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【飽和水蒸気量のまとめ】計算方法や温度との関係など

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飽和水蒸気量

飽和水蒸気量

1 m3の空気中に含むことのできる水蒸気の量には限界量があります。その量を飽和水蒸気量といいます。別名容積絶対湿度、飽和水蒸気密度とも呼ばれています(飽和水蒸気量が一般的です)。

飽和水蒸気量は気温によって変化します。例えば、気温が30度の場合、飽和水蒸気量は30.3g/m3です。つまり、1 m3の空気中に30.3gの水蒸気を含むことができるということです。しかし、気温が20℃になると、飽和水蒸気量は17.3g/m3となり、空気中に含むことのできる水蒸気量が減ります。このように、気温が高いと飽和水蒸気量が大きくなり、気温が低いと飽和水蒸気量が小さくなります。

露点

飽和水蒸気量には限界値がある。また、グラフから分かるように、気温が低くなるにつれて、飽和水蒸気量は小さくなりますことを説明しました。次は、露点という用語について説明します。
例えば、気温が30℃で相対湿度(一般的な湿度のこと。後ほど説明)が57%の日があるとします。この場合、1m3の空気中には、17.3gの水蒸気が含まれています。この状態から、水蒸気量は一定で、気温のみが20℃に下がった場合、湿度はどのようになるでしょうか。気温20度の場合、飽和水蒸気量は17.3g/m3となり、飽和水蒸気量と現在の水蒸気量が等しくなります。すなわち、これ以上水蒸気を含むことができない状態です。この時の気温を「露点」といいます。
 さらに、この状態から、水蒸気量は一定で、気温のみが10℃に下がった場合、どうなるでしょうか。湿度100%からさらに下げた場合です。気温10℃の場合、飽和水蒸気量は9.4g/m3なので、1m3の空気中には9.4gしか水蒸気を含むことができません。飽和水蒸気量を超える水蒸気になってしまっています。この際には、17.3gの水蒸気の内、9.4gはそのまま水蒸気ですが、残った7.9gは水蒸気の状態で存在できず、凝結して水になります。

露点の身近な例

結露

冬場窓ガラスに結露が発生して嫌な想いをされた方はいますよね。誰もが一度は経験したことがあると思います。窓ガラスの結露は窓の近くの空気が露点よりも低くなるために起こる現象です。そのため、現在は結露を防ぐために、室内の暖かさを逃がしにくいうえ、外の冷たさも伝わりにくいので断熱ガラスが結露対策として使用されています。

また、冬に息を「はぁー」って吹きかけると、白くなる現象ありますよね。これも同じように説明ができるのです。冬は夏に比べて、気温が低いので、飽和水蒸気量が低下しています。この飽和水蒸気量が低下している状態で、息を「はぁー」って吹きかけると、息に含まれている水分量が飽和水蒸気量を越え、白い霧のように凝結するのです。

水蒸気圧・飽和水蒸気圧

空気がもっている全圧力において、空気中に含まれている水蒸気がもつ圧力を水蒸気圧(水蒸気分圧)と言います。飽和水蒸気量の時の水蒸気圧のことを飽和水蒸気圧と呼びます。
飽和水蒸気圧e(t) [hPa]:空気中の水蒸気が飽和している時の水蒸気の分圧
飽和水蒸気量a(t)[g/ m3]:空気中の水蒸気が飽和している時の水蒸気の質量

飽和水蒸気量のグラフ導出方法

まず、飽和水蒸気圧を導出します。温度t[℃]をTetens(テテンス)(1930)の式に代入すると、飽和水蒸気圧e(t)[hPa]を求めることができます。
■Tetensの式

$$ e(t)= 6.1078×10^{(\frac{ at }{ t+b })}$$
水面の場合はa=7.5, b=237.3
氷面の場合a=9.5, b=265.5
となります。
今回は、飽和水蒸気圧を求めるので、

$$ e(t)= 6.1078×10^{(\frac{ 7.5t }{ t+237.3 })}$$
となります。
次に飽和水蒸気量a(t)を導出します。水蒸気圧e(t)と温度t[℃]から水蒸気量a(t) [g/ m3]を求めます。

$$ a(t)= 217×\frac{e(t)}{t+273.15}$$

これらの式を用いると、飽和水蒸気量のグラフを描くことができますよ!

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