什么是空气中水汽量的饱和状态和过饱和状态?

在一定温度和压力条件下,水的存在状态可以发生改变,称为相变。日常生活中,人们将0℃称为水的冰点,低于此温度,水将由液态变成固态,称为凝固;高于这一温度,水将由固态变成液态,称为溶化。同样,将100℃称为水的沸点,低于该温度,水将由气态变成液态,称为凝结;高于该温度,水将由液态变成气态,称为汽化。但是,需要注意的是,以上现象仅在地表附近1个标准大气压下才能成立。如果大气压力发生变化,水的冰点和沸点都将随之改变。

在一定温度时,空气中的水汽容纳量是有限度的。当空气中水汽量达到此限度时,叫作“饱和状态”,超过此限度叫作“过饱和状态”。

水汽过饱和时,如果温度高于0℃,多余的水汽会被析出凝结成水滴;如果温度低于0℃,多余的水汽会直接凝华为冰晶。饱和状态下空气中所能容纳的最大水汽量与温度高低有很大关系,在同样体积的空气里,温度高时所能容纳的水汽量要比温度低时大。

在一般情况下,大气中水汽的过饱和以及水滴和冰晶的形成多是由空气冷却引起的。因此,空气变冷是大气中发生凝结和凝华过程的主要条件。但仅仅具备这个条件是不够的,要形成水滴和冰晶,还需要有凝结核。因为空气中如果无任何杂质,即使已达到过饱和状态,水汽分子也无从依附。水汽分子偶尔相互合并成微小的水滴,而这些水滴会因其很微小而迅速蒸发掉。而凝结核在大气中到处都存在,如盐粒、烟粒、尘埃等。因此,当大气中的水汽达到过饱和时,多余的水汽就以这些微粒为核心凝结(或凝华)成小水滴(或小冰晶),并逐渐增大。大气中的水滴和冰晶就是这样形成的。

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