Lezioni di meteorologia
L’umidità
ITN - Luigi Rizzo - Riposto
Indice degli argomenti
•
Il vapore acqueo nell’atmosfera
•
Evaporazione e tensione di vapore
•
Le grandezze igrometriche
•
Variazione dell’umidità
•
Misura dell’umidità
•
Effetti dell’umidità
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Il vapore acqueo nell’atmosfera
Il vapore acqueo è presente nell’aria in percentuale
variabile. Il valore massimo è del 4%.
Esso è distribuito quasi totalmente nella Troposfera.
Proviene dalla evaporazione delle acque.
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Il vapore acqueo nell’atmosfera
Tale elemento è il più importante costituente
dell’atmosfera, principalmente perché l’acqua,
alle temperature terrestri, passa facilmente
dallo stato liquido a quello di vapore con
notevole assorbimento o liberazione di calore.
I passaggi di stato da sinistra a destra
avvengono con assorbimento di calore;
da destra a sinistra con liberazione di
energia
Sublimazione + 680
Stato solido
(Ghiaccio)
Fusione +80
Stato liquido
(Acqua)
Solidificazione
-80
Evaporazione
+600
Condensazione
- 600
Sublimazione - 680
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Stato gassoso
(Vapore)
Il vapore acqueo nell’atmosfera
Poiché nei passaggi di stato la temperatura
non varia, il calore assorbito o ceduto è detto
CALORE LATENTE, mentre se lo stato di
aggregazione non cambia, la temperatura varia
ed il calore è detto SENSIBILE.
Il passaggio dall’acqua a vapore avviene
con assorbimento di una enorme quantità
di calore, circa 600 Kcal/Kg di acqua. Tale
calore latente di evaporazione
viene
successivamente ceduto nella fase di
condensazione.
Sublimazione + 680
Stato solido
(Ghiaccio)
Fusione +80
Stato liquido
(Acqua)
Solidificazione
-80
Evaporazione
+600
Stato gassoso
(Vapore)
Condensazione
- 600
Sublimazione - 680
Il vapore acqueo interviene in tutti i processi che portano alla formazione
delle idrometeore e che danno luogo al ciclo idrologico
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Evaporazione e tensione di vapore
Dall’esperienza sappiamo che la quantità
di vapore acqueo che può essere
contenuto in una massa d’aria dipende
dalla temperatura.
Più alta è la temperatura maggiore risulta
tale quantità.
L’evaporazione
inizia quando in un
liquido le molecole raggiungono una
energia tale da vincere le forze di
attrazione e riescono a lasciare la
superficie liquida formando vapore nello
spazio sovrastante.
Alcune molecole ricadono lungo la
superficie e il processo continua fino a
quando non si raggiunge un equilibrio
dinamico con le molecole che lasciano il
liquido. In tal caso si dice che il vapore è
saturo
Evaporazione
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Saturazione
Evaporazione e tensione di vapore
Se immaginiamo che tutto il vapore che
si va formando non venga rimosso dalla
superficie liquida , sarà facile dedurre
che ad un certo punto
il vapore
raggiungerà una pressione tale per cui
nessuna altra molecola potrà aggiungersi
a quelle già esistenti, senza che un’altra
le faccia spazio.
La tensione di Vapore saturo dipende
dalla temperatura.
Una volta raggiunta la saturazione solo
un aumento della temperatura
può
permettere una nuova aggiunta di
vapore.
Infatti, con l’aumento della temperatura
la densità del gas diminuisce
ed
aumenta la disponibilità dello spazio
creandosi il posto per altre molecole.
Si ha, in parole povere uno spostamento
dell’equilibrio a favore dell’evaporazione
in quanto altre molecole andrebbero ad
aggiungersi a quelle preesistenti fino a
raggiungere
un
nuovo
stato
di
saturazione.
Tensione di vapore
La pressione esercitata dal vapore
nell’ambiente si chiama “pressione di
saturazione del vapore” o “Tensione del
vapore saturo”
Evaporazione
Saturazione
Evaporazione e tensione di vapore
Il grafico a lato rappresenta la curva
empirica che dà la variazione
di e
(Tensione) al variare di T (Temperatura)
Tensione di vapore
Si
vede
dalla
figura
che,
approssimativamente, per ogni 10 gradi
di aumento della temperatura la tensione
si raddoppia
Le grandezze igrometriche
La quantità di vapore acqueo presente nell’aria si può esprimere in
diversi modi utilizzando le seguenti grandezze igrometriche :
Umidità assoluta
Umidità relativa
Umidità specifica
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Le grandezze igrometriche
L’Umidità assoluta
rappresenta la
massa di vapore per metro cubo di aria
umida. In termini di tensione di vapore
si può definire come la tensione che il
vapore esercita in un metro cubo di aria.
Essa si esprime in g/m3. Tale grandezza
è usata per descrivere le caratteristiche
dell’umidità di una grande massa d’aria.
L’Umidità assoluta è un parametro
geografico che può essere applicato
dalle regioni polari alle equatoriali. E’
una misura della quantità d’acqua che
può essere sottratta all’atmosfera sotto
forma di precipitazioni.
L’Umidità assoluta di una massa
d’aria cresce rapidamente con il
crescere della temperatura
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Le grandezze igrometriche
Le figure a lato mostrano come varia
L’Umidità assoluta con la latitudine e in
che relazione sta con la temperatura
media dell’aria di superficie.
I due tracciati sono simili perché la
capacità dell’aria di contenere vapore
d’acqua è determinata dalla temperatura
La curva dell’umidità assoluta mostra
chiaramente che i valori più alti sono
per la zona equatoriale, mentre verso i
poli i valori diminuiscono rapidamente.
Questa curva rappresenta abbastanza
fedelmente l’andamento dell’insolazione
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Le grandezze igrometriche
L’Umidità Specifica rappresenta la
massa di vapore presente in un Kg
di aria umida. In termini di
pressioni si può scrivere :
q=
0,622 e
p
Dove “e” è la tensione di vapore e
“p” la pressione atmosferica.
Essa si esprime in g/Kg
Se l’aria che possiede l’umidità
specifica “q”, spostandosi da una
regione all’altra della terra subisce
espansioni
o
compressioni,
riscaldamenti o raffreddamenti,
senza che si verificano in essa
evaporazione o condensazione,
essa conserverà sempre la stessa
umidità specifica
“q”. Non è
variata, infatti, né la massa dell’aria
né quella del vapore.
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L’Umidità relativa è data dal
rapporto tra la quantità di vapore
presente nell’aria
e la quantità
massima
che l’ambiente può
contenere
alla
medesima
temperatura.
Si può esprimere anche come il
rapporto fra la tensione che il
vapore esercita realmente e la
tensione
di
saturazione
che
potrebbe raggiungere a quella
temperatura “T”
Le grandezze igrometriche
U=
Per es. una umidità relativa del 10%
sta ad indicare che il vapore
esercita nell’aria una tensione che
è solo la decima parte di quella che
potrebbe raggiungere a quella
temperatura per saturarsi. Esso è,
dunque,
ben
lontano
dalle
condizioni di saturazione.
All’aumentare della temperatura
diminuisce l’umidità. Viceversa
essa aumenta al diminuire della
temperatura.
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e
E
Variazione dell’umidità
L’Umidità assoluta varia negli strati
bassi dell’atmosfera.
I valori normali di tale parametro
evidenziano un andamento legato
alle variazioni periodiche della
temperatura.
Essa è massima in estate e minima
in inverno ed ha un valore variabile
da :
19.5 g/m3
equatore
10.0 g/m3
latitudini medie
03.0 g/m3
regioni artiche
03.0 g/m3
10.0 g/m3
19.5 g/m3
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Variazione dell’umidità
Le variazioni dell’umidità
relativa sono generalmente inverse da quelle
della temperatura.
L’escursione
diurna
registra, infatti, un minimo
in corrispondenza della
massima temperatura ed
un massimo all’alba.
Effetti dell’umidità
L’Umidità esercita un’influenza
determinante su alcune sensazioni
fisiologiche e sulla conservazione
di merci organiche e deperibili.
Il corpo umano avverte sensazioni
di insofferenza in presenza di un
eccesso di umidità e di caldo.
L’Umidità è anche causa di danni
alle merci perché può generare
muffa, il germoglio del grano,
corrosione di metalli, alterazione di
prodotto chimici.
La condensazione dell’umidità si
può avere direttamente sul carico
o attraverso il fenomeno della
parete fredda.
I
carichi
igroscopici,
quelli
deperibili e quelli che generano gas
sono
particolarmente
sensibili
all’umidità.
Zone di confort termo-igrometrico
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L’Umidità esercita un’influenza
determinante su alcune sensazioni
termiche del corpo umano. Il nostro
corpo, infatti,
per mantenere
costante la sua temperatura deve
disperdere nell’ambiente le calorie
prodotte in eccedenza.
La dispersione del calore avviene
attraverso la pelle per convezione,
per irraggiamento e mediante
l’evaporazione del sudore.
Effetti dell’umidità
T° | U%
20
60
100
35
27
31
35
30
23
27
30
25
20
23
25
20
17
18
20
15
13
14
15
T° | U%
20
60
100
35
25
28
33
30
21
24
27
25
17
19
20
20
13
13.5
14
15
07
7.3
7.5
Valori in °C delle
temperature di effetto
con calma di vento
La perdita di calore con il sudore è
condizionata dall’umidità dell’aria.
In assenza di vento, quanto
maggior è l’umidità relativa dell’aria
che avvolge il corpo umano, tanto
minore
sarà l’evaporazione del
sudore.
Quando
l’umidità
relativa
raggiunge il 100% non può esservi
evaporazione
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Valori in °C delle
temperature di effetto
con venti di 3m/sec