Вода в воздухе: «Откуда берется вода в воздухе?» – Яндекс.Кью

Вода в воздухе и воздух в воде

Среди газов, составляющих атмосферу Земли, немало водяного пара – около 13 тысяч кубических километров. Это примерно стотысячная доля всех водных запасов Земли.

В отличие от других газов, входящих в состав атмосферы, содержание водяного пара в ней постоянно меняется от долей до четырех процентов.

Молекулы жидкости всегда находятся в движении и некоторым из них – самым быстрым – удается прорвать поверхность жидкости и уйти в воздух, превратившись в пар. С повышением температуры в жидкости становится все больше быстрых молекул, и жидкость испаряется интенсивнее. Когда температура понижается – то есть скорости молекул уменьшаются – испарение замедляется. Поэтому количество водяного пара в воздухе зависит от температуры водоема и от величины его поверхности.

Одновременно с испарением происходит и обратный процесс – возвращение молекул пара в воду (конденсация). Если количества уходящих и приходящих молекул оказываются равными, говорят, что пар стал насыщенным. Понятно, что эти количества зависят от температуры (чем ниже температура, тем меньше средняя скорость молекул, тем меньше их оказывается способно вырваться из воды) и от давления (чем выше давление воздуха, тем труднее молекулам перебраться в него из воды). При этом в воздухе не может содержаться пара больше, чем в состоянии насыщенности при данной температуре и данном давлении. Если каким–нибудь образом такой излишек все же образуется, часть пара немедленно конденсируется, превращаясь в капельки воды. Это явление хорошо известно всем нам – утренняя роса образуется потому, что в предрассветные часы растения охлаждены сильнее, чем почва. Из–за этого для достижения насыщенности возле них достаточно меньшего количества пара, чем имеется в воздухе. Излишек и превращается. в росу. Поэтому температуру, при которой – при определенном давлении – пар становится насыщенным, называют

Конденсация пара

Точно так же объясняется запотевание очков или фотоаппаратов, если внести их с мороза в теплое помещение. И запотевание окон в автобусах или троллейбусах. И еще – образование облаков.

Если воздух, в котором всегда содержится некоторое количество водяного пара, остывает (например, поднимаясь вверх), и при этом проходит точку росы – в нем происходит конденсация пара и образуются облака. Этот процесс легко наблюдать, глядя на пролетающий самолет с реактивным двигателем. Не всегда, но очень часто вырывающийся из его сопла горячий воздух моментально охлаждается. Происходит конденсация, и за самолетом появляется облачный след.

А в воде океана содержится немало растворенных газов. Они поступают в океан из атмосферы, выделяются при химических и биологических процессах (гниении, дыхании и т.д.), при подводных извержениях вулканов.

Важнейшие из них – кислород, углекислый газ, азот и сероводород. Количество их зависит от температуры воды – чем она прохладнее, тем больше растворенного вещества может содержать. Поэтому весной и летом газов в воде меньше, чем осенью и зимой. А в арктических и антарктических водах – больше, чем в водах низких широт. Поэтому здесь много планктона, а за ним сюда приплывают те, кто им питается, – рыбы и другие существа (например, киты). А за ними – рыбоеды (пингвины, дельфины и другие птицы и животные).

Кислород выделяют водоросли, а некоторое его количество захватывается из воздуха. Углекислый газ поступает из атмосферы и из земной коры, образуется при дыхании обитателей океана и при разложении органических веществ.

Сероводород возникает в результате жизнедеятельности бактерий. Он губителен для всех остальных организмов. В Черном море им заражены глубокие горизонты (его содержание в придонных слоях доходит до 6,5 кубических сантиметров на литр) – и поэтому безжизненны.

Океан непрерывно обменивается газами с атмосферой.

Вода В Атмосфере

Вода поступает в атмосферу, испаряясь с поверхности океанов и морей, рек и озер, увлажненной почвы, лесов и лугов. Конечно, больше всего испарений идет от поверхности океанов и морей, так как они занимают около 71 процента всей поверхности земного шара.

В атмосфере постоянно находится около 10 000 миллиардов тонн воды в виде пара. Это означает, что над каждым гектаром земной поверхности в воздухе содержится в среднем более 200 тонн воды.

При этом в атмосфере происходит непрерывный круговорот водяного пара. Испаряясь с поверхности земли (с океанов и с материков), водяной пар распространяется в атмосфере. Воздушные течения переносят его на далекие расстояния. При конденсации водяного пара возникают облака и осадки; в виде осадков вода вновь возвращается на земную поверхность.

По расчетам советского ученого М. И. Львовича с поверхности океанов в течение года испаряется около 450 тысяч кубических километров воды, т. е. слой воды толщиной в среднем 1,24 метра. С материков за год испаряется около 71 тысячи кубических километров воды. Осадков на материки выпадает 107 тысяч кубических километров, а над океанами — свыше 410.

По приближенным расчетам в атмосфере в виде водяного пара находится в среднем зимой 13 080 кубических километров воды, а летом— 14 540. Так как за год осадков на земном шаре выпадает примерно в 40 раз больше, нетрудно видеть, что круговорот воды в атмосфере очень интенсивен. Если учесть при этом, что как на испарение, так и на конденсацию влаги расходуется большое количество тепловой энергии, становится очевидным исключительно большое значение круговорота воды в процессах, совершающихся в атмосфере.

Содержание водяного пара в воздухе (влажность воздуха) определяют с помощью специальных приборов— волосного гигрометра и психрометра. В волосном гигрометре используется свойство волоса удлиняться при увеличении влажности воздуха. Если воздух становится более сухим, волос, наоборот, укорачивается. Таким образом, соединенный со стрелкой или с пером, записывающим на бумажной ленте кривую влажности, волос может показывать количество водяного пара в воздухе.

Более точный прибор — психрометр. Он состоит из двух ртутных термометров. Шарик с ртутью одного из термометров обернут лентой из тонкой материи (обычно батиста), а концы ленты опущены в воду.

Вода из батиста, покрывающего резервуар термометра, будет испаряться. Быстрота испарения зависит от влажности воздуха. Чем суше воздух, тем испарение протекает быстрее, чем влажность воздуха больше, тем испарение идет медленнее.

Испарение воды может происходить лишь при затрате теплоты. Тепло поступает из двух источников: от окружающего воздуха и от резервуара с ртутью термометра. Поскольку на процесс испарения идет часть тепла от ртути, то температура ее понижается и смоченный термометр охлаждается. Температуру воздуха покажет только сухой термометр, показание же смоченного термометра будет ниже, чем сухого. Чем быстрее будет происходить испарение, тем больше тепла в единицу времени будет расходоваться ртутью смоченного термометра, и показания последнего станут ниже. Поэтому, чем суше воздух, тем больше разница в показаниях сухого и смоченного термометров. При большой влажности разница невелика; когда же влажность достигнет 100%, то показания обоих термометров станут одинаковыми.

Таким образом, по разности показаний сухого и смоченного термометров можно судить о влажности воздуха. Расчеты производятся при помощи специальных таблиц.

Известно, что любой газ при определенной температуре переходит в жидкое или твердое состояние. Так, например, при температуре ниже 183 градусов кислород превращается в жидкость. Однако в атмосферных условиях сжижение газов, входящих в состав воздуха, не наблюдается, за исключением водяного пара. Находящийся в воздухе водяной пар может превращаться как в капли воды, так и в кристаллы льда. Происходит это следующим образом.

Молекулы воды непрерывно движутся. При этом некоторые из них, находящиеся близко к поверхности воды, отрываются от нее и поступают в воздух. Часть из молекул остается в воздухе в виде водяного пара, часть возвращается обратно в воду.

Мы уже знаем, что с повышением температуры скорость движения молекул возрастает; при этом количество частиц, поступающее в воздух, увеличивается. Другими словами, увеличивается испарение.

Однако оно не может происходить до бесконечности. Наступает такой момент, когда количество испаряющихся молекул становится равным количеству возвращающихся в воду. Это значит, что теперь пространство над водой полностью насыщено водяным паром. Испарение прекращается. Если теперь ввести в это пространство немного водяного пара, то его молекулы начнут соединяться в капли воды.

Вспомните белое облачко над кипящим чайником,— по существу, его уже нельзя назвать водяным паром. Это не пар, а скопление огромного количества очень мелких капелек воды.

Водяной пар, насыщающий воздушное пространство, называется насыщающим паром. Его количество зависит от температуры, оно тем больше, чем выше температура воздуха. При —30 градусах для насыщения одного кубического метра воздушного пространства достаточно всего одного грамма водяного пара, а при +30 градусах нужно уже 30 граммов.

Если при —5 градусах в одном кубическом метре воздуха вместо трех граммов водяного пара окажется пять граммов, то излишек водяного пара превратится в жидкость. Такое явление наблюдается и при понижении температуры воздуха; при этом может образоваться излишек водяного пара, который будет превращаться в капли воды.

Конденсация водяного пара в воздухе может, однако, начаться только при одном важном условии: в воздухе должны находиться ядра конденсации, о которых мы говорили выше; на них оседает водяной пар. Без этого конденсации не произойдет даже при большом излишке пара или при сильном охлаждении воздуха.

Итак, в результате конденсации водяного пара в воздухе появляются мельчайшие капельки воды. Если конденсация происходит вблизи земной поверхности, то образуется туман. Если же конденсация происходит на значительной высоте, то образуются облака.

Размеры капелек, из которых состоят туманы и облака, очень малы, их диаметр не превышает 0,01 миллиметра. Такие капельки легко держатся в воздухе даже слабыми восходящими воздушными потоками и не оседают на землю.

Следует отметить, что, достигая высоты, где температура воздуха ниже 0 градусов, облачные капельки замерзают не сразу, а могут длительное время находиться в переохлажденном состоянии, т. е. оставаться жидкими при температуре ниже точки замерзания. Установлено, что вода в природе может находиться в жидком состоянии даже при весьма низких температурах — до —30, —40 градусов. Однако это состояние воды сохраняется только до первого сильного толчка или до введения в нее кристалла льда. При этом переохлажденные капли воды немедленно кристаллизуются, превращаясь в лед.

При отрицательных температурах водяной пар, находящийся в воздухе, может превращаться не в капельки воды, а в ледяные кристаллы. Сросшиеся кристаллики льда образуют различные формы снежинок, а снежинки слипаются в хлопья снега.

Нетрудно заметить, что все снежинки, несмотря на их разнообразие, построены по типу шестигранников. Все снежные звездочки обязательно шестилучевые.

В ясные ночи, когда земная поверхность сильно охлаждается за счет излучения тепла, охлаждается и самый нижний, прилегающий к земле, слой воздуха. Водяной пар, находящийся в этом слое, конденсируется. Возникают низкие приземные туманы, которые называются радиационными. Они образуются чаще всего в местах, где скапливается ночью холодный воздух, в том числе над болотами, небольшими прудами, руслами речек. Высота радиационных туманов невелика — не более нескольких десятков метров. Возникают эти туманы обычно перед восходом Солнца, при спокойном воздухе. После восхода, когда земная поверхность нагревается, они довольно быстро рассеиваются.

Другой вид туманов возникает, когда на охлажденный участок земной поверхности натекает теплый влажный воздух. При этом нижние слои теплого воздуха охлаждаются при соприкосновении с холодной земной поверхностью, и водяной пар в них начинает конденсироваться. Такие туманы, носящие название адвективных, могут занимать большие площади и держаться при значительном ветре. Высота этих туманов может достигать нескольких сотен метров.

Каждый знает, как разнообразны бывают облака. Нередко они создают на небе причудливые картины. Но несмотря на все разнообразие и крайнюю изменчивость форм облаков, их делят всего на несколько видов, в зависимости от их внешней формы и высоты.

По внешнему виду облака делятся на три класса: кучевообразные (кучевые, мощные кучевые и кучево-дождевые), слоистообразные и волнистые, а по высоте — на четыре класса: облака верхнего яруса (выше 6 километров), среднего яруса (от 2 до 6 километров), нижнего яруса (ниже 2 километров) и мощные облака вертикального развития, которые распространяются но высоте на несколько ярусов (иногда от 1 до 8 километров).

Воздух в атмосфере находится в постоянном движении; воздушные потоки, по-разному насыщенные водяным паром, поднимаются вверх, опускаются вниз, перемещаются по горизонтали.

Над наиболее нагретыми участками земной поверхности температура воздуха повышается, более теплая его часть становится легче и, как бы всплывая, поднимается вверх. Возникает восходящий поток. На место поднимающегося теплого воздуха притекает более тяжелый холодный воздух. Соприкасаясь с нагретой земной поверхностью, он также нагревается и поднимается вверх. Попадая вверху в менее плотные слои, нагретый воздух расширяется и в связи с этим снова охлаждается. Это охлаждение объясняется расходом тепла на работу, затрачиваемую на расширение воздуха. В результате на некоторой высоте количество водяного пара в воздухе окажется больше предела насыщения, и водяной пар сконденсируется в мелкие водяные капельки. Возникает облако.

Нагревающийся различно в зависимости от характера земной поверхности воздух поднимается не сразу на большой площади. Поэтому и облака образуются не сплошь, а отдельными кучками в виде белых скоплений, похожих на вату или хлопок. Эти облака так и называются кучевыми. Образуются они обычно в теплое время года днем, ближе к полудню или после полудня, в часы наиболее сильного нагревания земной поверхности. В это время восходящие потоки воздуха достигают наибольшей интенсивности.

Кучевые облака образуются в среднем на высоте 800—1000 метров и распространяются вверх до двух километров. Если нагревание земной поверхности усиливается, то кучевые облака могут разрастись и распространиться вверх до трех-четырех километров. Возникают мощные кучевые облака.

Вершина мощного кучевого облака может достигнуть области низких температур, ниже 0 градусов, где переохлажденные капельки воды начнут замерзать и превращаться в ледяные кристаллы. В этом случае возникают так называемые кучеводождевые (грозовые) облака; ледяные кристаллы в таком облаке растут, слипаются в снежинки и под действием силы тяжести начинают опускаться вниз. Сильные восходящие потоки воздуха внутри облака снова поднимают снежинки вверх. Во время этого движения переохлажденные водяные капельки присоединяются к снежинкам. Снежинки увеличиваются, слипаются друг с другом и, наконец, достигают такого веса, что преодолевают сопротивление восходящего потока воздуха и падают вниз на землю. В теплое время года, попадая в более теплый воздух, эти снежинки тают и выпадают в виде капель воды. В холодное время они выпадают в виде крупного снега или белых непрозрачных зерен (так называемая крупа).

Из таких облаков выпадают сильные, но короткие дожди — ливни с крупными каплями или сильный ливневый снег с крупными хлопьями.

Летом, особенно в жаркую погоду, бывает и так, что в облаке образуются не крупинки, а целые куски льда. При падении они немного оттаивают и достигают поверхности земли в виде града. Наблюдался град величиной с куриное яйцо и больше. Такой град может принести большой вред сельскому хозяйству, выбивая посевы.

Кучевообразные облака могут образовываться в атмосфере и за счет вытеснения вверх более теплого влажного воздуха при вторжении под него более холодного воздуха.

Образование кучеводождевых облаков часто сопровождается грозами. При этом в облаках скапливаются большие количества положительного и отрицательного электричества.

Как это происходит?

Ледяные кристаллики в верхней части облака электризуются, причем более мелкие получают отрицательный заряд, а более крупные — положительный. Крупные кристаллы, опускаясь в нижнюю часть облака, тают и превращаются в капли воды. Эти капли при движении внутри облака под сильным действием восходящих и нисходящих потоков разбиваются, при этом более крупные части разбитых капель получают положительные заряды. В результате в грозовом облаке происходит разделение зарядов электричества на отрицательный (в верхней части облака) и положительный (в нижней части). Образование таких зарядов и приводит к тому, что между отдельными частями облака или между облаками и земной поверхностью происходят электрические разряды, наблюдаемые нами в виде молний.

Вскоре после яркой вспышки молнии мы слышим гром. Это — звуковые колебания воздуха. В том месте где проскакивает электрическая искра (в канале молнии), происходит сильное нагревание воздуха, доходящее до нескольких тысяч градусов; благодаря этому здесь возникает повышенное давление и ударная волна. Последняя и служит основной причиной звуковых колебаний воздуха — грома.

Исследования возникновения молнии, проведенные советскими учеными, в частности И. С. Сокольниковым, показали, что молния состоит из ряда последовательных разрядов. Сам процесс развития молнии имеет две стадии. Сначала возникает ведущий, так называемый лидерный, разряд, а затем главный разряд. Лидерный разряд идет от облака к земле со скоростью в 100—200 километров в секунду. Как только он достигнет земли, по проложенному им пути в обратном направлении, от земли к облаку, проходит главный, очень яркий разряд молнии, распространяющийся с огромной скоростью. Этот процесс может повторяться до 30—40 раз. Так как все это происходит в течение очень короткого времени, наш глаз не различает промежутка между разрядами, и все они сливаются в один разряд в виде молнии.

В природе иногда возникают шаровые молнии. Это — светящийся шар, диаметром 10—20 сантиметров; движется он со сравнительно небольшой скоростью. Шаровая молния может проникать внутрь здания через окна, дымоходы и т. д. Иногда такая молния уходит без всяких последствий, а иногда вызывает пожары и разрушения. Встречаясь с препятствиями, шаровая молния часто взрывается с оглушительным треском.

Вот как описывает газета «Правда» один из случаев появления шаровой молнии в Армении в июне 1959 г.

«Вечером 3 июня, когда над Ереваном разразилась сильная гроза, в квартире П. Атабекяна вдруг раздался страшный грохот. Пробив черепичную крышу и потолок, на кровать свалилась шаровая молния. Она достигала в поперечнике тридцати сантиметров. Запахло паленым: горело одеяло. Лопнули лампочки, вылетели пробки счетчика и перегорел телевизор, сгорела электропроводка и, как впоследствии выяснилось, испортился телефон. Покружившись по комнате, огненный шар проник через открытую дверь на кухню, а затем вылетел в окно. Шаровая молния ударилась во дворе о землю и взорвалась. Сила взрыва была так велика, что стоявший метрах в пятидесяти глинобитный домик рухнул. К счастью, никто не пострадал».

Природа шаровой молнии еще полностью не выяснена. Есть предположение, что такая молния представляет собой клубок сильно наэлектризованной смеси газов — азота, кислорода, водорода, озона и окислов азота.

Так как удары молнии могут причинить значительный ущерб, для защиты от них применяются известные всем громоотводы (вернее, «молниеотводы»), представляющие собой вертикальные металлические стержни, соединенные с надежно заземленным проводником.

Еще один вид кучевообразных облаков — перистокучевые (кучевообразные) облака. Это — облака верхнего яруса. Они образуются, когда водяной пар конденсируется на высоте более 6 километров. На высоте около 6 километров и выше царит холод; водяной пар, конденсируясь, переходит здесь не в капли воды, а в ледяные кристаллы; из них и состоят перистокучевые облака. Эти облака имеют незначительные размеры.

В верхнем ярусе образуются также перистые облака— такие облака напоминают по своему виду перья.

Слоистообразные облака отличаются тем, что образуют сплошную пелену, закрывающую весь небосвод или большую часть его. Возникают такие облака, когда более теплый воздух медленно натекает на массу более холодного. Такое натекание наблюдается часто в холодное время года. К слоистообразным облакам верхнего яруса относятся перистослоистые облака в виде тонкой, почти прозрачной пелены. Эти облака часто вызывают особые оптические явления в атмосфере — гало и венцы — светлые круги вокруг Солнца и Луны.

В среднем ярусе образуются высокослоистые облака, состоящие из смеси снежинок с мелкими переохлажденными каплями. Снежинки растут и выпадают из облаков в виде слабого снега. Высокослоистые облака закрывают серой пеленой все небо, но сквозь них мутным пятном просвечивают Солнце и Луна.

Ниже двух километров возникают также слоисто-дождевые облака, нижняя половина которых состоит из капелек воды, а верхняя — из снежинок. Такое разнородное внутреннее строение слоистодождевых облаков приводит к быстрому образованию осадков. В теплое время года это — обложные дожди, выпадающие на больших пространствах, а зимой — обложной снег. Эти облака имеют вид однообразной плотной серой пелены, сквозь которую не просвечивают ни Солнце, ни Луна.

Волнистые облака представляют собой расстилающийся слой, на котором видны валы и гряды, придающие облакам волнистый вид. Одной из основных причин образования волнистого вида облаков является перемещение друг относительно друга масс воздуха с разными плотностями. На поверхности соприкосновения этих масс воздуха образуются волны в силу того же закона, по которому образуются волны на поверхности воды при ветре. Этот процесс приводит к тому, что на гребне волны воздух несколько поднимается и охлаждается, что вызывает усиление конденсации водяного пара и уплотнение облачности. В долине волны, наоборот, воздух опускается и несколько нагревается. Это влечет за собой разрежение или полное рассеивание облачности. В результате облачность и принимает волнистый вид.

В зависимости от высоты образования волнистые облака делятся на слоистокучевые, образующиеся в слое до двух километров над землей, высококучевые, если они образуются в слое между 2 и 6 километрами, и перистокучевые волнистые, если они образуются выше 6 километров.

К классу волнистых облаков относятся также слоистые облака, покрывающие часто большие пространства ровной серой пеленой. Образуются они в самых нижних слоях атмосферы — на высотах порядка 100—300 метров. Эти облака состоят из очень мелких капелек воды. Иногда они представляют собой поднявшийся туман.

Все виды облаков, о которых мы говорили, образуются в нижнем слое атмосферы, не выше 10—12 километров в умеренных широтах и 16—18 километров — в экваториальной зоне. На высотах порядка 22—30 километров иногда образуются очень тонкие просвечивающие облака, носящие название перламутровых. Нередко они имеют яркую радужную окраску. Происхождение и структура их еще до конца не выяснены. Предполагается, что они состоят из переохлажденных водяных капель или кристаллов льда.

На очень больших высотах наблюдаются так называемые серебристые, или светящиеся, облака. Плотность их настолько мала, что они не ослабляют проходящий сквозь них свет звезд. Эти облака были открыты русским астрономом В. К. Цераским.

Поздним вечером, наблюдая небо, Цераский обратил внимание на необычайные облака. «Отличаясь видом от прочих,— писал он впоследствии,— они бросались в глаза прежде всего своим светом. Облака эти ярко блестели в ночном небе чистыми белыми серебристыми лучами, иногда с легким голубоватым отливом, принимая в непосредственной близости от горизонта золотистый оттенок. Бывали случаи, что от них становилось светло, стены зданий весьма заметно озарялись и неясно видимые предметы резко выступали».

Наблюдая эти облака, ученый пришел к выводу, что они находятся очень высоко. Это предположение впоследствии подтвердилось. Вместе с астрономом А. А. Белопольским Цераский организовал наблюдение за этими облаками из двух пунктов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга. Определяя углы, под которыми эти облака были видны, и зная расстояние между точками наблюдения, они вычислили высоту серебристых облаков. Она оказалась равной 82 километрам.

С земли серебристые облака кажутся почти неподвижными, но в действительности они передвигаются с большой скоростью, достигающей часто более 100 метров в секунду.

Долгое время ученые не могли объяснить причину появления этих облаков. Высказывались предположения, что они состоят из вулканической пыли или из продуктов разрушения метеоритов. Однако это предположение не могло объяснить, почему серебристые облака держатся на такой большой высоте. Наиболее вероятная гипотеза происхождения этих облаков была выдвинута в 1951 году советскими учеными во главе с проф. И. А. Хвостиковым. По этой гипотезе серебристые облака— обычные облака, состоящие из ледяных кристалликов. Образуются они в слое атмосферы между 79 и 84 километрами. Температура этого слоя настолько низка, что в ней конденсируются даже ничтожные количества водяного пара, попадающие сюда. Ядрами конденсации в этом случае могут служить как космическая пыль, так и частицы морской соли, попадающей туда с поверхности земли.

Облачность играет большую роль в регулировании температуры в нижних слоях атмосферы. Облака отражают часть лучистой энергии Солнца, а также рассеивают солнечное излучение. Кроме того, облака, особенно сплошные и густые, поглощают значительную часть излучения земной поверхности и, таким образом, уменьшают охлаждение ночью. Вот почему в облачную погоду температура изменяется не так резко, как в ясную.

Сплошные облака, закрывая землю, затрудняют полеты на больших высотах. Летя сквозь облака, самолет может обледенеть. При температуре ниже 0 градусов переохлажденные капельки воды, сталкиваясь с самолетом, мгновенно кристаллизуются и намерзают на его поверхности. В мощных кучевых и кучеводождевых облаках восходящие и нисходящие потоки воздуха сильно «болтают» самолет. Опасны для самолета и грозовые явления в облаках.

Все это заставляет тщательно изучать строение и жизнь облаков.

Помимо образования туманов и облаков в атмосфере, конденсация водяного пара происходит на земной поверхности в виде росы, инея, изморози, гололеда.

Роса — это довольно крупные капли воды, появляющиеся на стеблях и листьях травы, на лежащих на земле предметах при сильном охлаждении приземного слоя воздуха. Водяной пар осаждается сначала в виде мелких капелек, которые затем сливаются в более крупные. Роса выпадает чаще всего в ясные ночи, при небольшом ветре. Ветер приносит к охлажденным участкам земли все новые потоки влажного воздуха.

Смачивая листья, роса играет не малую роль в жизни растений.

В холодное время года водяной пар превращается уже не в капельки воды в виде росы, а в мелкие кристаллики льда; образуется иней.

Иногда при сильных туманах и морозах водяной пар в приземном слое воздуха превращается в ледяные кристаллики, которые, осаждаясь на тонких ветвях и хвое деревьев, образуют длинные осыпающиеся нити — изморозь. Она часто образуется также на телеграфных столбах и проводах, на стенах домов, на мостовой.

Разбирая процесс образования облаков, мы уже по-знакомились с тем, как из облаков выпадают осадки. Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее.

Атмосферными осадками или просто осадками называются выпадающие из облаков частицы воды в жидком или твердом состоянии. Чтобы выпасть из облака, капли воды или кристаллы льда (снежинки) должны достичь такого веса, чтобы скорость их падения была больше, чем скорость восходящих движений воздуха.

Рост капель в облаках происходит по двум причинам. Одна из них — это осаждение молекул водяного пара на поверхности облачных капель, т. е. продолжение процесса конденсации водяного пара. Вторая — это слияние отдельных капелек друг с другом при их столкновениях (так называемая коагуляция). Мелкие капли растут вначале очень быстро (за несколько секунд их диаметр может увеличиться в 2—3 раза), но с увеличением размера рост их замедляется. Для образования крупных дождевых капель в облаках требуется уже несколько часов.

Укрупнение капель за счет их столкновений требует слияния очень большого количества мелких капель. Учитывая, что диаметр облачных капель обычно не превышает 0,01 миллиметра, подсчитано, что для образования крупной дождевой капли диаметром в один миллиметр требуется не менее миллиона мелких облачных капель.

В облаках, состоящих из ледяных кристаллов (снежинок), условия для выпадения осадков более благоприятны. Ледяные частицы и замерзшие капли растут в размерах быстрее, чем водяные капли, и при столкновениях превращаются в снежные хлопья с диаметром в несколько сантиметров. Объясняется это тем, что упругость водяного пара над льдом меньше, чем над поверхностью воды, и рост ледяных кристаллов может начаться при значительно меньшей влажности воздуха. Все это приводит к тому, что если облако состоит из снежинок, то даже при небольших его размерах из него уже могут выпадать осадки в виде снега.

Особенно же благоприятные условия для выпадения осадков наблюдаются в смешанных облаках, которые состоят в верхней части из ледяных кристаллов, а в нижней — из переохлажденных облачных капель. Как уже говорилось, упругость водяного пара над поверхностью частичек льда всегда меньше, чем над водой, поэтому при попадании ледяных кристаллов в среду, состоящую из переохлажденных водяных капель, начинается переход молекул водяного пара с капель на кристаллы. В результате ледяные кристаллы и снежинки, опускаясь вниз, быстро увеличиваются в размерах. Поэтому из таких облаков, как правило, всегда выпадают осадки.

Осадки измеряются толщиной слоя воды, который мог бы образоваться, если бы дождь не впитывался в почву, а оставался на поверхности земли. Эта толщина измеряется в миллиметрах при помощи специального прибора, называемого дождемером. Количество выпавшего снега измеряется также в миллиметрах — по толщине слоя воды, который получается, когда весь выпавший снег растает. Интенсивность осадков, т. е. количество их, выпадающее в единицу времени, измеряется в миллиметрах в минуту; она может достигать 10 и более миллиметров в минуту. Это, однако, редкие случаи, и наблюдаются они преимущественно в жарких странах.

Вблизи экватора, где влажность воздуха особенно велика, количество осадков достигает двух метров, а в отдельных областях даже 3—4 метров в год. Наибольшее количество осадков выпадает на Гавайских островах ( в Тихом океане) и в Индии (местечко Черрапунджа). В этих местах в среднем за год слой дождевой воды достигает 12, а в отдельные годы даже 15 метров. Насколько это велико, можно видеть из такого примера— если в течение года количество выпавших дождей составляет 12 метров, то это означает, что на каждый гектар выпадает более 10 000 000 ведер воды. В то же время на земном шаре есть области, где осадки выпадают очень редко, иногда с перерывами в несколько лет. Таковы пустыни в Чили и Перу (Южная Америка) и пустыня Сахара (Африка).

Ливни наибольшей силы бывают в тропиках и в экваториальной зоне. Так, на Гавайских островах был ливень, когда каждую минуту выпадал 21 миллиметр осадков. В умеренных широтах интенсивность осадков значительно слабее.

В истории описано много больших, катастрофических наводнений, вызванных ливнями.

Кто не знает библейской сказки о «всемирном потопе», от которого будто бы во всем мире спаслись всего несколько человек. Это, конечно, выдумка. Но оказывается, основанием для этой выдумки послужил действительный случай сильнейшего наводнения на больших реках — Тигре и Евфрате в Месопотамии (территория современного Ирака). Наводнение произошло около 5600 лет назад. При нем погибло и пострадало очень много людей. Это наводнение и было позднее описано в библии, но было сильно искажено, неправдоподобно преувеличено.

Сильнейшие наводнения от ливней произошли в последние годы в некоторых странах Европы и Америки.

Так, в ноябре 1951 года катастрофическое наводнение было в Северной Италии.

«Уже несколько дней,— писала корреспондент «Правды» О. Чечеткина,— в Альпах и в провинции Лигурия на севере Италии идут сильные грозы с проливными дождями. Все реки и речушки, обычно мелководные, сейчас превратились в бурные потоки и вышли из берегов. Река По, самая большая из итальянских рек, прорвала в нескольких местах плотины и залила прилегающие к ней равнины, превратив их в огромные водные пространства. Поток воды с огромной силой несется по равнине, смывая крестьянские дома, сады, виноградники. Вода залила сотни деревень, хуторов, города Ровиго, Мантуя, Падуя, Комо окружены водой. Разлившаяся По подошла к самым стенам Феррары. Сотни гектаров недавно засеянных полей полностью находятся под водой.

Наводнение причинило огромные бедствия итальянскому народу. В одной только провинции Ровиго от наводнения пострадало 25 тысяч семей, что составляет в общей сложности около двухсот тысяч человек. В большинстве— это батраки и бедные крестьяне.

Ветхие крестьянские дома не выдерживают напора воды и рушатся. Сотни семей потеряли все — дом, скот, имущество. Почти в каждом поселке имеются человеческие жертвы; тысячи людей с малолетними детьми и стариками отрезаны в отдельных домах, вокруг которых бушует вода. Уже четверо суток сидят они на крышах без пищи, без теплой одежды, под страхом смерти».

Помощь населению затопленных районов организовали итальянские коммунисты. Они возглавили спасательные бригады, создали комитеты помощи, пункты по сбору средств пострадавшим. Большое количество продовольствия послал в те дни в Италию Советский Союз.

Очень часты сильные наводнения на американской реке Миссисипи и ее притоке Миссури. В июле 1951 года в долине реки Миссури в течение многих дней шли проливные дожди. Уровень воды в Миссури и Миссисипи поднялся необыкновенно высоко. Во многих местах Миссури разлилась в ширину до восьми километров. Вода размыла обветшалые плотины и хлынула на города и поселки. Наводнение охватило территорию трех штатов. В двух больших городах вода затопила все фабрики, заводы, жилые дома.

Прошло меньше года, и в США разразилось еще более катастрофическое наводнение. Оно охватило огромную территорию. Почти треть территории Соединенных Штатов Америки была покрыта водой. Больше всех пострадала снова долина реки Миссури, где лишилось крова более 100 тысяч человек.

«Наводнение 1952 г.,— писала американская газета «Дейли уоркер»,— является десятым за десять лет… Это дело рук человека… Те средства, которые правительство расходует на одну чудовищную атомную бомбу или на пару гигантских линкоров, можно было бы использовать для осуществления мероприятий по борьбе с наводнениями, обеспечить район дешевой энергией и спасти людей от гибели».

Сильные наводнения наблюдались в различных странах в 1959 году. Так, по сообщению токийского радио, в северной части самого южного острова Японии — Кюсю и в обширном районе Канто (центральная часть главного острова Хонсю) в июле 1959 года прошли сильные ливни, что вызвало разливы больших и особенно малых рек.

В японской печати отмечается, что в последние годы ливни и вызванные ими наводнения стали настоящим бедствием для населения многих районов страны. По данным статистики ущерб, причиняемый наводнениями, ежегодно достигает в среднем 240 миллиардов иен. «Другими словами,— заявил обозреватель токийского радио,— 3,1 процента национального дохода уносится водой».

Девятое в 1959 году наводнение пережила Аргентина. Три дня — с 20 по 22 июля — здесь шли непрерывные дожди. Много населенных пунктов было залито водой. Из столицы, Буэнос-Айреса и его пригородов, было эвакуировано сто тысяч человек, пострадавших от наводнения.

Еще записи по теме

Совместимость по стихиям: Воздух — Вода

@ Павел Глоба

Проанализируем, насколько гармонична по стихиям совместимость Воздух — Вода. Это, конечно, не лучшее сочетание — ведь в отличие от воды, воздух отнюдь не живет лишь чувствами. Однако тем не менее вода и воздух часто притягивают друг друга:в этом есть уже какой-то элемент фатальности.

Совместимость: стихии Воздух и Вода

Воздушный знак восхищается чувствительностью, таинственностью и интуицией водного, которому в свою очередь импонируют коммуникабельность, живой интеллект и разносторонность интересов его партнера.

На ранних этапах этих отношений партнеры, как правило, бывают полностью поглощены друг другом:воздух пытается разгадать необъяснимую смену настроений водного элемента, очарованного яркостью ума и искусством общения воздуха. В сексе им обоим нужна романтика и возвышенность . Однако уже очень скоро партнеры начинают понимать, сколь непохожи они друг на друга.

Отношения в паре Воздух — Вода

Всем водным знакам нужны понимание и стабильность, которых воздушные партнеры дать им не в силах.

Общаясь долго с водой, воздух может тем не менее не понимать её — и возникающее у него из-за этого беспокойство передается и воде, которая начинает чувствовать себя довольно неуютно. Из-за собственнических наклонностей воды воздушный знак не чувствует себя свободным — в сколь возвышенной форме те бы ни проявлялись.

Так же, как и огонь, вода подавляет воздух своими бурными эмоциональными выплесками. Все это часто приводит к разрыву. Обычно воздушный знак уходит первым, оставляя своего партнера в столь частом для него положении отвергнутого любовника.

В начале этой главы я уже говорила, что человеку свойственно стремиться к своей противоположности, однако при низком уровне сознания он через какое-то время уже не сможет выносить того, что так притягивало его вначале.

В отношениях воздуха и воды очень часто восхищение первого чувствительностью и таинственностью своего партнера сменяется непониманием его изменчивой эмоциональности.

Водный же партнер, пленившись сначала интеллектом и коммуникабельностью воздуха, не сможет долго выдерживать его холодность и черствость. Однако если партнеры научатся понимать друг друга, их союз может быть довольно плодотворным:воздух научит воду бестрастно, трезво рассуждать и непринужденно общаться с окружающими, переняв от воды умение щадить чувства других и способность к состраданию.

Система получения пресной воды из атмосферного воздуха

Нехватка воды становится одним из главных факторов, сдерживающих развитие цивилизации во многих регионах Земли. В ближайшие 25-30 лет мировые запасы пресной воды сократятся в два раза. 

За последние сорок лет количество чистой пресной воды из расчета на каждого человека уменьшилось практически на 60%. Как результат, сегодня около двух миллиардов людей в более чем 80 странах страдают от недостатка питьевой воды. 

А уже к 2025 году ситуация более усугубится, по прогнозам недостаток питьевой воды ощутят на себе более трех миллиардов человек. 

Только 3% пресной воды Земли находятся в реках, озёрах и почве, из них для человека легкодоступен только 1%. Несмотря на то, что цифра невелика этого было бы вполне достаточно для полного удовлетворения человеческих потребностей в случае если бы вся пресная вода (именно этот 1%) была распределена равномерно по местам проживания человека. 

Атмосферный воздух является гигантским резервуаром влаги, и даже в засушливых районах содержит, как правило, более 6-10 г воды на 1 м3. А в 1 км3 приземного слоя атмосферы в жарких, засушливых и пустынных областях Земли содержится до 20 000 тонн водяных паров. Количество воды, находящейся в каждый данный момент в атмосфере Земли, равно 14 тыс. км3, в то время как во всех речных руслах всего 1,2 тыс. км3. Однако погодно-климатические условия в этих зонах не позволяют водяным парам достигнуть состояния насыщения и выпасть в виде осадков. 

Ежегодно с поверхности суши и океана испаряется около 577 тысяч кубокилометров воды которые потом выпадают в виде осадков. В этом объеме речной годовой сток составляет лишь 7% от общего количества осадков. Сравнивая общее количество испаряющейся влаги и количество воды в атмосфере можно сделать вывод: в течение года вода в атмосфере обновляется 45 раз.

Взгляд в прошлое 

В истории человечества есть примеры добывания атмосферной влаги из воздуха, один из них – колодцы, построенные вдоль Великого шёлкового пути, величайшего в истории человечества инженерно-транспортного сооружения. Они были вдоль всего пустынного пути на расстоянии в 12-15 км друг от друга. В каждом из них количество воды было достаточно для того, чтобы напоить караван в 150 — 200 верблюдов. 

В таком колодце чистая вода получалась из атмосферного воздуха. Разумеется, процентное содержание водяных паров в пустынном воздухе крайне незначительно (меньше 0,01% удельного объёма). Но, благодаря конструкции колодца через его объём «прокачивался» пустынный воздух тысячами кубометров в сутки и у каждого такого кубометра отнималась практически вся масса воды, содержащаяся в нём. 

Сам колодец был наполовину своей высоты вкопан в грунт. Путешественники спускались за водой по лестницам , на отмостки и черпали воду. В центре возвышалась аккуратно выложенная высоким конусом груда камней углубления для скопившейся воды. Арабы свидетельствуют, что скопившаяся вода, и воздух на уровне отмостков, были на удивление холодными, хотя снаружи колодца стояла убийственная жара. Нижняя тыльная часть камней в груде была влажной, а на ощупь камни были холодными. 

Стоит только обратить внимание на тот факт, что керамическая облицовка и в те времена была недешёвым материалом, но строители колодцев не считались с затратами и делали такие покрытия над каждым колодцем. А ведь это делалось неспроста, материалу из глины можно придать любую необходимую форму, затем отжечь и получить готовую деталь, способную работать в самых тяжёлых климатических условиях ,долгие годы. 

В конусном или шатровом своде колодца были выполнены радиальные каналы, прикрытые керамической облицовкой, или сама керамическая облицовка представляла собой набор деталей с уже готовыми сечениями радиальных каналов. Нагреваясь под лучами солнца, облицовка передавала часть тепловой энергии воздуху в канале. Возникало конвективное течение нагретого воздуха по каналу. В центральную часть свода вбрасывались струи нагретого воздуха. Но, как и почему появлялось вихревое движение внутри здания колодца?

Самое первое предположение – ось каналов не совпадала с радиальным направлением. Имелся небольшой угол между осью канала и радиусом свода, то есть, струи были тангенциальными (Рис. 2). Строители использовали очень малые углы тангенциальности . Вероятно, поэтому технологический секрет инженеров древности остаётся неразгаданным и по сей день.

Использование струй малой тангенциальности с доведением их числа до бесконечности открывает новые возможности в вихревых технологиях. Только не надо при этом воображать себя первопроходцами. Инженеры в древности довели эту технологию до совершенства. Высота здания колодца, включая его вкопанную часть, составляла 6 — 8 метров при диаметре здания в основании не более 6 метров, но в колодце возникало и устойчиво работало вихревое движение воздуха. 

Охлаждающий эффект вихря использовался с очень высоким КПД. Конусная груда камней действительно исполняла роль конденсатора. Ниспадающий «холодный» осевой поток вихря отнимал тепло камней, охлаждал их. Водяной пар, содержащийся в ничтожных количествах в каждом удельном объёме воздуха, конденсировался на поверхностях камней. Таким образом, в углублении колодца шёл постоянный процесс накопления воды.

«Горячий» периферийный поток вихря выбрасывался наружу через входные проёмы лестничных спусков в колодец (Рис. 3). Только этим можно объяснить наличие сразу нескольких спусков внутрь колодца. Благодаря большой инерционности вращения вихревого образования, колодец работал круглосуточно. При этом каких-либо других видов энергии, кроме солнечной, использовано быть не может. Вода добывалась и днём, и ночью. Вполне возможно, что ночью колодец работал даже интенсивнее, чем днём, поскольку температура воздуха пустыни после захода солнца падает на 30…40єС, что сказывается на его плотности и влажности.

Современный метод 

В результате проведённых экспериментов омским изобретателем было найдено комплексное технологическое решение. Изобретенная им установка по извлечению влаги из атмосферного воздуха, помимо основной своей задачи, позволяет удалить из воздуха частицы пыли, даже самой мельчайшей фракции. 

Метод позволяет сконденсировать всю газообразную влагу, присутствующую в воздушном потоке, достигая температуры конденсации и каплеобразования, исключительно газодинамическим способом без применения хладагента.

Технологическое решение состоит из двух ступеней. При прохождении воздуха через первую ступень создается интенсивно-закрученное течение с целью разделения частиц пыли и воздуха с последующим осаждением пыли в бункере. Во второй ступени чтобы с достаточной эффективностью сконденсировать влагу воздух необходимо охладить. 

Итак, весь объём поступающего воздуха в градиентном сепараторе интенсивно закручивается, и в конфузорной части градиентного сепаратора происходит его расслоение и разделение на основные две составляющие зоны – центральную и периферийную.

Так как, в поперечном сечении закрученного потока разряжение формирующееся центрального вихря намного превышает разряжение периферийного торроидального вихря, то газообразная влага попросту втягивается и концентрируются в центральной зоне канала в виде «шнура». В центре закрученного потока вследствие понижения температуры начинает происходить частичная конденсация водяных паров, мельчайших частицы пыли соприкасаются друг с другом, это в результате приводит к интенсивной коагуляции частиц пыли. 

На основании вполне изученных инерционных сил, сам воздух прижимается по периферии и абсолютно без какого-либо избыточного давления как бы «переуплотняется», правильнее даже применить такой термин как «псевдо-уплотнение» и через отборный периферийно-радиальный патрубок посредством дымососа направляется обратно в атмосферу. 

При работе градиентного сепаратора, над его заборным соплом формируется искусственный смерч, имеющий размеры как у естественно образовавшегося, но с гораздо более высокой интенсивностью вращения. 

Далее насыщенную влаго-воздушную смесь отсасывают через пылеотборный патрубок по оси канала и направляют на вторую ступень сепарации, где она пропускается через второй градиентный сепаратор и происходит конденсация водяных паров в водоприёмном бункере.

В результате в бункере под первым сепаратором оседает мельчайшая пыль, присутствующая в воздухе. А во втором бункере под вторым сепаратором, конденсируется практически вся влага, содержащаяся в закрученном воздухе.

Общий вид Установки:
1. Градиентный сепаратор 1-й ступени;
2. Улитка периферийного отбора Градиентного сепаратора 1-й ступени;
3. Градиентный сепаратор 2-й ступени;
4. Улитка периферийного отбора Градиентного сепаратора 2-й ступени;
5. Основной дымосос;
6. Дымосос периферийного отбора 1-й ступени;
7. Дымосос периферийного отбора 2-й ступени;
8. Пылеосадительный бункер №1.
9. Водопринимаемый бункер №2.

Минимальная производительность установки, при которой можно получить ощутимый эффект влагообразования – 150 000 нм³/час. Количество воды, которое можно получить с этой установки составляет 1,357 тонны в час или 32,58 тонн в сутки.  

Фонд энергосбережения Омской области
[email protected]
www.eee55.ru 
Тел. 8 (3812) 357-233 

Получение воды из воздуха? Почему нет.

Главная » Участок » Получение воды из воздуха? Почему нет.

Увидев сегодня с утра обилие росы на своей грядке, я подумал — ОК, вот сейчас у меня есть скважина с чистейшей водой, а что если мне в дальнейшем захочется жить где то в глухом месте на склоне горы в Филиппинах с видом на океан, как быть с водой? Ведь бурение скважины в гористой местности задача проблемная, иногда и 100 метров бурят, а воды нет — куча денег на ветер. Завоз воды тоже удовольствие недешевое.

Эта водяная башня в Африке собирает до 100 литров воды в день — ночью тепло от земли поднимается вверх, влага конденсируется на сетке из полиэстера, и стекает в емкость

Итак, потребность в воде можно разделить на 2 категории — 1) для стирки, купания, мытья; 2) для питья. С первой категорией все просто — сбор дождевой трубы с ската крыши по водостокам в емкость (главное чтобы скат был достаточной площади). А оттуда уже качать обычным насосом в дом, никаких проблем поставить автоматику чтобы кран открыл — вода пошла — схема автоматики у меня уже откатана, в моем домике. Плюс подогрев проточным нагревателем на 6-7 Квт — также хорошо себя зарекомендовал, и экономно, при умеренном использовании.

А вот как быть с питьевой водой? К счастью, есть технологии получения воды прямо из воздуха. Я тут покопался в различных источниках, и удивляюсь насколько все таки раньше были умные люди, уже тысячи лет назад существовали такие технологии получения воды из воздуха, что только диву даешься. А еще убеждаюсь что нет плохих мест для проживания (кроме экологически загрязненных), есть только мало знаний. Например добыча воды из воздуха работает на ура в горах (т.к. там повышенная влажность, хорошие потоки воздуха на возвышении), и в пустыне — где разница температур в земле и в воздухе велика, и вода добывается на раз-два (смотрел израильского изобретателя конденсационной трубы в пустыне, прототип древнего сооружения по добыче воды из воздуха).

Многие не берут участки в горах из за их проблемности в плане водоснабжения, поэтому такие участки стоят дешево. А кому то, кто обладает знаниями и руки на месте, это только на руку 🙂

Варианты получения воды из воздуха

Можно конечно тупо поставить ведро под кондиционером, но рассмотрим более правильные варианты 🙂 Например самый простой, практически без вложений — выкопать яму, над ней установить раму с натянутым на нее полиэтиленом, так чтобы она была под небольшим углом. Внизу рамы желоб для сбора воды, и самотеком в емкость (ведро или др.). Физика простая — полиэтилен нагревается лучами солнца, а в яме всегда температура ниже чем на поверхности, а тем более нагретом полиэтилене. Точка росы и т.д. С литр воды получить можно от ямы 1х1 м. (вообще в источнике указано было 0.5 литров, но я живу у моря и здесь воздух влажный, поэтому накинул). Мало? Можно сделать траншею 1 м шириной и длиной 10 м. Уж 10 литров питьевой воды в день думаю будет достаточно.

Вариации подобного способа может быть множество. Здесь положили камень на пленку, чтобы позволить влаге свободно стекать вниз в ведро. Но можно усовершенствовать конструкцию.

Есть еще другие методы получения питьевой воды из воздуха, но там уже задействуются доп. источники энергии (например чтобы принудительно создать поток воздуха через контур, или гонять компрессором хладагент, и др. — в зависимости от технологии). Но хочется получать воду исключительно нахаляву 🙂 Поэтому затратные варианты не рассматриваются.

Пирамида из камней

Довольно интересный способ получения воды из воздуха, который с куба камней (как обещано в одном источнике), обещает получать около 100 литров воды в сутки. Кстати для справки — в 1 кубе воздуха температуры 30 гр. содержится около 25 мл. воды. Правда в источнике не указывалось в какой местности производились эти замеры и при какой влажности воздуха. Тем не менее это дает нам возможность понять хотя бы примерно, какой объем нужно прогнать через пирамиду из камней, чтобы сконденсировать заявленное количество воды.

Пирамида из камней для получения воды из воздуха

Я прочитал с тройку отзывов людей, которые сделали себе такие пирамиды, и еще одно видео, приложу ниже. Если честно, сделано абы как, не соблюдено много условий. Поэтому все они жалуются что пирамида не работает.

Еще нашел в сети драгоценный комментарий человека, который построил пирамиду из камней, реально работающую:

«Во время восстановления Спитака вопрос воды стоял остро. Из рек нельзя — там трупов людей и животных было намеренно. С гор воду не возьмешь — мародеры растащили трубы. Вышли из положение так — на возвышенности ложили лист железа, в середину насыпали песок, затем гальку, потом камешки, камешки обкладывали булыжником, сверху были булыги крупных размеров. Через час пошла струйка воды — молотом сделали русло и забыли. За сутки естественный накопитель влаги мог набрать до тонны воды. И это при ясной погоде — при тумане, или дожде воды было море — чистой, очищенной.»

Выделим ключевые факторы:

1. Пирамида установлена на возвышении. Очевидно потому что на возвышении стабильно присутствуют потоки воздуха, чего не скажешь о низине. 
2. Лист железа. Как известно на металле влага конденсируется лучше.
3. Уменьшение фракции инерционного материала сверху вниз. Песок вниз ложится очевидно для того чтобы он мог удерживать влагу.
4. Гористая местность, повышенная влажность. Как известно Армения — это субтропики. Например я живу близко к субтропикам и летом может быть днем жарко, а ночью подзамерзаешь.

Далее автор комментария добавил — что лист железа стандартный, 1.5 х 3 м. (из этого можно сделать примерно вывод о объеме горки из камней), воздух очень влажный и туманы. И что тона воды в сутки — это правда, и можно убедиться в этом приехав в совхоз Карахольский, где эта «установка» работает.

Как я понимаю, данная пирамида активно работает именно ночью, когда за день камни нагреваются от солнца, а ночью холодный воздух при активное его токе на возвышении, проходя через эту груду камней конденсируется. Камни обладают большой теплоемкостью, и я думаю они могут быть теплыми чуть не всю ночь, тем более если груда камней достаточно большая.

Автор также не написал, но я думаю что все камни, как крупные так и мелкие, должны быть округлыми, без острых краев, и в идеале — гладкими. Для того чтобы сконденсировавшаяся на них влага, могла свободна стекать вниз.

Делитесь также своими соображениями в комментариях ниже. А я пока еще подумаю над вариантами. Удачного всем дня, и добычи воды 🙂

А да, как обещал вот это единственное видео с пирамидой из камней. Можно убедится что ни одно из вышеуказанных условий не соблюдено, поэтому автор поспешил с утверждением что «не вся информация в интернете правдива». Просто не все делают как надо, и нужно уметь учитывать множество нюансов. Да и не в каждой местности она будет работать — увы и ах, как говорится.

 

Российские ученые разработали уникальную установку для получения воды — Российская газета

Уже в будущем году должен начаться серийный выпуск установок, способных напоить влагой засушливые регионы Крыма. Вообще дефицит воды — одна из главных проблем полуострова. После перекрытия Украиной Северо-Крымского канала в 2014 году вместо 400 тысяч орошаемых гектаров сельхозугодий здесь поливаются лишь 16 тысяч гектаров. В основном сады и виноградники.

Выход из ситуации и предложили ученые Всероссийского института механизации (ВИМ) сельского хозяйства. Ими создана установка, которая получает воду из атмосферного воздуха. Принцип работы знает каждый школьник: это конденсация горячего воздуха в холодной среде. Например, так на вентиляционных трубах холодных погребов летом оседают капли воды, а у входов в холодные пещеры влага висит на каменном своде.

В США сделали установку, которая дает 3 кубометра воды за 5 месяцев, российская столько же получает за сутки

Вроде бы, используя такой простой способ, можно создавать самые разные установки извлечения воды из воздуха. И учитывая острейший дефицит жидкости во многих странах — к примеру, в 2015 году 15 миллионов человек по этой причине покинули родные места — в ведущих лабораториях мира пытаются создавать «воздушные поилки». На исследования расходуются огромные деньги, скажем, такие изыскания финансирует Билл Гейтс.

— Мы начали разработки в 2016 году и сегодня опережаем иностранные аналоги, — рассказал «РГ» заведующий лабораторией ВИМ Сергей Доржиев. — В США, например, за 22 миллиона долларов сделали установку, которая дает три кубометра воды за пять месяцев, а мы столько же получаем примерно за сутки.

Доржиев подчеркивает, что в мире есть установки, которые извлекают воду из воздуха, но все они потребляют значительное количество электроэнергии. «Наша система полностью автономна. У нее ничего не крутится, не вертится, а вода вытекает. Можно ставить в пустыне, и она будет выдавать жидкость», — утверждает Доржиев.

Как устроен этот «родник»? В его верхней части установлен «завихритель». Его лопасти закручивают воздух и под прямым углом направляют в расположенный на глубине под землей блок охлаждения. Здесь находится труба Ранка, где воздух делится на два потока — горячий и холодный. Холодный поток идет внутрь теплообменника, чтобы поддерживать низкую температуру, а горячий — на поверхность теплообменника. Вот из него и получается вода.

«Воздушный родник», так называется экспериментальный модуль, способен получать до 1000 литров пресной воды в сутки, а более мощная установка «Редут» — до 20 000 литров. Правда, для всех установок такого типа есть ограничение. Они эффективны при температуре окружающего воздуха не ниже 25 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха не менее 30 процентов.

По словам Доржиева, учеными создана линейка установок, которые могут работать в самых разных условиях, в частности, и при более низких температурах, и при потреблении электроэнергии. К разработке проявили интерес не только наши регионы, но и специалисты ближнего и дальнего зарубежья, она стала одним из «гвоздей» выставки проходившего в Сочи форума Россия — Африка.

Между тем

С проблемой нехватки пресной воды сегодня уже столкнулись более 80 стран. В государствах Ближнего Востока и Северной Африки как минимум последние 30-40 лет ведут поиск альтернативных источников влаги, пригодных для населения и сельского хозяйства. В Израиле и Объединенных Арабских Эмиратах до 80 процентов воды сегодня получают путем опреснения. В апреле 2014 года в Саудовской Аравии открылся крупнейший в мире завод, производящий 1 миллион кубометров воды и 2,6 тысячи мегаватт электроэнергии в сутки. При этом на опреснение страна ежедневно тратит до 1,5 миллиона баррелей нефти.

ИНФОГРАФИКА «РГ» / АЛЕКСАНДР ЧИСТОВ / ЮРИЙ МЕДВЕДЕВ

можно ли увидеть, как образуется

Водяной пар важен для жизни человека и всего живого на Земле. Он участвует в мировом круговороте воды в природе.
Солнце нагревает поверхность Земли, вода превращается в водяной пар и поднимается вверх. Там воздух охлаждается и пар снова становится водой. В виде осадков он снова попадает на Землю, питая реки и Мировой океан.
Водяной пар регулирует тепло на поверхности нашей планеты, определяет какая установится температура в определённой местности, образуются ли облака, выпадет дождь и роса.
В данной статье мы подробно рассмотрим: уникальные свойства водяного пара, его давление, температуру и интересные факты.

Что такое водяной пар

Водяной пар – это вода в газообразном состоянии, которая сохраняет свои свойства, но приобретает также свойства газа.  Его количество определяет важнейшую для состояния атмосферы характеристику – влажность воздуха. Это одно из агрегатных состояний воды.

Рассмотрим основные виды пара.

1. Сухой насыщенный, не содержит капелек воды.
2. Влажный насыщенный, состоит из мельчайших капелек воды.
3. Перегретый (сухой ненасыщенный), образуется при дальнейшем нагреве влажного пара, выше температуры насыщения. Обладает более высокой температурой и более низкой плотностью.

Какой цвет: белый или прозрачный

Многие люди задаются вопросом: водяной пар белый или прозрачный? Можно его увидеть?

В повседневной жизни при кипении воды в чайнике мы часто видим белый дымок, который вырывается из носика. Некоторые люди считают его паром. На самом деле – это туман (результат конденсации водяного пара).

Настоящий пар невидим глазу, он прозрачный, безвкусный. Не имеет постоянной формы, запаха.

Основное содержание наблюдается в нижних слоях атмосферы (тропосфера). Пар может переходить в жидкое состояние. Данное явление мы часто наблюдаем в повседневной жизни, когда оконные стекла в комнате запотевают. Это значит, что водяной пар в тёплом воздухе комнаты коснулся холодного стекла, сгустился и превратился в мельчайшие капельки воды. Явление называют конденсацией.

Водяной пар принимает непосредственное участие в круговороте воды в природе. С его помощью образуются: облака, тучи, туман. Наибольшее скопление наблюдается в тропосфере.

В настоящий момент пар часто используют для бытовых нужд и производства. Среди наиболее известных устройств с его применением можно отнести:

1. утюги;
2. паровозы;
3. пароходы;
4. паровые котлы;
5. с его помощью вращают турбины генераторов на электростанции, тушат пожары.

Парциальное давление

Атмосферный воздух состоит из водяного пара и смеси различных газов. Давление, которое производил бы только водяной пар, при исключении всех других элементов называют парциальным давлением (упругостью).

Формула для расчета. Закон парциальных давлений газов (Закон Дальтона)

Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений, входящих в нее газов.

Где p1, p2, p3+pn – парциальное давления, производимое каждым газом, входящим в состав смеси.

Значение выражается в мбар или мм. ртутного столба. Отвечает за влажность воздуха, атмосферное давление.

Нормальное атмосферное давление составляет 760 мм ртутного столба.

При снижении атмосферного давления повышается влажность воздуха, возможны осадки и повышение температуры воздуха.

Атмосферное давление важный показатель, который напрямую влияет на влажность воздуха, состояние людей (метеозависимых), температуру кипения.

Например, в горах при подъеме над поверхностью Земли, температура кипения воды падает, так как снижается атмосферное давление. На Эльбрусе, самой высокой вершине Европы (5642), вода закипит при 80,8 °С.

Температура

Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара содержится в нем.

В 1 м ³ воздуха при температуре +20 °С может содержаться 17 грамм

При Температуре -20 °С – только 1 грамм.

Масса водяного пара

Массу можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона.

pV = (m/M ^. RT), где

р — давление насыщенного водяного пара;

V – его объём;

М — молярная масса пара;

R — газовая постоянная;

Т — температура пара.

Как образуется водяной пар

Образуется двумя способами, в результате испарения и кипения. Рассмотрим более подробно каждый из них.

1. Испарение. Пар поступает в атмосферу, испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений. В атмосфере конденсация водяного пара приводит к образованию облаков, тумана и осадков, а десублимация – снега;
2. Кипение. Пар образуется по всему объему жидкости.

Испарение происходит при любой температуре, кипение — при одной, определенной для текущего давления. Когда процесс кипения начался, то, несмотря на продолжающийся подвод тепла, температура жидкости изменяется незначительно, пока вся жидкость не превратится в пар.

Давление и плотность насыщенных паров воды при различных температурах

Для наглядности предоставлена изображение с таблицей № 1.

В таблице указаны базовые значения.

Если имеется больше данных, расчеты можно сделать точно с помощью физических формул и измерений.

Ответы на распространенные вопросы

Какой воздух содержит больше всего водяного пара

Самое большое количество содержит воздух, который сформировался над Черным морем, так как температура в этих широтах намного выше

Можно ли увидеть водяной пар

Настоящий пар прозрачен и невидим.

От чего зависит скорость испарения

Скорость испарения зависит от рода жидкости. Быстрее испаряется та жидкость, молекулы которой притягиваются друг к другу с меньшей силой.

Если листок бумаги смочить в одном месте эфиром, а в другом водой, то мы заметим, что эфир испарится значительно быстрее, чем вода.

Заключение

Водяной пар невидим, не имеет вкуса, постоянной формы, цвета и запаха. На поверхности нашей планеты он выполняет важную функцию терморегуляции. От него зависит, какой будет климат, выпадет дождь и роса.

Пар непосредственный участник круговорота воды в природе. Он испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух, образовывая облака, тучи и лед. С помощью конденсации он снова превращается в воду.

Подготовлено специалистами www.vodasila.ru

Автор Марюшина Мария

Вода, вода повсюду … даже в воздухе

Серьезная нехватка воды уже затрагивает многие регионы мира, и ожидается, что она будет значительно ухудшаться по мере роста населения и повышения климата. Но новая технология, разработанная учеными из Массачусетского технологического института и Калифорнийского университета в Беркли, может обеспечить новый способ получения чистой, пресной воды практически в любом месте на Земле, вытягивая воду непосредственно из влаги в воздухе даже в самых сухих местах.

Существуют технологии для извлечения воды из очень влажного воздуха, такие как системы «сбора тумана», которые были развернуты в ряде прибрежных районов.И есть очень дорогие способы удаления влаги из более сухого воздуха. Но новый метод является первым, который имеет потенциал для широкого использования практически в любом месте, независимо от уровня влажности, говорят исследователи. Они разработали полностью пассивную систему, основанную на пенистом материале, который втягивает влагу в свои поры и полностью питается от солнечного тепла.

Об этом сообщается в журнале Science командой, в которую входят доцент MIT Эвелин Ван, MIT postdoc Самер Рао, аспирант Хьюнхо Ким, ученые-исследователи Сунгву Янг и Шанкар Нараянан (в настоящее время в Политехническом институте Rensselaer) и Выпускник Ари Уманс С.М. ’15.Соавторами Беркли являются аспирант Евгений Капустин, ученый проекта Хироясу Фурукава и профессор химии Омар Яги.

Для сбора тумана, который используется во многих странах, включая Чили и Марокко, требуется очень влажный воздух с относительной влажностью 100 процентов, объясняет Ванг, профессор Гейл Кендалл в MIT. Но такой водонасыщенный воздух распространен только в очень ограниченных регионах. Другой метод получения воды в засушливых регионах называется сбором росы, при котором поверхность охлаждается, так что вода на ней конденсируется, как это происходит снаружи холодного стекла в жаркий летний день, но она «чрезвычайно энергоемка». «Чтобы поверхность оставалась холодной, говорит она, и даже в этом случае метод может не работать при относительной влажности ниже примерно 50 процентов.Новая система не имеет этих ограничений.

Для более сухого воздуха, чем тот, который является обычным явлением в засушливых регионах по всему миру, ни одна из предыдущих технологий не обеспечивала практического способа получения воды. «В мире есть пустынные районы с влажностью около 20 процентов», где питьевая вода является насущной необходимостью, «но на самом деле не было технологии, которая могла бы ее удовлетворить», говорит Ван. Новая система, напротив, «полностью пассивна — все, что вам нужно, это солнечный свет», без необходимости внешнего источника энергии и без движущихся частей.

Представьте себе будущее, в котором в каждом доме есть прибор, который вытягивает всю воду, необходимую для домашнего хозяйства, из воздуха, даже в сухом или пустынном климате, используя только энергию солнца.

Роксана Макаджан и Стивен МакНалли / Калифорнийский университет в Беркли

На самом деле, система даже не требует солнечного света — все, что ей нужно, это какой-то источник тепла, который может даже быть дровяным огнем.«Есть много мест, где есть биомасса для сжигания и где не хватает воды», — говорит Рао.

Ключ к новой системе лежит в самом пористом материале, который является частью семейства соединений, известных как металлоорганические каркасы (MOF). Эти соединения, изобретенные Яги два десятилетия назад, образуют своего рода губчатую конфигурацию с большими внутренними поверхностями. Настраивая точный химический состав MOF, эти поверхности могут быть сделаны гидрофильными или притягивающими воду.Исследователи обнаружили, что когда этот материал помещается между верхней поверхностью, окрашенной в черный цвет для поглощения солнечного тепла, и нижней поверхностью, температура которой поддерживается на уровне, равном температуре наружного воздуха, вода выделяется из пор в виде пара и естественным образом перемещается. по разнице температуры и концентрации капать в виде жидкости и скапливаться на нижней поверхности охладителя.

Испытания показали, что один килограмм (чуть более двух фунтов) материала может собирать около трех четвертей пресной воды в день, что достаточно для снабжения питьевой водой одного человека из очень сухого воздуха с влажностью всего 20 процентов.Такие системы будут требовать внимания только несколько раз в день, чтобы собирать воду, открывать устройство, чтобы впустить свежий воздух, и начинать следующий цикл.

Более того, MOF могут быть получены путем объединения множества различных металлов с любым из сотен органических соединений, что дает практически неограниченное разнообразие различных составов, которые можно «настраивать» для удовлетворения конкретной потребности. К настоящему времени было изготовлено более 20 000 разновидностей MOF.

«Тщательно спроектировав этот материал, мы можем получить поверхностные свойства, которые могут очень эффективно впитывать воду при влажности 50%, но с другой конструкцией он может работать при 30%», — говорит Ким.«Подбирая нужные материалы, мы можем сделать их подходящими для разных условий. В конце концов, мы можем собирать воду из всего спектра концентраций воды », — говорит он.

Яги, директор-основатель Глобального научного института Беркли, говорит: «Одно из видений будущего — это отключение воды от сети, когда у вас дома есть устройство, работающее на окружающей солнечной энергии, для подачи воды, которая удовлетворяет потребности домашнее хозяйство. … Для меня это станет возможным благодаря этому эксперименту.Я называю это персонализированной водой.

Хотя эти первоначальные эксперименты доказали, что концепция может работать, команда говорит, что предстоит еще проделать большую работу по уточнению дизайна и поиску еще более эффективных разновидностей MOF. Нынешняя версия может собирать воду примерно до 25 процентов своего веса, но при дальнейшей настройке они считают, что эта пропорция может быть как минимум удвоена.

«Ух ты, это удивительная технология», — говорит Ян Ян, профессор инженерного дела в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, который не участвовал в этой работе.«Это окажет огромное научно-техническое влияние на возобновляемые и устойчивые ресурсы, такие как вода и солнечная энергия».

Работа была частично поддержана ARPA-E, программой Министерства энергетики США.

,

Воздух в линиях горячей воды? (СДЕЛАТЬ ЭТО)

Примечание. Эта публикация может содержать партнерские ссылки. Это означает, что бесплатно для вас мы можем получить небольшую комиссию за совершенные покупки.

Одной из самых раздражающих общих проблем с сантехникой является воздух в линиях горячей воды. Это может быть шумно и прерывать ваши ежедневные задачи. К счастью, это проблема, которая не только легко определяется, но и легко решается.

Признаки воздуха в линиях горячей воды

Есть несколько характерных признаков того, что у вас есть воздух в линиях горячей воды.Если вы достаточно взрослые, чтобы помнить (или иметь более старый дом) паровые регистры, вы будете хорошо знакомы со знаменитым шумом, вызванным воздухом в трубах.

Другой распространенный признак — это когда вода из крана брызгает, а не течет. Точно так же поток может быть нерегулярным, и поток может даже заставить ваши трубы вибрировать при более низких давлениях.

Если вода из крана кажется мутной или молочной, это может быть другой проблемой, но обычно абсолютно безопасной.

Что вызывает воздух в водопроводах?

Ответ на этот вопрос довольно сложный, поскольку разные системы могут иметь очень разные проблемы. Потенциальные причины появления воздуха как в горячих, так и в холодных линиях потребуют другой формы лечения, нежели когда воздух подается только в систему горячего водоснабжения.

Гравитационная и другая муниципальная вода

Хотя эти системы функционируют по-разному, причины одинаковы. Чаще всего воздух попадает в ловушку при прекращении подачи воды для технического обслуживания.Простое нажатие на некоторое время может решить эту проблему.

Вода с хорошим питанием

Существует три потенциальные причины попадания воздуха в трубопроводы горячей воды. Неисправный обратный клапан может быть потенциально серьезным, поскольку он допускает попадание загрязняющих веществ в воду. Если вы подозреваете обратный клапан, вам следует немедленно его диагностировать и заменить.

Газ метана является еще одним источником, и, хотя он является легковоспламеняющимся, этот газ является природным и, как правило, безвредным для водоснабжения. Третья возможность состоит в том, что линия подачи не выступает достаточно глубоко в воду из скважины, позволяя воздуху проникать в линию.Эта последняя возможность наиболее распространена во время засухи, когда уровень грунтовых вод ниже обычного.

Только воздух в трубопроводах горячей воды

Если проблема возникает только в трубах горячей воды только , это указывает на наличие воздуха в водонагревателе. Если обогреватель не продувался некоторое время, воздух и осадок могут накапливаться. Это особенно верно для систем с хорошим кормлением, и захваченный воздух будет часто пополняться в течение пары часов.

Как вывести воздух из линий горячей воды

Лучший способ избавиться от нежелательного воздуха в вашей системе горячего водоснабжения — это очистить резервуар .Вы должны делать это ежегодно, и, по крайней мере, два раза в год, если вы берете воду из колодца. Продувка воздухом из вашего резервуара — это процесс, немного отличающийся от обычной продувки, и он требует нескольких особых соображений, чтобы гарантировать, что вы не заменяете воздух большим количеством воздуха во время продувки.

1. Отключить питание. Для газовых обогревателей это означает поворот выключателя в нижней части бака, чтобы закрыть подачу газа и выключить контрольную лампу. Электрические баки могут быть отключены на выключателе.
2. Оставьте подачу холодной воды включенной и не открывайте никакие краны горячей воды в доме, чтобы избежать втягивания воздуха в бак во время продувки.
3. В целях безопасности дайте резервуару остыть в течение от 30 минут до часа.
4. Найдите сливной кран в нижней части бака. И положите немного пластика или брезента под него, чтобы вода не попала на пол.
5. Подсоедините шланг к линии и проведите его в канализацию вашего подвала. Вы не захотите сливать воду непосредственно в ведро при продувке захваченного воздуха, так как частое закрытие крана может усугубить проблему.
6. Откройте сливной клапан и опорожните бак.
7. Холодная вода будет продолжать заполнять резервуар при сливе, вытесняя осадок и захваченный воздух. Вы можете проверить уровень отложений, сунув шланг в ведро по мере его слива, а затем оставив ведро на несколько минут.
8. Когда вода становится чистой (или после нескольких минут сидения на дне ковша не появляется осадок), резервуар сливается.
9. Закройте сливной клапан и дайте емкости заполниться.
10. Когда бак заполнится, восстановите мощность и подожгите пилота, если используете газ.

Похожие сообщения:

.

Конденсация и водный цикл

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Водный цикл •

Компоненты круговорота воды »Атмосфера · Конденсация · Испарение · Эвапотранспирация · Пресноводные озера и реки · Поток подземных вод · Хранилище подземных вод · ледяного покрова · ледяного покрова Хранение подземных вод · Океана · Осадки · Таяние снега · Пружины · Поток · Сублимация · Поверхностный сток

Конденсация и водный цикл

Конденсация — это процесс, при котором водяной пар в воздухе превращается в жидкую воду.Конденсация имеет решающее значение для круговорота воды, потому что она ответственна за образование облаков. Эти облака могут производить осадков , который является основным маршрутом для возвращения воды на поверхность Земли в круговороте воды. Конденсация является противоположностью испарения .

Однако вам не нужно смотреть на что-то столь же далекое, как облако, чтобы заметить конденсацию. Конденсация ответственна за туман на уровне земли, за запотевание очков при переходе из холодной комнаты на улицу в жаркий и влажный день, за воду, которая стекает с вашего стакана со льдом, и за воду на внутренней стороне окон в вашем доме в холодный день.

Фазовое изменение, которое сопровождает воду при ее перемещении между ее паром, жидкостью и твердой формой, проявляется в расположении молекул воды. Молекулы воды в виде паров расположены более случайно, чем в жидкой воде. Когда происходит конденсация и образуется жидкая вода из паров, молекулы воды становятся более организованными, и в результате тепло выделяется в атмосферу.

Маленькое облако, которое могло, но почему?
Почему это крошечное облако — единственное в небе?

Конденсация в воздухе

Несмотря на то, что облака отсутствуют в кристально чистом синем небе, вода все еще присутствует в виде водяного пара и капель, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть.В зависимости от погодных условий молекулы воды объединяются с крошечными частицами пыли, соли и дыма в воздухе, образуя облачные капли, которые объединяются, растут и превращаются в облака, форму воды, которую мы видим. Капли облаков могут сильно различаться по размеру: от 10 микрон (миллионных долей метра) до 1 миллиметра (мм) и даже до 5 мм. Этот процесс происходит выше в небе, где воздух холоднее и по сравнению с испарением происходит больше конденсата. Поскольку капли воды объединяются (также известный как слияние) друг с другом и увеличиваются в размерах, облака не только развиваются, но также могут выпадать осадки.Осадки — это, по существу, вода в жидкой или твердой форме, падающая с основания облака. Кажется, это происходит слишком часто во время пикников или когда большие группы людей собираются в бассейнах.

Вы можете спросить … а почему выше, выше?

На снимке: кучево-дождевые облака над Африкой, сфотографированные с Международной космической станции. Нажмите на картинку, чтобы получить подробное объяснение. (Кредит: НАСА)

Облака, образованные конденсацией, являются сложным и критическим компонентом окружающей среды Земли.Облака регулируют поток лучистой энергии в и из климатической системы Земли. Они влияют на климат Земли, отражая солнечное излучение (тепло) обратно в космос и исходящее (земное) излучение от поверхности Земли. Часто ночью облака действуют как «одеяло», сохраняя часть дневной жары рядом с поверхностью. Изменение структуры облаков изменяет энергетический баланс Земли и, в свою очередь, температуру на поверхности Земли.

Как мы уже говорили, облака образуются в атмосфере, потому что воздух, содержащий водяной пар, поднимается и охлаждается.Ключом к этому процессу является то, что воздух у поверхности Земли нагревается солнечной радиацией. Но знаете ли вы, почему атмосфера остывает над поверхностью Земли? Как правило, давление воздуха, это причина. Воздух имеет массу (и из-за силы тяжести на Земле вес), а на уровне моря вес столба воздуха, надавливающего на вашу голову, составляет около 14 ½ фунтов (6,6 кг) на квадратный дюйм. Давление (вес), называемое барометрическим давлением, которое является результатом, является следствием плотности воздуха выше. На больших высотах воздуха меньше, и, таким образом, давление воздуха меньше.Барометрическое давление ниже, а более низкое атмосферное давление связано с меньшим количеством молекул на единицу объема. Поэтому воздух на больших высотах менее плотный. Поскольку общее содержание тепла в системе напрямую связано с количеством присутствующего вещества, при более высоком возвышении оно холоднее … меньше молекул воздуха существует в определенном объеме воздуха выше. Это означает, что воздух холоднее.

Конденсация у земли

На калифорнийских мысах Марин, обращенных в сторону от моста Золотые Ворота, августовская жара поражает холодный воздух океана, создавая очень густой туман, который обычно низко сидит на земле.(Кредит: Дэн Хеллер)

Конденсация также происходит на уровне земли, как показано на снимке облачного банка в Калифорнии. Разница между туманом и облаками, которые образуются над поверхностью Земли, состоит в том, что восходящий воздух не обязан образовывать туман. Туман развивается, когда воздух, имеющий относительно высокую влажность, входит в контакт с более холодной поверхностью, часто с поверхностью Земли, и охлаждается до точки росы. Дополнительное охлаждение приводит к конденсации и росту облаков низкого уровня. Туман, который появляется, когда теплый воздух движется по более холодной поверхности, называется адвективным туманом.Другая форма тумана, известная как радиационный туман, развивается ночью, когда температура на поверхности понижается. Если воздух неподвижен, слой тумана не смешивается с воздухом над ним, что способствует развитию мелкого наземного тумана.

Конденсация на вашем стекле (или ваших очках)

Вы, вероятно, видите конденсат прямо дома каждый день. Если вы носите очки и выходите из холодного помещения с кондиционером на улицу во влажный день, линзы запотевают, поскольку маленькие капельки воды покрывают поверхность в результате конденсации.

Вы, вероятно, видите конденсат прямо дома каждый день. Если вы носите очки и выходите из холодного помещения с кондиционером на улицу во влажный день, линзы запотевают, поскольку маленькие капельки воды покрывают поверхность в результате конденсации. Люди покупают подставки, чтобы не допустить попадания конденсированной воды из стакана с охлажденным напитком на журнальные столики. Конденсация ответственна за воду, покрывающую внутреннюю часть окна в холодный день (если вам не повезло иметь двойные стеклопакеты, которые сохраняют внутреннюю панель относительно теплой), а также за влажность на внутренней стороне автомобильных окон, особенно после людей выдыхал влажный воздух.Все это примеры того, как вода покидает парообразное состояние в теплом воздухе и конденсируется в жидкость по мере ее охлаждения.

Почему образуются облака и почему идет дождь?

Воздух, даже «чистый воздух», содержит молекулы воды. Облака существуют в атмосфере из-за восходящего воздуха. Когда воздух поднимается и охлаждается, вода в нем может «конденсироваться», образуя облака. Поскольку облака перемещаются по ландшафту, они являются одним из способов географического перемещения воды по всему земному шару в круговороте воды.Распространенным мифом является то, что облака образуются потому, что более холодный воздух может содержать меньше воды, чем более теплый воздух, но это не так.

Как поясняет Алистер Фрейзер на своей веб-странице «Плохая метеорология»: «То, что кажется безоблачным воздухом (практически), всегда содержит субмикроскопические капли, но, поскольку испарение превышает конденсацию, капли не выживают долго после первоначальной вероятности скопления молекулы. Когда воздух охлаждается, скорость испарения уменьшается быстрее, чем скорость конденсации, в результате чего возникает температура (температура точки росы), где испарение меньше, чем конденсация, и капля может перерасти в облачную каплю.Когда температура падает ниже температуры точки росы, образуется конденсат, и образуется облако «(доступно 12 сентября 2003 г.).

Contrails: рукотворные облака

«Контраилс», сделанный на летающих самолетах, над озером Джексон, штат Флорида, США (Фото: Бетси Келленбергер)

Вы видели облачные трассы, которые оставляют высоко летающие самолеты, и вы, вероятно, знаете, что они называются следами. Возможно, вы не знали, что их так называют, потому что они на самом деле являются следами конденсации и, по сути, не сильно отличаются от природных облаков.Если выхлоп из самолета содержит водяной пар, и если воздух очень холодный (что часто бывает на больших высотах), то водяной пар в выхлопе будет конденсироваться в то, что по существу является перистым облаком.

На самом деле, моряки уже давно знают, как конкретно изучать схемы и устойчивость реактивных следов для прогнозирования погоды. В дни, когда следы исчезают быстро или даже не образуются, они могут ожидать продолжения хорошей погоды, в то время как в дни, когда они сохраняются, можно ожидать изменения в погодных условиях.Следы являются проблемой в исследованиях климата, так как увеличение реактивного движения может привести к увеличению облачного покрова. Несколько научных исследований проводятся в отношении формирования следов и их влияния на климат. Перистые облака влияют на климат Земли, отражая поступающий солнечный свет и препятствуя потере тепла с поверхности планеты. Подсчитано, что в некоторых тяжелых коридорах воздушного движения облачный покров увеличился на целых 20 процентов.

(Источник: Национальная метеорологическая служба: что такое инверсионный след и как он образуется?)

Облако может весить столько же, сколько самолет? Почему не падает?

Облака состоят из воды и поэтому имеют вес… но они не падают на вас. (Кредит: Slug Signorino)

Конденсация вызывает облака. Оксфордский словарь английского языка определяет облако как «видимую массу конденсированных водяных паров, плавающих в воздухе на некоторой значительной высоте над общей поверхностью земли». Вы можете спросить: «Если облака — водяные пары, а пары имеют вес, то почему они не падают на меня?» Несмотря на то, что облака плавают, факт в том, что у облаков есть вес — фактически много тонн. И они «падают» на вас, иногда, когда вкатывается туман.

По словам обозревателя Сесила Адамса, «облако скромного размера, один километр в диаметре и толщина 100 метров, имеет массу, эквивалентную одной гигантской струе B-747». (Источник: «Может ли облако весить столько же, сколько 747?», Доступ 11 сентября 2003 г.) Но при всей этой массе, распределенной по такому большому объему пространства, плотности или веса (массы) для любого выбранного объема очень мало. Если вы сожмете это облако в мешок для мусора, то в таком случае вы не захотите стоять под ним.Хотя облако весит тонны, оно не падает на вас, потому что поднимающийся воздух, ответственный за его формирование, удерживает облако в воздухе. Воздух под облаком более плотный, чем облако, поэтому облако плавает поверх более плотного воздуха ближе к поверхности земли.

Глобальное распределение атмосферных вод

Одна оценка глобального распределения воды

Источник воды	Объем воды, в кубических милях	Объем воды, в кубических километрах	процентов от общей пресной воды	процентов от общей воды
Атмосфера	3 094	12 900	0.04%	0,001%
Общее количество пресной воды в мире	8,404,000	35 030 000	100%	2,5%
Общее количество воды	332 500 000	1 386 000 000	—	100%

Источник: Gleick, P. H., 1996: Водные ресурсы. В Энциклопедии климата и погоды, изд. С. Х. Шнайдер, издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк, вып. 2, с.817-823.

.

Превращение воздуха в питьевую воду — Технология и наука — Инновации — Границы

Помните те душные летние дни, когда воздух был настолько душным, что вы могли его практически выпить? Новый бытовой прибор обещает сделать это возможным, превращая наружный воздух в почти 13 литров свежей воды каждый день.

Первоначально задуманная как противоядие от нехватки чистой питьевой воды в мире, WaterMill имеет вид футуристического кондиционера и обладает способностью конденсировать, фильтровать и стерилизовать воду примерно за 3 цента на кварту.

45-фунтовое устройство стоит 1299 долларов, и оно не из дешевых, и оно не является ни первой, ни самой большой машиной, которая выходит на быстрорастущую область генераторов атмосферной воды. Но, ориентируясь на отдельные домохозяйства с помощью самоочищающейся, экологически чистой альтернативы бутилированной воде, Kelowna, находящаяся в Британской Колумбии, Element Four, надеется, что ее WaterMill станет новым обязательным устройством 2009 года.

«Идея делает эту штуку разумной», — сказал Джонатан Ричи, изобретатель оригинального прототипа WaterMill и президент Element Four.«Итак, что происходит, машина знает, где она находится. Если вы поместите его в тропический лес, он будет проверять эту среду каждые три минуты и адаптироваться ». То же самое для пустыни. Эта адаптация, сказал он во время предварительного просмотра в ноябре в магазине WIRED в Манхэттене, имеет решающее значение для энергоэффективности.

Охлаждение конденсационной камеры машины чуть ниже точки росы или температуры, при которой воздух насыщается водяным паром и начинает конденсироваться, является центральным в этом процессе.

«Если у меня есть тупая машина, она может понизить воздух на три градуса выше точки росы, и я не получу воды», — сказал Ричи.

«Если я беру воздух ниже точки росы, я использую то, что называется скрытой жарой. Это все равно что взять кубик льда и попытаться заморозить его еще немного. Ты просто тратишь свою энергию.

Фильтр с активированным углем устройства предлагает еще одну функцию, отсутствующую в большинстве приборов.

«На самом деле мы разработали систему, которая знает, когда расходуется фильтр, и скажет вам, потребителю:« Время менять фильтр, время менять фильтр », — сказал Ричи. «А потом, если вы этого не сделаете, мы получим это доказательство.Он закроется сам. Либо вы меняете фильтр, и он производит чистую воду, либо он вообще не делает воду ».

Микробы являются еще одной большой проблемой в водоохладителях, резервуарах для горячей воды, кондиционерах промышленного размера и в других местах, где пары воды могут быть загрязнены.

WaterMill была разработана для решения этой проблемы с помощью самостерилизующейся конденсационной камеры, которая имеет отражающую стенку, окружающую ее катушку конденсации. Во время ежедневного цикла стерилизации машины ультрафиолетовый свет рикошетирует от стены и эффективно стерилизует как переднюю, так и заднюю стороны катушки.

Касание скрытого водоема
В большинстве сред по всему миру много водяного пара, который можно превратить в жидкую воду. Фактически, если бы вы могли выжать всю воду из воздуха по всему миру и вылить ее в озеро, его объем составил бы около 3095 кубических миль или больше, чем объем озера Верхнее, согласно данным Геологической службы США.

Элемент Четыре

оценивает, что его машина может преобразовывать от 10 до 40 процентов пара в жидкую воду, в зависимости от относительной влажности.

При 91 градусной жаре и 69-процентной относительной влажности, машина достигает чуть менее 13 кварт в день. А поскольку водяной пар постоянно пополняется в результате круговорота воды на планете, его удаление из воздуха может продолжаться бесконечно, не нарушая местных экосистем.

Ричи сказал, что его компания выбрала 13-квартальную емкость, чтобы максимизировать эффективность. Маркетинговые данные предполагают, что типичная семья потребляет около половины этого количества питьевой воды в день.Но исходя из общественного мнения, что 6,5 квартала будет недостаточно, компания удвоила сумму.

Другие компании начали производство вертикальных блоков для внутреннего использования или увеличенных наружных блоков, поддерживаемых вентиляторами и компрессорами, способными производить сотни или даже тысячи галлонов воды в день. Например, компания Air Water Corporation, расположенная в Майами-Бич, штат Флорида, может производить более 1000 галлонов воды из 3,5-тонного мобильного устройства, напоминающего небольшой прицеп.

Майкл Цвебнер, президент и генеральный директор компании, сказал, что после цунами 2004 года в Таиланде и Шри-Ланке было развернуто 13 машин Air Water.Закамуфлированная версия специально предназначена для военных, и подразделения уже используются морскими пехотинцами США, пограничной полицией Индии и военными Южной Африки, а также другими клиентами по всему миру.

Еще более крупная версия в разработке может теоретически производить до полумиллиона литров воды в день (132 000 галлонов). Позднее в этом месяце компания планирует открыть объект «воздух-вода», который обеспечит подачу воды в отдаленную индийскую деревню.

«Идея состоит в том, что 600 людям в этой деревне не нужно будет посылать своих детей по много миль в день, чтобы собирать воду в ведрах на головах», — сказал Звебнер.

Аналогично, Ричи также имел в виду приложения третьего мира, когда почти десять лет назад начал возиться с прототипом WaterMill в своем подвале.

Модель, работающая на 110 В переменного тока и потребляющая около 300 Ватт электроэнергии или эквивалент 3100 Вт лампочек накаливания, компания планирует перейти на более портативное устройство, которое может работать от 12 В постоянного тока. Эта модификация позволит устройству работать от автомобильных аккумуляторов, фотоэлектрических панелей, ветряных мельниц или других источников альтернативной энергии.

Больше воды, меньше энергии
Грег Кейл, представитель Американской ассоциации водопроводов (AWWA), некоммерческого общества, занимающегося повышением качества и снабжения питьевой водой, сказал, что он недостаточно знаком с технологией генераторов атмосферной воды, чтобы оценить конкретные требования.

Но он согласился с тем, что надвигающаяся нехватка воды потребует технологических инноваций, а также более эффективных устройств в доме, лучшего управления на уровне коммунальных служб и более разумного долгосрочного планирования.

Несмотря на устойчивые улучшения в технологии, которая может обеспечить подачу свежей питьевой воды по цене около копейки за галлон в крупнейших установках Air Water, согласно Цвебнеру, эта скорость все еще примерно в 3,5 раза дороже, чем производство водопроводной воды, согласно опросу AWWA 2006 года 230 коммунальных предприятий по всей территории США

Что касается энергоэффективной стратегии WaterMill, Ричи сказал, что устройство может замедлить поток воздуха через конденсатор, если его необходимо охладить до более низкой температуры, чтобы достичь точки росы, то есть он будет задерживаться в более сухой среде.

Однако даже у WaterMill есть свои пределы. По его словам, получение воды, когда относительная влажность составляет менее 30 процентов или 35 процентов, «действительно толкает ее».

В отличие от большинства вертикальных агрегатов, которые всасывают воздух из дома или здания, Ричи сказал, что WaterMill монтируется на наружной стене и использует наружный воздух, который обычно чище и более влажный, чем воздух в помещении.

Исследования, проведенные Агентством по охране окружающей среды

, показывают, что воздух в домах и офисах может быть гораздо более загрязненным, чем воздух на улице, причем источники — от табачного дыма и мокрых ковровых покрытий до чистящих средств и домашних животных.

Ричи надеется, что коммерческий успех его компании сгладит путь к появлению в следующем году гуманитарного приложения под названием WaterWall, по сути, урезанной версии WaterMill.

Внутри «стены» взаимосвязанные блоки конденсатора воды могут включаться или отключаться индивидуально по мере необходимости, чтобы преодолеть проблему прерывистой подачи энергии в развивающихся странах, обеспечивая при этом постоянный поток воды.

«У нас как компании есть мандат делать больше, чем просто зарабатывать деньги», — сказал он.«Мы хотим сделать что-то хорошее и в мире».

© 2013 msnbc.com Оттиски

,