- Trang Chủ
- Địa Lý
- Thời tiết và khí hậu - Phần 2 Nước trong khí quyển - Chương 5
Xem mẫu
- PhÇn 2 - N íc trong khÝ quyÓn
Ch ¬ng 5
§é Èm khÝ quyÓn
BÊt chÊp b·o tuyÕt chiÒu ng y 9 th¸ng 1 n¨m 1997, l u l îng tíi v ®i cña S©n
bay Detroit Metropolitan tiÕp tôc nh th êng lÖ, gièng nh vÉn th êng diÔn ra ë
kh¾p miÒn Midwest. Tr íc 4 giê chiÒu mét chót, chuyÕn bay Comair 3272 ®ang
chuÈn bÞ h¹ c¸nh. ChuyÕn bay n y xuÊt ph¸t mét giê tr íc ®ã tõ S©n bay quèc tÕ
Cincinnati, B¾c Kentucky, ®ang diÔn ra b×nh th êng th× bçng d ng ng êi l¸i bÞ mÊt
kiÓm so¸t m¸y bay. Theo chøng kiÕn cña mét sè ng êi nh Ted Rath, anh quan s¸t
® îc c¶nh t îng khñng khiÕp chiÕc may bay hai ®éng c¬ xoay ba lÇn råi lao xuèng
c¸nh ®ång c¸ch ® êng bay sè 3 m êi t¸m dÆm. Kh«ng mét ng êi n o sèng sãt trong
sè 29 h nh kh¸ch v ®éi l¸i.
C¸c chuyªn gia an to n h ng kh«ng lËp tøc nghi ngê sù kÕt b¨ng l nguyªn
nh©n cña tai n¹n. B»ng chøng tiÕp theo, nh m¸y bay ®· gÆp hai lÇn trôc trÆc
tr íc ®ã víi hÖ thèng chèng kÕt b¨ng, ®· cñng cè thªm sù dù ®o¸n. ñy ban An to n
VËn t¶i Quèc gia nhÊt trÝ kÕt luËn r»ng mét m ng b¨ng bao c¸nh m¸y bay v tèc ®é
tiÕp ®Êt thÊp ®· l m cho m¸y bay mÊt ®é n©ng khÝ ®éng lùc cÇn thiÕt.
MÆc dï nh÷ng vô vì m¸y bay kh¸c ®· tõng g©y nªn do kÕt b¨ng m¸y bay, song
nh÷ng tai n¹n n y rÊt hiÕm khi x¶y ra. Tuy nhiªn, thùc tÕ vÉn l ®iÒu kiÖn thêi tiÕt
cã thÓ t¹o ra nh÷ng vÊn ®Ò quan träng ®èi víi ng nh h ng kh«ng. Thêi tiÕt nguy
hiÓm rÊt hay t¹o ra rèi cùc ®oan hoÆc biÕn ®æi nhanh ®iÒu kiÖn giã. §«i khi thËm
chÝ nh÷ng ®iÒu kiÖn t ¬ng ®èi «n hßa cã thÓ g©y nªn nh÷ng nguy hiÓm ®¸ng kÓ nh
tr êng hîp ë Detroit. ThËm chÝ mét d¶i hoÆc líp m©y mï nhÑ cã thÓ l m gi¶m tÇm
nh×n v ®e däa sù an to n giao th«ng ® êng bé v trªn kh«ng. MÆc dï m©y v
s ¬ng mï rÊt phæ biÕn trong ®êi sèng th êng ng y, nh ng nhiÒu ng êi trong chóng
ta hiÓu biÕt rÊt kÐm vÒ chóng h×nh th nh nh thÕ n o.
N íc l chÊt duy nhÊt kh«ng chØ bëi v× nã xuÊt hiÖn tù nhiªn gÇn bÒ mÆt Tr¸i
§Êt ë c¸c pha r¾n, láng v khÝ, m cßn bëi v× nã cã thÓ chuyÓn ®æi gi÷a c¸c pha ®ã
trong mét kho¶ng thêi gian kh¸ ng¾n. ThËt vËy, vÒ trung b×nh, mét ph©n tö h¬i
n íc trong khÝ quyÓn sÏ tån t¹i trong pha khÝ chØ trong Ýt ng y tr íc khi ng ng tô
th nh nh÷ng giät chÊt láng hoÆc tinh thÓ b¨ng ®Ó t¹o th nh m©y hoÆc s ¬ng mï.
M©y v s ¬ng mï còng cã kho¶ng thêi gian sèng h¹n chÕ v th êng bèc th nh h¬i
hoÆc r¬i xuèng th nh m a trong vßng v i giê h×nh th nh.
Ch ¬ng n y b¾t ®Çu phÇn 2, “N íc trong khÝ quyÓn”, b»ng viÖc m« t¶ nh÷ng c¬
së vÒ ®é Èm khÝ quyÓn. §ã l nh÷ng c¬ së cña c¸c qu¸ tr×nh m nhê ®ã n íc cã thÓ
http://www.ebook.edu.vn 163
- chuyÓn tõ pha n y sang pha kh¸c v giíi thiÖu nh÷ng phÐp ®o chung ®Ó chóng ta
thÓ hiÖn ®é Èm. Ch ¬ng n y còng sÏ m« t¶ nh÷ng c¬ së liªn quan tíi sù h×nh th nh
s ¬ng mï v m©y. Ch ¬ng 6 m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh ph¸t triÓn m©y v d¹ng m©y kÕt
qu¶. Ch ¬ng 7 b n luËn nh÷ng giät n íc m©y lín lªn nh thÕ n o ®Ó r¬i xuèng
th nh gi¸ng thñy. Nh÷ng chñ ®Ò th¶o luËn ë ®©y rÊt quan träng ®Ó hiÓu mét sè
hiÖn t îng thêi tiÕt chung nhÊt còng nh nh÷ng hiÖn t îng ®«i khi ¶nh h ëng tíi
con ng êi.
H¬i n íc v n íc láng
MÆc dï vËt chÊt ë pha khÝ cã ®é nÐn cao, song mËt ®é cña mét chÊt khÝ kh«ng
thÓ t¨ng ®Õn mét møc cao tïy ý. Khi chÊt khÝ ®¹t tíi mét ®iÓm giíi h¹n n o ®ã, nã
buéc ph¶i chuyÓn th nh tr¹ng th¸i láng hoÆc r¾n. §èi víi mét chÊt khÝ khÝ quyÓn -
h¬i n íc, giíi h¹n ®ã th êng ®¹t tíi t¹i c¸c nhiÖt ®é v ¸p suÊt th êng thÊy trªn
Tr¸i §Êt. (Nh÷ng chÊt khÝ kh¸c, nh nit¬ v «xy, chØ cã thÓ bÞ hãa láng t¹i nh÷ng
nhiÖt ®é rÊt thÊp). Kh«ng khÝ chøa nhiÒu n íc nhÊt cã thÓ ® îc gäi l kh«ng khÝ
b·o hßa v nÕu ® a thªm h¬i n íc sÏ dÉn ®Õn h×nh th nh c¸c giät n íc hoÆc tinh
thÓ b¨ng. Kh¸i niÖm vÒ b·o hßa l kh¸i niÖm c¬ së ®Ó hiÓu c¸c qu¸ tr×nh h×nh
th nh m©y v s ¬ng mï. Chóng ta b¾t ®Çu th¶o luËn víi mét thùc nghiÖm gi¶ ®Þnh
trong phßng thÝ nghiÖm, nã m« t¶ nh÷ng nguyªn lý chung vÒ bay h¬i v ng ng tô.
Sau ®ã, chóng ta ¸p dông nh÷ng nguyªn lý Êy cho c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra trong khÝ
quyÓn thùc.
Bay h¬i v ng ng tô
H×nh 5.1 biÓu diÔn mét thÝ nghiÖm gi¶ ®Þnh, trong ®ã mét hép bÞt kÝn chøa mét
phÇn n íc tinh khiÕt (H2O). MÆc dï ®iÒu n y cã thÓ t ëng nh hiÓn nhiªn t¹i thêi
®iÓm n y, nh ng chóng ta h·y ®Æt ®iÒu kiÖn r»ng n íc ë trong b×nh cã bÒ mÆt
ph¼ng ho n to n. Ngo i ra, gi¶ sö t¹i lóc b¾t ®Çu thÝ nghiÖm bÒ mÆt n íc ® îc che
phñ bëi mét líp vá kÝn sao cho h¬i n íc kh«ng tån t¹i ë trong thÓ tÝch b×nh chøa
phÝa bªn trªn bÒ mÆt n íc. ThÓ tÝch bªn trªn bÒ mÆt n íc chøa kh«ng khÝ hay
kh«ng ho n to n kh«ng liªn quan g× tíi thÝ nghiÖm n y. ThÓ tÝch ®ã cã thÓ chøa
kh«ng khÝ b×nh th êng, hy®r« nguyªn chÊt, mªtan hay chÊt th¬m tõ n íc hoa Ph¸p
- nã thËm chÝ l ch©n kh«ng ho n to n. TÊt c¶ vÊn ®Ò liªn quan tíi qu¸ tr×nh bay
h¬i/ng ng tô l h¬i n íc kh«ng cã mÆt lóc ®Çu.
H×nh 5.1b cho thÊy ®iÒu g× x¶y ra khi chóng ta nhÊc bá líp phñ trªn bÒ mÆt
n íc láng. Kh«ng cã líp phñ, mét sè ph©n tö t¹i bÒ mÆt cã thÓ tho¸t v o thÓ tÝch
bªn trªn th nh h¬i n íc. Qu¸ tr×nh m c¸c ph©n tö tho¸t tù do khái thÓ tÝch chÊt
láng ® îc gäi l bay h¬i. Qu¸ tr×nh ng îc l¹i l ng ng tô, trong qu¸ tr×nh n y c¸c
ph©n tö h¬i n íc ngÉu nhiªn va ch¹m víi bÒ mÆt n íc v g¾n kÕt víi c¸c ph©n tö
bªn c¹nh. T¹i thêi ®iÓm ®Çu cña thÝ nghiÖm gi¶ ®Þnh kh«ng thÓ x¶y ra ng ng tô bëi
v× kh«ng cã h¬i n íc. Tuy nhiªn, khi bay h¬i b¾t ®Çu, h¬i n íc b¾t ®Çu tÝch tô bªn
trªn bÒ mÆt cña chÊt láng.
http://www.ebook.edu.vn
164
- H×nh 5.1. Mét b×nh t ëng t îng chøa n íc tinh khiÕt víi mét bÒ mÆt ph¼ng v thÓ tÝch n»m bªn trªn
lóc ®Çu kh«ng chøa h¬i n íc (a). Khi bay h¬i b¾t ®Çu (b), h¬i n íc tÝch lòy trong thÓ tÝch bªn trªn
bÒ mÆt n íc láng. Lóc ®Çu ng ng tô kh«ng thÓ x¶y ra bëi v× kh«ng cã h¬i n íc ë bªn trªn chÊt
láng. Nh ng khi bay h¬i cung cÊp n íc cho thÓ tÝch bªn trªn, ng ng tô cã thÓ xuÊt hiÖn. Bay h¬i
v ît tréi ng ng tù mét thêi gian v nhê ®ã l m t¨ng dung l îng h¬i n íc. DÇn dÇn h¬i n íc ë bªn
trªn chÊt láng ®ñ nhiÒu ®Ó cho ng ng tô b»ng bay h¬i (c). T¹i thêi ®iÓm n y, sù b·o hßa xuÊt hiÖn
T¹i thêi ®o¹n sím cña bay h¬i, dung l îng h¬i n íc thÊp ng¨n chÆn kh«ng cho
ng ng tô x¶y ra v tèc ®é bay h¬i v ît tréi tèc ®é ng ng tô. §iÒu ®ã l m t¨ng l îng
h¬i n íc. Tuy nhiªn, khi dung l îng h¬i n íc t¨ng lªn, tèc ®é ng ng tô còng t¨ng.
DÇn dÇn, l îng h¬i n íc bªn trªn bÒ mÆt ®ñ ®Ó cho tèc ®é ng ng tô v bay h¬i trë
nªn b»ng nhau nh h×nh 5.1c. B©y giê mét l îng h¬i n íc kh«ng ®æi tån t¹i ë trong
thÓ tÝch bªn trªn bÒ mÆt n íc do nhËn v mÊt bï trõ gi÷a bay h¬i v ng ng tô.
Tr¹ng th¸i c©n b»ng kÕt qu¶ ® îc gäi l b·o hßa.
Tr¹ng th¸i b·o hßa ® îc m« t¶ ë ®©y cã thÓ diÔn ra cho dï cã hay kh«ng cã
kh«ng khÝ (hay c¸c khÝ kh¸c) tån t¹i trong hép chøa. Nãi c¸ch kh¸c, h¬i n íc kh«ng
bÞ “gi÷” bëi kh«ng khÝ (mÆc dï nhiÒu khi ng êi ta vÉn th êng kh¼ng ®Þnh mÖnh ®Ò
sai lÇm n y). H¬i n íc l mét chÊt khÝ, gièng nh c¸c hîp phÇn kh¸c cña kh«ng
khÝ. Do ®ã, nã kh«ng cÇn ph¶i bÞ “gi÷” bëi kh«ng khÝ gièng nh «xy, nit¬, acg«n v
c¸c khÝ kh¸c cña khÝ quyÓn kh«ng cÇn bÞ gi÷ bëi h¬i n íc! Khi kh«ng khÝ b·o hßa
th× chØ ®¬n gi¶n l cã mét sù c©n b»ng gi÷a bay h¬i v ng ng tô; kh«ng khÝ kh«
kh«ng cã vai trß trong viÖc ®¹t tr¹ng th¸i n y. Còng cÇn biÕt r»ng sù trao ®æi h¬i
n íc v chÊt láng ® îc m« t¶ ë ®©y còng ¸p dông cho sù chuyÓn ®æi pha gi÷a h¬i
n íc v b¨ng. Sù chuyÓn ®æi pha trùc tiÕp tõ b¨ng th nh h¬i n íc, kh«ng qua pha
láng, ® îc gäi l th¨ng hoa. Qu¸ tr×nh ng îc l¹i (tõ h¬i n íc th nh b¨ng) gäi l
l¾ng ®äng. (C¸c nh khÝ t îng ®«i khi dïng tõ th¨ng hoa ¸p dông cho chuyÓn ®æi
pha h¬i th nh r¾n còng nh r¾n th nh h¬i. V× c¸c qu¸ tr×nh ng îc nhau kh«ng nªn
cã cïng mét tªn, nªn sö dông chuyªn tõ l¾ng ®äng cho sù chuyÓn ®æi h¬i th nh
b¨ng).
C¸c chØ sè vÒ dung l îng h¬i n íc
Chóng ta cÇn cã mét c¸ch n o ®ã biÓu diÔn dung l îng n íc cña kh«ng khÝ
gièng nh ®èi víi mét thuéc tÝnh kh¸c bÊt kú cña khÝ quyÓn. §é Èm l l îng h¬i
http://www.ebook.edu.vn 165
- n íc trong kh«ng khÝ. §é Èm cã thÓ ® îc biÓu diÔn b»ng mét sè c¸ch - th«ng qua
mËt ®é cña h¬i n íc, ¸p suÊt cña h¬i n íc, tØ lÖ phÇn tr¨m cña l îng h¬i n íc cã
thÓ thùc sù tån t¹i hoÆc mét sè ph ¬ng ph¸p kh¸c. Kh«ng cã mét sè ®o “®óng” duy
nhÊt, m ng îc l¹i, mçi sè ®o cã nh÷ng u ®iÓm v nh îc ®iÓm cña nã, tïy thuéc
v o môc ®Ých sö dông dù ®Þnh. Tuy nhiªn, tÊt c¶ c¸c sè ®o vÒ ®é Èm cã mét nÐt
chung - chóng ¸p dông tuyÖt ®èi cho h¬i n íc v kh«ng cho c¸c giät chÊt láng hay
c¸c tinh thÓ b¨ng ë trong hoÆc ®ang r¬i qua kh«ng khÝ. B©y giê chóng ta xem xÐt
c¸c sè ®o ®ã.
¸p suÊt h¬i
Trong c¸c ch ¬ng 1 v 4, chóng ta thÊy r»ng kh«ng khÝ t¸c ®éng ¸p suÊt lªn
tÊt c¶ c¸c bÒ mÆt. Tõng chÊt khÝ cÊu t¹o nªn khÝ quyÓn gãp phÇn v o ¸p suÊt kh«ng
khÝ tæng céng, c¸c chÊt khÝ th êng trùc nhiÒu nhÊt t¹o th nh phÇn lín ¸p suÊt. Bëi
v× h¬i n íc hiÕm khi chiÕm h¬n 4 % khèi l îng khÝ quyÓn tæng céng, nªn nã chØ t¸c
®éng mét tØ lÖ phÇn tr¨m nhá cña ¸p suÊt kh«ng khÝ tæng céng. PhÇn ¸p suÊt khÝ
quyÓn tæng céng do h¬i n íc t¸c ®éng ® îc gäi l ¸p suÊt h¬i. Gièng nh ¸p suÊt
khÝ quyÓn, ¸p suÊt h¬i th êng ® îc biÓu diÔn b»ng ®¬n vÞ miliba (mb) theo c¸c nh
khÝ t îng häc Mü v b»ng kil«pascal (kPa) theo c¸c ®ång nghiÖp Cana®a, mÆc dï
trong phÇn lín c¸c øng dông khoa häc pascal (Pa) l ®¬n vÞ ® îc a dïng nhÊt (100
Pa = 1 ba = 0,1 kPa).
H×nh 5.2. ChuyÓn ®éng cña nh÷ng ph©n tö t¸c
®éng mét ¸p suÊt lªn c¸c bÒ mÆt, gäi l ¸p suÊt
h¬i. ¸p suÊt h¬i t¨ng lªn theo nång ®é v nhiÖt ®é
¸p suÊt h¬i cña mét thÓ tÝch kh«ng khÝ phô thuéc c¶ v o nhiÖt ®é v mËt ®é
cña c¸c ph©n tö h¬i n íc (h×nh 5.2). NÕu nhiÖt ®é kh«ng khÝ cao, c¸c ph©n tö h¬i
n íc (cïng víi tÊt c¶ c¸c hîp phÇn khÝ kh¸c cña khÝ quyÓn) chuyÓn ®éng nhanh h¬n
v t¸c ®éng ¸p suÊt lín h¬n. Mét c¸ch t ¬ng tù, nång ®é cña c¸c ph©n tö h¬i n íc
lín h¬n cã nghÜa r»ng mét l îng khèi l îng lín h¬n cã mÆt ®Ó t¸c ®éng ¸p suÊt.
Trong thùc tÕ, ¶nh h ëng nhiÖt ®é l nhá so víi nh÷ng biÕn thiªn mËt ®é, th nh
thö ¸p suÊt h¬i tu©n theo nh÷ng biÕn thiªn mËt ®é, hay sè l îng c¸c ph©n tö n íc
mét c¸ch chÆt chÏ.
V× cã mét l îng h¬i n íc cùc ®¹i cã thÓ tån t¹i, nªn còng cã ¸p suÊt h¬i cùc ®¹i
t ¬ng øng, gäi l ¸p suÊt h¬i b·o hßa. ¸p suÊt h¬i b·o hßa kh«ng biÓu thÞ l îng
http://www.ebook.edu.vn
166
- Èm hiÖn t¹i trong kh«ng khÝ, ng îc l¹i, nã l biÓu thÞ cña c¸i cùc ®¹i cã thÓ tån t¹i.
¸p suÊt h¬i b·o hßa chØ phô thuéc v o mét biÕn - nhiÖt ®é. H×nh 5.3 biÓu diÔn mèi
liªn quan gi÷a ¸p suÊt h¬i b·o hßa v nhiÖt ®é, nhiÖt ®é c ng cao th× ¸p suÊt h¬i
b·o hßa c ng cao. VÝ dô, t¹i 40oC ¸p suÊt h¬i b·o hßa l 73,8 mb, cßn t¹i 0oC ¸p suÊt
h¬i b·o hßa chØ b»ng 6,1 mb, nhá h¬n mét phÇn m êi.
Sù t¨ng ¸p suÊt h¬i b·o hßa theo nhiÖt ®é kh«ng tuyÕn tÝnh. T¹i nh÷ng nhiÖt
®é thÊp, ¸p suÊt h¬i b·o hßa chØ t¨ng rÊt Ýt, nh ng t¹i nh÷ng nhiÖt ®é cao, ¸p suÊt
h¬i b·o hßa t¨ng rÊt nhanh. VÝ dô, t¹i 2oC t¨ng nhiÖt ®é tõ 0oC lªn 2oC l m t¨ng ¸p
suÊt h¬i b·o hßa tõ 6,1 mb lªn 7,1 mb, chØ kh¸c nhau 1 mb. Còng víi l îng t¨ng
nhiÖt ®é nh trªn, nh ng tõ mét ®iÓm xuÊt ph¸t cao h¬n, tõ 40oC lªn 42 oC, ¸p suÊt
h¬i b·o hßa t¨ng lªn 7,7 mb, tõ 73,8 lªn th nh 81,5 mb.
§é Èm tuyÖt ®èi
Mét sè ®o kh¸c vÒ dung l îng h¬i n íc l ®é Èm tuyÖt ®èi, ®¬n gi¶n l mËt ®é
cña h¬i n íc ® îc biÓu diÔn b»ng sè gam h¬i n íc chøa trong mét mÐt khèi kh«ng
khÝ. V× ®é Èm tuyÖt ®èi biÓu diÔn l îng n íc chøa trong mét thÓ tÝch kh«ng khÝ,
nªn gi¸ trÞ cña nã thay ®æi mçi khi kh«ng khÝ gi·n hoÆc nÐn. Do ®ã, vÝ dô, nÕu mét
phÇn tö kh«ng khÝ gi·n ra (khi nã nãng h¬n hoÆc n©ng lªn cao), ®é Èm tuyÖt ®èi cña
nã sÏ gi¶m, mÆc dï h¬i n íc kh«ng bÞ mÊt khái phÇn tö. V× ®é Èm tuyÖt ®èi cã
nh îc ®iÓm n y, nªn nã kh«ng cã tÝnh u viÖt lín so víi nh÷ng chØ sè kh¸c v Ýt
® îc sö dông.
§é Èm riªng
MÆc dï kh«ng ® îc sö dông nhiÒu bªn ngo i nh÷ng øng dông khoa häc, ®é Èm
riªng l mét chØ sè h÷u Ých ®Ó biÓu diÔn ®é Èm khÝ quyÓn. §é Èm riªng thÓ hiÖn
khèi l îng h¬i n íc tån t¹i trong mét khèi l îng kh«ng khÝ ®ang xÐt. VÝ dô, xÐt mét
thÓ tÝch chøa ®óng 1 kg kh«ng khÝ (t¹i mùc n íc biÓn thÓ tÝch ®ã b»ng kho¶ng 0,8
mÐt khèi). Trong 1 kg ®ã mét sè gam l h¬i n íc. TØ lÖ khèi l îng kh«ng khÝ thuéc
vÒ phÇn h¬i n íc l ®é Èm riªng. Th«ng th êng nhÊt, ®é Èm riªng ® îc biÓu diÔn
b»ng sè gam h¬i n íc trong mét kil«gam kh«ng khÝ.
ThËt ra, chóng ta ®· mét c¸ch kh«ng t êng minh ®Ò cËp ®Õn ®é Èm riªng trung
b×nh cña khÝ quyÓn ë trong ch ¬ng 1 khi nãi r»ng h¬i n íc th«ng th êng chØ chiÕm
kho¶ng 1 hoÆc 2 phÇn tr¨m khèi l îng khÝ quyÓn. V× h¬i n íc ë bªn ngo i vïng
nhiÖt ®íi th êng l Ýt h¬n 2 phÇn tr¨m khèi l îng kh«ng khÝ, c¸c ®é Èm riªng
th êng nhá h¬n 20 gam h¬i n íc trong mét kil«gam kh«ng khÝ. §é Èm riªng q ® îc
biÓu diÔn to¸n häc nh sau:
mv mv
q= = ,
mv + m d
m
ë ®©y mv − khèi l îng h¬i n íc, m − khèi l îng cña khÝ quyÓn v m d − khèi l îng
cña kh«ng khÝ kh« (tÊt c¶ c¸c chÊt khÝ khÝ quyÓn kh¸c víi h¬i n íc). Kh¸c víi ¸p
suÊt h¬i, ®é Èm riªng chÞu ¶nh h ëng Ýt bëi ¸p suÊt khÝ quyÓn, v× nã phô thuéc mét
phÇn v o khèi l îng tæng céng cña khÝ quyÓn m .
http://www.ebook.edu.vn 167
- Kh¸c víi ®é Èm tuyÖt ®èi, ®é Èm riªng cã u ®iÓm kh«ng thay ®æi khi kh«ng
khÝ gi·n në hoÆc co l¹i. VÝ dô, khi mét kil«gam kh«ng khÝ në ra, khèi l îng cña nã
kh«ng thay ®æi (nã vÉn l 1 kg), v tØ phÇn thuéc vÒ h¬i n íc kh«ng thay ®æi. KÕt
qu¶ l , ®é Èm riªng kh«ng bÞ ¶nh h ëng. Mét ®Æc ®iÓm thuËn tiÖn kh¸c cña ®é Èm
riªng l nã kh«ng phô thuéc v o nhiÖt ®é. NÕu mét kil«gam kh«ng khÝ chøa 1 g h¬i
n íc, nã vÉn chøa 1 g sau khi bÞ nung nãng. V× lý do ®ã, ®é Èm riªng l mét chØ thÞ
tèt ®Ó so s¸nh h¬i n íc trong kh«ng khÝ t¹i nh÷ng ®Þa ph ¬ng kh¸c nhau m mçi
n¬i nhiÖt ®é kh«ng khÝ cã thÓ kh¸c nhau.
VÝ dô, nÕu Toronto, Ontario cã ®é Èm riªng 10 gam h¬i n íc trong 1 kg kh«ng
khÝ v o mét ng y n o ®ã, cßn Albuquerque, New Mexico cã 5 g/kg, chóng ta cã thÓ
kh¼ng ®Þnh r»ng Toronto cã h¬i n íc trong kh«ng khÝ nhiÒu b»ng hai lÇn
Albuquerque, nhiÖt ®é hai n¬i ®ã l bao nhiªu kh«ng th nh vÊn ®Ò. §iÒu n y cã thÓ
l tá ra kh«ng cã g× ®Æc biÖt, nh ng sù t ¬ng øng trùc tiÕp gi÷a ®é Èm riªng v
dung l îng h¬i n íc kh«ng cßn ®óng ®èi víi chØ sè ®é Èm th êng ® îc dïng - ®é Èm
t ¬ng ®èi. V× vËy, ®é Èm riªng l mét sè ®o h÷u Ých vÒ h¬i n íc; nã chØ cã nh îc
®iÓm duy nhÊt l c«ng chóng Ýt quen thuéc víi chuyªn tõ n y.
H×nh 5.3. ¸p suÊt h¬i b·o hßa v ®é Èm riªng b·o hßa nh mét h m cña
nhiÖt ®é. § êng cong dèc h¬n t¹i c¸c nhiÖt ®é cao cã nghÜa r»ng ¸p
suÊt h¬i b·o hßa nh¹y c¶m h¬n víi biÕn thiªn nhiÖt ®é khi kh«ng khÝ Êm
V× cã mét l îng cùc ®¹i h¬i n íc cã thÓ tån t¹i t¹i mét nhiÖt ®é cô thÓ, nªn
còng cã mét ®é Èm riªng cùc ®¹i. Cùc ®¹i ®ã ® îc gäi l ®é Èm riªng b·o hßa.
TÝnh chÊt n y trùc tiÕp t ¬ng tù víi ¸p suÊt h¬i b·o hßa v t¨ng theo kiÓu kh«ng
tuyÕn tÝnh nh trªn h×nh 5.3.
http://www.ebook.edu.vn
168
- TØ sè x¸o trén
TØ sè x¸o trén rÊt gièng víi ®é Èm riªng. Trong tr êng hîp ®é Èm riªng, chóng
ta biÓu diÔn khèi l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ nh mét tØ phÇn cña tÊt c¶ kh«ng
khÝ. Ng îc l¹i, tØ sè x¸o trén r l mét sè ®o khèi l îng h¬i n íc t ¬ng ®èi so víi
khèi l îng cña c¸c chÊt khÝ kh¸c cña khÝ quyÓn, hay
r = mv / m d .
(L u ý r»ng mÉu sè chØ khèi l îng cña kh«ng khÝ kh«, tr¸i ng îc víi tÊt c¶ kh«ng
khÝ). VÒ ph ¬ng diÖn sè, tØ sè x¸o trén v ®é Èm riªng sÏ lu«n cã gi¸ trÞ gÇn b»ng
nhau. §ã l v× l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ lu«n lu«n nhá, cho nªn dï nã cã ® îc
tÝnh ®Õn hay kh«ng trong mÉu sè còng kh«ng l m thay ®æi tØ sè.
Mét vÝ dô ®¬n gi¶n cã thÓ l m râ sù t ¬ng tù gi÷a ®é Èm riªng v tØ sè x¸o trén.
NÕu ®é Èm riªng l 10 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ, tØ sè x¸o trén l 10 g h¬i
n íc trªn 990 g kh«ng khÝ kh«. H·y l u ý r»ng 10 chia cho 990 b»ng 10,0011. Nãi
kh¸c ®i, nÕu ®é Èm riªng l 10,0 g/kg, th× tØ sè x¸o trén chØ cao h¬n 1,1 %, hay
10,011 g/kg.
Sö dông tØ sè x¸o trén nh mét chØ sè vÒ dung l îng ®é Èm cã cïng nh÷ng u
®iÓm nh ®é Èm riªng. Ngo i ra, ho n to n gièng nh ®é Èm riªng cùc ®¹i cã thÓ
tån t¹i ® îc gäi l ®é Èm riªng b·o hßa, th× tØ sè x¸o trén cùc ®¹i cã thÓ ® îc gäi l
tØ sè x¸o trén b·o hßa.
§é Èm t ¬ng ®èi
Sè ®o quen thuéc nhÊt vÒ dung l îng h¬i n íc l ®é Èm t ¬ng ®èi, RH, nã
liªn hÖ l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ víi l îng cùc ®¹i cã thÓ t¹i nhiÖt ®é hiÖn
thêi. Mét c¸ch t ¬ng ® ¬ng, ®é Èm t ¬ng ®èi b»ng
RH = (®é Èm riªng / ®é Èm riªng b·o hßa) × 100 %
Nãi c¸ch kh¸c, ®é Èm t ¬ng ®èi l l îng h¬i n íc biÓu diÔn t ¬ng ®èi víi gi¸ trÞ
cùc ®¹i cã thÓ tån t¹i t¹i mét nhiÖt ®é cô thÓ (®iÓm b·o hßa cña nã). §Ó xem xÐt cô
thÓ, ta xÐt vÝ dô trªn h×nh 5.4, trong ®ã ®é Èm riªng thùc tÕ l 6 g/kg kh«ng khÝ v
nhiÖt ®é 14oC cho ®é Èm riªng b·o hßa 10 g/kg kh«ng khÝ. Do ®ã, ®é Èm t ¬ng ®èi sÏ
b»ng
6
RH = × 100 % = 0,6 × 100 % = 60 % .
10
§é Èm t ¬ng ®èi kh«ng ph¶i duy nhÊt x¸c ®Þnh b»ng l îng h¬i n íc cã mÆt. V×
trong kh«ng khÝ Êm cã thÓ chøa nhiÒu h¬i n íc h¬n trong kh«ng khÝ l¹nh, nªn ®é
Èm t ¬ng ®èi phô thuéc v o c¶ dung l îng Èm thùc tÕ v nhiÖt ®é kh«ng khÝ. NÕu
nhiÖt ®é kh«ng khÝ t¨ng lªn, th× nhiÒu h¬i n íc h¬n cã thÓ tån t¹i v tØ sè gi÷a
l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ trªn l îng b·o hßa gi¶m. Do ®ã, ®é Èm t ¬ng ®èi
gi¶m thËm chÝ nÕu dung l îng Èm kh«ng thay ®æi. Mét lÇn n÷a xÐt vÝ dô trªn h×nh
5.4, ta xem ®iÒu g× sÏ x¶y ra nÕu l îng h¬i n íc gi÷ kh«ng ®æi nh ng nhiÖt ®é t¨ng
tõ gi¸ trÞ xuÊt ph¸t 14oC lªn 25oC. T¹i nhiÖt ®é míi, ®é Èm riªng b·o hßa t¨ng lªn
tíi 20 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ v ®é Èm t ¬ng ®èi trë th nh
http://www.ebook.edu.vn 169
- 6
RH = × 100 % = 0,3 × 100 % = 30 % .
20
§é Èm t ¬ng ®èi ®· bÞ gi¶m mÆc dï l îng h¬i n íc gi÷ kh«ng ®æi! §©y l mét nh îc
®iÓm quan träng ®èi víi mét chØ sè bÊt kú nh»m dïng l m sè ®o vÒ ®é Èm.
H×nh 5.4. Quan hÖ gi÷a ®é Èm t ¬ng ®èi v nhiÖt ®é. (a) NhiÖt ®é 14oC cã ®é Èm riªng b·o
hßa 10 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ. NÕu ®é Èm riªng thùc tÕ l 6 g/kg, ®é Èm t ¬ng ®èi
b»ng 60%; (b) §é Èm riªng vÉn l 6 g/kg, nh ng nhiÖt ®é cao h¬n dÉn tíi ®é Èm riªng b·o hßa
lín h¬n, do ®ã ®é Èm t ¬ng ®èi nhá h¬n tr êng hîp (a) mÆc dï mËt ®é h¬i n íc vÉn nh cò
V× phô thuéc v o nhiÖt ®é, ®é Èm t ¬ng ®èi sÏ thay ®æi trong ng y thËm chÝ
nÕu l îng n íc trong kh«ng khÝ kh«ng thay ®æi. §é Èm t ¬ng ®èi th êng cao v o
lóc s¸ng sím - kh«ng ph¶i v× nhiÒu h¬i n íc, m ®¬n gi¶n bëi v× nhiÖt ®é thÊp. Khi
trêi Êm dÇn, ®é Èm t ¬ng ®èi th êng gi¶m bëi v× ®é Èm riªng b·o hßa t¨ng lªn.
Sù ¶nh h ëng cña nhiÖt ®é tíi ®é Èm t ¬ng ®èi g©y nªn mét vÊn ®Ò kh¸c - nã
g©y khã kh¨n cho viÖc so s¸nh trùc tiÕp dung l îng n íc t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau cã
nhiÖt ®é kh«ng b»ng nhau. VÝ dô, xÐt mét buæi s¸ng l¹nh ë Montreal, Quebec, nhiÖt
®é b»ng -20oC v ®é Èm riªng l 0,7 g/kg. T¹i -20oC ®é Èm riªng b·o hßa l 0,78 g
h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ, v ®é Èm t ¬ng ®èi kÕt qu¶ l (0,70 / 0,78) × 100% ,
hay 89,7% . B©y giê h·y so s¸nh víi t×nh huèng Êm h¬n t¹i Atlanta, n¬i nhiÖt ®é l
10oC v ®é Èm riªng 6,2 g/kg (gÇn 10 lÇn lín h¬n so víi ë Montreal!). T¹i 10oC ®é
Èm riªng b·o hßa l 7,7 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ, nªn ®é Èm t ¬ng ®èi l
(6,2 / 7,7) × 100% , hay 79,9% . H·y chó ý r»ng ®é Èm t ¬ng ®èi ë Atlanta thÊp h¬n so
víi ë Montreal, mÆc dï thùc tÕ l kh«ng khÝ ë Atlanta chøa nhiÒu h¬i n íc h¬n
http://www.ebook.edu.vn
170
- nhiÒu. §iÒu n y cho thÊy v× sao ®é Èm t ¬ng ®èi l mét lùa chän kÐm ®Ó so s¸nh
l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ ë c¸c n¬i kh¸c nhau.
Mét sè ng êi ho n to n nhÇm lÉn vÒ ý nghÜa thùc cña ®é Èm t ¬ng ®èi. Mét sè
ng êi nghÜ thuËt ng÷ n y biÓu diÔn phÇn kh«ng khÝ l h¬i n íc. §iÒu ®ã kh«ng
®óng. §Ó hiÓu v× sao, h·y xÐt mét t×nh huèng trong ®ã ®é Èm t ¬ng ®èi l 100%.
NÕu kh«ng khÝ cã 100% h¬i n íc, th× nã kh«ng thÓ chøa nit¬ hay «xy v chóng ta
khã m thë ® îc. Mét ®iÒu nhÇm lÉn phæ biÕn kh¸c, ®ã l vÒ ®é Èm t ¬ng ®èi cã thÓ
cao nh thÕ n o v o mét ng y nãng, Èm. NhiÒu ng êi cã thÓ cho r»ng v o mét ng y
nh vËy ®é Èm t ¬ng ®èi cã lÏ kho¶ng 99%. Nh ng trªn thùc tÕ, nh÷ng ng y rÊt
nãng kh«ng bao giê cã ®é Èm t ¬ng ®èi gÇn víi gi¸ trÞ ®ã. Bëi v× t¹i c¸c nhiÖt ®é cao
®é Èm riªng b·o hßa cao h¬n rÊt nhiÒu so víi ®é Èm riªng thùc tÕ vÉn th êng gÆp.
VÝ dô, nÕu nhiÖt ®é l 35oC, ®é Èm riªng b·o hßa l 36,8 g h¬i n íc trong 1 kg
kh«ng khÝ. Nh ng chóng ta ®· thÊy r»ng bªn ngo i vïng nhiÖt ®íi Ýt khi ®é Èm
riªng v ît qu¸ 20 g/kg - thËm chÝ khi kh«ng khÝ rÊt Èm. VËy ®é Èm t ¬ng ®èi 99%
kh«ng ph¶i l mét kh¶ n¨ng hiÖn thùc t¹i nhiÖt ®é ®ã. Thùc ra, nh÷ng ng y nãng cã
thÓ l rÊt khã chÞu thËm chÝ víi ®é Èm t ¬ng ®èi chØ kho¶ng 50%.
§iÓm s ¬ng
Mét chØ sè ®é Èm h÷u Ých kh«ng bÞ phô thuéc nhiÖt ®é l nhiÖt ®é ®iÓm
s ¬ng (hay gäi ®¬n gi¶n l ®iÓm s ¬ng). §¹i l îng n y tho¹t ®Çu cã thÓ tá ra khã
hiÓu bëi v× nã ® îc biÓu diÔn nh nhiÖt ®é, nh ng nã l mét chØ sè ®¬n gi¶n sö dông
v dÔ gi¶i thÝch ý nghÜa. V nã phô thuéc hÇu nh ho n to n v o l îng h¬i n íc
hiÖn cã.
§Ó minh häa ®iÓm s ¬ng, ta xÐt phÇn tö kh«ng khÝ ch a b·o hßa trªn h×nh 5.5.
Ban ®Çu nhiÖt ®é kh«ng khÝ l 14oC, øng víi mét ®é Èm riªng b·o hßa 10 g h¬i n íc
trong 1 kg kh«ng khÝ. §é Èm riªng ban ®Çu l 8 g/kg. §é Èm t ¬ng ®èi do ®ã b»ng
80%. Khi kh«ng khÝ bÞ l¹nh xuèng, ®é Èm t ¬ng ®èi cña nã t¨ng lªn v nÕu kh«ng
khÝ bÞ l¹nh ®ñ nhiÒu th× ®é Èm t ¬ng ®èi cña nã ®¹t ®Õn 100% v trë nªn b·o hßa.
NÕu l¹nh tiÕp n÷a sÏ dÉn tíi h¬i n íc bÞ mÊt do ng ng tô. NhiÖt ®é m t¹i ®ã sù
b·o hßa xuÊt hiÖn gäi l ®iÓm s ¬ng. Trong vÝ dô n y, ®iÓm s ¬ng l 10oC v× ®©y l
nhiÖt ®é m t¹i ®ã ®é Èm riªng b·o hßa l 8 g/kg. H·y ®Ó ý r»ng mÆc dï ®é Èm
t ¬ng ®èi ®· t¨ng lªn khi nhiÖt ®é gi¶m, nh ng ®iÓm s ¬ng gi÷ nguyªn kh«ng ®æi
l 10oC.
§iÒu g× cã thÓ sÏ x¶y ra nÕu nh ®é Èm riªng gi÷ nguyªn kh«ng ®æi, cßn nhiÖt
®é th× t¨ng lªn qu¸ gi¸ trÞ xuÊt ph¸t 14oC? §é Èm t ¬ng ®èi sÏ bÞ gi¶m, cßn ®iÓm
s ¬ng vÉn gi÷ nguyªn kh«ng ®æi. §iÓm s ¬ng sÏ kh«ng thay ®æi, bëi v× sù nguéi
l¹nh dÇn cña kh«ng khÝ ®Õn 10oC vÉn dÉn tíi sù b·o hßa.
§iÓm s ¬ng l mét chØ thÞ tèt vÒ dung l îng n íc; khi ®iÓm s ¬ng cao th×
nhiÒu h¬i n íc trong kh«ng khÝ. H¬n n÷a, khi kÕt hîp víi nhiÖt ®é kh«ng khÝ, nã l
mét chØ thÞ vÒ ®é Èm t ¬ng ®èi. Khi ®iÓm s ¬ng thÊp h¬n nhiÒu so víi nhiÖt ®é
kh«ng khÝ, ®é Èm t ¬ng ®èi rÊt thÊp. Khi ®iÓm s ¬ng gÇn b»ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ,
®é Èm t ¬ng ®èi cao. Ngo i ra, khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ v ®iÓm s ¬ng b»ng nhau,
http://www.ebook.edu.vn 171
- kh«ng khÝ b·o hßa v ®é Èm t ¬ng ®èi l 100%.
H×nh 5.5. §iÓm s ¬ng thÓ hiÖn dung l îng h¬i n íc, mÆc dï nã ® îc biÓu diÔn nh
nhiÖt ®é. Trong (a) nhiÖt ®é lín h¬n ®iÓm s ¬ng v kh«ng khÝ ch a b·o hßa. Khi nhiÖt
®é kh«ng khÝ bÞ h¹ thÊp sao cho ®é Èm riªng b·o hßa b»ng chÝnh ®é Èm riªng thùc tÕ
(b), th× nhiÖt ®é kh«ng khÝ v ®iÓm s ¬ng b»ng nhau. TiÕp tôc bÞ l¹nh n÷a (c) dÉn ®Õn
nhiÖt ®é kh«ng khÝ v ®iÓm s ¬ng gi¶m cïng mét l îng v chóng duy tr× b»ng nhau
Kh¸c víi ®é Èm t ¬ng ®èi, ®iÓm s ¬ng kh«ng thay ®æi ®¬n gi¶n chØ v× nhiÖt ®é
kh«ng khÝ thay ®æi. Ngo i ra, nÕu mét ®Þa ph ¬ng cã ®iÓm s ¬ng cao h¬n so víi mét
®Þa ph ¬ng kh¸c, th× ®Þa ph ¬ng ®ã còng cã l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ cao h¬n
trong ®iÒu kiÖn cïng ¸p suÊt kh«ng khÝ. NÕu b¹n quen thuéc víi ®iÓm s ¬ng, cã lÏ
nã l chØ sè h÷u hiÖu nhÊt vÒ dung l îng h¬i n íc. §iÓm s ¬ng v o nh÷ng ng y rÊt
nãng, Èm ®iÓn h×nh ë kho¶ng ©m 2oC. (Khi b¹n thÊy ®iÓm s ¬ng b»ng 70oF hoÆc cao
h¬n, b¹n sÏ cã mét ®ªm khã ngñ trõ khi b¹n dïng m¸y ®iÒu hßa kh«ng khÝ). V o
nh÷ng ng y dÔ chÞu, kh«ng Èm v kh«ng kh«, ®iÓm s ¬ng cã thÓ b»ng kho¶ng mét
v i phÇn m êi oC d íi kh«ng; nh÷ng ng y rÊt kh« cã thÓ cã ®iÓm s ¬ng kho¶ng ©m
2oC hoÆc thÊp h¬n.
§iÓm s ¬ng lu«n b»ng hoÆc thÊp h¬n nhiÖt ®é kh«ng khÝ; kh«ng bao giê cao
h¬n nhiÖt ®é kh«ng khÝ. VËy ®iÒu g× sÏ x¶y ra nÕu kh«ng khÝ bÞ l¹nh ®Õn ®iÓm
s ¬ng v sau ®ã l¹nh tiÕp? Trong tr êng hîp ®ã, l îng h¬i n íc v ît tréi l îng cã
thÓ tån t¹i v l îng h¬i n íc thõa bÞ lo¹i ra khái kh«ng khÝ. §iÒu n y x¶y ra b»ng
qu¸ tr×nh ng ng tô ®Ó h×nh th nh chÊt láng hoÆc b»ng qu¸ tr×nh h×nh th nh c¸c
tinh thÓ b¨ng. Trong c¶ hai tr êng hîp, ®iÓm s ¬ng dÒu gi¶m xuèng víi cïng tèc ®é
nh nhiÖt ®é kh«ng khÝ v hai chØ tiªu ®ã b»ng nhau. §iÒu n y ® îc minh häa trªn
http://www.ebook.edu.vn
172
- h×nh 5.5b v 5.5c. Khi nhiÖt ®é bÞ xuèng thÊp ®Õn 10oC trªn h×nh 5.5b, kh«ng khÝ
trë nªn b·o hßa víi 8 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ. Khi kh«ng khÝ l¹nh tiÕp tíi
6oC (h×nh 5.5c) ®é Èm riªng b·o hßa gi¶m tíi 6 g/kg. V× ®é Èm riªng theo ®Þnh nghÜa
kh«ng thÓ lín h¬n ®é Èm riªng b·o hßa, 2 g h¬i n íc (8 g trõ 6 g) ph¶i bÞ lo¹i ra
khái mçi kil«gam kh«ng khÝ b»ng ng ng tô. Lo¹i bá h¬i n íc gi÷ cho ®é Èm riªng
b»ng ®é Èm riªng b·o hßa v còng h¹ thÊp ®iÓm s ¬ng. H·y l u ý r»ng nhiÖt ®é m
t¹i ®ã cã thÓ x¶y ra b·o hßa thÊp h¬n 0oC, chóng ta sö dông thuËt ng÷ ®iÓm ®ãng
b¨ng thay cho ®iÓm s ¬ng.
v mang theo nã nh÷ng nhiÖt ®é ban ®ªm
cao h¬n. Mét c¸ch t ¬ng tù, khi mét front
5-1 Dù b¸o: l¹nh tiÕn vÒ (®· ® îc m« t¶ ng¾n gän ë
§iÓm s ¬ng v nhiÖt ®é ch ¬ng 1 v sÏ b n luËn chi tiÕt h¬n ë
tèi thÊp ban ®ªm ch ¬ng 9) cã thÓ l m gi¶m m¹nh nhiÖt ®é
xuèng thÊp h¬n ®iÓm s ¬ng hiÖn t¹i.
Th¶m m©y d y ®Æc v giã m¹nh
BiÕt nhiÖt ®é ®iÓm s ¬ng hiÖn t¹i l
ng¨n c¶n kh«ng cho nhiÖt ®é gi¶m v cã
mét c«ng cô h÷u Ých ®Ó dù b¸o nhiÖt ®é
thÓ gi÷ cho nhiÖt ®é kh«ng khÝ tèi thÊp
thÊp buæi s¸ng. NÕu kh«ng chê ®îi sù
cao h¬n ®iÓm s ¬ng. Th¶m m©y cã ® îc
chuyÓn ®æi tr êng giã mét c¸ch c¬ b¶n
hiÖu øng n y bëi v× nã hÊp thô v t¸i
hoÆc nh÷ng thay ®æi thêi tiÕt kh¸c, th×
ph¸t x¹ n¨ng l îng sãng d i xuèng phÝa
nhiÖt ®é tèi thÊp sÏ th êng gÇn b»ng
d íi. Giã m¹nh ng¨n kh«ng cho gi¶m
®iÓm s ¬ng. XÐt mét ®ªm gi¶ ®Þnh cã
nhiÖt ®é nhiÒu t¹i bÒ mÆt bëi v× nã g©y
nhiÖt ®é kh«ng khÝ 15oC v ®iÓm s ¬ng
nªn x¸o trén th¼ng ®øng. Líp kh«ng khÝ
5oC. Kho¶ng c¸ch gi÷a nhiÖt ®é kh«ng
l¹nh d íi thÊp lÏ ra ph¶i ph¸t triÓn th×
khÝ v nhiÖt ®é ®iÓm s ¬ng l kh«ng lín,
l¹i dÔ bÞ ph¸ vì, dÉn tíi nh÷ng nhiÖt ®é
t¹i 10oC thÊp h¬n nhiÖt ®é kh«ng khÝ l
bÒ mÆt cao h¬n v ph©n bè nhiÖt ®é ®ång
b×nh th êng. NÕu nhiÖt ®é kh«ng khÝ
nhÊt h¬n theo ®é cao.
thùc sù h¹ xuèng tíi ®iÓm s ¬ng v cã giã
C¸c nhiÖt ®é tèi thÊp sÏ kh«ng g¶m
nhÑ, th× s ¬ng mï bøc x¹ dÔ cã kh¶ n¨ng
tíi ®iÓm s ¬ng nÕu nh chªnh lÖch gi÷a
h×nh th nh. Sau ®ã s ¬ng sÏ ng¨n c¶n
nhiÖt ®é kh«ng khÝ v nhiÖt ®é ®iÓm
l m l¹nh tiÕp, bëi v× c¸c giät n íc l
s ¬ng rÊt lín. Ta cã thÓ ®· thÊy ®iÒu n y
nh÷ng vËt hÊp thô rÊt hiÖu qu¶ bøc x¹
cã thÓ x¶y ra nh thÕ n o nÕu mét hoang
sãng d i tõ bÒ mÆt. Kh«ng bÞ mÊt bøc x¹,
m¹c cã nhiÖt ®é cao 45oC v ®iÓm s ¬ng
nhiÖt ®é bÒ mÆt sÏ gi÷ nguyªn kh«ng ®æi
0oC. ThËm chÝ víi giã rÊt nhÑ v kh«ng cã
v qu¸ tr×nh h¹ nhiÖt ®é qua ®ªm sÏ b»ng
th¶m m©y, sù h¹ nhiÖt ®é 45oC khã cã thÓ
nhiÖt ®é ®iÓm s ¬ng.
x¶y ra trong thêi gian mét ®ªm hÌ ng¾n
Mèi quan hÖ gi÷a ®iÓm s ¬ng v
ngñi. MÆc dï nhiÖt ®é sÏ kh«ng lu«n lu«n
nhiÖt ®é tèi thÊp sÏ kh«ng cßn duy tr×
h¹ xuèng thÊp b»ng ®iÓm s ¬ng, nh ng
trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh. VÝ dô,
ch¾c ch¾n r»ng trõ khi cã mét front ®i
h·y t ëng t îng mét khèi kh«ng khÝ Êm
qua hoÆc h íng giã thay ®æi mét c¸ch
®ang di chuyÓn tíi khu vùc dù b¸o. Khèi
®¸ng kÓ, nhiÖt ®é tèi thÊp sÏ kh«ng h¹
kh«ng khÝ lín n y cã thÓ thay thÕ khèi
xuèng nhiÒu qu¸ ®iÓm s ¬ng ban ®ªm.
kh«ng khÝ hiÖn diÖn t¹i thêi gian dù b¸o
Ph©n bè h¬i n íc
H¬i n íc ®i lªn khÝ quyÓn nhê sù bèc h¬i ®Þa ph ¬ng còng nh nhê sù vËn
chuyÓn ®é Èm theo ph ¬ng ngang (b×nh l u) tõ nh÷ng ®Þa ph ¬ng kh¸c. TÇm quan
http://www.ebook.edu.vn 173
- träng cña b×nh l u ®èi víi sù ph©n bè h¬i n íc ® îc thÊy râ trªn h×nh 5.6, h×nh n y
cho thÊy sù ph©n bè kh«ng gian cña ®iÓm s ¬ng (b»ng oF v oC) trªn n íc Mü trong
th¸ng 1 (a) v th¸ng 7 (b). Nh×n lªn phÇn phÝa ®«ng réng hai phÇn ba ®Êt n íc n y
ta thÊy râ trong c¶ hai th¸ng l îng h¬i n íc nh×n chung gi¶m theo kho¶ng c¸ch tõ
vÞnh Mexico. V× nhiÖt ®é n íc cao ë vÞnh, n íc dÔ bèc h¬i v o khÝ quyÓn trong c¶
n¨m v ®é Èm n y cã thÓ ® îc vËn chuyÓn lªn phÝa b¾c. Sù gi¶m dung l îng h¬i
n íc thÓ hiÖn trªn h íng b¾c-nam v di chuyÓn vÒ phÝa t©y tõ kho¶ng s«ng
Mississipi vÒ phÝa d·y nói Rocky trong thêi gian mïa hÌ. Trong c¸c th¸ng mïa
®«ng, l îng Èm më réng tíi vïng ®ång b»ng Great Plans th êng thÊp v chØ thÓ
hiÖn biÕn thiªn ®«ng-t©y mét chót.
HiÖu øng kho¶ng c¸ch kÓ tõ nguån Èm cßn thÓ hiÖn ë miÒn T©y, h¬i n íc nãi
chung gi¶m tõ bê Th¸i B×nh D ¬ng tíi d·y nói Rocky. Sù gi¶m nhanh nhÊt x¶y ra ë
gÇn bê bëi v× d·y nói ng¨n chÆn nh÷ng l îng lín h¬i n íc khái khu vùc bªn trong
®Êt liÒn.
So s¸nh hai b¶n ®å, b¹n sÏ nhËn thÊy l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ t¨ng lªn
®¸ng kÓ trong th¸ng 7 so víi trong th¸ng 1. §iÒu n y kh«ng cã g× ng¹c nhiªn bëi v×
nh÷ng nhiÖt ®é thÊp h¬n l m cho dung l îng h¬i n íc cao khã tån t¹i. Do ®ã, vÝ dô,
däc theo thung lòng s«ng Ohio ®iÓm s ¬ng trung b×nh t¨ng tõ kho¶ng -7oC v o
th¸ng 1 tíi kho¶ng 17oC v o th¸ng 7. ®ã l lý do v× sao d©n c cña phÇn lín ®Êt
n íc, ®Æc biÖt ë phÝa ®«ng d·y Rocky, bÞ kh« da khã chÞu trong mïa ®«ng - chØ ®æ
må h«i nhiÒu trong mïa hÌ.
Nh÷ng bøc tranh tæng qu¸t m« t¶ cho n íc Mü còng ®óng víi phÇn lín n íc
Cana®a.
Nh÷ng qu¸ tr×nh l m cho kh«ng khÝ ®¹t tíi b·o hßa
Kh«ng khÝ cã thÓ trë nªn b·o hßa böi mét trong ba qu¸ tr×nh chung: bæ sung
h¬i n íc v o khÝ quyÓn; x¸o trén kh«ng khÝ l¹nh víi kh«ng khÝ nãng, Èm; h¹ nhiÖt
®é tíi ®iÓm s ¬ng. Qu¸ tr×nh thø nhÊt cã thÓ ® îc thÊy trong phßng t¾m cña b¹n
khi b¹n t¾m n íc nãng. N íc nãng tõ ®Çu vái sen bèc h¬i v o kh«ng khÝ trong
phßng v l m cho kh«ng khÝ ®¹t tíi ®iÓm b·o hßa. Sù ng ng tô h×nh th nh tr íc
hÕt trªn c¸c tÊm g ¬ng cña b¹n v c¸c bÒ mÆt kh¸c, sau ®ã ®Õn s ¬ng mï ph¸t
triÓn. Trong m«i tr êng tù nhiªn, sù bèc h¬i n íc tõ nh÷ng giät m a r¬i cã thÓ l m
t¨ng ®iÓm s ¬ng trong kh«ng khÝ ë bªn d íi m©y. NÕu h¬i n íc ®ñ nhiÒu ® îc bæ
sung ®Ó l m b·o hßa kh«ng khÝ th× s ¬ng mï gi¸ng thñy sÏ h×nh th nh ë bªn
d íi m©y.
http://www.ebook.edu.vn
174
- H×nh 5.6. Ph©n bè trung b×nh cña ®iÓm s ¬ng trªn n íc Mü trong th¸ng 1 (a) v th¸ng 7 (b)
http://www.ebook.edu.vn 175
- Sù ng ng tô tõ qu¸ tr×nh thø hai, x¸o trén kh«ng khÝ l¹nh víi kh«ng khÝ Èm
nãng, ® îc minh häa trªn h×nh 5.7. Ta xÐt hai phÇn kh«ng khÝ ch a b·o hßa ® îc
®¸nh dÊu b»ng c¸c h×nh trßn. PhÇn A cã nhiÖt ®é 0oC v ®é Èm riªng 3 g h¬i n íc
trong 1 kg kh«ng khÝ; phÇn B cã nhiÖt ®é 30oC v ®é Èm riªng 20 g/kg. NÕu nh÷ng
l îng b»ng nhau cña hai phÇn x¸o trén víi nhau, th× phÇn míi cã nhiÖt ®é 15oC,
®óng b»ng trung b×nh gi÷a c¸c nhiÖt ®é cña hai phÇn gèc. Tuy nhiªn, ®èi víi ®é Èm
riªng th× kh«ng nh vËy.
H×nh 5.7. Sù b·o hßa bëi x¸o trén kh«ng khÝ nãng Èm víi kh«ng khÝ l¹nh. PhÇn A cã nhiÖt ®é thÊp
v do ®ã chØ cã thÓ chøa Ýt h¬i n íc. PhÇn Êm (phÇn B) cã dung l îng Èm cao h¬n. PhÇn C - kÕt
qu¶ x¸o trén A v B, cã nhiÖt ®é b»ng trung b×nh gi÷a nhiÖt ®é cña c¸c phÇn gèc. L îng h¬i n íc
trong kh«ng khÝ lín h¬n so víi l îng cã thÓ tån t¹i ë nhiÖt ®é míi, nªn h¬i n íc d sÏ bÞ ng ng tô
MÆc dï dung l îng H2O tæng céng ë trong phÇn x¸o trén ®óng b»ng c¸c l îng
cña c¸c phÇn gèc, nh ng mét sè l îng Èm xuÊt hiÖn d íi d¹ng chÊt láng chø kh«ng
ph¶i l h¬i n íc. Bëi v×: ®iÓm gi÷a cña c¸c gi¸ trÞ ®é Èm riªng xuÊt ph¸t l 11,5
g/kg, nh ng t¹i 15oC ®é Èm riªng b·o hßa chØ b»ng 10,8 g/kg. Nãi c¸ch kh¸c, kh«ng
khÝ chøa mét l îng 0,7 g n íc lín h¬n l îng cã thÓ tån t¹i d íi d¹ng h¬i. Do ®ã
l îng d ng ng tô ®Ó t¹o th nh c¸c giät s ¬ng.
Qu¸ tr×nh nªu trªn l nguyªn nh©n h×nh th nh nh÷ng vÖt khãi ®»ng sau m¸y
bay bay ë ®é cao lín. Khi ®éng c¬ ph¶n lùc ®èt ch¸y nhiªn liÖu, nã th¶i ra rÊt nhiÒu
nhiÖt v h¬i n íc. Kh«ng khÝ khi m¸y bay bay qua cã ®é rèi rÊt m¹nh, nªn nhiÖt v
http://www.ebook.edu.vn
176
- h¬i n íc (nh ng ch a b·o hßa) th¶i ra tõ ®éng c¬ nhanh chãng x¸o trén víi kh«ng
khÝ l¹nh xung quanh. T¹i nhiÖt ®é ®ãng b¨ng ë líp trªn quyÓn ®èi l u, h¬i n íc
trùc tiÕp trë th nh nh÷ng tinh thÓ b¨ng hoÆc nh ng giät n íc láng dÇn dÇn ®ãng
b¨ng ®Ó t¹o th nh vÖt khãi.
c¸c gi¸ trÞ nhiÖt ®é v ®iÓm s ¬ng vÏ trªn
h×nh kh«ng ho n to n b»ng nhau). §iÓm
5-2 Dù b¸o: s ¬ng v nhiÖt ®é kh«ng khÝ sau ®ã gi¶m
Tr¾c diÖn th¼ng ®øng cña víi cïng tèc ®é cho tíi tËn kho¶ng mùc
®é Èm 460 mb (kho¶ng 6500 m trªn bÒ mÆt), bªn
trªn mùc n y nhiÖt ®é l¹i lín h¬n ®iÓm
s ¬ng. V× kh«ng khÝ l b·o hßa trong líp
Trong ch ¬ng 3, b¹n ®· thÊy c¸c
gi÷a 4850 m v 6500 m bªn trªn bÒ mÆt,
biÓu ®å nhiÖt ®éng lùc ®¬n gi¶n hãa cã
chóng ta cã thÓ suy ra r»ng m©y sÏ chiÕm
thÓ ® îc dïng nh thÕ n o ®Ó thÓ hiÖn
lÜnh líp d y 1650 m ®ã.
tr¾c diÖn th¼ng ®øng cña nhiÖt ®é. V× c¸c
gi¸ trÞ ®iÓm s ¬ng còng ® îc biÓu diÔn BiÓu ®å nhiÖt ®éng lùc ® îc biÓu
diÔn ë ®©y h¬i phøc t¹p h¬n so víi ë
nh nhiÖt ®é, nªn chóng còng cã thÓ ® îc
ch ¬ng 3, bëi v× nã cã thªm mét tËp hîp
vÏ trªn c¸c ®å thÞ nhiÖt ®éng lùc. ThËt
® êng cong cung cÊp nhiÒu kiÓu th«ng tin
vËy, b»ng c¸ch biÓu diÔn nhiÖt ®é v ®iÓm
®é Èm. C¸c ® êng g¹ch nèi h¬i nghiªng
s ¬ng ®ång thêi, b¹n cã thÓ nhËn ® îc
vÒ bªn tr¸i khi chóng ®i lªn phÝa trªn chØ
th«ng tin ®¸ng kÓ vÒ ®iÒu kiÖn m©y. H·y
®é Èm riªng v ®é Èm riªng b·o hßa t¹i
xem xÐt b¨ng th¸m s¸t nhiÖt ®é v ®iÓm
mét mùc bÊt kú. Tr íc hÕt ta xem tr¾c
s ¬ng trªn h×nh 1, thu ë s©n bay Staple-
diÖn nhiÖt ®é kh«ng khÝ cã thÓ dïng ®Ó
ton, gÇn Denver, Colorado, v o nöa ®ªm, x¸c ®Þnh ®é Èm riªng b·o hßa t¹i mét
thêi gian Greenwich, ng y 12/4/2002. mùc ¸p suÊt n o ®ã nh thÕ n o. ThÊy
r»ng t¹i mùc 700 mb nhiÖt ®é kh«ng khÝ
VÝ dô trªn h×nh 1 biÓu diÔn nhiÖt ®é
l 2oC. Mét trong sè c¸c ® êng nghiªng
(® ¬ng cong bªn ph¶i) v ®iÓm s ¬ng
(ghi nh·n b»ng sè 7 ë ®¸y biÓu ®å) gÇn
(bªn tr¸i). NÕu b¹n ®èi chiÕu h×nh n y víi
giao nhau víi tr¾c diÖn nhiÖt ®é t¹i mùc
tr¾c diÖn biÓu diÔn ë ch ¬ng 3, thu t¹i
700 mb. §iÒu ®ã chØ ra r»ng trong kh«ng
Slidell, Louisiana, b¹n sÏ nhËn thÊy r»ng
khÝ t¹i mùc 700 mb cã ®é Èm riªng b·o
th¸m s¸t b¾t ®Çu t¹i mét ¸p suÊt thÊp
hßa b»ng ®óng 7 g h¬i n íc trong 1 kg
h¬n nhiÒu - t¹i kho¶ng mùc 840 mb - so
kh«ng khÝ.
víi vÝ dô tr íc. Lý do cña ®iÒu n y rÊt
Chóng ta cã thÓ tu©n theo mét thñ
®¬n gi¶n. Cao ®é cña Denver l 1625 m
tôc t ¬ng tù ®Ó t×m ® îc ®é Èm riªng
l m cho ¸p suÊt bÒ mÆt cña nã thÊp h¬n
thùc tÕ t¹i mùc 700 mb. Muèn vËy, ta dâi
nhiÒu so víi ¸p suÊt t¹i Slidell, ®Þa ®iÓm
theo tr¾c diÖn ®iÓm s ¬ng tíi mùc 700
gÇn mùc n íc biÓn (nhí l¹i r»ng ¸p suÊt
mb. §iÓm m tr¾c diÖn c¾t qua ® êng
lu«n gi¶m theo ®é cao).
700 mb xuÊt hiÖn ngay gi÷a ® êng
Trªn h×nh 1, nhiÖt ®é t¹i bÒ mÆt l
nghiªng cã nh·n 2 v 4. Nãi c¸ch kh¸c, ®é
17oC v ®iÓm s ¬ng l -4oC. Chªnh lÖch
Èm riªng thùc tÕ t¹i mùc 700 mb chÝnh l
lín gi÷a hai gi¸ trÞ nãi lªn r»ng ®é Èm
gi÷a 2 g/kg v 4 g/kg - 3 g/kg l mét xÊp
t ¬ng ®èi thÊp (tÝnh ra b»ng 23 %).
xØ rÊt tèt.
Nh ng khi kho¶ng c¸ch tõ bÒ mÆt t¨ng
Sau khi íc l îng ® îc ®é Èm riªng
lªn, nhiÖt ®é gi¶m ®i nhanh h¬n so víi
thùc tÕ v ®é Èm riªng b·o hßa t¹i mùc
®iÓm s ¬ng. T¹i kho¶ng mùc 560 mb (®é
700 mb, dÔ d ng sö dïng nh÷ng gi¸ trÞ ®Ó
cao kho¶ng 4850 m trªn bÒ mÆt) hai ®¹i
nhËn ® îc ®é Èm t ¬ng ®èi:
l îng trë nªn b»ng nhau v kh«ng khÝ
b·o hßa (mét chót sai sè ®o ®· l m cho
http://www.ebook.edu.vn 177
- RH = (®é Èm riªng/®é Èm riªng b·o hßa) VÒ sau trong ch ¬ng n y, chóng ta
× 100 % = (3/7) × 100 % = 43 % sÏ thÊy c¸c biÓu ®å nhiÖt ®éng lùc cã thÓ
Thñ tôc n y cã thÓ thùc hiÖn t¹i bÒ mÆt cho th«ng tin quan träng trong viÖc dù
hoÆc mùc bÊt kú n o kh¸c cña khÝ quyÓn. b¸o x¸c suÊt ph¸t triÓn m©y.
H×nh 1. Th¸m s¸t nhiÖt ®é v ®iÓm s ¬ng. §å thÞ n y biÓu diÔn nhiÖt ®é v ®iÓm
s ¬ng trong to n ®èi l u quyÓn v phÇn lín b×nh l u quyÓn. C¸c ® êng nghiªng
g¹ch nèi chØ gi¸ trÞ ®é Èm riªng. C¸c nh khÝ t îng dïng c¸c ® êng n y cïng víi ®å
thÞ nhiÖt ®é v ®iÓm s ¬ng ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm riªng b·o hßa v ®é Èm riªng thùc tÕ.
S ¬ng h¬i l mét hiÖn t îng t ¬ng tù,
nh ng x¶y ra trong tù nhiªn. Nh chóng ta ®·
biÕt ë ch ¬ng 3, c¸c thñy vùc thay ®æi nhiÖt ®é
kh¸ chËm. C¸c hå n íc cã thÓ gi÷ t ¬ng ®èi
Êm tíi tËn mïa thu hoÆc ®Çu mïa ®«ng, thËm
chÝ khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ ®· thÊp. Do bèc h¬i
v vËn chuyÓn nhiÖt hiÖn lªn phÝa trªn, mét
líp kh«ng khÝ ®Öm máng tån t¹i ngay bªn trªn
bÒ mÆt n íc, nã Êm v Èm h¬n so víi kh«ng
khÝ bªn trªn. NÕu mét khèi kh«ng khÝ l¹nh bÊt
ngê ®i qua trªn hå Êm, th× líp kh«ng khÝ ®Öm
Êm, Èm x¸o trén víi líp kh«ng khÝ l¹nh n»m
bªn trªn nã ®Ó t¹o th nh líp s ¬ng d y mét H×nh 5.8. S ¬ng mï trong giã
hoÆc hai mÐt (h×nh 5.8).
MÆc dï chóng ta cã thÓ dÉn ra mét sè vÝ dô vÒ m©y h×nh th nh nh thÕ n o do
t¨ng dung l îng Èm hoÆc do x¸o trén kh«ng khÝ nãng, Èm víi kh«ng khÝ kh«, l¹nh,
song kinh nghiÖm cho thÊy r»ng phÇn lín m©y h×nh th nh khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ
http://www.ebook.edu.vn
178
- bÞ h¹ thÊp tíi ®iÓm s ¬ng. Cã mét sè c¸ch ®Ó x¶y ra sù l¹nh ®i nh vËy, nh ng ®ßi
hái ph¶i gi¶i thÝch nhiÒu h¬n nh chóng ta sÏ thÊy sau trong ch ¬ng n y. B©y giê
chóng ta chØ ®¬n gi¶n nhËn xÐt r»ng c¬ chÕ thø ba, sù l¹nh ®i cña khÝ quyÓn, l qu¸
tr×nh quan träng nhÊt ®Ó h×nh th nh m©y.
C¸c hiÖu øng cña ®é cong v dung dÞch
Ch ¬ng n y ®· më ®Çu b»ng mét thÝ nghiÖm gi¶ ®Þnh, trong ®ã n íc ë trong
b×nh duy tr× c©n b»ng gi÷a ng ng tô v bay h¬i. ThÝ nghiÖm ®· gi¶ thiÕt n íc tinh
khiÕt víi mét bÒ mÆt ph¼ng ®Ó l m c¬ së t×m hiÓu vÒ sù b·o hßa. Nh ng khÝ t îng
häc nghiªn cøu khÝ quyÓn - kh«ng ph¶i nh trong c¸c b×nh gi¶ ®Þnh. Trong khÝ
quyÓn thùc, chóng ta tiÕp xóc víi tèc ®é bay h¬i v ng ng tô qua nh÷ng bÒ mÆt cã
nh÷ng giät s ¬ng v m©y ë d¹ng l¬ löng. Nh÷ng giät ®ã kh«ng ph¶i l ph¼ng, m
còng kh«ng ph¶i t¹o th nh tõ H2O tinh khiÕt. Do ®ã, chóng ta sÏ më réng viÖc b n
luËn vÒ sù bèc h¬i, ng ng tô v sù c©n b»ng ®Ó tÝnh tíi nh÷ng hiÖu øng cña ®é cong
v sù kh«ng tinh khiÕt cña c¸c giät m©y v s ¬ng.
HiÖu øng cña ®é cong
Nh÷ng giät n íc tån t¹i trong tù nhiªn kh«ng ph¶i l nh÷ng h×nh lËp ph ¬ng
nhá li ti víi nh÷ng mÆt bªn ph¼ng. H·y so s¸nh hai giät biÓu diÔn trªn h×nh 5.9.
Giät ë bªn tr¸i lín h¬n nhiÒu so víi giät ë bªn ph¶i v do ®ã cã ®é cong bÐ h¬n.
Chóng ta thËm chÝ cã thÓ xÐt mét vÝ dô th¸i cùc h¬n - chÝnh Tr¸i §Êt. §a sè chóng
ta b©y giê biÕt r»ng h nh tinh kh«ng ph¼ng m h×nh cÇu. Tuy nhiªn, do Tr¸i §Êt cã
kÝch th íc lín, ®é cong cña nã kh«ng thÓ hiÖn râ v mét x¨ngtimÐt kho¶ng c¸ch
trªn bÒ mÆt cña nã cã thÓ l mét ® êng th¼ng. Ngo i ra, mét c¸i th íc c¹nh th¼ng
cã thÓ n»m th¼ng trªn bÒ mÆt cña nã. Nh ng nÕu ¸p mét c¸i th íc v o mét qu¶
bãng b n th× chØ mét phÇn nhá cña th íc tiÕp xóc víi bÒ mÆt qu¶ bãng; qu¶ bãng cã
®é cong lín h¬n so víi Tr¸i §Êt.
H×nh 5.9. H¹t lín cã ®é cong nhá h¬n so víi h¹t bÐ h¬n
DÜ nhiªn, c¸c giät m©y nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi nh÷ng qu¶ bãng b n, nªn nã cã
®é cong lín h¬n n÷a. Nh ng ®é cong cã liªn quan g× tíi sù b·o hßa? C©u tr¶ lêi l :
®é cong cã mét hiÖu øng tíi sù bèc h¬i tõ bÒ mÆt cña giät m©y v do ®ã tíi ¸p suÊt
http://www.ebook.edu.vn 179
- h¬i cÇn thiÕt ®Ó b·o hßa. Nãi ®¬n gi¶n, nh÷ng hiÖu øng n¶y sinh tõ søc c¨ng bÒ mÆt
dÉn tíi nh÷ng kh¸c nhau vÒ ®iÓm b·o hßa. §å thÞ ¸p suÊt h¬i b·o hßa phô thuéc
nhiÖt ®é nh trªn h×nh 5.3 chØ ¸p dông cho c¸c bÒ mÆt ph¼ng cña H2O tinh khiÕt.
§èi víi nh÷ng bÒ mÆt n íc cong, tèc ®é bay h¬i lín h¬n. Tèc ®é bay h¬i gia t¨ng ®ßi
hái ng ng tô còng ph¶i t¨ng lªn ®Ó hai qu¸ tr×nh c©n b»ng. Do ®ã, mét giät n íc
tinh khiÕt ®é cong lín t¹i nhiÖt ®é ®· cho n o ®ã cã mét ¸p suÊt h¬i b·o hßa cao h¬n
so víi nh ®· chØ ra trªn h×nh 5.3. Nãi c¸ch kh¸c, c¸c giät n íc tinh khiÕt ®é cong
lín ®ßi hái ®é Èm t ¬ng ®èi lín h¬n 100 % ®Ó gi÷ cho chóng kh«ng bay h¬i.
H×nh 5.10 minh häa hiÖu øng cña kÝch th íc giät tíi ®é Èm t ¬ng ®èi cÇn thiÕt
®Ó duy tr× mét giät n íc tinh khiÕt tån t¹i. §èi víi nh÷ng giät rÊt nhá (víi b¸n kÝnh
kho¶ng 0,1 μm ), ®é Èm t ¬ng ®èi d b»ng 300% cÇn ®Ó ®¹t sù c©n b»ng gi÷a bay h¬i
v ng ng tô. Nãi c¸ch kh¸c, nh÷ng giät ®ã ®ßi hái mét møc siªu b·o hßa 200%. Møc
siªu b·o hßa cÇn thiÕt ®Ó duy tr× mét giät gi¶m rÊt nhanh khi kÝch th íc giät t¨ng
lªn. Nh÷ng giät víi b¸n kÝnh lín h¬n 1,0 μm ®ßi hái møc siªu b·o hßa chØ b»ng
kho¶ng 10%.
H×nh 5.10. C¸c h¹t n íc tinh khiÕt nhá ®ßi hái ®é Èm t ¬ng ®èi trªn 100% ®Ó duy tr× c©n b»ng
NÕu nh khÝ quyÓn kh«ng cã c¸c h¹t son khÝ, th× sù ng ng tô diÔn ra chØ bëi sù
kÕt nh©n ®ång nhÊt, trong ®ã c¸c giät h×nh th nh b»ng sù va ch¹m ngÉu nhiªn v
g¾n kÕt cña c¸c ph©n tö h¬i n íc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn siªu b·o hßa. Nh÷ng giät
nh thÕ ch¾c ch¾n sÏ chØ cã mét sè l îng ph©n tö Ýt ái v ®é cong lín, v do ®ã chØ
tån t¹i ë møc siªu b·o hßa cao. Qu¸ tr×nh n y nÕu cã x¶y ra th× còng rÊt hiÕm, bëi
v× c¸c h¹t son khÝ hÊp dÉn n íc (hót n íc) trong khÝ quyÓn kÝch thÝch sù h×nh
th nh c¸c giät t¹i nh÷ng ®é Èm t ¬ng ®èi thÊp h¬n nhiÒu d íi møc cÇn thiÕt ®èi víi
sù kÕt nh©n ®ång nhÊt. Sù h×nh th nh c¸c giät n íc trªn nh÷ng h¹t hót n íc ® îc
gäi l sù kÕt nh©n ®a nguyªn, cßn nh÷ng h¹t m trªn ®ã h×nh th nh c¸c giät ® îc
gäi l nh©n ng ng kÕt. Khi ng ng tô x¶y ra, c¸c nh©n ng ng kÕt hßa tan v o trong
n íc ®Ó t¹o th nh dung dÞch.
http://www.ebook.edu.vn
180
- HiÖu øng cña dung dÞch
Khi c¸c chÊt bÞ hßa tan trong n íc, mét sè nhÊt ®Þnh c¸c ph©n tö ë bÒ mÆt l
nh÷ng ph©n tö cña chÊt tan (chÊt bÞ hßa tan trong n íc) chø kh«ng ph¶i l c¸c
ph©n tö n íc. Víi sè l îng ph©n tö n íc Ýt h¬n tån t¹i ë bÒ mÆt, tèc ®é bay h¬i thÊp
h¬n so víi n íc tinh khiÕt. KÕt qu¶ l c¸c dung dÞch ®ßi hái Ýt h¬i n íc h¬n ë bªn
trªn bÒ mÆt ®Ó duy tr× c©n b»ng gi÷a bay h¬i v ng ng tô so víi tr êng hîp n íc
tinh khiÕt.
NÕu nh ng ng tô trong khÝ quyÓn x¶y ra bëi sù kÕt nh©n ®ång nhÊt, th× c¸c
giät míi h×nh th nh sÏ cÊu t¹o tõ n íc tinh khiÕt. Nh ng chóng ta ®· thÊy r»ng
trong thùc tÕ c¸c giät thùc sù h×nh th nh bëi sù kÕt nh©n ®a nguyªn v sù kÕt hîp
c¸c nh©n v o trong dung dÞch n íc. §iÒu n y cã hiÖu øng ng îc l¹i ®é cong giät,
l m h¹ thÊp l îng h¬i n íc cÇn thiÕt ®Ó gi÷ cho c¸c giät c©n b»ng. Trong phÇn lín
c¸c t×nh huèng, hiÖu øng dung dÞch n y gÇn b»ng hiÖu øng cña ®é cong giät v sù
ng ng tô th êng x¶y ra t¹i nh÷ng ®é Èm t ¬ng ®èi gÇn b»ng hoÆc thÊp h¬n 100%
mét chót.
MÆc dï tØ phÇn c¸c son khÝ trong kh«ng khÝ cã t¸c dông hót n íc nhá, khÝ
quyÓn chøa rÊt nhiÒu c¸c phÇn tö l¬ löng nªn bao giê còng phong phó c¸c nh©n
ng ng tô. Mét sè chÊt cã tÝnh hót n íc cao h¬n mét sè kh¸c, c¸c son khÝ lín th êng
hiÖu qu¶ h¬n c¸c son khÝ bÐ. Mét sè son khÝ thËm chÝ cã kh¶ n¨ng hÊp dÉn n íc t¹i
nh÷ng ®é Èm t ¬ng ®èi d íi 90% v t¹o th nh c¸c giät cùc nhá. Khãi (haze) chÝnh
l nh÷ng giät nh vËy.
Cho tíi rÊt gÇn ®©y ng êi ta cho r»ng phÇn lín nh©n ng ng kÕt trong khÝ
quyÓn cã nguån gèc tù nhiªn, gåm chñ yÕu l bôi, muèi biÓn v son khÝ sinh ra tõ
phun nói löa, ch¸y tù nhiªn v c¸c chÊt khÝ do ®éng vËt phï du th¶i ra. Nh÷ng
nghiªn cøu tiÕn h nh trong nh÷ng n¨m chÝn m ¬i cho thÊy r»ng vai trß cña ho¹t
®éng con ng êi ®· bÞ ®¸nh gi¸ thiªn thÊp v c¸c nguån nh©n sinh cã thÓ l nh÷ng
l îng chÝnh nh©n ng ng kÕt trªn nh÷ng khu vùc c«ng nghiÖp hãa ë B¾c b¸n cÇu.
¶nh h ëng cña ho¹t ®éng con ng êi tíi nång ®é son khÝ thËm chÝ më réng tíi c¸c
vïng ®¹i d ¬ng ë B¸c b¸n cÇu. ë Nam b¸n cÇu, ¶nh h ëng cña con ng êi Ýt h¬n rÊt
nhiÒu v chñ yÕu liªn quan víi nh÷ng khu vùc ho¹t ®éng c«ng nghiÖp lín v th êng
xuyªn ®èt nhiªn liÖu. MÆc dï c¸c phÇn tö muèi cã tÝnh hót n íc rÊt cao, nh ng Ýt
gÆp trªn lôc ®Þa so víi trªn ®¹i d ¬ng. Do ®ã, trªn lôc ®Þa c¸c phÇn tö muèi l
nh÷ng nh©n rÊt lín trong sè c¸c ng ng kÕt m©y, nh ng chóng t ¬ng ®èi hiÕm hoi
so víi nh÷ng vËt liÖu kh¸c.
C¸c nh©n b¨ng
§Õn nay chóng ta ®· xÐt sù h×nh th nh c¸c giät n íc láng khi kh«ng khÝ trë
nªn b·o hßa. Nh ng sù b·o hßa cã thÓ x¶y ra t¹i nh÷ng nhiÖt ®é rÊt thÊp, t¹i ®ã
kh«ng ph¶i l c¸c giät n íc láng, m l nh÷ng tinh thÓ b¨ng cã thÓ h×nh th nh. MÆt
kh¸c, nhiÒu ng êi trong chóng ta ®· gÆp s ¬ng mï cÊu t¹o tõ c¸c giät láng mÆc dï
nhiÖt ®é thÊp h¬n 0oc. VËy c¸i g× thùc sù x¶y ra khi sù ng ng tù diÔn ra t¹i nh÷ng
nhiÖt ®é thÊp h¬n ®iÓm ®ãng b¨ng? §iÒu ®ã cã dÉn ®Õn ng ng tô cña c¸c giät láng
http://www.ebook.edu.vn 181
- hay sù kÕt l¾ng c¸c tinh thÓ b¨ng? C©u tr¶ lêi l cßn tïy. ThËt k× l¹, mÆc dï b¨ng
lu«n tan t¹i 0oC, nh ng n íc trong khÝ quyÓn th êng kh«ng ®ãng b¨ng t¹i 0oC.
NÕu nh b·o hßa xuÊt hiÖn t¹i nhyiÖt ®é gi÷a 0 v -4oC th× l îng h¬i n íc d
lu«n ng ng tô ®Ó t¹o th nh n íc siªu l¹nh (n íc cã nhiÖt ®é thÊp h¬n ®iÓm ®ãng
b¨ng nh ng vÉn tån t¹i ë tr¹ng th¸i láng). B¨ng kh«ng t¹o th nh trong ph¹m vi d¶i
nhiÖt ®é n y. Gièng nh sù h×nh th nh c¸c giät láng t¹i nh÷ng ®é Èm t ¬ng ®èi gÇn
100% ®ßi hái sù cã mÆt cña c¸c nh©n ng ng kÕt, sù h×nh th nh c¸c tinh thÓ b¨ng
t¹i nh÷ng nhiÖt ®é gÇn 0oC ®ßi hái c¸c nh©n b¨ng. Kh¸c víi c¸c nh©n ng ng kÕt,
chóng lu«n lu«n cã nhiÒu, c¸c nh©n b¨ng hiÕm cã trong khÝ quyÓn, bëi v× gièng nh
b¨ng, chóng ph¶i cã cÊu tróc s¸u mÆt (mÆc dï cã nh÷ng ngo¹i lÖ víi quy t¾c n y).
Kh¶ n¨ng mét vËt chÊt t¸c ®éng nh mét nh©n b¨ng phô thuéc v o nhiÖt ®é v
kh«ng cã vËt liÖu n o hiÖu qu¶ t¹i nh÷ng nhiÖt ®é trªn -4oC. MÆc dï b¨ng cã thÓ
tån t¹i ë nh÷ng nhiÖt ®é gi÷a -4oC v 0oC, nh ng nã kh«ng h×nh th nh ngay trong
khÝ quyÓn ë d¶i nhiÖt ®é ®ã. (Trong thùc tÕ cã mét Ýt b¨ng trong khÝ quyÓn t¹i
nh÷ng nhiÖt ®é trªn -10oC). VËy gi÷a -4oC v 0oC, h¬i n íc bÞ mÊt chØ bëi sù ng ng
tô n íc siªu l¹nh.
Khi nhiÖt ®é gi¶m, x¸c suÊt h×nh th nh b¨ng t¨ng lªn v t¹i nh÷ng nhiÖt ®é
gi÷a kho¶ng -10oC v -40oC sù b·o hßa cã thÓ dÉn tíi kÕt nh©n tinh thÓ b¨ng, c¸c
giät siªu l¹nh hoÆc c¶ hai. M©y cã nhiÖt ®é trong d¶i n y th êng sÏ cã c¸c giät láng
v tinh thÓ r¾n cïng tån t¹i, nh ng víi tØ phÇn b¨ng lín h¬n t¹i nh÷ng nhiÖt ®é
thÊp h¬n. T¹i nh÷ng nhiÖt ®é d íi -30oC m©y sÏ chñ yÕu l nh÷ng tinh thÓ b¨ng.
Víi nh÷ng nhiÖt ®é thÊp h¬n 40oC sù b·o hßa dÉn tíi h×nh th nh to n c¸c tinh thÓ
b¨ng, cã hay kh«ng cã c¸c nh©n b¨ng. Nh chóng ta sÏ thÊy ë ch ¬ng 7, sù cïng tån
t¹i cña c¸c tinh thÓ b¨ng v giät láng trong m©y rÊt quan träng ®èi víi sù ph¸t
triÓn gi¸ng thñy ë bªn ngo i vïng nhiÖt ®íi.
Trong sè nh÷ng vËt liÖu cã thÓ dïng l m nh©n b¨ng cã c¸c hîp phÇn cña ®Êt tù
nhiªn gäi l ®Êt sÐt. C¸c vËt liÖu sÐt cã cÊu tróc ph¼ng, kÝch th íc vi m« v hÊp dÉn
®iÖn m¹nh. Nh÷ng ®Æc ®iÓm ®ã l m cho chóng rÊt khã bÞ bøt khái bÒ mÆt v gia
nhËp v o khÝ quyÓn, ®ã l lý do v× sao chóng rÊt hiÕm. SÐt xuÊt hiÖn trong rÊt
nhiÒu tæ hîp, hiÖu qu¶ nhÊt trong sè ®ã cã lÏ l kaolinite (silicate nh«m). Cã c¸c lo¹i
sÐt kh¸c cã thÓ dïng l m nh©n b¨ng , nh ng chóng chØ ph¸t huy ë nh÷ng nhiÖt ®é
thÊp h¬n.
§¸ng tiÕc, c¸c nh vËt lý m©y rÊt khã cã ® îc nhiÒu th«ng tin vÒ nh÷ng nguån
nh©n b¨ng bëi v× chóng th êng cã kÝch th íc bÐ v hiÕm vÒ sè l îng. Tuy nhiªn, c¸c
quan tr¾c cho thÊy r»ng cã mét sè tinh thÓ b¨ng chøa l m th nh mét nh©n b¨ng
ngo¹i lai. §iÒu n y dÉn tíi ý t ëng r»ng c¸c tinh thÓ b¨ng tù nã cã thÓ l nh÷ng
nh©n b¨ng rÊt quan träng. Theo m« h×nh n y, nh÷ng tinh thÓ b¨ng ®ang tån t¹i bÞ
vì th nh nh÷ng m¶nh nhá bÐ råi sau ®ã t¸c ®éng nh nh÷ng nh©n ®èi víi nh÷ng
tinh thÓ míi. Nh÷ng vËt liÖu kh¸c m c¸c nh vËt lý m©y xem l c¸c nh©n b¨ng
tiÒm n¨ng gåm c¸c m¶nh l¸ c©y ph©n hñy, vËt liÖu nói löa v thËm chÝ mét sè vi
khuÈn.
http://www.ebook.edu.vn
182
nguon tai.lieu . vn
