Hidrológiai tájékoztató, 1974

Thoma Frigyes: A párolgáskor keletkező vízgőz elemi részeinek tulajdonsága

Az összefüggés azt mutatja, hogy a víz saját tárolt hőenergiája nem állandó mennyiség. Függ a víz saját, valamint környezete hőmérsékletétől. A víz párolgási hője egyedül a saját hőmérsékletével arányosan változik. Melegebb víz párolgásához kevesebb kalóriára van szükség mint hűvösebb víznél. A víz fajlagos párolgáshője és hőfoka között 40 Celsius fokig az alábbi összefüggés áll fenn, H„ = 594,9 — 0,51T (2) ahol, T jelenti a víz hőmérsékletét C°-ban. A (2) egyenletnek megfelelő összefüggést az 1. ábrán ábrázoljuk. A párolgó víz tárolt hőenergiája a (2) egyenlettel meghatározható kalóriamennyiséggel csökken. A párolgás folyamán a víz felszíne lehűl, s az alatta levő vízréteg magasabb hőmérsékletűvé válik. A nagyobb hőmérsékletű vízréteg a párolgás következtében lehűlt alacsonyabb hőmérsékletű réteg helyére kerül, a vízfelszín közelében tehát állandó keveredési folyamat megy végbe. A konduktív és konvektív hőátadás és halmazállapot-változás együttes hatására a szabad vízfelület mintegy 2 cm-es rétegében jelentős hőmérsékletesések lépnek fel amelyek a vízfelület párolgását erősen befolyásolják (6). A lehűlt víz a környező, — vízzel érintkező levegőréteg hőmérsékletét is befolyásolja. A pára legkisebb anyagi része és tulajdonsága A pára anyagát tekintve a víz halmazállapot változásakor keletkező, a levegőben jelenlevő vízgőz. A halmazállapot-változás során a víz szabad felszíne közelébe jutó molekulák egyrésze gőzzé alakul át. A szabad vízfelszínen bizonyos nagyságú felületi feszültség van, mely mint feszes hártya működik. A vízben a vízmolekulák kinetikus energiájúk következtében különböző irányban és különböző sebességgel mozognak (Brown-féle mozgás) az adott víz hőmérsékletétől függően (2. ábra). Egyes molekulák nekiütköznek a fent említett hártyának, s innen iránytörés közben visszaverődnek (2/a. ábra). Mások elég sebességgel rendelkeznek ahhoz, hogy ezt a feszes hártyát áttörjék, s a szabad légtérbe, vagyis az atmoszférába lépjenek, másképpen megfogalmazva gőzzé alakuljanak át (2/b ábra). A párolgás folyamán a víz felületéről felszabaduló vízrészecskék azonban nem mind diszkrét, másnéven „monomer" vízmolekulák (8) amint azt sematikusan ábrázolni szokták (3. ábra), hanem több molekulából álló úgynevezett vízmolekulacsomók (7). A párát alkotó diszkrét vízmolekulák és vízmolekulacsomók menynyiségének egymáshoz viszonyított aránya egyelőre még nem ismeretes. A párolgáskor keletkező vízgőz anyagi szerkezetét tekintve bizonyos mértékben különbözik a gázoktól. A gázokban ugyanis a molekulák méreteikhez képest olyan messze esnek egymástól, hogy köztük számottevő vonzóerő nem működik. A vízgőzben azonban bizonyos mennyiségben az egyes vízmolekulák — melyek az előbb említett vízmolekula-csomók alkotórészei — egészen közel, szorosan egymás mellé kerülnek, s ezek együvétapadva a vízgőz (pára) bizonyos részének legkisebb — önálló mozgást végző — anyagi részét alkotják. (Megjegyezzük, hogy a termőföld, illetve a növényzet párolgása alkalmával felszabadult vízgőz tulajdonsága nem különbözik közvetlenül a víz felszínéről felszabadult vízgőztől.) A párolgás folyamán keletkezett monomer vízmolekulák és vízmolekula-csomók a levegőbe kerülve a gázokhoz hasonlóan viselkednek. Mint a pára legkisebb anyagi részei a nagyobb nyomású helyről a kisebb nyomású hely felé haladnak. Bármely gáz tehát a vízgőz is nyomást gyakorol környezetében, függetlenül a keveréket alkotó többi gázoktól. A vízgőz által gyakorolt nyomást (résznyomást) páranyomásnak nevezzük. A levegőbe jutó vízgőz tehát a levegő nyomását a saját nyomásával, vagyis a páranyomással növeli meg. ó 7 V a b 2. ábra. A vízmolekulák — kinetikus energiájuk okozta — vándorlása a vízben, illetve kilépése a víz felszínéről a levegőbe a0 U,s 3. ábra. Diszkrét vízmolekula sematikusan ábrázolva 1. Hidrogénatomok. 2. Oxigénatom OO - V OO OO OO V OO OO OO V V OO OO OO OO V OO OO 3. 4. ábra A levegő—vízgőz keverék alkotórészei sematikusan ábrázolva 1. Oxigénmolekulák. 2. Nitrogénmolekulák. 3. Diszkrét vízmolekulák (..monomer" vizmolekulák). 4. Vízmolekula-csomók (hidrogénkötésekkel egymáshoz kapcsolódó vízmolekulák csoportjai) A párolgás a vízfelszín közelében a levegőben lejátszódó fizikai folyamat. A levegő nitrogén és oxigénmolekulák alkotta elegy. Ebbe jutnak a párolgáskor felszabadult monomer vízmolekulák és vízmolekulacsomók, amelyek szabadszemmel nem észlelhető, színtelen, szagtalan anyagi részecskék. E részecskék párolgáskor a levegővel egy újabb keveréket alkotnak (4. ábra). 41