Vesihöyry

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Vesihöyryä muodustuu esimerkiksi lämmitettäessä vettä

Vesihöyry (arkikielessä pelkkä höyry) on kaasumaista vettä. Vesihöyry on hajutonta, mautonta ja väritöntä, eikä sitä siis voi ihmissilmin erottaa muista ilmakehän kaasuista. Höyry on vakiintunut tarkoittamaan vain veden kaasuolomuotoa mutta joskus höyryllä voidaan tarkoittaa myös muiden aineiden kaasuolomuotoa. Sitä syntyy useimmiten, kun vesi haihtuu tai jää sublimoituu. Veden, H2O, kiinteää olomuotoa sanotaan jääksi ja nesteolomuotoa vedeksi. Vesihöyryä voi syntyä myös kemiallisissa reaktioissa. Kylläinen höyry tarkoittaa höyryä, joka on paineen mukaisessa tiivistymislämpötilassaan. Mikäli höyry menettää lämpöä se tiivistyy nesteeksi. Tulistettu höyry on tiivistymislämpötilaa korkeammassa lämpötilassa eli se voi menettää lämpöä ennen kuin alkaa tiivistyä eli nesteytyä. Tulistuksen idea on siinä, että vesi -olomuodosta riippumatta- sitoo runsaasti lämpöenergiaa hyödynnettäväksi myöhemmin.

Vesihöyry ilmakehässä- pilvet eivät ole vesihöyryä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Arkikielessä sanomme näkevämme vesihöyryä teekattilassa, tupruamassa höyryjunan piipusta tai pakkasella hengitysilmassa. Fysiikan kielessä tätä arkikielen sanaa höyry kuitenkin käytetään eri tavalla. Kaikissa näissä tapauksissa kaasumuotoinen vesi on jo tiivistynyt pienenpieniksi pisaroiksi, samoiksi joista sumu muodostuu. Pilvet eivät siis fyysikoiden ammattikielellä ilmaistuna ole vesihöyryä, vaan nesteaerosolia, ts. hyvin pieniä vesipisaroita leijumassa kaasussa.

Fysiikassa vesihöyryn ja kaasun erona voi nähdä, että vesihöyryn lämpötila on alle kriittisen lämpötilan (674 K), joten se on mahdollista saada nestemäiseksi kasvattamalla painetta.

Vesihöyryn tiivistyessä syntyy sumua tai pilviä.

Vesihöyry on tärkeä osa ilmakehän lämmöntasausjärjestelmää: vesi haihtuu lämpimillä alueilla, kulkee vesihöyrynä lähemmäs napoja ja tiivistyy siellä, ja samalla vapauttaa siihen haihtumisessa sitoutuneen höyrystymislämmön.

Lähes kaikki ilmakehän vesihöyry on troposfäärissä. Vesihöyryn määrää koko troposfäärissä voidaan arvioida tietyillä aallonpituuksilla tehdyistä sääsatelliittikuvista.

Vesihöyry kasvihuonekaasuna[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vesihöyry on kasvihuonekaasu eli ilmakehässä se voimistaa kasvihuoneilmiötä. Maan ilmakehässä on vesihöyryä hyvin vaihteleva määrä eri alueilla ja aikoina, mutta yleisesti 0,2 % eli 1,3 × 1016 kg.[1]

Vesihöyryn arvioidaan aiheuttavan kasvihuoneilmiöstä noin 36–70 %. Vesihöyryn elinikä ilmakehässä on kuitenkin todella lyhyt, noin 7–10 päivää. Tästä seuraa, että ihminen ei toiminnallaan suoraan lisää ilmakehän vesihöyrypitoisuutta, vaikka pitoisuudet voivat muuttua ilmaston lämpenemisen seurauksena. Joidenkin yhdysvaltalaisten tutkijoiden mukaan ilmakehän kosteuspitoisuus on kasvanut 0,41 kg/m3 vuosikymmenessä sitten vuoden 1988.[2]

Eräiden arvioiden mukaan vesihöyry aiheuttaa kirkkaana päivänä 60–70 % ja hiilidioksidi 20–25 % maan kasvihuoneilmiöstä.[3][4][5]

Maan ilmakehän vesipitoisuuden vaikutus kasvihuoneilmiöön noudattaa havaintojen mukaan suunnilleen kaavaa:

T_g - T_e = 14,817 \ln (W_c) - 4,7318 ,

missä T_g kasvihuoneilmiön mukainen lämpötila, T_g lämpötila ilman kasvihuoneilmiötä. Vesipitoisuudella W_c tarkoitetaan tässä vesihöyryn määrää maanpinnan ja 300 mbar painepinnan välillä 1012 tonneina.[6] \ln on luonnollinen logaritmi.

Joutkut tutkijat olettavat, että jos lämpötila Maan ja nimenomaan merien pinnalla kasvaisi kyllin suureksi, vesihöyryn aiheuttama kasvihuoneilmiö alkaisi voimistaa itseään ja karkaisi käsistä. Lämpötilan nousu haihduttaisi vettä vesihöyryksi kasvihuoneilmiötä voimistamaan, mikä nostaisi lämpötilaa, mikä taas lisäisi veden haihtumista ja kasvihuoneilmiötä ja niin edelleen. Merivesien lämpötilojen ollessa yli 27 astetta, merivedet haihtuvat niin rajusti, että siihen sitoutunut lämpö luo hurrikaaneja. Maan valtamerien pinnan keskilämpötila on nyt 10 °C. Jos se olisi 27 °C, kasvihuone-ilmiö karkaisi käsistä.[7] Maan vesien pintalämpötila on korkeimmilaan 30,5 °C.[8]

Väitetään, että joillain valtamerien kosteilla, yli 70 % suhteellisen kosteuden 9 km:n korkeudessa olevilla alueilla tapahtuisi paikallista karkaavaa kasvihuone-ilmiötä, jota ympäröivät kuivat alueet tasoittavat.lähde?

Termejä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ilman absoluuttinen kosteus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ilman absoluuttinen kosteus tarkoittaa vesihöyryn massaa tarkasteltavassa tilavuudessa. Yksikkö voi olla esimerkiksi g/m³.

Ilman suhteellinen kosteus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ilman suhteellinen kosteus tarkoittaa ilman sisältämän vesihöyryn määrän suhdetta suurimpaan mahdolliseen määrään jonka ilma voi kyseisessä lämpötilassa sisältää. Kun ilma on täysin kyllästetty vesihöyryllä suhde on 100 %. Suhteellisen kosteuden yksikkö on %.

Vesihöyryn osapaine[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaasun osapaineella tarkoitetaan kaasun painetta kaasuseoksessa, jonka kokonaispaine muodostuu sen kaikkien kaasujen paineiden summasta. Yksikkö on Pa.

Vesihöyryn diffuusio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vesihöyryn diffuusio on lähinnä rakennustekniikassa käytettävä termi, joka tarkoittaa höyrymolekyylien satunnaista liikkumista huokoisen aineen huokosissa. Diffuusio pyrkii tasoittamaan vesihöyryn paine-eroja höyryn siirtyessä pienempään paineeseen päin.

Vesihöyryn konvektio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vesihöyryn konvektio tarkoittaa vesihöyryn siirtymistä osapaine-eron vaikutuksesta aukoissa, joissa ei ole rakenteellista estettä. Koska Ilma virtaa aina alenevan kokonaispaineen suuntaan, saattaa höyryn osapaine-eroa suurempi kokonaispaine-ero muuttaa virtauksen suuntaa. Termiä käytetään rakennustekniikassa.

Vesihöyryn läpäisevyys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vesihöyryn läpäisevyys on lähinnä rakennustekniikassa käytettävä termi, jolla tarkoitetaan aineen kykyä läpäistä vesihöyryä diffuusiolla. Mitä suurempi läpäisevyys, sitä pienempi höyrynvastus, jolloin vesihöyry siirtyy helpommin aineen läpi. Vesihöyryn läpäisevyyden yksikkö on kg/m s Pa.

Kylläinen höyry[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kylläinen höyry on kaasuuntunutta vettä kastepisteen lämpötilassa. Lämpötilan laskiessa höyry alkaa välittömästi tiivistyä vedeksi.

Tulistettu höyry[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tulistettu höyry on tilanteen painetta vastaavaa höyrystymispistettä korkeammassa lämpötilassa. Tulistettua höyryä syntyy kuumentamalla kylläistä höyryä. Tulistettu höyry voi luovuttaa lämpöä tiivistymättä. Jäähdyttyään riittävästi tulistettu höyry muuttuu kylläiseksi. Tulistettua vesihöyryä käytetään esimerkiksi voimalaitosten höyryturbiineissa.

Kylläisen vesihöyryn paine[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lämpötila (°C) Paine (kPa)[9] Tiheys g/m³
-25 jää 0,0635
-20 jää 0,1035
-15 vesi 0,1915/
jää 0,1655
-10 vesi 0,2865/
jää 0,2600
-5 vesi 0,4217/
jää 0,4017
-4 vesi 0,4546/
jää 0,4373
-3 vesi 0,4897/
jää 0,4757
-2 vesi 0,5274/
jää 0,5173
-1 vesi 0,5677/
jää 0,5622
0 0,6107 4,846
1 0,6566 5,192
2 0,7056 5,797
3 0,7577 5,947
4 0,8131 6,360
5 0,8722 6,797
6 0,9349 7,269
7 1,0016 7,751
8 1,0725 8,270
9 1,1477 8,819
10 1,2275 9,399
11 1,3122 10,01
12 1,4020 10,66
13 1,4971 11,34
14 1,5979 11,34
15 1,7045 12,83
16 1,8174 13,63
17 1,9367 14,47
18 2,063 15,37
19 2,196 16,30
20 2,337 17,29
21 2,486 18,33
22 2,643 19,42
23 2,808 20,57
24 2,982 21,77
25 3,166 23,04
26 3,360 24,36
27 3,564 25,76
28 3,778 27,22
29 4,004 28,75
30 4,241 30,36
31 4,491 32,04
32 4,753 33,80
33 5,028 35,65
34 5,318 37,58
35 5,621 39,60
36 5,939 41,71
37 6,273 43,91
38 6,623 46,22
39 6,990 48,62
40 7,374 51,14
41 7,700 53,50
42 8,197 56,50
43 8,638 59,00
44 9,099 62,33
45 9,581 65,45
46 10,084 68,66
47 10,611 72,03
48 11,161 75,53
49 11,735 79,18
50 12,334 82,98
52 13,611 91,03
54 15,001 99,74
56 16,509 109,1
58 18,146 119,3
60 19,92 130,2
62 21,84 141,9
64 23,91 154,5
66 26,15 168,1
68 28,56 182,6
70 31,16 198,1
72 33,96 214,7
74 36,96 232,5
76 40,19 251,5
78 43,65 271,7
80 47,36 293,3
85 57,80 353,5
90 70,11 423,5
95 84,53 504,5
100 101,32
(1 ilmakehä)
598,0
110 143,26 826,7
120 198,53 1122
130 270,11 1497
140 361,4 1967
150 476,2 2548
160 618,0 3260
170 792,0 4122
180 1002,7 5158
190 1255,2 6393
200 1555,1 7858
210 1908,0 9586
220 2320,1 11610
230 2797,9 13990
240 3348,0 16760
250 3978 19990
260 4694 23760
270 5505 28150
280 6419 33280
300 8592 46300
320 11290 64550
340 14608 92810
350 16529
360 18674 1435000
374,15 22129 315*1000
Kylläisen vesihöyryn paine lämpötilan funktiona

Kylläisen vesihöyryn paine mmHg ja tiheys.[10]

Lämpötila °C Vesihöyryn
paine mmHg
Vesihöyryn
tiheys g/m³
Lämpötila °C Vesihöyryn
paine mmHg
Vesihöyryn
tiheys g/m³
-10 2,15 2,36 40 55,3 51,1
0 4,58 4,85 60 149,4 130,5
5 6,54 6,8 80 355,1 293,8
10 9,21 9,4 95 634 505
11 9,84 10,01 96 658 523
12 10,52 10,66 97 682 541
13 11,23 11,35 98 707 560
14 11,99 12,07 99 733 579
15 12,79 12,83 100 760 598
20 17,54 17,3 101 788 618
25 23,76 23 110 1074,6 ...
30 31,8 30,4 120 1489 ...
37 47,07 44 200 11659 7840

Kylläisen vesihöyryn paineen yhtälö välillä -50 ... +102 °Clähde?

\log_{10} \left ( p \right )=  -7.90298 (\frac{373.16}{T}-1) + 5.02808 \log_{10} \frac{373.16}{T}
- 1.3816 . 10^{-7} (10^{11.344 (1-\frac{T}{373.16})} -1)
+ 8.1328 . 10^{-3} (10^{-3.49149 (\frac{373.16}{T}-1)} -1)
+ \log_{10} \left ( 1013.246 \right ) ,

missä T on ilman lämpötila kelvineinä ja p paine millibaariyksiköissä.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. The Environment School of Life Sciences, Napier University. (englanniksi)
  2. Increased atmospheric moisture discovered ScienceDaily. 20. syyskuuta 2007. Viitattu 18. lokakuuta 2007. (englanniksi)
  3. Water vapor (englanniksi)
  4. Greenhouse – Green Planet Nova Online. (englanniksi)
  5. Gavin A. Schmidt: Water vapor: feedback or forcing? 6. huhtikuuta 2005. RealClimate. Viitattu 13. heinäkuuta 2007. (englanniksi)
  6. Ferenz Rákóczi† ja Zsuzsanna Iványi: Water vapour and greenhouse effect 14. kesäkuuta 1999. (pdf). (englanniksi)
  7. Gabriel Kotliar: Venus: Earth’s “Hot” Future? (Power Point). (englanniksi)
  8. Kendall Powell/John Bluck: Tropical ‘runaway greenhouse’ provides insight to Venus 15. toukokuuta 2002. Nasa.
  9. Tekniikan käsikirja 2, s. 229. Gummerus, 1967.
  10. Saturated Vapor Pressure, Density for Water hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/. (englanniksi)

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]