กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 15 นาที

ไอน้ำ

ไอน้ำหรือไอระเหยของน้ำคือสถานะก๊าซของน้ำเป็นสถานะ หนึ่ง ของน้ำภายในอุทกภาคไอน้ำสามารถเกิดขึ้นได้จากการระเหยหรือการเดือดของน้ำเหลว หรือจากการระเหิดของน้ำแข็งไอน้ำมีความโปร่งใส

ไอน้ำ

ปริมาณไอน้ำในชั้นบรรยากาศของโลกเพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา[ 1 ]ทำให้เหตุการณ์ฝนตกหนักมีความรุนแรงมากขึ้น[ 2 ]

ไอน้ำหรือไอระเหยของน้ำคือสถานะก๊าซของน้ำเป็นสถานะ หนึ่ง ของน้ำภายในอุทกภาคไอน้ำสามารถเกิดขึ้นได้จากการระเหยหรือการเดือดของน้ำเหลว หรือจากการระเหิดของน้ำแข็งไอน้ำมีความโปร่งใส เช่นเดียวกับองค์ประกอบส่วนใหญ่ของบรรยากาศ[ 3 ]ภายใต้สภาวะบรรยากาศทั่วไป ไอน้ำจะถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยการระเหยและถูกกำจัดออกไปโดยการควบแน่น ไอน้ำ มีความหนาแน่นน้อยกว่าองค์ประกอบอื่นๆ ของอากาศ ส่วนใหญ่ และกระตุ้น กระแส การพาความร้อนที่สามารถนำไปสู่เมฆและหมอกได้

ไอน้ำเป็นส่วนประกอบของอุทกภาคและวัฏจักรน้ำของโลก โดยพบมากเป็นพิเศษในชั้นบรรยากาศของโลกซึ่งทำหน้าที่เป็นก๊าซเรือนกระจกและเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดภาวะโลกร้อน มีส่วนทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกโดยรวมมากกว่าก๊าซที่ไม่ควบแน่น เช่นคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนการใช้ไอน้ำในรูปของไอน้ำร้อนมีความสำคัญต่อการปรุงอาหาร และเป็นส่วนประกอบหลักในการผลิตพลังงานและระบบขนส่งมาตั้งแต่ยุค ปฏิวัติอุตสาหกรรม

ไอน้ำเป็นองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศที่พบได้ค่อนข้างทั่วไป มีอยู่ในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์รวมถึงดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบสุริยะและวัตถุทางดาราศาสตร์ หลายชนิด เช่นดาวบริวารดาวหางและแม้แต่ดาวเคราะห์ น้อยขนาดใหญ่ ในทำนองเดียวกัน การตรวจพบ ไอน้ำ นอกระบบสุริยะจะบ่งชี้ถึงการกระจายตัวที่คล้ายคลึงกันในระบบดาวเคราะห์อื่นๆ ไอน้ำยังสามารถเป็นหลักฐานทางอ้อมที่สนับสนุนการมีอยู่ของน้ำเหลวในนอกโลกในกรณีของวัตถุที่มีมวลระดับดาวเคราะห์บางดวงได้อีกด้วย

ไอน้ำซึ่งตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เรียกว่า " การป้อนกลับ " เนื่องจากมันขยายผลของแรงที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนในตอนแรก ดังนั้นจึงถือเป็นก๊าซเรือนกระจก[ 4 ]

คุณสมบัติ

การระเหย

เมื่อใดก็ตามที่โมเลกุลของน้ำออกจากพื้นผิวและแพร่กระจายเข้าไปในก๊าซโดยรอบ จะกล่าวได้ว่า โมเลกุลของน้ำนั้น ระเหยโมเลกุลของน้ำแต่ละตัวที่เปลี่ยนสถานะระหว่างสถานะที่เชื่อมโยงกันมากขึ้น (ของเหลว) และสถานะที่เชื่อมโยงกันน้อยลง (ไอ/ก๊าซ) จะทำเช่นนั้นผ่านการดูดซับหรือปล่อยพลังงานจลน์การวัดโดยรวมของการถ่ายโอนพลังงานจลน์นี้เรียกว่าพลังงานความร้อน และจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิของโมเลกุลของน้ำเท่านั้น น้ำที่เป็นของเหลวที่กลายเป็นไอน้ำจะนำความร้อนส่วนหนึ่งไปด้วย ในกระบวนการที่เรียกว่าการระบายความร้อนจากการระเหย[ 5 ]ปริมาณไอน้ำในอากาศจะเป็นตัวกำหนดว่าโมเลกุลจะกลับคืนสู่พื้นผิวบ่อยแค่ไหน เมื่อเกิดการระเหยสุทธิ มวลน้ำจะเกิดการระบายความร้อนสุทธิซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการสูญเสียน้ำ

ในสหรัฐอเมริกา กรมอุตุนิยมวิทยาแห่งชาติจะวัดอัตราการระเหยจริงจากพื้นผิวน้ำเปิดกลางแจ้งมาตรฐานใน "ถาด" ในสถานที่ต่างๆ ทั่วประเทศ ประเทศอื่นๆ ทั่วโลกก็ทำเช่นเดียวกัน ข้อมูลของสหรัฐอเมริกาจะถูกรวบรวมและจัดทำเป็นแผนที่การระเหยประจำปี[ 6 ]การวัดมีตั้งแต่ต่ำกว่า 30 ถึงมากกว่า 120 นิ้วต่อปี สามารถใช้สูตรในการคำนวณอัตราการระเหยจากพื้นผิวน้ำ เช่น สระว่ายน้ำ[ 7 ] [ 8 ]ในบางประเทศ อัตราการระเหยสูงกว่าอัตรา การตกของฝน มาก

การทำความเย็นแบบระเหยถูกจำกัดด้วยสภาพบรรยากาศความชื้นคือปริมาณไอน้ำในอากาศ ปริมาณไอน้ำในอากาศวัดได้ด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่าไฮโกรมิเตอร์การวัดมักแสดงเป็นความชื้นจำเพาะหรือความชื้นสัมพัทธ์ ร้อยละ อุณหภูมิของบรรยากาศและพื้นผิวน้ำกำหนดความดันไอสมดุล ความชื้นสัมพัทธ์ 100% เกิดขึ้นเมื่อความดันย่อยของไอน้ำเท่ากับความดันไอสมดุล สภาวะนี้มักเรียกว่าการอิ่มตัวสมบูรณ์ ความชื้นมีช่วงตั้งแต่ 0 กรัมต่อลูกบาศก์เมตรในอากาศแห้งถึง 30 กรัมต่อลูกบาศก์เมตร (0.03 ออนซ์ต่อลูกบาศก์ฟุต) เมื่อไอน้ำอิ่มตัวที่ 30 °C [ 9 ]

การระเหิด

การระเหิดเป็นกระบวนการที่โมเลกุลของน้ำออกจากพื้นผิวของน้ำแข็งโดยตรงโดยไม่ต้องกลายเป็นน้ำเหลวก่อน การระเหิดเป็นสาเหตุของการหายไปอย่างช้าๆ ของน้ำแข็งและหิมะในช่วงกลางฤดูหนาวที่อุณหภูมิต่ำเกินกว่าจะทำให้เกิดการละลายทวีปแอนตาร์กติกาแสดงปรากฏการณ์นี้ในระดับที่ไม่เหมือนใคร เนื่องจากเป็นทวีปที่มีอัตราการตกของฝนต่ำที่สุดในโลก[ 10 ]ส่งผลให้มีพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ ชั้นหิมะ หลายพันปีได้ระเหิดไป เหลือไว้เพียงวัสดุที่ไม่ระเหยซึ่งเคยมีอยู่ สิ่งนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งต่อสาขาวิทยาศาสตร์บางสาขา ตัวอย่างที่น่าทึ่งคือการรวบรวมอุกกาบาตที่ถูกทิ้งไว้ในจำนวนที่ไม่มีใครเทียบได้และอยู่ในสภาพที่สมบูรณ์

การระเหิดมีความสำคัญในการเตรียมตัวอย่างทางชีวภาพบางประเภทสำหรับการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยทั่วไปตัวอย่างจะถูกเตรียมโดยการตรึงด้วยความเย็นและการแตกตัวด้วยความเย็นหลังจากนั้นพื้นผิวที่แตกจะถูกกัดกร่อนด้วยความเย็น โดยการสัมผัสกับสุญญากาศจนกระทั่งแสดงรายละเอียดในระดับที่ต้องการ[ 11 ]เทคนิคนี้สามารถแสดงโมเลกุลโปรตีน โครงสร้าง ออร์แกเนลล์และเยื่อไขมันสองชั้นได้โดยมีความผิดเพี้ยนน้อยมาก

การควบแน่น

เมฆ เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ

ไอน้ำจะควบแน่นลงบนพื้นผิวอื่นก็ต่อเมื่อพื้นผิวนั้นเย็นกว่า อุณหภูมิ จุดน้ำค้างหรือเมื่อสมดุลของไอน้ำในอากาศเกินขีดจำกัด เมื่อไอน้ำควบแน่นลงบนพื้นผิว จะเกิดความร้อนสุทธิขึ้นบนพื้นผิวนั้น[ 12 ]โมเลกุลของน้ำนำพลังงานความร้อนมาด้วย ส่งผลให้อุณหภูมิของบรรยากาศลดลงเล็กน้อย[ 13 ]ในบรรยากาศ การควบแน่นก่อให้เกิดเมฆ หมอก และฝน (โดยปกติจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีนิวเคลียสการควบแน่นของเมฆ ช่วย ) จุดน้ำค้างของมวลอากาศคืออุณหภูมิที่มวลอากาศต้องเย็นลงก่อนที่ไอน้ำในอากาศจะเริ่มควบแน่น การควบแน่นในบรรยากาศก่อให้เกิดหยดน้ำในเมฆ

นอกจากนี้ การควบแน่นสุทธิของไอน้ำจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวเมื่ออุณหภูมิของพื้นผิวอยู่ที่หรือต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้างของบรรยากาศการตกตะกอนเป็นกระบวนการเปลี่ยนสถานะที่แยกต่างหากจากการควบแน่น ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของน้ำแข็งโดยตรงจากไอน้ำน้ำค้างแข็งและหิมะเป็นตัวอย่างของการตกตะกอน

มีกลไกการระบายความร้อนหลายอย่างที่ทำให้เกิดการควบแน่น ได้แก่: 1) การสูญเสียความร้อนโดยตรงจากการนำความร้อนหรือการแผ่รังสี 2) การระบายความร้อนจากการลดลงของความดันอากาศซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออากาศยกตัวขึ้น หรือที่เรียกว่าการระบายความร้อนแบบอะเดียแบติกอากาศสามารถยกตัวขึ้นได้โดยภูเขาซึ่งเบี่ยงเบนอากาศขึ้นด้านบน โดยการพาความร้อน และโดยแนวปะทะอากาศเย็นและอุ่น 3) การระบายความร้อนแบบแอดเวคทีฟ - การระบายความร้อนเนื่องจากการเคลื่อนที่ในแนวนอนของอากาศ

ความสำคัญและการใช้งาน

  • เป็นแหล่งน้ำสำหรับพืชและสัตว์: ไอน้ำจะเปลี่ยนเป็นฝนและหิมะ ซึ่งเป็นแหล่งน้ำตามธรรมชาติสำหรับพืชและสัตว์
  • ช่วยควบคุมการระเหย: ไอน้ำส่วนเกินในอากาศจะลดอัตราการระเหยลง
  • ปริมาณไอน้ำในอากาศที่มากเกินไปจะก่อให้เกิดฝน หมอก หิมะ ฯลฯ ดังนั้นจึงเป็นตัวกำหนดสภาพภูมิอากาศ

ปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างมีน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดน้ำค้างของอากาศโดยรอบ น้ำจะก่อตัวเป็นไอน้ำและเพิ่มความชื้นในบริเวณนั้น แต่หากต่ำกว่าจุดน้ำค้าง จะเกิดการควบแน่นในบริเวณนั้น ปฏิกิริยาทั่วไปที่ทำให้เกิดน้ำ ได้แก่ การเผาไหม้ของไฮโดรเจนหรือไฮโดรคาร์บอนในอากาศหรือ ส่วนผสมของ ก๊าซที่มีออกซิเจน หรือเป็นผลจากปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์

ในทำนองเดียวกัน ปฏิกิริยาทางเคมีหรือทางกายภาพอื่นๆ สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาวะที่มีไอน้ำ ส่งผลให้เกิดสารเคมีใหม่ๆ เช่นสนิมบนเหล็กหรือเหล็กกล้า การเกิดพอลิเมอไรเซชัน ( โฟมโพ ลียูรีเทน บางชนิด และ กาว ไซยาโนอะคริเลตจะแข็งตัวเมื่อสัมผัสกับความชื้นในบรรยากาศ) หรือการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง เช่น สารเคมีที่ปราศจากน้ำอาจดูดซับไอน้ำได้มากพอที่จะสร้างโครงสร้างผลึกหรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่มีอยู่เดิม ซึ่งบางครั้งส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสีที่เป็นลักษณะเฉพาะที่สามารถนำมาใช้ในการวัดได้

การวัด

การวัดปริมาณไอน้ำในตัวกลางสามารถทำได้โดยตรงหรือโดยวิธีทางไกล โดยมีความแม่นยำแตกต่างกันไป วิธีการทางไกล เช่นการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถทำได้จากดาวเทียมที่โคจรอยู่เหนือชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ ส่วนวิธีการโดยตรงอาจใช้ทรานสดิวเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ เทอร์โมมิเตอร์แบบชื้น หรือวัสดุดูดความชื้นที่วัดการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติทางกายภาพหรือขนาด

ปานกลาง ช่วงอุณหภูมิ ความไม่แน่นอนในการวัดความถี่ในการวัดโดยทั่วไป ต้นทุนระบบ หมายเหตุ
ไซโครมิเตอร์สลิงอากาศ −10 ถึง 50 °C (14 ถึง 122 °F)ต่ำถึงปานกลางรายชั่วโมงต่ำ
สเปกโทรสโกปีจากดาวเทียม อากาศ −80 ถึง 60 °C (−112 ถึง 140 °F)ต่ำสูงมาก
เซ็นเซอร์ แบบคาปาซิทีฟอากาศ/ก๊าซ −40 ถึง 50 °C (−40 ถึง 122 °F)ปานกลาง0.5–20 วินาทีปานกลางมีแนวโน้มที่จะอิ่มตัว/ปนเปื้อนเมื่อเวลาผ่านไป
เซ็นเซอร์แบบคาปาซิทีฟที่อุ่นแล้ว อากาศ/ก๊าซ −15 ถึง 50 °C (5 ถึง 122 °F)ปานกลางถึงต่ำ0.5–20 วินาที (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ)ระดับปานกลางถึงสูงมีแนวโน้มที่จะอิ่มตัว/ปนเปื้อนเมื่อเวลาผ่านไป
เซ็นเซอร์ ความต้านทานอากาศ/ก๊าซ −10 ถึง 50 °C (14 ถึง 122 °F)ปานกลาง60 วินาทีปานกลางเสี่ยงต่อการปนเปื้อน
ลิเธียมคลอไรด์ดิวเซลล์อากาศ −30 ถึง 50 °C (−22 ถึง 122 °F)ปานกลางต่อเนื่องปานกลางดูเซลล์น้ำค้าง
โคบอลต์(II) คลอไรด์อากาศ/ก๊าซ 0 ถึง 50 องศาเซลเซียส (32 ถึง 122 องศาฟาเรนไฮต์)สูง300 วินาที (5 นาที) ต่ำมากมักใช้ในบัตรแสดงระดับความชื้น
สเปกโทรสโกปีการดูดกลืนอากาศ/ก๊าซ ปานกลางสูง
อะลูมิเนียมออกไซด์ อากาศ/ก๊าซ ปานกลางปานกลางดูการวิเคราะห์ความชื้น
ซิลิคอนออกไซด์ อากาศ/ก๊าซ ปานกลางปานกลางดูการวิเคราะห์ความชื้น
การดูดซับแบบเพียโซอิเล็กทริก อากาศ/ก๊าซ ปานกลางปานกลางดูการวิเคราะห์ความชื้น
อิเล็กโทรไลติก อากาศ/ก๊าซ ปานกลางปานกลางดูการวิเคราะห์ความชื้น
ความตึงของเส้นผมอากาศ 0 ถึง 40 องศาเซลเซียส (32 ถึง 104 องศาฟาเรนไฮต์)สูงต่อเนื่องระดับต่ำถึงปานกลางได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ และได้รับผลกระทบในทางลบจากความเข้มข้นสูงเป็นเวลานาน
เนเฟโลมิเตอร์อากาศ/ก๊าซ ต่ำสูงมาก
หนังของช่างตีทอง (เยื่อบุช่องท้องของวัว) อากาศ −20 ถึง 50 °C (−4 ถึง 122 °F)ระดับปานกลาง (พร้อมการแก้ไข)ช้าลง และช้าลงไปอีกที่อุณหภูมิต่ำลงต่ำคู่มือ WMO [ 14 ]
ไลแมน-อัลฟาความถี่สูงสูงต้องทำการปรับเทียบอย่างสม่ำเสมอ
เครื่องวัดความชื้นแบบกราวิเมตริกต่ำมากสูงมากมาตรฐานอิสระระดับชาติที่พัฒนาขึ้นในสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร สหภาพยุโรป และญี่ปุ่น มักเรียกว่าแหล่งข้อมูลหลัก
ปานกลาง ช่วงอุณหภูมิ (องศาเซลเซียส) ความไม่แน่นอนในการวัดความถี่ในการวัดโดยทั่วไป ต้นทุนระบบ หมายเหตุ

ผลกระทบต่อความหนาแน่นของอากาศ

ไอน้ำมีน้ำหนักเบากว่าหรือมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศแห้ง [ 15 ] [ 16 ] ที่อุณหภูมิเท่ากัน ไอน้ำจะลอยตัวเมื่อเทียบกับอากาศแห้ง โดยที่ความหนาแน่นของอากาศแห้งที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน (273.15 K, 101.325 kPa) คือ 1.27 g/L และไอน้ำที่อุณหภูมิมาตรฐานมีความดันไอ 0.6 kPa และมีความหนาแน่นต่ำกว่ามากที่ 0.0048 g/L

การคำนวณ

การคำนวณความหนาแน่นของไอน้ำและอากาศแห้งที่อุณหภูมิ 0 °C (32 °F):

  • มวลโมลาร์ของน้ำคือ18.02 กรัม/โมลซึ่งคำนวณจากผลรวมของมวลอะตอมของอะตอม ที่เป็นส่วนประกอบ [ 17 ]
  • ไนโตรเจน ( N₂ ) ประมาณ 78% ออกซิเจน ( O₂ ) 21% ก๊าซอื่นๆ 1%) คือ28.57 กรัม/โมลที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ( STP )
  • ตามกฎของอโวกาโดและกฎของก๊าซในอุดมคติอากาศชื้นจะมีความหนาแน่นต่ำกว่าอากาศแห้ง ที่จุดอิ่มตัวสูงสุด (เช่น ความชื้นสัมพัทธ์ = 100% ที่ 0 °C (32 °F)) ความหนาแน่นจะลดลงเหลือ28.51 กรัม/โม
  • สภาวะ STP หมายถึงอุณหภูมิ 0 °C (32 °F) ซึ่งความสามารถของน้ำในการกลายเป็นไอน้ำนั้นมีจำกัดมากความเข้มข้น ของไอน้ำ ในอากาศจึงต่ำมากที่ 0 °C (32 °F) เส้นสีแดงในแผนภูมิทางด้านขวาแสดงถึงความเข้มข้นสูงสุดของไอน้ำที่คาดว่าจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่กำหนด ความเข้มข้นของไอน้ำจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โดยเข้าใกล้ 100% ( ไอน้ำบริสุทธิ์) ที่ 100 °C (212 °F) อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างอากาศและไอน้ำก็ยังคงมีอยู่0.598 กรัม/ลิตรเทียบกับ1.27 กรัม/ลิตร )

ที่อุณหภูมิเท่ากัน

ที่อุณหภูมิเดียวกัน มวลอากาศแห้งจะมีความหนาแน่นหรือหนักกว่ามวลอากาศที่มีไอน้ำ เนื่องจากมวลโมเลกุลของไนโตรเจนและออกซิเจนในรูปโมเลกุลคู่มีค่ามากกว่ามวลโมเลกุลของน้ำ ดังนั้น มวลอากาศแห้งใดๆ จะจมลงหากวางไว้ในมวลอากาศชื้นที่มากกว่า ในทำนองเดียวกัน มวลอากาศชื้นจะลอยขึ้นหรือมีแรงลอยตัวหากวางไว้ในบริเวณอากาศแห้งที่มากกว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สัดส่วนของไอน้ำในอากาศจะเพิ่มขึ้น และแรงลอยตัวก็จะเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นของแรงลอยตัวนี้สามารถส่งผลกระทบต่อบรรยากาศอย่างมาก ทำให้เกิดกระแสลมขึ้นที่มีความชื้นสูงและทรงพลัง เมื่ออุณหภูมิอากาศและอุณหภูมิของทะเลสูงถึง 25 องศาเซลเซียสขึ้นไป ปรากฏการณ์นี้เป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญสำหรับ ระบบสภาพอากาศ แบบไซโคลนและแอนติไซโคลน (ไต้ฝุ่นและเฮอริเคน)

การหายใจและการหายใจ

ไอน้ำเป็นผลพลอยได้จากการหายใจของพืชและสัตว์ การมีส่วนร่วมของไอน้ำต่อความดันอากาศจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของไอน้ำเพิ่มขึ้น การมี ส่วนร่วมของความดัน ย่อยของไอ น้ำต่อความดันอากาศจะเพิ่มขึ้น ทำให้การมีส่วนร่วมของความดันย่อยของก๊าซอื่นๆ ในบรรยากาศลดลง(กฎของดาลตัน)ความดันอากาศโดยรวมต้องคงที่ การมีไอน้ำในอากาศจะทำให้ส่วนประกอบอื่นๆ ของอากาศเจือจางลงหรือถูกแทนที่โดยธรรมชาติเมื่อความเข้มข้นของไอน้ำเพิ่มขึ้น

สิ่งนี้อาจส่งผลต่อระบบหายใจ ในอากาศที่ร้อนจัด (35 องศาเซลเซียส) สัดส่วนของไอน้ำจะมากพอที่จะทำให้เกิดอาการอับชื้น ซึ่งอาจพบได้ในสภาพอากาศชื้นของป่าดิบชื้น หรือในอาคารที่มีการระบายอากาศไม่ดี

ก๊าซยก

ไอน้ำมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศและจึงลอยตัวได้ในอากาศ แต่มีความดันไอน้อยกว่าอากาศ เมื่อใช้ไอน้ำเป็นก๊าซยกตัวในเรือเหาะความร้อนไอน้ำจะถูกทำให้ร้อนจนกลายเป็นไอน้ำเพื่อให้ความดันไอของไอน้ำมากกว่าความดันอากาศโดยรอบ เพื่อรักษารูปทรงของ "บอลลูนไอน้ำ" ตามทฤษฎี ซึ่งให้แรงยกประมาณ 60% ของฮีเลียมและสองเท่าของอากาศร้อน[ 18 ]

การอภิปรายทั่วไป

ปริมาณไอน้ำในบรรยากาศถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดของความดันย่อยและอุณหภูมิ อุณหภูมิจุดน้ำค้างและความชื้นสัมพัทธ์ทำหน้าที่เป็นแนวทางสำหรับกระบวนการของไอน้ำในวัฏจักรของน้ำการป้อนพลังงาน เช่น แสงแดด สามารถกระตุ้นให้เกิดการระเหยมากขึ้นบนผิวมหาสมุทร หรือการระเหิดมากขึ้นบนก้อนน้ำแข็งบนยอดเขาความสมดุลระหว่างการควบแน่นและการระเหยจะให้ปริมาณที่เรียกว่าความดัน ย่อยของไอน้ำ

ความดันย่อยสูงสุด ( ความดันอิ่มตัว ) ของไอน้ำในอากาศจะแปรผันตามอุณหภูมิของส่วนผสมอากาศและไอน้ำ มีสูตรเชิงประจักษ์หลายสูตรสำหรับปริมาณนี้ สูตรอ้างอิงที่ใช้กันมากที่สุดคือสมการ Goff-Gratchสำหรับความดันอิ่มตัวเหนือน้ำเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียส:

โดยที่Tคืออุณหภูมิของอากาศชื้น ซึ่งมีหน่วยเป็นเคลวินและpมีหน่วยเป็นมิลลิบาร์ ( เฮกโตปาสคาล )

สูตรนี้ใช้ได้ตั้งแต่ประมาณ −50 ถึง 102 °C อย่างไรก็ตาม มีการวัดความดันไอของน้ำเหนือของเหลวที่เย็นยิ่งยวดจำนวนจำกัดมาก มีสูตรอื่นๆ อีกหลายสูตรที่สามารถใช้ได้[ 19 ]

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ เช่น เมื่อน้ำเดือด การระเหยสุทธิจะเกิดขึ้นเสมอในสภาวะบรรยากาศปกติ โดยไม่คำนึงถึงเปอร์เซ็นต์ความชื้นสัมพัทธ์ กระบวนการนี้จะกระจายไอน้ำปริมาณมากไปยังบรรยากาศที่เย็นกว่าทันที

อากาศ ที่หายใจออกเกือบจะอยู่ในสภาวะสมดุลกับไอน้ำที่อุณหภูมิร่างกาย ในอากาศเย็น ไอน้ำที่หายใจออกจะควบแน่นอย่างรวดเร็ว จึงปรากฏเป็นหมอกหรือละอองน้ำ และเป็นหยดน้ำเกาะบนพื้นผิว การควบแน่นของหยดน้ำจากลมหายใจออกอย่างรวดเร็วเป็นพื้นฐานของ การตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ โดยใช้สารควบแน่นจากลมหายใจออกซึ่งกำลังได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

การควบคุมไอน้ำในอากาศเป็นประเด็นสำคัญใน อุตสาหกรรมระบบ ทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ (HVAC) ความสบายทางความร้อนขึ้นอยู่กับสภาพอากาศชื้น สภาวะความสบายที่ไม่เกี่ยวกับมนุษย์เรียกว่าการทำความเย็นซึ่งได้รับผลกระทบจากไอน้ำเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ร้านขายอาหารหลายแห่ง เช่น ซูเปอร์มาร์เก็ต ใช้ตู้แช่เย็นแบบเปิด หรือตู้โชว์อาหารซึ่งสามารถลดความดันไอน้ำ (ลดความชื้น) ได้อย่างมาก การปฏิบัติเช่นนี้มีทั้งข้อดีและปัญหาหลายประการ

ในชั้นบรรยากาศของโลก

หลักฐานที่แสดงให้เห็นถึงปริมาณไอน้ำในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ที่เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด

น้ำในรูปก๊าซเป็นองค์ประกอบเล็กน้อยแต่มีความสำคัญต่อสิ่งแวดล้อมของชั้นบรรยากาศเปอร์เซ็นต์ของไอน้ำในอากาศพื้นผิวแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0.01% ที่อุณหภูมิ −42 °C (−44 °F) [ 20 ]ถึง 4.24% เมื่อจุดน้ำค้างอยู่ที่ 30 °C (86 °F) [ 21 ]กว่า 99% ของน้ำในชั้นบรรยากาศอยู่ในรูปของไอน้ำ ไม่ใช่น้ำเหลวหรือน้ำแข็ง[ 22 ]และประมาณ 99.13% ของไอน้ำอยู่ในชั้นโทรโพสเฟี ยร์ การควบแน่นของไอน้ำเป็นของเหลวหรือน้ำแข็งเป็นสาเหตุของการเกิดเมฆฝน หิมะ และหยาดน้ำฟ้า อื่นๆ ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของสิ่งที่เราประสบพบเจอในฐานะสภาพอากาศ นอกจากนี้ความร้อนแฝงของการระเหยซึ่งถูกปล่อยออกมาสู่ชั้นบรรยากาศทุกครั้งที่เกิดการควบแน่น เป็นหนึ่งในเงื่อนไขที่สำคัญที่สุดในงบประมาณพลังงานของชั้นบรรยากาศทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับโลก ตัวอย่างเช่น การปล่อยความร้อนแฝงในการพาความร้อน ในบรรยากาศ เป็นสาเหตุโดยตรงที่ทำให้เกิดพายุรุนแรง เช่นพายุหมุนเขตร้อนและพายุฝน ฟ้าคะนองรุนแรง ไอน้ำเป็นก๊าซเรือนกระจก ที่สำคัญ [ 23 ] [ 24 ]เนื่องมาจากการมี พันธะ ไฮดรอกซิลซึ่งดูดซับรังสีอินฟราเรด ได้ ดี

ไอน้ำเป็น "ตัวกลางทำงาน" ของกลไกทางเทอร์โมไดนามิกในชั้นบรรยากาศ ซึ่งเปลี่ยนพลังงานความร้อนจากรังสีของดวงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานกลในรูปของลม การเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลนั้นต้องอาศัยระดับอุณหภูมิบนและล่าง รวมถึงตัวกลางทำงานที่เคลื่อนที่ไปมาระหว่างทั้งสองระดับ ระดับอุณหภูมิบนนั้นกำหนดโดยพื้นดินหรือผิวน้ำของโลก ซึ่งดูดซับรังสีจากดวงอาทิตย์ที่เข้ามาและอุ่นขึ้น ทำให้เกิดการระเหยของน้ำ อากาศชื้นและอุ่นที่พื้นดินเบากว่าสิ่งแวดล้อมรอบข้างและลอยขึ้นไปสู่ขอบบนของชั้นโทรโพสเฟียร์ ที่นั่นโมเลกุลของน้ำจะแผ่พลังงานความร้อนออกไปสู่อวกาศ ทำให้อากาศรอบข้างเย็นลง ชั้นบรรยากาศด้านบนเป็นระดับอุณหภูมิล่างของกลไกทางเทอร์โมไดนามิกในชั้นบรรยากาศ ไอน้ำในอากาศที่เย็นลงจะควบแน่นและตกลงสู่พื้นดินในรูปของฝนหรือหิมะ อากาศที่เย็นและแห้งซึ่งหนักกว่าก็จะจมลงสู่พื้นดินเช่นกัน ดังนั้นกลไกทางเทอร์โมไดนามิกของบรรยากาศจึงก่อให้เกิดการพาความร้อนในแนวดิ่ง ซึ่งขนส่งความร้อนจากพื้นดินขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศเบื้องบน ซึ่งโมเลกุลของน้ำสามารถแผ่รังสีความร้อนออกไปสู่อวกาศได้ เนื่องจากการหมุนของโลกและแรงโคริโอลิสที่เกิดขึ้น การพาความร้อนในแนวดิ่งของบรรยากาศนี้จึงเปลี่ยนเป็นการพาความร้อนในแนวนอนในรูปแบบของพายุไซโคลนและแอนติไซโคลน ซึ่งขนส่งน้ำที่ระเหยเหนือมหาสมุทรเข้าไปในทวีป ทำให้พืชพรรณสามารถเจริญเติบโตได้[ 25 ]

น้ำในชั้นบรรยากาศของโลกไม่เพียงแต่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือด (100 °C (212 °F)) เท่านั้น แต่ที่ระดับความสูงที่สูงขึ้นอุณหภูมิจะต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง (0 °C (32 °F)) เนื่องมาจากแรงดึงดูดระหว่างขั้วของน้ำที่สูงเมื่อรวมกับปริมาณของไอน้ำแล้ว ไอน้ำจึงมีจุดน้ำค้างและจุดเยือกแข็ง ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งแตกต่างจากคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทน ไอน้ำจึงมีความสูงตามมาตราส่วนเป็นเศษส่วนของความสูงของชั้นบรรยากาศโดยรวม[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]เนื่องจากน้ำควบแน่นและระเหยออกไปโดยส่วนใหญ่อยู่ในชั้นโทรโพสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศที่ต่ำที่สุด[ 29 ]คาร์บอนไดออกไซด์ (CO ) และมีเทนซึ่งผสมกันอย่างดีในชั้นบรรยากาศ มีแนวโน้มที่จะลอยขึ้นเหนือไอน้ำ การดูดซับและการปล่อยของสารประกอบทั้งสองนี้มีส่วนทำให้โลกปล่อยก๊าซสู่อวกาศ และทำให้ เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก ของโลก[ 27 ] [ 30 ] [ 31 ]แรงผลักดันเรือนกระจกนี้สามารถสังเกตได้โดยตรงผ่านคุณลักษณะสเปกตรัม ที่แตกต่างกัน เมื่อเทียบกับไอน้ำ และพบว่าเพิ่มขึ้นตามระดับ CO [ 32 ]ในทางกลับกัน การเพิ่มไอน้ำที่ระดับความสูงมากจะมีผลกระทบที่ไม่สมส่วน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการจราจรของเครื่องบิน เจ็ต [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]จึงมีผลกระทบต่อภาวะโลกร้อนสูงอย่างไม่สมส่วน การออกซิเดชันของมีเทนยังเป็นแหล่งสำคัญของไอน้ำในชั้นสตราโตสเฟียร์[ 36 ]และเพิ่มผลกระทบต่อภาวะโลกร้อนของมีเทนประมาณ 15% [ 37 ]

ในกรณีที่ไม่มีก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ ไอน้ำบนโลกจะควบแน่นขึ้นสู่พื้นผิว[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]ซึ่งน่าจะเกิดขึ้นแล้วและอาจเกิดขึ้นมากกว่าหนึ่งครั้ง นักวิทยาศาสตร์จึงแยกแยะระหว่างก๊าซเรือนกระจกที่ไม่สามารถควบแน่นได้ (ตัวขับเคลื่อน) และก๊าซเรือนกระจกที่สามารถควบแน่นได้ (ตัวถูกขับเคลื่อน) เช่น ปฏิกิริยาตอบกลับของไอน้ำข้างต้น[ 41 ] [ 24 ] [ 23 ]

หมอกและเมฆก่อตัวขึ้นจากการควบแน่นรอบๆนิวเคลียสการควบแน่นของเมฆหากไม่มีนิวเคลียส การควบแน่นจะเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่ามากเท่านั้น ภายใต้การควบแน่นหรือการตกตะกอนอย่างต่อเนื่อง หยดน้ำในเมฆหรือเกล็ดหิมะจะก่อตัวขึ้น และจะตกลงมาเมื่อมีมวลถึงระดับวิกฤต

ความเข้มข้นของไอน้ำในบรรยากาศมีความแปรผันสูงมากระหว่างสถานที่และช่วงเวลาต่างๆ10 ppmในอากาศที่เย็นที่สุดถึง 5% (50,000 ppm ) ในอากาศเขตร้อนชื้น[ 42 ]และสามารถวัดได้ด้วยการผสมผสานระหว่างการสังเกตการณ์บนบก บอลลูนตรวจอากาศ และดาวเทียม[ 43 ]ปริมาณน้ำในบรรยากาศโดยรวมจะลดลงอย่างต่อเนื่องจากการตกตะลึก ในขณะเดียวกันก็ได้รับการเติมเต็มอย่างต่อเนื่องจากการระเหย โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากมหาสมุทร ทะเลสาบ แม่น้ำ และพื้นดินชื้น แหล่งที่มาของน้ำในบรรยากาศอื่นๆ ได้แก่ การเผาไหม้ การหายใจ การระเบิดของภูเขาไฟ การคายน้ำของพืช และกระบวนการทางชีวภาพและธรณีวิทยาอื่นๆ อีกมากมาย ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งจะมีน้ำประมาณ 1.29 × 10 16  ลิตร (3.4 × 10 15  แกลลอนสหรัฐ) ในบรรยากาศ บรรยากาศกักเก็บน้ำจืดไว้ 1 ส่วนใน 2500 ส่วน และน้ำทั้งหมดบนโลก 1 ส่วนใน 100,000 ส่วน[ 44 ]ปริมาณไอน้ำเฉลี่ยทั่วโลกในชั้นบรรยากาศนั้นเพียงพอที่จะปกคลุมพื้นผิวโลกด้วยชั้นน้ำเหลวที่มีความลึกประมาณ 25 มม. (0.98 นิ้ว) [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยต่อปีของโลกอยู่ที่ประมาณ 1 เมตร (3 ฟุต 3 นิ้ว) ซึ่งการเปรียบเทียบนี้บ่งชี้ถึงการหมุนเวียนของน้ำในอากาศอย่างรวดเร็ว โดยเฉลี่ยแล้ว โมเลกุลของน้ำจะอยู่ในชั้นโทรโพสเฟียร์ได้นานประมาณ 9 ถึง 10 วัน[ 47 ]

ผลกระทบ บางอย่างของภาวะโลกร้อนอาจส่งเสริม ( ผลตอบรับเชิงบวกเช่น ความเข้มข้นของไอน้ำที่เพิ่มขึ้น) หรือยับยั้ง ( ผลตอบรับเชิงลบ ) ภาวะโลกร้อน ได้ [ 48 ] [ 49 ]

ปริมาณไอน้ำเฉลี่ยทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 0.25% ของมวลบรรยากาศ และยังแปรผันตามฤดูกาล โดยมีส่วนช่วยต่อความดันบรรยากาศระหว่าง 2.62 hPa (1.97 mmHg) ในเดือนกรกฎาคม และ 2.33 hPa (0.0338 psi) ในเดือนธันวาคม[ 50 ] IPCC AR6แสดงความมั่นใจในระดับปานกลางเกี่ยวกับการเพิ่มขึ้นของไอน้ำทั้งหมดประมาณ1%–2%ต่อทศวรรษ คาดว่าจะเพิ่มขึ้นประมาณ 7% ต่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 1 °C (1.8 °F) [ 51 ] [ 45 ]

กิจกรรมความร้อนใต้พิภพบนพื้นผิว เช่น การปะทุของภูเขาไฟและน้ำพุร้อน จะปล่อยไอน้ำในปริมาณที่แตกต่างกันออกสู่ชั้นบรรยากาศ การปะทุดังกล่าวอาจมีขนาดใหญ่ในแง่ของมนุษย์ และการปะทุแบบระเบิดครั้งใหญ่อาจพ่นมวลน้ำจำนวนมหาศาลขึ้นไปในชั้นบรรยากาศในระดับสูงเป็นพิเศษ แต่เมื่อคิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของปริมาณน้ำในชั้นบรรยากาศทั้งหมด บทบาทของกระบวนการดังกล่าวถือว่าน้อยมาก ความเข้มข้นสัมพัทธ์ของก๊าซต่างๆ ที่ปล่อยออกมาจากภูเขาไฟจะแตกต่างกันอย่างมากตามสถานที่และตามเหตุการณ์เฉพาะที่เกิดขึ้นในแต่ละสถานที่ อย่างไรก็ตาม ไอน้ำเป็นก๊าซภูเขาไฟ ที่พบได้บ่อยที่สุด โดยทั่วไปแล้วจะมีปริมาณมากกว่า 60% ของการปล่อยทั้งหมดในระหว่างการปะทุบนพื้นดิน[ 52 ]

ปริมาณไอน้ำในบรรยากาศแสดงได้โดยใช้หน่วยวัดต่างๆ ได้แก่ ความดันไอความชื้น จำเพาะอัตราส่วนการผสม อุณหภูมิจุดน้ำค้าง และความชื้นสัมพัทธ์

เรดาร์และภาพถ่ายดาวเทียม

แผนที่เหล่านี้แสดงปริมาณไอน้ำเฉลี่ยในชั้นบรรยากาศในแต่ละเดือน ( คลิกเพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติม )
MODIS / Terraค่าเฉลี่ยปริมาณไอน้ำในบรรยากาศทั่วโลกในหน่วย atm-cm (เซนติเมตรของน้ำในคอลัมน์บรรยากาศหากควบแน่น)

เนื่องจากโมเลกุลของน้ำดูดซับคลื่นไมโครเวฟและคลื่นวิทยุความถี่ อื่นๆ น้ำในชั้นบรรยากาศจึงทำให้สัญญาณเรดาร์ อ่อนลง [ 53 ]นอกจากนี้ น้ำในชั้นบรรยากาศจะสะท้อนและหักเหสัญญาณในระดับที่ขึ้นอยู่กับว่าน้ำนั้นเป็นไอน้ำ ของเหลว หรือของแข็ง

โดยทั่วไป สัญญาณเรดาร์จะอ่อนลงเรื่อยๆ ยิ่งเดินทางผ่านชั้นโทรโปสเฟียร์ไกลเท่าไหร่ ความถี่ต่างๆ จะลดทอนในอัตราที่แตกต่างกัน ทำให้บางส่วนของอากาศทึบแสงต่อความถี่บางความถี่และโปร่งใสต่อความถี่อื่นๆ คลื่นวิทยุที่ใช้ในการออกอากาศและการสื่อสารอื่นๆ ก็ประสบกับผลกระทบเช่นเดียวกัน

ไอน้ำสะท้อนเรดาร์ได้น้อยกว่าน้ำในอีกสองสถานะ ในรูปของหยดน้ำและผลึกน้ำแข็ง น้ำทำหน้าที่เหมือนปริซึม ซึ่งน้ำจะไม่เป็นเช่นนั้นเมื่ออยู่ในรูปของโมเลกุล เดี่ยว อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของไอน้ำในชั้นบรรยากาศทำให้ชั้นบรรยากาศทำหน้าที่เหมือนปริซึมขนาดใหญ่[ 54 ]

การเปรียบเทียบ ภาพถ่ายดาวเทียม GOES-12แสดงให้เห็นถึงการกระจายตัวของไอน้ำในชั้นบรรยากาศเมื่อเทียบกับมหาสมุทร เมฆ และทวีปต่างๆ ของโลก ไอน้ำล้อมรอบโลกแต่มีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ ภาพเคลื่อนไหวทางด้านขวาแสดงค่าเฉลี่ยรายเดือนของปริมาณไอน้ำ โดยมีหน่วยเป็นเซนติเมตร ซึ่งเป็นปริมาณน้ำที่สามารถกลายเป็นหยาดน้ำได้หรือปริมาณน้ำเทียบเท่าที่สามารถเกิดขึ้นได้หากไอน้ำทั้งหมดในคอลัมน์ควบแน่น ปริมาณไอน้ำต่ำสุด (0 ซม. (0 นิ้ว)) แสดงด้วยสีเหลือง และปริมาณสูงสุด (6 ซม. (2.4 นิ้ว)) แสดงด้วยสีน้ำเงินเข้ม บริเวณที่ข้อมูลขาดหายแสดงด้วยเฉดสีเทา แผนที่เหล่านี้สร้างขึ้นจากข้อมูลที่รวบรวมโดย เซ็นเซอร์ Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) บนดาวเทียม Aqua ของ NASA รูปแบบที่เห็นได้ชัดที่สุดในอนุกรมเวลาคืออิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามฤดูกาลและแสงแดดที่ส่องลงมาต่อไอน้ำ ในเขตร้อน แถบอากาศชื้นจัดจะเคลื่อนตัวไปทางเหนือและใต้ของเส้นศูนย์สูตรเมื่อฤดูกาลเปลี่ยนไป แถบความชื้นนี้เป็นส่วนหนึ่งของ เขตบรรจบกันระหว่าง เขตร้อน (Intertropical Convergence Zone ) ซึ่งเป็นบริเวณที่ลมค้าตะวันออกจากแต่ละซีกโลกมาบรรจบกันและก่อให้เกิดพายุฝนฟ้าคะนองและเมฆเกือบทุกวัน ยิ่งห่างจากเส้นศูนย์สูตรมากเท่าไหร่ ความเข้มข้นของไอน้ำก็จะยิ่งสูงขึ้นในซีกโลกที่มีฤดูร้อนและต่ำลงในซีกโลกที่มีฤดูหนาว รูปแบบอีกอย่างหนึ่งที่ปรากฏในอนุกรมเวลาคือปริมาณไอน้ำเหนือพื้นที่บนบกจะลดลงมากกว่าในช่วงเดือนฤดูหนาวเมื่อเทียบกับพื้นที่มหาสมุทรที่อยู่ติดกัน ส่วนใหญ่เป็นเพราะอุณหภูมิอากาศเหนือพื้นดินลดลงมากกว่าในฤดูหนาวเมื่อเทียบกับอุณหภูมิเหนือมหาสมุทร ไอน้ำจะควบแน่นได้เร็วขึ้นในอากาศที่เย็นกว่า[ 55 ]

เนื่องจากไอน้ำดูดซับแสงในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ การดูดซับจึงสามารถนำไปใช้ในการประยุกต์ใช้ทางสเปกโทรสโกปี (เช่นDOAS ) เพื่อกำหนดปริมาณไอน้ำในบรรยากาศ ซึ่งดำเนินการในทางปฏิบัติ เช่น จากเครื่องสเปกโทรเมตร Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) บนERS (GOME) และMetOp (GOME-2) [ 56 ]เส้นการดูดซับไอน้ำที่อ่อนกว่าในช่วงสเปกตรัมสีน้ำเงินและต่อไปยัง UV จนถึงขีดจำกัดการแตกตัวของมันประมาณ243 นาโนเมตรส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการคำนวณทางกลศาสตร์ควอนตัมและได้รับการยืนยันจากการทดลองเพียงบางส่วนเท่านั้น[ 57 ] [ 58 ]

การสร้างสายฟ้า

ไอน้ำมีบทบาทสำคัญใน การเกิด ฟ้าผ่าในชั้นบรรยากาศ จากหลักฟิสิกส์ของเมฆโดยปกติแล้วเมฆเป็นแหล่งกำเนิดประจุไฟฟ้า สถิตที่แท้จริง ในชั้นบรรยากาศของโลก ความสามารถของเมฆในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจำนวนมหาศาลนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับปริมาณไอน้ำที่มีอยู่ในระบบนั้นๆ

ปริมาณไอน้ำจะควบคุมค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าของอากาศโดยตรง ในช่วงเวลาที่มีความชื้นต่ำ การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและง่ายดาย ในช่วงเวลาที่มีความชื้นสูง การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นน้อยลง ค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าและค่าความจุทำงานร่วมกันเพื่อสร้างเอาต์พุตระดับเมกะวัตต์ของฟ้าผ่า[ 59 ]

ตัวอย่างเช่น หลังจากที่เมฆเริ่มก่อตัวเป็นแหล่งกำเนิดฟ้าผ่า ไอน้ำในบรรยากาศจะทำหน้าที่เป็นสาร (หรือฉนวน ) ที่ลดความสามารถของเมฆในการปล่อยพลังงานไฟฟ้า เมื่อเวลาผ่านไป หากเมฆยังคงสร้างและเก็บประจุไฟฟ้าสถิต มากขึ้นเรื่อยๆ กำแพงที่สร้างขึ้นโดยไอน้ำในบรรยากาศจะพังทลายลงในที่สุดเนื่องจากพลังงานศักย์ไฟฟ้าที่สะสมไว้[ 60 ]พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาสู่บริเวณที่มีประจุตรงข้ามกันในรูปของฟ้าผ่า ความแรงของการปล่อยประจุแต่ละครั้งมีความสัมพันธ์โดยตรงกับค่าสภาพยอมทางไฟฟ้า ความจุ และความสามารถในการสร้างประจุของแหล่งกำเนิด[ 61 ]

สิ่งมีชีวิตนอกโลก

ไอน้ำพบได้ทั่วไปในระบบสุริยะและในระบบดาวเคราะห์ อื่นๆ มีการตรวจพบไอน้ำในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ โดยพบในจุดดวงอาทิตย์มีการตรวจพบไอน้ำในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกโลกทั้งเจ็ดดวงในระบบสุริยะ ดวงจันทร์ของโลก[ 62 ]และดวงจันทร์ของดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ แม้ว่าโดยทั่วไปจะมีปริมาณเพียงเล็กน้อยก็ตาม

ไครโอไจเซอร์ปะทุบนดวงจันทร์ยูโรปา ของดาวพฤหัสบดี (แนวคิดของศิลปิน) [ 63 ]
ภาพประกอบของศิลปินแสดงถึงร่องรอยของน้ำในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบที่ตรวจจับได้ด้วยเครื่องมือต่างๆ เช่นกล้องโทรทัศน์อวกาศฮับเบิล[ 64 ]

เชื่อกันว่า โครงสร้างทางธรณีวิทยา เช่นไครโอไกเซอร์มีอยู่บนพื้นผิวของดวงจันทร์น้ำแข็งหลายดวงที่พ่นไอน้ำออกมาเนื่องจากความร้อนจากแรงดึงดูดและอาจบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของน้ำใต้พื้นผิวในปริมาณมาก มีการตรวจพบกลุ่มไอน้ำ บนดวงจันทร์ ยูโร ปาของดาวพฤหัสบดี ซึ่งคล้ายกับกลุ่มไอน้ำที่ตรวจพบบนดวงจันทร์ เอนเซลาดัสของ ดาวเสาร์ [ 63 ]นอกจากนี้ยังตรวจพบร่องรอยของไอน้ำในชั้นสตราโตสเฟียร์ของไททัน[ 65 ]พบว่าไอน้ำเป็นส่วนประกอบหลักของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์แคระเซเรสซึ่งเป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในแถบดาวเคราะห์ น้อย [ 66 ]การตรวจพบนี้ทำได้โดยใช้ความสามารถในการตรวจจับรังสีอินฟราเรดระยะไกลของหอดูดาวอวกาศเฮอร์เชล [ 67 ] การค้นพบนี้เป็นเรื่องที่ไม่คาดคิด เพราะโดยทั่วไปแล้วดาวหางไม่ใช่ดาวเคราะห์น้อยมักถูกพิจารณาว่า "พ่นไอและกลุ่มไอน้ำ" ตามที่นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งกล่าวว่า "เส้นแบ่งระหว่างดาวหางและดาวเคราะห์น้อยเริ่มเลือนลางมากขึ้นเรื่อยๆ" [ 67 ]นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาดาวอังคารตั้งสมมติฐานว่าหากน้ำเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ดาวเคราะห์ มันจะเคลื่อนที่ในรูปของไอน้ำ[ 68 ]

ความสว่างของ หาง ดาวหางส่วนใหญ่มาจากไอน้ำ เมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์น้ำแข็งที่ดาวหางหลายดวงบรรทุกจะระเหิดกลายเป็นไอน้ำ เมื่อทราบระยะห่างของดาวหางจากดวงอาทิตย์ นักดาราศาสตร์สามารถอนุมานปริมาณน้ำในดาวหางได้จากความสว่างของมัน[ 69 ]

ไอน้ำได้รับการยืนยันแล้วนอกระบบสุริยะ การวิเคราะห์สเปกโทรสโกปีของHD 209458 bซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในกลุ่มดาวเพกาซัส ให้หลักฐานแรกของไอน้ำในบรรยากาศนอกระบบสุริยะ พบว่าดาวฤกษ์ชื่อCW Leonisมีวงแหวนไอน้ำปริมาณมหาศาลล้อมรอบดาวฤกษ์ ขนาดใหญ่ที่กำลังแก่ตัวลง ดาวเทียมของ NASA ที่ออกแบบมาเพื่อศึกษาเคมีในเมฆก๊าซระหว่างดาวฤกษ์ ได้ค้นพบสิ่ง นี้ด้วยสเปกโทรเมตรบนยาน เป็นไปได้มากที่สุดว่า "ไอน้ำระเหยมาจากพื้นผิวของดาวหางที่โคจรอยู่" [ 70 ]ดาวเคราะห์นอกระบบอื่นๆ ที่มีหลักฐานของไอน้ำ ได้แก่HAT-P-11bและK2-18b [ 71 ] [ 72 ]

ดูเพิ่มเติม

  • ห้องสมุดดิจิทัลวิทยาศาสตร์แห่งชาติ – ไอน้ำ
  • คำนวณค่าการควบแน่นของลมหายใจที่คุณหายใจออก
  • ความเชื่อผิดๆ เกี่ยวกับไอน้ำ: บทแนะนำโดยย่อ ( เก็บ ถาวรเมื่อ วันที่ 25 มกราคม 2016 ที่Wayback Machine)
  • ความเชื่อผิดๆ เกี่ยวกับไอน้ำ: บทแนะนำโดยย่อ
  • ไอน้ำในระบบภูมิอากาศ (AGU) – 1995
  • โปรแกรมฟรีสำหรับ Windows เครื่องคำนวณการแปลงหน่วยความดันไอน้ำ – PhyMetrix
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Water_vapor&oldid=1356397312 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไอน้ำ

ไอน้ำหรือไอระเหยของน้ำคือสถานะก๊าซของน้ำเป็นสถานะ หนึ่ง ของน้ำภายในอุทกภาคไอน้ำสามารถเกิดขึ้นได้จากการระเหยหรือการเดือดของน้ำเหลว หรือจากการระเหิดของน้ำแข็งไอน้ำมีความโปร่งใส

การระเหย

เมื่อใดก็ตามที่โมเลกุลของน้ำออกจากพื้นผิวและแพร่กระจายเข้าไปในก๊าซโดยรอบ จะกล่าวได้ว่า โมเลกุลของน้ำนั้น ระเหย โมเลกุลของน้ำแต่ละตัวที่เปลี่ยนสถานะระหว่างสถานะที่เชื่อมโยงกันมากขึ้น (ของเหลว) และสถานะที่เชื่อมโยงกันน้อยลง (ไอ/ก๊าซ)...

การระเหิด

การระเหิด เป็นกระบวนการที่โมเลกุลของน้ำออกจากพื้นผิวของน้ำแข็งโดยตรงโดยไม่ต้องกลายเป็นน้ำเหลวก่อน การระเหิดเป็นสาเหตุของการหายไปอย่างช้าๆ ของน้ำแข็งและหิมะในช่วงกลางฤดูหนาวที่อุณหภูมิต่ำเกินกว่าจะทำให้เกิดการละลาย ทวีปแอนตาร์กติกา...

การควบแน่น

ไอน้ำจะควบแน่นลงบนพื้นผิวอื่นก็ต่อเมื่อพื้นผิวนั้นเย็นกว่า อุณหภูมิ จุดน้ำค้าง หรือเมื่อ สมดุลของไอน้ำ ในอากาศเกินขีดจำกัด เมื่อไอน้ำควบแน่นลงบนพื้นผิว จะเกิดความร้อนสุทธิขึ้นบนพื้นผิวนั้น [ 12 ] โมเลกุลของน้ำนำพลังงานความร้อนมาด้วย...