Lezioni di meteorologia Lumidit Unit didattica n 5

Lezioni di meteorologia L’umidità Unità didattica n. 5

Indice degli argomenti • Il vapore acqueo nell’atmosfera • Evaporazione e tensione di vapore • Le grandezze igrometriche • Variazione dell’umidità • Misura dell’umidità • Effetti dell’umidità

Il vapore acqueo nell’atmosfera Il vapore acqueo è presente nell’aria in percentuale variabile. Il valore massimo è del 4%. Esso è distribuito quasi totalmente nella Troposfera. Proviene dalla evaporazione delle acque.

Il vapore acqueo nell’atmosfera Tale elemento è il più importante costituente dell’atmosfera, principalmente perché l’acqua, alle temperature terrestri, passa facilmente dallo stato liquido a quello di vapore con notevole assorbimento o liberazione di calore. I passaggi di stato da sinistra a destra avvengono con assorbimento di calore; da destra a sinistra con liberazione di energia Sublimazione + 680 Stato solido (Ghiaccio) Fusione +80 Stato liquido (Acqua) Solidificazione -80 Evaporazione +600 Condensazione - 600 Sublimazione - 680 Stato gassoso (Vapore)

Il vapore acqueo nell’atmosfera Poiché nei passaggi di stato la temperatura non varia, il calore assorbito o ceduto è detto CALORE LATENTE, mentre se lo stato di aggregazione non cambia, la temperatura varia ed il calore è detto SENSIBILE. Il passaggio dall’acqua a vapore avviene con assorbimento di una enorme quantità di calore, circa 600 Kcal/Kg di acqua. Tale calore latente di evaporazione viene successivamente ceduto nella fase di condensazione. Sublimazione + 680 Stato solido (Ghiaccio) Fusione +80 Stato liquido (Acqua) Solidificazione -80 Evaporazione +600 Condensazione - 600 Stato gassoso (Vapore) Sublimazione - 680 Il vapore acqueo interviene in tutti i processi che portano alla formazione delle idrometeore e che danno luogo al ciclo idrologico

ITN - Luigi Rizzo - Riposto

Evaporazione e tensione di vapore Dall’esperienza sappiamo che la quantità di vapore acqueo che può essere contenuto in una massa d’aria dipende dalla temperatura. Più alta è la temperatura maggiore risulta tale quantità. L’evaporazione inizia quando in un liquido le molecole raggiungono una energia tale da vincere le forze di attrazione e riescono a lasciare la superficie liquida formando vapore nello spazio sovrastante. Alcune molecole ricadono lungo la superficie e il processo continua fino a quando non si raggiunge un equilibrio dinamico con le molecole che lasciano il liquido. In tal caso si dice che il vapore è saturo Evaporazione Saturazione

Evaporazione e tensione di vapore Il grafico a lato rappresenta la curva empirica che dà la variazione di e (Tensione) al variare di T (Temperatura) Tensione di vapore Si vede dalla figura che, approssimativamente, per ogni 10 gradi di aumento della temperatura la tensione si raddoppia

Evaporazione e tensione di vapore Se immaginiamo che tutto il vapore che si va formando non venga rimosso dalla superficie liquida , sarà facile dedurre che ad un certo punto il vapore raggiungerà una pressione tale per cui nessuna altra molecola potrà aggiungersi a quelle già esistenti, senza che un’altra le faccia spazio. La tensione di Vapore saturo dipende dalla temperatura. Una volta raggiunta la saturazione solo un aumento della temperatura può permettere una nuova aggiunta di vapore. Infatti, con l’aumento della temperatura la densità del gas diminuisce ed aumenta la disponibilità dello spazio creandosi il posto per altre molecole. Si ha, in parole povere uno spostamento dell’equilibrio a favore dell’evaporazione in quanto altre molecole andrebbero ad aggiungersi a quelle preesistenti fino a raggiungere un nuovo stato di saturazione. Tensione di vapore La pressione esercitata dal vapore nell’ambiente si chiama “pressione di saturazione del vapore” o “Tensione del vapore saturo” Evaporazione Saturazione

Le grandezze igrometriche La quantità di vapore acqueo presente nell’aria si può esprimere in diversi modi utilizzando le seguenti grandezze igrometriche : Umidità assoluta Umidità relativa Umidità specifica

Le grandezze igrometriche L’Umidità assoluta rappresenta la massa di vapore per metro cubo di aria umida. In termini di tensione di vapore si può definire come la tensione che il vapore esercita in un metro cubo di aria. Essa si esprime in g/m 3. Tale grandezza è usata per descrivere le caratteristiche dell’umidità di una grande massa d’aria. L’Umidità assoluta è un parametro geografico che può essere applicato dalle regioni polari alle equatoriali. E’ una misura della quantità d’acqua che può essere sottratta all’atmosfera sotto forma di precipitazioni. L’Umidità assoluta di una massa d’aria cresce rapidamente con il crescere della temperatura

Le grandezze igrometriche Le figure a lato mostrano come varia L’Umidità assoluta con la latitudine e in che relazione sta con la temperatura media dell’aria di superficie. I due tracciati sono simili perché la capacità dell’aria di contenere vapore d’acqua è determinata dalla temperatura La curva dell’umidità assoluta mostra chiaramente che i valori più alti sono per la zona equatoriale, mentre verso i poli i valori diminuiscono rapidamente. Questa curva rappresenta abbastanza fedelmente l’andamento dell’insolazione

Le grandezze igrometriche L’Umidità Specifica rappresenta la massa di vapore presente in un Kg di aria umida. In termini di pressioni si può scrivere : q= 0, 622 e p Dove “e” è la tensione di vapore e “p” la pressione atmosferica. Essa si esprime in g/Kg Se l’aria che possiede l’umidità specifica “q”, spostandosi da una regione all’altra della terra subisce espansioni o compressioni, riscaldamenti o raffreddamenti, senza che si verificano in essa evaporazione o condensazione, essa conserverà sempre la stessa umidità specifica “q”. Non è variata, infatti, né la massa dell’aria né quella del vapore.

L’Umidità relativa è data dal rapporto tra la quantità di vapore presente nell’aria e la quantità massima che l’ambiente può contenere alla medesima temperatura. Si può esprimere anche come il rapporto fra la tensione che il vapore esercita realmente e la tensione di saturazione che potrebbe raggiungere a quella temperatura “T” Per es. una umidità relativa del 10% sta ad indicare che il vapore esercita nell’aria una tensione che è solo la decima parte di quella che potrebbe raggiungere a quella temperatura per saturarsi. Esso è, dunque, ben lontano dalle condizioni di saturazione. All’aumentare della temperatura diminuisce l’umidità. Viceversa essa aumenta al diminuire della temperatura. Le grandezze igrometriche U= e E

Variazione dell’umidità L’Umidità assoluta varia negli strati bassi dell’atmosfera. I valori normali di tale parametro evidenziano un andamento legato alle variazioni periodiche della temperatura. Essa è massima in estate e minima in inverno ed ha un valore variabile da : 19. 5 g/m 3 equatore 10. 0 g/m 3 latitudini medie 03. 0 g/m 3 regioni artiche 03. 0 g/m 3 10. 0 g/m 3 19. 5 g/m 3

Variazione dell’umidità Le variazioni dell’umidità relativa sono generalmente inverse da quelle della temperatura. L’escursione diurna registra, infatti, un minimo in corrispondenza della massima temperatura ed un massimo all’alba.

Misura dell’umidità Igrometro L'igrometro è uno strumento che misura l'umidità relativa dell'aria, ovvero il rapporto tra l'umidità assoluta, definita come la quantità di vapore acqueo presente nell'atmosfera in un dato istante, e l'umidità di saturazione, cioè la quantità massima di vapore acqueo che può essere presente ad una data temperatura e pressione. Entrambe si esprimono in termini di peso del vapore acqueo per unità di peso di aria secca e sono quindi adimensionali. Mentre l'umidità relativa, anch'essa adimensionale, si esprime in percentuale come rapporto tra le due umidità assolute. Uno strumento analogo, l'igrografo, misura la variazione dell'umidità in un dato intervallo di tempo. Si compone essenzialmente di un igrometro associato ad un registratore, sia esso meccanico (tipicamente a carta) o elettronico.

Misura dell’umidità Igrometro TIPOLOGIE DI IGROMETRO e COME FUNZIONANO - Il più famoso e più utilizzato è l'igrometro a capello, che utilizza la particolare caratteristica che hanno i capelli umani di allungarsi di circa il 2, 5% fra 0 e 100% di umidità relativa. Poi abbiamo l'igrometro a condensazione, nel quale si fa uso dell'evaporazione dell'etere inserito in una scatola con pareti a specchio. Igrometro a bulbo umido, sfrutta l'abbassamento di temperature causato dall'evaporazione dell'acqua naturale. Infine abbiamo l'igrometro elettronico che utilizza dei sensori allo stato solido che variano i loro parametri proporzionalmente ai valori di umidità relativa.

Misura dell’umidità Igrografo La caratteristica dell’igrografo è Quella di registrare su una carta diagrammata la variazione della Umidità nell’arco delle 24 ore.

Misura dell’umidità Psicrometro Esso consiste in due termometri a mercurio, uno a bulbo secco che misura la temperatura dell'aria e l'altro a bulbo umido ovvero con il bulbo a contatto con una garza bagnata e quindi misura una temperatura inferire a causa dl calore assorbito dall'evaporazione dell'acqua sottrae calore abbassandone la temperatura in misura inversamente proporzionale all'umidità dell'aria. La lettura dei due termometri permette di conoscere con tabelle o diagrammi l'umidità relativa e assoluta dell'aria.

Misura dell’umidità Tabella psicrometrica Leggendo in un determinato istante i valori della temperatura del termometro asciutto e quella del termometro bagnato dalla tabella psicrometrica si può determinare il valore dell’umidità relativa presente nell’ambiente. In alcuni psicrometri la tabella è annessa allo strumento.

L’Umidità esercita un’influenza determinante su alcune sensazioni fisiologiche e sulla conservazione di merci organiche e deperibili. Effetti dell’umidità Il corpo umano avverte sensazioni di insofferenza in presenza di un eccesso di umidità e di caldo. L’Umidità è anche causa di danni alle merci perché può generare muffa, il germoglio del grano, corrosione di metalli, alterazione di prodotto chimici. La condensazione dell’umidità si può avere direttamente sul carico o attraverso il fenomeno della parete fredda. I carichi igroscopici, quelli deperibili e quelli che generano gas sono particolarmente sensibili all’umidità. Zone di confort termo-igrometrico

L’Umidità esercita un’influenza determinante su alcune sensazioni termiche del corpo umano. Il nostro corpo, infatti, per mantenere costante la sua temperatura deve disperdere nell’ambiente le calorie prodotte in eccedenza. La dispersione del calore avviene attraverso la pelle per convezione, per irraggiamento e mediante l’evaporazione del sudore. Effetti dell’umidità T° | U% 20 60 100 35 27 31 35 30 23 27 30 25 20 23 25 20 17 18 20 15 13 14 15 T° | U% 20 60 100 35 25 28 33 30 21 24 27 25 17 19 20 20 13 13. 5 14 15 07 7. 3 7. 5 Valori in °C delle temperature di effetto con calma di vento La perdita di calore con il sudore è condizionata dall’umidità dell’aria. In assenza di vento, quanto maggior è l’umidità relativa dell’aria che avvolge il corpo umano, tanto minore sarà l’evaporazione del sudore. Quando l’umidità relativa raggiunge il 100% non può esservi evaporazione Valori in °C delle temperature di effetto con venti di 3 m/sec