 | L'air saturéSi l'eau est en contact avec l'air, des molécules d'eau particulièrement agitées peuvent entrer dans l'air. Ainsi de la vapeur d'eau invisible s'est mélangée aux gaz normalement présents dans l'air. On dit que l'air devient "humide". Nous ressentons cette humidité surtout en été, par un temps "lourd" et orageux. De même, certaines molécules d'eau formant la vapeur d'eau peuvent perdre leur énergie cinétique par les aléas des chocs avec les autres molécules présentes dans l'air. Elles rejoignent l'eau liquide qui se trouve en contact avec l'air. Si cet échange se poursuit assez longtemps, il s'établit un équilibre hétérogène de l'eau entre la phase "eau pure" et la phase "air". On dit que l'air est saturé et on a: $K\;=\;\frac{[H_2O]_{air}}{[H_2O]_{eau}}$ avec: $[H_2O]_{eau}\;\approx\;55,6\frac{mol}{L}$ En effet, 1 litre d'eau a une masse d'environ $1000\; g$ et renferme donc environ $\frac{1000}{18 }\;=\;55,6 mol$. Nous trouvons ainsi : A l'équilibre (air saturé) : $[H_2O]_{air}\;=\;K_1$ Comme toute constante d'équilibre, $K_1$ dépend de la température. A température plus élevée, les molécules sont plus agitées et on comprend facilement que plus de molécules d'eau se trouvent alors à l'état de vapeur: $K_1$ augmente avec la température. |
Exemple: À $20^oC$, la constante $K_1$ vaut ..........
L'équilibre de saturation n'a souvent pas le temps de s'établir et ainsi la concentration de vapeur d'eau de l'air reste inférieure à la concentration que le même air pourrait contenir à l''équilibre. On mesure l'humidité relative de l'air en pourcentage par rapport à la concentration (maximale) de la vapeur d'eau dans l'air saturé. Exemple 1: Une humidité relative de l'air de $35\%$ à $30^oC$ signifie qu'un litre d'air renferme .......... Exemple 2: L'air à $40^oC$ possédant $2,18\;\frac{mol}{m^3}\;H_2O$ a une humidité relative de ..........
Si l'air humide et chaud se refroidit, il se peut que sa concentration en vapeur d'eau dépasse bientôt la valeur de $K_1$ ( $K_1$ diminue avec la température ). S'il y a des noyaux de condensation (eau préexistante, poussières, ions...), la vapeur excédentaire formera de l'eau liquide autour de ces noyaux. Exemple: $1\; m^3 $ d'air avec $90\%$ d'humidité se refroidit de $40^oC$ à $10^oC$ à pression constante. Calculer: Le nombre de moles de vapeur d'eau au début: .......... Le volume final (loi de Gay-Lussac): .......... Le nombre de moles que le volume final peut contenir au maximum: .......... Le nombre de moles et la masse d'eau condensées: ..........
Des masses d'air humides qui se refroidissent (air ascendant dans un domaine de basse pression ou sur les flancs d'une chaîne de montagnes, air chaud moins dense soulevé au-dessus de l'air froid plus dense dans une perturbation, air humide se refroidissant par rayonnement pendant les nuits claires d'automne, air humide de cuisine touchant la vitre froide..) peuvent perdre de la vapeur d'eau par condensation, si leur humidité relative était suffisante dès le début: Il se forme les nuages, les brouillards ou les buées. On peut compter $1^oC$ de refroidissement par 100 mètres de dénivellation s'il n'y a pas de condensation, $0,5^oC$ par $100\; m$ en cas de condensation( phénomène exothermique).
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L'air ascendant forme des cumulus