и представляют результат перехода водяного пара из газообразной формы в жидкую — в воду. Такой переход газа в жидкость называется конденсацией, а обратный переход жидкой воды в водяной пар носит название испарения. Конденсация и испарение тесно связаны с изменениями температуры воздуха.
Испарение легко наблюдать, когда сушатся какие-нибудь предметы, например белье. Как мы знаем по опыту, белье сохнет не всегда одинаково быстро, а иногда оно совсем не сохнет. Иногда даже сухое белье, вынесенное на воздух, становится влажным. Отчего это происходит?
Определенный объем пространства, безразлично — пустого или наполненного воздухом, может вместить в себя только определенное количество водяного пара. Поэтому испарение будет продолжаться только до тех пор, пока водяной пар не достиг состояния насыщения, т. е. такого состояния, когда данное пространство уже не способно поглощать больше влаги.
Оказывается, что количество водяного пара, которое требуется для того, чтобы «насытить» им пространство, не всегда одинаково, оно меняется в зависимости от изменения температуры воздуха. Так, например, 1 м3 пространства при температуре 0° может поглотить только 5 г водяного пара. При температуре 10° тепла этот же объем может вместить уже 9,5 г, а при температуре 30° вмещается 30 г водяного пара.
Значит, чем выше температура, тем больше требуется водяного пара, чтобы насытить данный объем пространства.
Предположим, что воздух имеет температуру 30° тепла и в каждом кубическом метре пространства содержится 10 г водяного пара, т. е. он еще очень далек от насыщения. Что произойдет с этим воздухом, если он охладится до 10° тепла? При +10° в воздухе может быть не более 9,5 г водяного пара, поэтому лишние полграмма должны перейти в воду и выделиться в виде капелек росы или белых клубов тумана. Именно так образуются облака и туманы в атмосфере, когда по каким-либо причинам воздух охлаждается и температура его в той или иной мере понижается.
При температуре ниже 0° вода в атмосфере может находиться не в двух, а в трех состояниях — газообразном (водяной пар), жидком (вода) и твердом (лед). Жидкие капли могут плавать в воздухе даже при отрицательной температуре, т. е. ниже 0°, все же не замерзая; в этом случае вода будет находиться, как говорят, в переохлажденном состоянии, хотя, как правило, она начинает замерзать уже при 0°. При морозе конденсация сильно усложняется в связи со способностью льда притягивать к себе влагу.
При температуре 10° мороза 1 м3 воздуха при отсутствии вблизи льда может содержать до 2,35 г водяного пара.
Если же в этот объем воздуха поместить кусок льда, то на его поверхности начнет образовываться белый снежный налет и количество водяного пара в воздухе уменьшится до 2,19 г.
Значит, при морозе емкость пространства для водяного пара зависит не только от температуры, но и от того, соприкасается этот воздух со льдом или нет. В присутствии льда эта емкость уменьшается: воздух насыщается меньшим количеством водяного пара.
Свойство льда собирать на своей поверхности влагу и обращать ее в снег, как мы увидим далее, очень важно для объяснения причин образования осадков.
