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▼湿った空気は「どの位」軽いか

軽い水蒸気の分量の多い湿った空気が乾燥した空気より軽いことは 言うまでもありません。では、どの位軽いのでしょう?

窒素(N2)の分子量が28、酸素(O2)の分子量が32で、 その混合気体である空気が(たしか)29くらい であるのに比べ、水(H2O)の分子量は18で圧倒的に軽い。 (ちなみに、二酸化炭素は44)
しかし、摂氏100度、湿度100%相当にならない限り空気全体が水蒸気 になる訳ではないので、29対18という値で、湿った 空気が軽いわけではありません。

なお、湿度何%というのは空気に占める水蒸気の割合では なく、その温度で空気が含みうる水蒸気の量との割合です。

実際の所どの位軽くなるのでしょう?
天気予報ではよく「暖かく湿った空気が上昇し。。。」 などと聞きますが、「湿った」だけでも軽いはずで 「暖かい」との効きの割合はどの位でしょう?
例えば摂氏25度の時、100%の湿度は、気温何度 分空気を軽くするのでしょう?

という事で、「湿った空気の重さ比較の簡易計算機」を作り ました。
計算機パネル上の  摂氏[____]度   湿度[____]%  中に数値を入れると計算値が出ます。 エンターなどの操作は不要です。湿度は0~100 の間が有効。温度には制限はありませんが、 通常の気温の範囲を超えると得られる値 が不正確になります。

摂氏25度湿度100%の空気というのは摂氏28.5度の乾燥空気 と同じ重さなんですねえ。3.5度の差というのはかなり大きいです よね。

計算法は次の通り

  • 飽和水蒸気圧(hPa)=6.11×10^(7.5×t÷(t+237.3))
    Tetens(1930)の式(tは摂氏)
  • 水蒸気分圧(hPa)=飽和水蒸気圧×(湿度÷100)
  • 気体中の水蒸気構成比=(水蒸気分圧/1013)
  • 乾燥空気との重量比=(29×(1-水蒸気構成比)+18×水蒸気構成比)÷29
  • 同じ重量乾燥空気温度=(t+273.15)÷重量比-273.15
あくまで凡その値です。飽和水蒸気圧の計算は簡易計算 ですし、空気の分子量も高い精度ではありません。 例えば本来100度だと飽和水蒸気圧は1013のはずなのですが 若干誤差を持っています。なお、低い温度 はより正確になっています。

### 分離しないか?

さしあたって空気と混ざり合った塊を考えた訳ですが、分子量の 違いを考えると、徐々に分離し、水蒸気だけが上に登るということ は考えられないでしょうか?
例えば、湿度50%の均一な空気で占められた部屋も、しばらく すると、上部は60%くらいになり、下部は40%くらいになる という蒸気圧勾配ができるのではないでしょうか?
(あやしい)

### 湿度100%で安定できるか?

蒸気圧勾配ができるとして、部屋全体に湿度100%の空気が あった場合、果たしてそのまま安定するでしょうか?
蒸気圧勾配が作られる力が働くのではないでしょうか?
そうすると、上部では100%を超えることとなり、水蒸気 は凝結します。雲ができるのです。(核となる ゴミなどがないと過飽和状態になる可能性もある)
湿度100%で安定することはできないのです。
(さらにあやしくなってきた)

### 潜熱で熱勾配ができて安定?

水蒸気が凝縮するときは潜熱を出します。この熱により再び 蒸気となる?
最終的には熱勾配ができて安定する。
(そうとうあやしい)

### そもそも潜熱ってなんだ?

おおまかな話として潜熱があるというのは納得できます。でも ミクロにみると一体どういう仕組みなんでしょう?

### いずれ 

。。。。いずれ、別記事で

### Flashプログラム

計算機はFlash/ActionScript3で作成しました。単純に計算式 を実行し、ステージに配置したTextInputに表示しているだけのものです。 (入力域も計算結果の出力域もTextInputです)

###
2015.3.6 Flash非対応処理の変更

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