kosteus


kosteus

Selite Ilmakehän alaosissa kaasujen seossuhteet pysyvät suunnilleen vakioina, mutta vesihöyryn osuus vaihtelee. Niinpä ilmaa voidaan tarkastella kuivan ilman ja vesihöyryn seoksena.

Vesihöyryn määrää ilmassa kuvataan usealla eri suureella käyttötarkoituksen mukaan. Kaikissa niissä otetaan huomioon vain todellinen vesihöyry, mutta ei muita veden olomuotoja kuten vesipisaroita tai jääkiteitä. Sumuja ja pilviä ei siten lasketa mukaan kosteuteen.

Absoluuttinen kosteus ilmoittaa esimerkiksi, kuinka monta grammaa vettä on kuutiometrissä ilmaa. Tyypillisessä huoneilmassa vettä on vajaat 10 grammaa kuutiometrissä. Jos 50 neliön huoneiston ilmassa oleva kosteus tiivistettäisiin, vettä kertyisi noin puolitoista litraa.

Absoluuttisella kosteudella on yläraja, kyllästyskosteus, joka määrittelee, paljonko vesihöyryä ilmassa voi olla kussakin lämpötilassa. Lämmin ilma voi sisältää enemmän vesihöyryä kuin kylmä. Jos ilmaan haihdutetaan väkisin vettä yli kyllästyskosteuden, vesihöyry alkaa tiivistyä pisaroiksi. Samoin käy, kun ilma jäähtyy, sillä silloin kyllästyskosteus laskee. Suhteellinen kosteus kertoo montako prosenttia absoluuttinen kosteus on vallitsevan lämpötilan kyllästyskosteudesta.

Kyllästyskosteus eri lämpötiloissa. Jos kosteutta on kyllästysrajaa enemmän, se ei pysy vesihöyrynä, vaan alkaa tiivistyä vedeksi.

Kastepistelämpötila, lyhyemmin kastepiste, on lämpötila, johon ilman pitäisi jäähtyä, jotta kyllästystila saavutettaisiin. Jos pinta tai esine, esimerkiksi oluttuoppi, pakasterasia tai nurmikko kesäaamuna, on kylmempi kuin kastepiste, sen pintaan muodostuu kastetta. Absoluuttinen kosteus ja kastepiste ovat ilmaseoksen ominaisuuksia, jotka riippuvat vain vesihöyryn osuudesta ilman kaasuseoksessa. Suhteellinen kosteus riippuu myös lämpötilasta.

Jos esimerkiksi ilman lämpötila on 20°C, kyllästyskosteus on 17.3 g / cm³. Jos tällainen ilma sisältää kosteutta 10 g / cm³, kosteuden suhteellinen määrä on 10/17.3 = 0.58 = 58 %. Ilman suhteellinen kosteus on siis 58 %. Ylläolevan kuvan mukaan 11-asteisen ilman kyllästyskosteus on juuri 10 g / cm ³, joten kastepiste on 11 astetta. Jos siis ilma jäähdytetään 11 asteeseen, kosteus alkaa tiivistyä.

Sekä ilmaa että vettä sisältävässä tilassa, esimerkiksi pilvessä tai akvaariossa, tapahtuu haihtumista ja tiivistymistä veden ja ilman rajapinnassa. Tasapainotilassa ilman kosteus saavuttaa kyllästystilan ja haihtuminen ja tiivistyminen ovat yhtä suuria. Jos sadepisarat putoavat kuivempaan ilmaan, ne pienenevät haihtumisen takia. Jos pilven ilma jäähtyy, siitä tiivistyy vettä pilvi- tai sadepisaroiden tai niiden aihioiden pintaan.

Vedessä molekyylit ovat niin lähellä toisiaan, että aine on lähes kokoonpuristumatonta. Vesihöyryssä molekyylit pääsevät liikkumaan vapaammin. Vapaasta vesipinnasta haihtuu koko ajan molekyylejä, jotka muodostavat vesihöyryä. Samalla ilmassa olevan vesihöyryn molekyylejä palaa satunnaisten liikkeittensä vuoksi takaisin veteen. Kyllästysrajalla sekä haihtumista että tiivistymistä tapahtuu yhtä paljon.

Edellä kuvattu kyllästyskosteus on oikeastaan kyllästyskosteus vesipinnan suhteen. Sama ilmiö esiintyy myös jään ja ilman rajapinnalla. Vesihöyryä härmistyy jään pinnalle ja jäästä sublimoituu ilmaan vesihöyryä. Kun härmistymistä ja sublimoitumista tapahtuu yhtä paljon, on saavutettu kyllästyskosteus jääpinnan suhteen. Kyllästyskosteus jääpinnan suhteen on aina pienempi kuin vesipinnan suhteen. Ero on pieni, suurimmillaan muutamia asteita noin -15 asteen lämpötilassa.

Vesihöyryn lisääntyminen haihdunnan takia ei voi saada aikaan ylikyllästystilaa eli yli 100 %:n suhteellista kosteutta. Jos ilma jäähtyy nopeasti, kyllästyskosteus laskee, suhteellinen kosteus nousee ja ylikyllästys uhkaa. Pian 100 %:n rajan ylityttyä vesi alkaa kuitenkin tiivistyä pisaroiksi, eikä ylikyllästyksestä tule suuri eikä pitkäaikainen. Pisarat ovat nestettä eivätkä höyryä, eikä niitä siis lasketa vesihöyryn osuuteen mukaan suhteellista kosteutta määritettäessä. Tämä ei ole laskennallinen temppu, vaan fysiikkaa.

Jos ilmatilassa on vesi- tai jääpintaa, esimerkiksi jo valmiiksi pisaroita, tiivistyminen tapahtuu mieluiten tällaiselle pinnalle. Muukin kiinteä pinta käy; kylpyhuoneessa lasi- ja kaakelipinnoille tiivistyneet pisarat kasvavat, kun tiivistyminen jatkuu ensimmäisten pisaroiden pinnalle. Ilmakehässä pisaroiden puuttuessa tiivistymisytiminä toimivat pienet hiukkaset: pöly ja kuivuneista meren pärskeistä syntyneet suolakiteet. Tiivistymisytimiä on ilmakehässä aina tarjolla niin, että jokainen pisara syntyy ytimen ympärille.

Jääkiteitä voi syntyä kahdella tavalla: joko vesihöyryn härmistyessä tai vesipisaroiden jäätyessä. Samoin kuin pisaroiden syntyessä, härmistymiseen tarvitaan härmistymisytimiä ja jäätymiseen jäätymisytimiä. Parhaita härmistymisytimiä ovat jääkiteet.

Kyllästyskosteuden pieni ero jää- ja vesipinnan suhteen riittää aiheuttamaan sen, että jos ilmassa on jääkiteitä ja pisaroita, vesi ennen pitkää haihtuu pisaroista ja härmistyy kiteiden pintaan. Ensimmäisten kiteiden syntymiseen soveliaita ytimiä on ilmakehässä kuitenkin usein liian vähän, niin että pisaroiden esiintyminen alle nollan lämpötiloissa on hyvin yleistä. Ja kun pisara on kerran syntynyt, pintajännitys pitää sen pallonmuotoisena ja nestemäisenä, ellei se satu törmäämään juuri sopivan muotoiseen jäätymisytimeen. Jäätymisytimet ovat huomattavasti isompia kuin tiivistymisytimet, joten ne putoavat helpommin maahan ja niitä on siis ilmassa selvästi vähemmän.

Litrassa pilveä on tuhannesta miljoonaan pilvipisaraa. Sadepisaroita on noin yksi litrassa eli noin kymmenen sentin välein. Sateen syntymisestä puhutaan lisää konvektion ja rintamien yhteydessä. Sade- ja pilvipisaroista kerrotaan hiukan myös säähavaintoluvussa.

Kosteuden mittaaminen

Kosteutta mitataan virallisilla havaintoasemilla kahdella eri mittarityypillä: hiuskosteusmittari perustuu hiusten venymiseen ilman kosteuden mukaan (ilmiön on havainnut kai jokainen, jolla on ohuet luonnonkiharat hiukset), kostean ja kuivan lämpömittarin vertailu perustuu haihtumisen jäähdyttävän vaikutuksen mittaamiseen.

Kostean lämpömittarin alaosan ympärillä on märkä kangassukka. Mitä kuivempi ilma on, sitä enemmän sukasta haihtuu vettä. Haihtuminen sitoo lämpöä, jolloin kostean lämpömittarin lukema laskee alemmas kuin tavallisen, kuivan lämpömittarin lukema. Kuivan ja kostean lämpömittarin lukemien erosta voidaan laskea kaikki kosteussuureet kuten absoluuttinen ja suhteellinen kosteus sekä kastepiste.

Sähköiset kosteusmittarit perustuvat vastuksen tai kapasitanssin muuttumiseen anturin kostuessa.

Erikieliset vastineet

humidity

englanti (English)

Käytetyt lähteet

Zubenelgenubi

Alaviitteet

Lähdeviittaus tähän sivuun:
Tieteen termipankki 18.12.2024: Tähtitiede:kosteus. (Tarkka osoite: https://tieteentermipankki.fi/wiki/Tähtitiede:kosteus.)

Siirry tarkastelemaan sivun muokkaushistoriaa →