Szerkesztő:Jzana/Nedves levegő

A nedves levegő kifejezéssel jelöljük a környezetünkben található légköri levegőt, mint a vízgőzzel képzett gázelegyet. A víz különféle formákban lehet jelen; mint gőz, esőcsepp, köd, vagy a levegőben lebegő jégkristályok (zúzmarás köd). A levegő nedvességtartalm a meteorológiai, egészségügyi és technológiai szempontból jelentős tulajdonság. Pneumatikus rendszerekben például a lehető legalacsonyabbra szorítjuk le a levegő nedvességtartalmát.

A köznapi életben a levegő relatív nevességtartalmára figyelünk, amelyet százalékban szokás megadni. Ennek hatása függ a hőmérséklettől és a nyomástól. A számításokat állandó nyomásra szokás elvégezni (legtöbbször 100 000 Pa nyomásra)

Az atmoszférikus levegő a vízen kívül egyéb anyagokat is tartalmaz. Ez a megfigyelési helytől függően változó.

A levegő nedvességtartalma

Több formában is értelmezzük:

1. Telítési határ a víz maximális részaránya a levegőben, amely még légnemű állapotban képes maradni.
2. Abszolút nedvességtartalom a víz aktuális részaránya a levegőben, függetlenül a halmazállapotától
3. Relatív nedvességtartalom a vízgőz részaránya a telítési nedvességtartalomhoz képest. Szokásosan százalék mértékegységben adják meg.

A φ relatív nedvességtartalom, ha x_t a telítési nedvességtartalom és x_i valamely tetszőleges légállapot nedvességtartalma, akkor $\phi ={\frac {x_{i}}{x_{t}}}$

A levegőnek és víztartalmának mennyisége

n_l a levegő és n_v a víz anyagmennyisége
m_l a levegő és m_v a víz tömege
V_l a levegő és V_v a víz térfogata
z_l a levegő és z_v a víz molekuláinak darabszáma
Ezek részaránya sorrendben a móltört, tömegtört, térfogattört. A darabszámok hányadosa az Avogadro-szám értelmében azonos a móltörttel. A víz részarányának numerikus kifejezése eredményesebb, ha ezt máshogyan fejezzük ki; a tömegtört helyett például tömegarány formájában. A nedves levegő esetében az összetételi arány táblázatától eltérő jelöléseket használunk. Ezek közül a legfontosabb az abszolút nedvességtartalom, amely valójában nem tömegtört ${\frac {m_{v}}{m_{v}+m_{l}}}$, hanem tömegarány: $x={\frac {m_{v}}{m_{l}}}$

Az összetételi arány mértékegysége

Tekintettel arra, hogy a számláló és a nevező mértékegysége azonos, valamennyi, előbb említett fizikai mennyiség SI mértékegysége 1 . Ahhoz, hogy a szorzó és osztó mértékegységek kifejezhetőek legyenek, érdemes jelölni ennek származását. Így

tömegtört és tömegarány ${\frac {\text{kg}}{\text{kg}}}$, ${\frac {\text{g}}{\text{kg}}}$, ${\frac {\text{mg}}{\text{kg}}}$

térfogattört és térfogatarány ${\frac {{\text{m}}^{3}}{{\text{m}}^{3}}}$, ${\frac {{\text{dm}}^{3}}{{\text{m}}^{3}}}$, ${\frac {{\text{cm}}^{3}}{{\text{m}}^{3}}}$

móltört és mólarány ${\frac {\text{mol}}{\text{mol}}}$, ${\frac {\text{mmol}}{\text{mol}}}$, ${\frac {\mu {\text{mol}}}{\text{mol}}}$

"tömegkoncentráció" ${\frac {\text{kg}}{{\text{m}}^{3}}}$, ${\frac {\text{g}}{{\text{m}}^{3}}}$ (a vízgőz tömege osztva a levegő térfogatával)

A Mollier-diagramokon az abszolút nedvességtartalmat vagy ${\frac {\text{kg}}{\text{kg}}}$, vagy ${\frac {\text{g}}{{\text{m}}^{3}}}$mértékegységben tüntetik fel

Alapismeretek

A nedves levegő elvileg a vízmentes (száraz) levegő adataira épül. A levegő adtai már csekély nedvességtartalom hatására erőteljesen változnak. Magas hőmérsékleten a levegő nedvességtartalma is igen nagyra növekedhet. Létezhet azonban alacsony összetételi arányú levegő is, amely csak nyomokban tartalmaz vizet.

Fizikai alapok

A kondenzált fázis

Amikor a kondenzált fázisról beszélünk, fel kell tételeznünk, hogy az anyag változatlan összetételű elegyként viselkedik a hármaspont és a kritikus pont között, és azok környékén. Az így leírható levegő kissé eltér az atmoszférikus levegőtől. Ugyanis az említett körülmények között hiányzik belőle néhány összetevő. Ilyen hőmérsékleten és nyomáson a víz, a szén-dioxid a xenon és a kripton kifagy a levegőből, és elkülönült (szeparálódott) állapotba kerül. Az a levegő tehát, amely ilyen módon leírható, leginkább nitrogén, oxigén és argon elegyének tekinthető. A hármaspont nyomása 0,0526 bar, hőmérséklete -214,5°C. Ilyen körülmények között az előzőleg említett anyagok elegyéről beszélhetünk. A levegő kritikus pontjának nyomása 37,8 bar, hőmérséklete -140,52°C. A levegő ezért csak e két határ között lehet cseppfolyós. A hármaspont alatt szilárd halmazállapotú, a kritikus hőmérséklet és nyomás fölött szuperkritikus állapotban van. Gázállapotú csakis a kritikus hőmérséklet felett lehet.

A levegő összetételét térfogattörtre vonatkoztatva ismerjük, ez gázoknál általános. Azonban a kondenzált fázis esetén a tömegtörtet használjuk. Például az oxigén részaránya térfogattörtben 20%, tömegtörtben 23%. A különbség oka, hogy a komponensek sűrűsége eltér egymástól.

A levegő kondenzált állapotának van egy további jellegzetessége. A cseppfolyós levegő ugyanis zeotróp elegy; komponenseinek forráspontja eltér egymástól. 3 bar nyomáson például a folyadék hőmérséklete 90 K, ha izotermikusan párolog, akkor a gőz hőmérséklete továbbra is 90 K; izobár párolgás esetén viszont a telített gőz hőmérséklete 92 K. Atmoszférikus nyomáson a gőz hőmérséklete 82 K, emiatt a levegőt magas nyomású hűtőközegként tartjuk nyilván (R-729-es jelű hűtőközeg).

Párolgás és kondenzáció

A szabad vízfelület, amely a vizet a levegőtől elválasztja, egyes vízmolekolák képesek átlépni a másik fázisba. Ezt a vízmolekulák közötti hidrogénkötés energiája hozza létre. Ezt a hőmozgás jelenségéhez tartozó kinetikai energia képes leküzdeni, bár az energiaeloszlás olyan, hogy a molekuláknak csak kis hányada rendelkezik ekkora energiával. Ez molekuláris statisztikai jelenség, amely a párolgás és a kondenzáció egyensúlyát kormányozza. A jelenséget befolyásoló tényezők:

• a felület nagysága
• a víz hőmérséklete
• a levegő hőmérséklete
• a levegő telítettségi állapota

Telítettség

Átlagos körülmények között ugyanannyi vízmolekula megy át cseppfolyós állapotból légnemű állapotba, mint fordított irányba. Ilyenkor a kondenzáció és a párolgás mértéke egymással egyensúlyban van. Ha ez az egyensúly felborul, a légállapot egyre jobban megközalíti a telítettségi állapotot. Ha a hőmérséklet magasabb, a telítési nedvességtartalom is növekszik; arányos a vízmolekulák kinetikai energiájával. A telítettség mértékét a vízmolekuláknak a vízfelületen való átlépése határozza meg. A jelenség független a levegőben jelen lévő más gázok állapotától. Ugyanakkor a vízben korlátozott a gázok oldhatósága (amelyet tulajdonképpen külön kellene meghatároznunk oxigénre, nitrogénre, és mindazokra a gázokra, amelyek a levegőben előfordulhatnak (argon, széndioxid, stb.). A vízmolekulák mozgékonyságát a felület hőmérséklete szabja meg. Meghatározza még a környezet hőmérséklete is, mint ahogyan a tűzhely forró lapján elpárolog a nedvesség. Az elpárolgó nedvesség ismét kondenzálódik, amikor a párás levegő alacsonyabb hőmérsékletű környezetbe kerül. Ilyenkor még a köd megjelenésére is számíthatunk (például a konyha, vagy a fürdőszoba ablakán lecsapódó pára).

Túltelített állapot

Víz hozzáadásával ideiglenesen túltelített állapotot idézhetünk elő. Ez előbb–utóbb kondenzációhoz vezet, és a levegő ismételten átmegy egyensúlyi állapotába. Ha nincsen jelen a kondenzációhoz alkalmas felület, a víz a levegőben túltelített állapotban marad. Ám szeparált vízcsepp, vagy a környezetünkben mindig jelen levő aeroszol kondenzációs magként viselkedhet. Ez a jelenség alapozza meg a Wilson-féle ködkamra működését is.

A telítési határ alatt

Die Verdunstungsrate des Wassers kann bestimmte Maximalwerte nicht überschreiten. Es dauert daher längere Zeit, bis sich das Gleichgewicht nach einer Störung wieder eingestellt hat. Wurde zum Beispiel durch nächtliche Abkühlung ein Teil des Feuchtigkeitgehalts auskondensiert, so ist die Luft nach einer Erwärmung zunächst ungesättigt und kann den Sättigungszustand nur langsam wieder erreichen. Diese Teilsättigung ist für unsere Atmosphäre wegen der häufigen Temperaturschwankungen der Normalfall. Es ist für zahlreiche Vorgänge von großer Bedeutung, wie weit die Luft vom Sättigungszustand entfernt ist. Verschiedene Feuchtigkeitmaße dienen dazu, diesen Zustand quantitativ zu beschreiben.

A Mollier-diagram

A diagram ábrája

Pszichrometrikus diagram

A levegő állapotának grafikus képe a Moller-diagram. Magyarországon teljes körűen használják; az angolszász nyelvterületen ismerik még a hozzá igen hasonló pszichrometrikus diagramot.

Vízszintes tengelyén a tömegarány (abszolút nedvességtartalom), függőleges tengelyén az elegy fajlagos entalpiája szerepel. A vízszintes és a függőleges tengely egymással 135°-os szöget zár be (nem derékszögű koordinátarendszer). Az ábrán jól látható, hogy a h entalpia-vonalak ferdék, és √2-szer hosszabbak, mint az x vonalak.

A telítési határt befolyásoló tényezők

Hőmérséklet

Vízgőztartalom a hőmérséklet függvényében g/m³ mértékegységben

A hőmérséklet emelkedésével nő azon vízmolekulák száma, amelyeknek kinetikus energiájuk elegedő ahhoz, hogy a vízfelszínt elhagyják. Ezzel növekszik a légnemű fázis víztartalma. A vízgőz telítettségi részaránya, mint azt a jobboldali ábra mutatja, a növekvő hőmérséklettel exponenciálisan nő. A vízgőznek minden hőmérsékletéhez (majdnem függetlenül a környezeti nyomástól) meghatározott telítettségi összetételi arány tartozik. A normális atmoszferikus nyomásánál - 101325 Pa - 1 m³ levegő 10°C-nál maximum 9,41 g vizet tud felvenni. Ugyanazon levegőmennyiség 30°C-nál már 30,38 g vizet, 60°C-nál már 100 g-t tud felvenni. Ezt maximális telítettségi nedvességtartalomnak nevezik. Értékét táblázatokban szokás közölni, diagramját a táblázat első szerkesztője után Mollier diagramnak nevezik.

Nyomás

Tekintettel arra, hogy a telítettségi nedvességtartalom független az elegyben jelen lévő többi gáz, vagy gőz mennyiségétől, független az össznyomás értékétől is.

• A vízgőz és a többi komponens nem tekinthetőek tökéletesen ideális gáznak. Létezik ugyan gyenge kölcsönhatás (van-der-Waals-erők) a molekuláik között, s ez növekvő nyomásnál fokozódik.
• A molekulák egymás közötti távolsága és köztük fennálló összetartó erők a külső nyomás hatására a folyékony halmazállapotú vízben változó értékű („Poynting-hatás“). Ez is befolyásolja a párolgási részarányt
• A vízben oldott gázok is hatnak az összetartó erőkre és ezáltal a párolgás mértékére. Az oldott gázok mennyisége függ a parciális nyomásuktól (Raoult-törvény) ezáltal az össznyomástól.

Ezt a jelenséget korrekciós tényezővel szokták kifejezni, amely a nyomás és hőmérséklet függvénye, és hatása nem nagyobb 0,5%-nál.

A vízcseppek összetapadása

Ha figyelembe vesszük a jég felületét a folyékony víz felületével összehasonlítva, akkor ugyanazok a meggondolások érvényesek a vízmolekulák szublimációjához és deszublimációjához is. A jégkristályoknál a vízmolekulák összetartó ereje nagyobb, mint a folyékony vízben, ezáltal a telítettségi koncentráció a jég felülete felett kisebb, mint az azonos hőmérsékletű (túlhűtött) víz felülete felett. Ez a körülmény fontos szerepet játszik a felhőkben az esőcseppek kialakulásánál (Bergeron–Findeisen-jelenség).

A víz tisztasága

Telítési relatív nedvességtartalom sók vizes oldata felett

anyag	relatív nedvességtartalom	forrás
Ammónium-dihidrogénfoszfát (NH4H2PO4) 23 °C-on	93 %
Kálium-nitrát (KNO3) 38 °C-on	88,5 %
Kálium-klorid (KCl) 23 °C-on	85 %
Nátrium-dikromát (Na2Cr2O7•2 H2O) 23 °C-on	52 %
Lítium-klorid (LiCl) 20 °C-on	11,3 %
Magnézium-klorid (MgCl2) 20 °C-on	33,1 %
Nátrium-klorid (NaCl) 20 °C-on	75,5 %

Amennyiben a vízben más oldott anyagok vannak, azok megnehezítik a vízmolekulák eltávozását a víz felületéről, miáltal a párolgási tényező csökken, és kisebb telítettségi koncentráció áll be (u.n. oldási hatás).

Ha a levegő az oldat felett nedvességgel telített állapotban van, a vonatkozó relatív páratartalom nem éri el a 100 %-ot, mivel a relatív páratartalom mindig tiszta vízfelszin felett értendő.

Ha a sóoldat felett a levegő a telítettségi nedvességtartalom alá esik, víz párolog el az oldatból, úgy, hogy a telítettségi állapotot elérje. Ha a telítettségi nedvességi állapotot túllépi, akkor a levegő nedvességtartalmának egy része kondenzálódik, és a sóoldatba kerül.

Ekkor sóoldat felhígul úgy, hogy a meghatározott telítettségű maradjon. Az oldódási hatás azt jelenti, hogy a telítettségi koncentráció a levegőben nem a levegőtől magától, hanem az elpárologtató felülettől függ.

A felületi feszültség által okozott görbület

Ha s víz felülete konvex görbületű, a vízmolekulák kötődése itt gyengébb, s ezért a molekulák könnyebben lépnek ki a folyadékfázisból. Felhőben, ködben a csepp határán a relatív páratartalom 100% fölé is növekedhet.

Ellenkező esetben, a meniskusznál részleges vízzel töltött kapilláris jön létre, itt a molekulák nehezebben hagyják el a határfelületet. Ez a jelenség lép fel például porózus anyagoknál, itt a telítési nedvességtartalom nem éri el a 100%-ot.

Nedvességtartalom

A levegő nedvességtartalmának megadása több különféle jellemzővel lehetséges. Ilyenek:

• Gőznyomás, telítési gőznyomás Pa, hPa, kPa, bar
• #Abszolút nedvességtartalom kg/kg, illetve kg/m³
• A vízgőz sűrűsége kg/m³
• #Relatív nedvességtartalom %
• Vízgőztartalomtartalom kg / kg, kg/kg
• Keverési arány g/kg, kg/kg
• Harmatpont; harmatpont a jég felett °C, K
• #Nedves hőmérséklet °C, K

Abszolút nedvességtartalom

Az abszolút nedvességtartalom szorosan összefügg a vízgőz parciális nyomásával. Számítani inkább a vízgőz tömegéből szokás: a vízgőz tömegének és a (száraz) levegő tömegének, esetleg térfogatának hányadosa. Maximális értéke a telítési határ. Ha a levegő térfogatából számítjuk, közel azonos a nedves levegő sűrűségével (nagyobb, mert a nevezőbe nem az egész elegy térfogata került, hanem csak a levegőé).

Az abszolút nedvességtartalom értékéből számíthatjuk ki a levegő nedvesítésnél a bejuttatandó vízmennyiséget, szárításnál az elvonandó vízmennyiséget.

A levegő térfogatának változtatása befolyásolja az abszolút nedvességtartalom értékét, például kompressziónál a vízmolekulák közelebb kerülnek egymáshoz, a ezért az ebszolút nedvességtartalom növekszik – expanziónál csökken. Ez történhet akár a hőmérséklet, akár az össznyomás változtatásával. A meteorológiában a felfelé emelkedő levegő (termik) térfogata növekszik, nyomása csökken, és ez az abszolút nedvességtartalom csökkenésével jár (ez lehet akár adiabatikus folyamat is). Ezt idegen szóval instacionaritásnak, vagy tranzienciának nevezik. Mérése és számítása nehéz feladat, ezért inkább a mérésére szokás hagyatkozni.

A vízgőz tömegkoncentrációja ρ_v

$\rho _{v}={\frac {m_{v}}{V_{\text{összes}}}}={\frac {V_{v}}{V_{v}+V_{lev}}}$

Itt a nevezőben különválasztottuk a víz és a levegő térfogatát. Az általunk vizsgált környezeti feltételek esetén a vízgőz térfogata elhanyagolhatóan kicsi. Ezért közelítő egyenletet írunk:

$\rho _{v}={\frac {m_{v}}{V_{\text{összes}}}}\approx {\frac {m_{v}}{V_{lev}}}$

A levegő térfogata (parciális térfogata) az általános gáztörvényből

$V_{lev}={\frac {m_{lev}\cdot R\cdot T}{p_{lev}\cdot M_{lev}}}$

E kettő egyesítéséből a tömegkoncentráció közelítő értéke:

$\rho _{v}={\frac {m_{v}}{m_{lev}}}\cdot {\frac {p_{lev}\cdot M_{lev}}{R\cdot T}}$

ahol a levegő parciális nyomása gyakorlatilag azonos a teljes nyomással (össznyomással) $p_{lev}\approx p_{\text{összes}}$

Az abszolút nedvességtartalmat a vízgőznek a levegőhöz viszonyított tömegarányával szokás kifejezni: $x={\frac {m_{v}}{m_{lev}}}$

Két közelítést is figyelembe véve a tömegkoncentráció $\rho _{v}=x\cdot {\frac {p_{lev}\cdot M_{lev}}{R\cdot T}}$ és megfordítva az abszolút nevességtartalom (tömegarány): $x=\rho _{v}\cdot {\frac {R\cdot T}{p_{\text{összes}}\cdot M_{lev}}}$

A két mennyiség mérőszáma közel azonos, ezért e két változó szerint készített diagramok között alig észlelhető különbségek vannak. A nedves levegő sűrűsége az egyhez közeli szám, ha SI mértékegységeket használunk. Ellenőrizzük le a számértékeket például $\rho _{v}=0,008{\frac {\text{kg}}{{\text{m}}^{3}}}$ értékre!

a légnyomás 10⁵ Pa

a levegő moláris tömege 0,02896 kg/mol

a gázállandó 8,31446 J/ mol K

a hőmérséklet 20 °C, tehát 293,15 K

$x=0,008\cdot {\frac {8,31446\cdot 293,15}{10^{5}\cdot 0,02896}}{\frac {\text{kg}}{\text{kg}}}=0,00673{\frac {\text{kg}}{\text{kg}}}$

Relatív nedvességtartalom

Relatív nedvességtartalom az a mérőszám, amely a vízgőz aktuális parciális nyomásának és a teljesen telített levegő gőznyomásának hányadosa. Jelölésére többféle betűt is felhasználhatunk. Leggyakrabb a görög φ betű, de német nyelvterületen az RF jelölés is használatos (relative Feuchtigkeit), angolul pedig az RH (relative humidity). A viszonyítás alapja a sík felületű nyugvó tiszta víz feletti légállapot. Értelmezési tartománya nulla és egy közé esik; ezt igen gyakran százalékos formában adják meg.

Die relative Luftfeuchtigkeit (Formelzeichen: φ, f, U, RH oder rF; nicht verbindlich festgelegt) ist das prozentuale Verhältnis zwischen dem momentanen Wasserdampfdruck und dem Sättigungswasserdampfdruck über einer reinen und ebenen Wasseroberfläche. Bei einer nichtprozentualen Angabe, also im Wertebereich 0 bis 1, spricht man auch vom Sättigungsverhältnis.

Die relative Feuchtigkeit lässt unmittelbar erkennen, in welchem Grade die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist:

• Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % enthält die Luft nur die Hälfte der Wasserdampfmenge, die bei der entsprechenden Temperatur maximal enthalten sein könnte.
• Bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit ist die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt.
• Wird die Sättigung von 100 % überschritten, so schlägt sich die überschüssige Feuchtigkeit als Kondenswasser bzw. Nebel nieder.

Anhand der relativen Feuchtigkeit lässt sich daher leicht abschätzen, wie rasch Verdunstungsvorgänge ablaufen werden oder wie groß die Wahrscheinlichkeit von Tauwasserbildung ist. Da die Verdunstung von Feuchtigkeit durch die Haut stark von der relativen Feuchtigkeit der Umgebungsluft bestimmt wird, stellt die relative Feuchtigkeit eine wichtige Kenngröße für das Behaglichkeitsempfinden dar (siehe unten).

miniatur|rechts|Feuchtigkeitspeicherfunktionen für einige Baumaterialien Ein zweiter Grund für die Bedeutung der relativen Feuchtigkeit liegt darin, dass sie den Ausgleichswassergehalt hygroskopischer Materialien bestimmt. Hygroskopische Materialien, insbesondere poröse Materialien wie Holz, Ziegel, Gipsputz, Textilien usw., nehmen beim Kontakt mit Luft Feuchtigkeit auf und binden die Wassermoleküle durch Adsorption an ihren Porenwänden. Die Menge der gebundenen Moleküle wird bestimmt durch die absolute Luftfeuchtigkeit einerseits (eine größere Wasserdampfkonzentration führt wegen der größeren Auftreffrate auf die Porenwandungen zu einer größeren Adsorptionsrate) und die Temperatur andererseits (eine höhere Temperatur führt zu einer größeren Desorptionsrate). Die Kombination dieser beiden einander entgegengerichteten Einflussgrößen führt dazu, dass der sich einstellende Ausgleichswassergehalt im Wesentlichen von der relativen Feuchtigkeit der Luft bestimmt wird. Die Feuchtigkeitsspeicherfunktion eines Materials gibt an, welchen Wassergehalt das Material bei einer gegebenen relativen Luftfeuchtigkeit annimmt; sie ist nur wenig von der Temperatur abhängig. Zur Messung des Feuchtigkeitgehalts der Luft werden meist Materialien verwendet, deren zur Messung benutzte physikalische Eigenschaft von ihrem Wassergehalt abhängt (Längenänderung wegen Quellen und Schwinden, Kapazitätsänderung eines hygroskopischen Dielektrikums usw.). Da dieser Wassergehalt wiederum von der relativen Feuchtigkeit der Umgebungsluft bestimmt wird, messen solche Instrumente daher letztlich diese relative Feuchtigkeit, welche deshalb ein besonders leicht zu messendes und häufig benutztes Feuchtigkeitmaß ist.

Mit steigender Temperatur nimmt die Wasserdampfmenge, die zur Sättigung benötigt würde, zu. Das hat zur Folge, dass die relative Luftfeuchtigkeit eines gegebenen Luftpakets bei Erwärmung abnimmt. Die Angabe der Temperatur ist für die Vergleichbarkeit der Werte daher zwingend notwendig. So sind beispielsweise in einer als trocken erscheinenden Wüste mit einer Lufttemperatur von 34,4 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 20 % insgesamt 7,6 Gramm Wasserdampf in einem Kubikmeter Luft enthalten, was bei einer Lufttemperatur von 6,8 °C einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % entspräche und somit zur Kondensation führen würde. Daher sind Phänomene wie Dunst oder Nebel ein Signal für eine hohe relative Luftfeuchtigkeit und gleichzeitig für tiefe Temperaturen. Die Wahrnehmung der Luft als trocken oder feucht liegt also eher an der Temperatur als an der tatsächlich in ihr enthaltenen Wassermenge.

Man kann die relative Luftfeuchtigkeit mit folgenden Formeln berechnen:

$\varphi ={\frac {e}{E}}\cdot 100\,\%\approx {\frac {\mu }{\mu _{s}}}\cdot 100\,\%\approx {\frac {\rho _{w}}{\rho _{w,\max }}}\cdot 100\,\%\approx {\frac {s}{S}}\cdot 100\ \%$

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

• e – Dampfdruck
• E – Sättigungsdampfdruck
• ρ_w – absolute Luftfeuchtigkeit
• ρ_w,max – maximale absolute Luftfeuchtigkeit
• s – spezifische Luftfeuchtigkeit
• S – SättigungsFeuchtigkeit
• μ – Mischungsverhältnis
• μ_s – Mischungsverhältnis bei Sättigung

Fajlagos nedvességtartalom

Die spezifische Luftfeuchtigkeit, auch Wasserdampfgehalt (Formelzeichen: s, q oder x) gibt die Masse des Wassers an, die sich in einer bestimmten Masse feuchter Luft befindet. Der Zahlenwertbereich geht theoretisch von $0\leq s\leq 1$, wobei für trockene Luft $s=0$ ist und für luftfreien Dampf bzw. flüssiges Wasser $s=1$ ist.

Diese Größe bleibt im Unterschied zu den vorherigen Feuchtigkeitmaßen bei Volumenänderungen des betrachteten Luftpakets unverändert, solange keine Feuchtigkeit zu- oder abgeführt wird. Nimmt z. B. das Volumen des Luftpakets zu, so verteilen sich sowohl die (unveränderte) Masse der feuchten Luft als auch die (unveränderte) Masse des Wasserdampfs auf ein größeres Volumen, das Verhältnis der beiden Massen im Luftpaket zueinander bleibt aber dasselbe. Die spezifische Luftfeuchtigkeit behält beispielsweise entlang eines kondensationsfreien Belüftungsrohres einen konstanten Wert, auch wenn die Feuchtigkeit Luft dabei durch Rohrabschnitte unterschiedlicher Temperatur läuft oder auf ihrem Weg zum Beispiel wegen eines Drosselventils Druckänderungen erfährt. Auch ein in der Atmosphäre aufsteigendes Luftpaket behält den Zahlenwert seiner spezifischen Feuchtigkeit bei, solange keine Feuchtigkeit (etwa durch Verdunstung von Regentropfen) zugeführt oder (durch Kondensation des Wasserdampfes) abgeführt wird. Diesem Vorteil steht allerdings die schwierige Messung der spezifischen Luftfeuchtigkeit entgegen, die im Regelfall einem Labor vorbehalten bleibt.

Die maximale spezifische Luftfeuchtigkeit im Sättigungszustand, die sogenannte SättigungsFeuchtigkeit, hat das Formelzeichen S (auch q_s).

Die spezifische Luftfeuchtigkeit s kann mit folgenden Formeln berechnet werden, wobei die jeweilige Größe über den ersten Term definiert ist und alle nachfolgenden Terme Äquivalente oder Näherungen hierzu darstellen (fL – Feuchtigkeit Luft; tL – trockene Luft; W – Wasserdampf bzw. Wasser). Von praktischer Bedeutung sind nur die letztgenannten Terme, alle anderen dienen der Herleitung und Nachvollziehbarkeit.

$s:={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {fL} }}}={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {tL} }+m_{\mathrm {W} }}}={\frac {\frac {m_{\mathrm {W} }}{V_{\mathrm {G} }}}{{\frac {m_{\mathrm {tL} }}{V_{\mathrm {G} }}}+{\frac {m_{\mathrm {W} }}{V_{\mathrm {G} }}}}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }+\rho _{\mathrm {W} }}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {fL} }}}$

$s={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }+\rho _{\mathrm {W} }}}={\frac {\frac {e}{R_{\mathrm {W} }\cdot T}}{{\frac {p-e}{R_{\mathrm {tL} }\cdot T}}+{\frac {e}{R_{\mathrm {W} }\cdot T}}}}={\frac {M_{\mathrm {W} }\cdot e}{M_{\mathrm {tL} }\cdot (p-e)+M_{\mathrm {W} }\cdot e}}={\frac {{\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\cdot e}{p-\left(1-{\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\right)\cdot e}}$

damit:

$s\approx {\frac {0{,}622\cdot e}{p-0{,}378\cdot e}}\approx 0{,}622\cdot {\frac {e}{p}}$

wobei gilt:

$\rho _{\mathrm {W} }={\frac {e}{R_{W}\cdot T}}\qquad {\text{und}}\qquad R_{\mathrm {W} }={\frac {R}{M_{\mathrm {W} }}}$

$\rho _{\mathrm {tL} }={\frac {p-e}{R_{tL}\cdot T}}\qquad {\text{und}}\qquad R_{\mathrm {tL} }={\frac {R}{M_{\mathrm {tL} }}}$

Die SättigungsFeuchtigkeit errechnet sich dementsprechend nach:

$S:={\frac {m_{\mathrm {W\ bei\ S{\ddot {a}}ttigung} }}{m_{\mathrm {fL} }}}={\frac {\rho _{\mathrm {W\ bei\ S{\ddot {a}}ttigung} }}{\rho _{\mathrm {fL} }}}\approx {\frac {0{,}622\cdot E}{p-0{,}378\cdot E}}$

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

• m_x – Massen
• ρ_x – Dichten
• ρ_fL – Dichte der feuchten Luft
• V_G – Gesamtvolumen der feuchten Luft
• R_W – individuelle Gaskonstante des Wassers
• R_tL – individuelle Gaskonstante von trockener Luft
• T – Temperatur
• M_W – molare Masse von reinem Wasser = 18,01528 g/mol
• M_tL – molare Masse von trockener Luft = 28,9644 g/mol (Wert der Standardatmosphäre)
• e – Dampfdruck
• p – Luftdruck
• E – Sättigungsdampfdruck

Keverési arány

Das Mischungsverhältnis (Formelzeichen: μ, x, m), auch Feuchtigkeitgrad genannt, gibt die Masse des Wassers an, die sich in einer bestimmten Masse trockener Luft befindet. In ihren Eigenschaften sind Mischungsverhältnis und spezifische Luftfeuchtigkeit identisch. Im Regelfall unterscheidet sich auch der Zahlenwert nicht sehr stark, weshalb man beide Größen genähert gleichsetzen kann.

Das Mischungsverhältnis kann mit folgenden Formeln berechnet werden, wobei es über den ersten Term definiert ist und alle nachfolgenden Terme Äquivalente oder Näherungen hierzu darstellen (fL – Feuchtigkeit Luft; tL – trockene Luft; W – Wasserdampf bzw. Wasser):

$\mu :={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {tL} }}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }}}={\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\cdot {\frac {e}{p-e}}\approx 0{,}622\cdot {\frac {e}{p-e}}$

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

• m_x – Massen
• ρ_x – Dichten
• M_W – molare Masse von reinem Wasser = 18,01528 g/mol
• M_tL – molare Masse von trockener Luft = 28,9644 g/mol (Wert der Standardatmosphäre)
• e – Dampfdruck
• p – Luftdruck

Harmatpont

Sablon:Hauptartikel Als Taupunkt oder Taupunkttemperatur bezeichnet man die Temperatur, bei der sich auf einem Gegenstand (bei vorhandener Feuchtigkeit) ein Gleichgewichtszustand von kondensierendem und verdunstendem Wasser einstellt, in anderen Worten die Kondensatbildung gerade einsetzt. Sie wird mit einem Taupunktspiegelhygrometer gemessen. Der Taupunkt einer Probe ist lediglich vom Druck abhängig, wohingegen die relative Feuchtigkeit eine von Druck und Temperatur abhängige Größe ist. Die Taupunktkurve gibt bei gegebenem atmosphärischen Druck, für die jeweilige Temperatur, den Maximalwert von Feuchtigkeit an, die Luft aufnehmen kann (= 100% relative Feuchtigkeit). Abkühlung unter die Taupunkttemperatur führt zu Kondensation, Erwärmung zu neuer Wasserdampfaufnahmefähigkeit.

Nedves hőmérséklet

Die Feuchttemperatur ist jene Temperatur, die ein Luftpaket haben würde, wenn es adiabatisch bei konstantem Druck durch Verdunsten von Wasser in das Paket, bis zur Sättigung gekühlt, und dabei die benötigte latente Wärme dem Paket entzogen werden würde. (Quelle: Huschke, R.E. 1959, Glossary of Meteorology, American Meteorological Society, Boston) Gemessen wird sie mit Hilfe eines Psychrometers (zum Beispiel Aßmannsches Aspirationspsychrometer). Bei Kenntnis von Temperatur und Luftfeuchtigkeit kann man die Feuchttemperatur aus einer sogenannten Psychrometertabelle ablesen. Die Formel für die Feuchttemperatur lautet:

$T_{\mathrm {f} }=T\cdot \exp \left(L\cdot {\frac {m-m_{s}{_{T_{f}}}}{c_{p}\cdot T}}\right)$

wobei

• T_f – Feuchttemperatur
• L – Phasenumwandlungswärme bei Kondensation/Verdunstung (~2450 kJ/kg)
• m – Mischungsverhältnis
• m_s – Sättigungsmischungsverhältnis bei Feuchttemperatur(!)
• T – abs. Temperatur
• c_p – spezifische Wärme von Luft = 1005 J/(kg•K)

Diese Gleichung ist transzendent, und daher nur numerisch lösbar! Allerdings wurden zahlreiche empirische Formeln entwickelt die aber meist nur in einem bestimmten Temperatur- und Druckbereich gut funktionieren.

In der angewandten Meteorologie wird sie oft zur Unterscheidung der Niederschlagsart (Schnee/Regen) an unbemannten Wetterstationen eingesetzt. Als Richtwert gilt, dass Niederschlag bei einer Feuchttemperatur größer oder gleich 1,2 °C als Regen, bei Tf kleiner oder gleich 1,2 °C als Schnee fällt. Allerdings lassen sich damit nur grobe Abschätzungen machen. Jüngste Untersuchungen für die Station Wien Hohe Warte (WMO: 11035) haben gezeigt, dass Niederschlag bei Tf unter 1,1 bzw. über 1,4 °C in 2/3 der Fälle in fester, bzw. flüssiger Form auftritt. Im wesentlichen konnte der Richtwert von 1,2 °C Feuchttemperatur also bestätigt werden. (Quelle: Rohregger, J. 2008: Methoden zur Bestimmung der Schneefallgrenze, Diplomarbeit am Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien)

Mérés

Hajszálhigrométer

A nedvességtartalom jelzése arra érzékeny termékeken

Geräte zur Messung der Luftfeuchtigkeit werden als Hygrometer bezeichnet. Arten sind zum Beispiel Absorptionshygrometer (Haarhygrometer), Psychrometer und Taupunktspiegelhygrometer.

Feuchtigkeitsensoren liefern ein elektrisches Signal, Adsorptionssensoren beruhen auf einer sich bei unterschiedlicher Wasseraufnahme ändernden elektrischen Eigenschaft bestimmter Materialien und Materialaufbauten. Beispiele für elektrische Sensoren sind unter Anderem Impedanz-Sensoren, hier ist es die elektrischen Leitfähigkeit die sich ändert, bei Kapazitiven Sensoren wirkt die Feuchtigkeit auf das Dielektrikum und ändert so die Kapazität des Sensors oder bei Schwingquarz basierten Feuchtigkeitsensoren verändert sich durch die Feuchtigkeit die Resonanzfrequenz des Quarzes. Messumformer werden häufig auch als Sensoren bezeichnet. Ein Messumformer liefert, im Unterschied zu einem Sensor, jedoch ein genormtes Signal für einen voreingestellten Messbereich, z. B. ein 0 bis 10 V Signal oder ein 0/4 bis 20 mA Signal. Intern besteht ein solcher Messumformer aus zwei Komponenten, einem Sensor und einer elektronischen Einheit, welche das genormte Signal formt.

In den weltweiten offiziellen Wetterstationen werden zur Messung der Luftfeuchtigkeit verschiedene Messgeräte benutzt. Eine Methode ist ein in der Klimahütte montiertes Aspirationspsychrometer, welches aus einem trockenen und einem feuchten Thermometer besteht. Aus den Werten beider Thermometer kann man anhand einer Tabelle dann die aktuelle relative Luftfeuchtigkeit in Prozent und den Taupunkt ermitteln. Weiterhin gibt es separate Messfühler für den Taupunkt, welche aus einem Sensor über einer Lithiumchloridlösung bestehen.

Feuchtigkeitsindikatoren bestehen zum Beispiel aus mit Kobaltchlorid versetztem Silicagel (Blaugel) und führen bei bestimmten Feuchtigkeitswerten einen Farbwechsel aus. Sie dienen dazu, Feuchtigkeitempfindlichen Gütern beigelegt zu werden, um insbesondere in tropischen Gegenden und bei starken Temperaturunterschieden deren Transportbedingungen hinsichtlich der relativen Luftfeuchtigkeit kontrollieren zu können. Blaugel (oder das kobaltfreie Orangegel) wird auch in hermetisch verschlossenen Baugruppen hinter Sichtfenstern untergebracht, um die Luftfeuchtigkeit im Inneren kontrollieren zu können.

Változásai

Napszaktól függő változások

Die Luftfeuchtigkeit zeigt einen typischen Tagesgang, der zwar je nach Umgebungsbedingungen sehr unterschiedlich sein kann und auch nicht immer einem bestimmten Muster folgen muss, genau dies aber im Regelfall tut. So zeigt sich für das sommerliche Berlin in etwa der folgende Verlauf: um sieben Uhr Ortszeit liegt die absolute Luftfeuchtigkeit im Mittel bei etwa 10,6 g/m³, dann um 14 Uhr bei 10,0 g/m³ und schließlich um 21 Uhr wieder bei 10,6 g/m³. Im Winter zeigen sich morgens 4,5 g/m³, mittags 4,6 g/m³ und abends wiederum 4,5 g/m³. Die Luftfeuchtigkeit steigt also im Winter nach Sonnenaufgang und sinkt nach Sonnenuntergang, genau entgegengesetzt zum Tagesgang der Lufttemperatur und so wie man es aufgrund der erhöhten Verdunstung erwarten würde. Im Sommer kommt der Einfluss der Konvektion hinzu, da aufsteigende Luftpakete das Eindringen trockenerer Luftmassen aus der Höhe bedingen und daher zu einem mittäglichen bis nachmittäglichen Minimum führen. In den Abendstunden steigt die absolute Luftfeuchtigkeit mit nachlassender Konvektion jedoch wieder. Im Sommer zeigen sich daher zwei Dampfdruckmaxima, eines um etwa 8 Uhr und eines um etwa 23 Uhr.

Der Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit erreicht nachts (insbesondere bei fehlender Bewölkung) in Bodennähe oft 100 %, da die bodennahen Luftschichten durch Kontakt mit dem sich durch Abstrahlung in den Weltraum abkühlenden Erdboden unter den Taupunkt gelangen. Die Folge sind Tau bzw. Reif.

Évszak

Im Jahresgang, basierend auf entweder Tages- oder Monatsmitteln als langjährigen Durchschnittswerten, zeigen sich Maxima der relativen Luftfeuchtigkeit im Spätherbst und Frühwinter, also im Zeitraum der größten Nebelbildung. Demgegenüber stehen Minimalwerte im Frühjahr und Frühsommer. Der Dampfdruck ist im Winter am geringsten und im Sommer am höchsten. Die bestimmenden Einflüsse sind dabei Verdunstung und Advektion von Wasserdampf, die einen sehr starken regionalen bzw. lokalen Bezug aufweisen.

Tengerszint feletti magasság

Der Wasserdampfdruck nimmt mit zunehmender Höhe und damit abnehmender Lufttemperatur zunächst sehr rasch und dann ab drei Kilometern nur noch langsam ab. In zehn Kilometern Höhe beträgt er dann nur noch etwa ein Prozent des Bodenwertes. Die relative Luftfeuchtigkeit zeigt keinen derart eindeutigen Trend, ist in der Tropopause, in Mitteleuropa etwa ab 11 Kilometern Höhe, jedoch meist sehr gering. Sie beträgt hier im Normalfall etwa 20 % und sinkt mit zunehmender Höhe weiter ab, was auch der Grund dafür ist, dass die Wolkenbildung fast ausschließlich auf die Troposphäre begrenzt ist.

Jelentősége

Die Luftfeuchtigkeit ist in einer Vielzahl von Anwendungen von Bedeutung, wobei hier die Meteorologie und Klimatologie zwar deren theoretisches, nicht aber deren anwendungsorientiertes Zentrum bilden. Die Rolle des Wasserdampfes, dessen Eigenschaften und insbesondere seine technischen Anwendungen außerhalb der atmosphärischen Bedingungen werden dort erläutert. Die allgemeinen Eigenschaften des Wassers und dessen natürliche Verbreitung können gesondert nachgelesen werden.

Hétköznapi élet

Im Alltag lassen sich zahlreiche Phänomene auf die Luftfeuchtigkeit zurückführen, von denen einige hier exemplarisch vorgestellt werden sollen.

Beobachtet man nasse Gegenstände oder offene Wasserflächen über einen längeren Zeitraum, ohne dass diesen von außen weiteres Wasser zugeführt wird, so nimmt deren Nässe ab bzw. die Wasserfläche trocknet aus. Wäsche wird mit der Zeit trocken, Pfützen verschwinden, Lebensmittel werden hart und ungenießbar. Es kommt zur Verdunstung. Diese ist jedoch nur so lange möglich, wie die Luft ungesättigt ist, die relative Luftfeuchtigkeit also unter 100 % liegt.

jégvirágok

Betritt man aus der kühleren Umgebung kommend einen geheizten Raum, so stellt man oft fest, dass Brillengläser beschlagen. Gleiches gilt auch für Fensterscheiben. Sind die Scheiben kälter als der Innenraum, so beschlagen sie. Zum Beispiel auch bei Kraftfahrzeugen wird dadurch das Sichtfeld eingeschränkt. Der gleiche Effekt tritt in Bädern und Saunen auf, hier beschlagen oft auch Spiegel und andere kältere Gegenstände. Grund für all diese Effekte sind die kalten Oberflächen, die die Luft in ihrer unmittelbaren Umgebung abkühlen: je höher die relative Luftfeuchtigkeit der Luft ist, desto schneller erreicht sie beim Abkühlen den Taupunkt und Wasser kondensiert. Je höher der Temperaturunterschied zwischen den Oberflächen und der Umgebungsluft ist, desto stärker ist die Neigung zur Betauung bzw. zum Beschlagen. Aus diesem Grunde zeigen sich die beschriebenen Fälle vor allem im Winter, in feuchten Räumen, an Außenwänden und im Freien nachts bei unbedecktem Himmel (Abkühlung der Erdoberfläche durch Abstrahlung in den Weltraum). Sinken die Temperaturen der Oberflächen unter 0 °C, bilden sich Eisblumen oder Reif. Gegenmaßnahmen gegen Betauung und Bereifung:

• Beblasen der Scheiben mit warmer Luft
• Heizkörper in Wohnräumen befinden sich an Außenwänden und unter Fenstern
• Beheizen der Gegenstände (Heckscheibe von KFZ, Flugzeug-Komponenten)

Der Effekt führt auch zum Vereisen von Gefrierfächern bzw. des Verdampfers in Kühlschränken und Gefriertruhen bei gleichzeitiger Austrocknung unverpackter Kühlware. Deren Wasser verdunstet bzw. sublimiert zunächst, um dann an kalten Oberflächen zu kondensieren bzw. zu Eis zu resublimieren. Technische Verwendung findet dieser Effekt bei der Gefriertrocknung.

Die Vereisung von Vergasern von Ottomotoren (zum Beispiel in Kraftfahrzeugen oder kleinen Flugzeugen) führt zum Motorausfall. Sie beruht im Wesentlichen auf der Abkühlung der Luft aufgrund der Verdunstungskälte des Benzins, teilweise auch aufgrund des Unterdruckes, der die Luft zusätzlich abkühlt.

miniatur|Nebelbildung in Randwirbeln Die Unterschreitung des Taupunktes kann man auch bei Flugzeugen oder schnellen Rennautos beobachten. Die Randwirbel an den Enden der Tragflächen oder eines Spoilers führen zu einem lokalen Absinken des Luftdruckes und nach dem 2. Gesetz von Gay-Lussac zu lokaler Abkühlung der Luft. Der Taupunkt wird lokal unterschritten und dort entsteht Nebel. Ist die Luftfeuchtigkeit bei Temperaturen unter Null besonders hoch, kommt es bei Flugzeugen zur gefürchteten Tragflächenvereisung – dann reicht bereits der Unterdruck oberhalb und hinter den Tragflächen und Leitwerken, um eine Bereifung auszulösen.

Die Ausatemluft ist beim Menschen und homoiothermen Tieren wesentlich feuchtigkeitsreicher und wärmer als die Einatemluft. Dies erkennt man am zu sichtbaren Nebelschwaden kondensierenden Wasserdampf der Ausatemluft im Winter bzw. bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit. Die warme und feuchtigkeitsreiche Ausatemluft kühlt sich unter den Taupunkt ab und es kommt zur Entstehung von Wassertröpfchen. Gleiches gilt auch für die Abgase von Fahrzeugen, Flugzeugen und Kraftwerken, deren Wolkenbildung bzw. Kondensstreifen oft mit deren Schadstoffemission verwechselt werden.

Meteorológia, klimatologia, hidrológia

Hagelschauer in Finnland

Wird mit Wasserdampf gesättigte Luft unter den Taupunkt abgekühlt, so scheidet sich flüssiges Wasser durch Kondensation aus der Luft ab, falls die hierfür notwendigen Kondensationskerne (Aerosole) vorhanden sind. Diese liegen jedoch unter natürlichen Bedingungen fast immer in ausreichender Konzentration vor, so dass es nur in Ausnahmefällen zu markanten Übersättigungen von mehreren Prozentpunkten kommt. Die Kondensation und ab Temperaturen unter 0 °C auch Resublimation des Wasserdampfs führen unter anderem zur Wolken-, Schnee-, Nebel-, Tau- und Reifbildung. Wasserdampf ist daher kein permanentes Gas der Atmosphäre und weist mit einer statistischen Verweildauer von etwa zehn Tagen eine hohe Mobilität auf.

Obwohl der Wasserdampf nur mit relativ geringen Konzentrationen in der Atmosphäre vertreten ist, trägt er bedingt durch seine hohe Mobilität und den damit verbundenen Stoffumsatz einen großen Anteil am globalen Wasserkreislauf und spielt daher in der Wasserbilanz eine wichtige Rolle. Hierbei ist die Luftfeuchtigkeit auch eine wichtige Eingangsgröße zur Niederschlagsbildung bzw. deren Berechnung und auch zur Bestimmung der Verdunstung bzw. der Evaporation, Transpiration und Interzeptionsverdunstung. Dies spielt im Rahmen der klimatischen Wasserbilanz wiederum eine wesentliche Rolle für verschiedene Klimaklassifikationen.

Aus der Luftfeuchtigkeit lassen sich zudem wichtige meteorologische Größen ableiten, wie zum Beispiel das Kondensationsniveau und die virtuelle Temperatur. Auch ist die Luftfeuchtigkeit bzw. der Wasserdampf wesentlich am Strahlungshaushalt der Atmosphäre beteiligt – Wasserdampf ist das bedeutendste Treibhausgas. Wasserdampf, insbesondere jedoch Wolken verhindern stark die nächtliche Abkühlung der Erdoberfläche, da sie durch Absorption und Re-Emission einen Ausgleich der Strahlungsbilanz der Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche herstellen.

Die im flüssigen Aggregatzustand des Wassers gespeicherte latente Wärme bedingt den Unterschied zwischen feucht- und trockenadiabatischem Temperaturgradienten – eine der Voraussetzungen für die Entstehung von Föhn.

Szárítás

Bei der Trocknung von Materialien durch Verdunstung ist entscheidend, dass zwischen dem Wassergehalt des Trockengutes und der Luftfeuchtigkeit ein Gradient besteht. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % kann das Trockengut daher nicht weiter trocknen, es stellt sich ein Gleichgewicht ein. Bei Trocknungsverfahren, zum Beispiel in Trocknern, auch Wäschetrocknern, versucht man daher, die relative Feuchtigkeit der Umgebung zu senken. Das kann durch Temperaturerhöhung, Luftaustausch (Fön, Ablufttrockner), durch Adsorption des Wassers (Adsorptionstrockner) oder durch Auskondensation des Wassers (Kondenstrockner) erfolgen.

In anderen Fällen wird hingegen in der Regel auf die Wirkung des Windes vertraut, der ständig neue ungesättigte Luft heranweht und so beispielsweise Heu, frisch geschlagenem Holz, Mörtel, aufgehängter Wäsche, Tabakblättern, Kaffee- oder Kakaobohnen das Wasser entzieht.

[[Datei:Tomato leaf stomate 1.jpg|miniatur|Spaltöffnung an einem Blatt]]

Biológia

In der Biologie und hier besonders der Ökologie ist die Luftfeuchtigkeit von großer Bedeutung. Sie bedingt nicht nur das Auftreten von Klimazonen oder bestimmten Ökosystemen, sondern spielt auch bei der Transpiration über die Spaltöffnungen der Blätter und in deren Interzellularraum (Interzellulare) eine große Rolle (Wasserdampfpartialdruck). Die Luftfeuchtigkeit ist daher ein wichtiger Parameter für den Wasserhaushalt von Pflanzen und Tieren (Schwitzen). Eine besondere Rolle spielt die Luftfeuchtigkeit zudem für Tiere, die hauptsächlich über die Haut atmen. Hierzu zählen viele Schnecken und andere Weichtiere, die in der Folge auch eine geringe Toleranz gegen Austrocknung besitzen.

Egészség

In Wohnräumen wird eine relative Luftfeuchtigkeit von 45–55 % empfohlen.

Ursachen und gesundheitliche Risiken bei zu geringer Luftfeuchtigkeit:

Vor allem in geschlossenen, stark belüfteten und gut beheizten Räumen wird dieser Wert jedoch oft unterschritten, was zu einer verminderten Atemleistung und einer Beeinträchtigung der Haut bzw. Schleimhaut führen kann. Dies ist besonders im Winter der Fall, da die kalte Außenluft dann nur eine geringe absolute Luftfeuchtigkeit besitzt und durch das Erwärmen auf Zimmertemperatur die relative Luftfeuchtigkeit sehr stark absinkt. Bei zu stark sinkender Luftfeuchtigkeit kann durch eine Reduzierung von Undichtigkeiten der ungewollte Luftaustausch verringert werden. Die Luftfeuchtigkeit sollte jedoch auch im Bereich der kältesten Stellen des Raumes (Außenwände hinter Möbeln) nicht über 80% ansteigen, da bei höheren Werten Schimmelwachstum nicht auszuschließen ist. Je nach Nutzung und Wärmedämmung der Räume ergeben sich zur Vermeidung von Schimmelwachstum oft Werte der Luftfeuchtigkeit, die deutlich unter den medizinisch empfohlenen liegen.

In sehr kalten Gebieten oder auch kalten Jahreszeiten bzw. in der Nacht zeigt sich oft ein erhöhter Flüssigkeitsverbrauch des menschlichen Organismus, obwohl aufgrund des fehlenden Flüssigkeitsverlustes durch Schwitzen eher das Gegenteil angenommen werden müsste. Begründet liegt dies in der Befeuchtung der trockenen Einatemluft und dem damit verbundenen Wasserverlust. Wird die kalte Außenluft beim Einatmen erwärmt, so steigt deren Wasserdampfkapazität und senkt damit auch die relative Luftfeuchtigkeit. Im Gegensatz hierzu steigt das Sättigungsdefizit an und die Neigung des flüssigen Lungengewebswassers, in den gasförmigen Aggregatzustand überzugehen, nimmt zu. Im Sommer bzw. bei warmer Umgebungsluft wird die Einatemluft kaum noch zusätzlich erwärmt und behält daher ihre meist hohe relative Luftfeuchtigkeit. Sind die zusätzlichen Wasserverluste durch Schwitzen hier nicht allzu groß, ist der Wasserbedarf des Körpers daher bei kalten Umgebungsbedingungen höher.

Eine zu niedrige Luftfeuchtigkeit ist für die Atmung nicht förderlich, da der Sauerstoff über die Alveolen dann schlechter in die Blutbahn gelangt. Die Haut benötigt eine hohe Luftfeuchtigkeit, um nicht auszutrocknen, da diese eng mit der Hautfeuchtigkeit gekoppelt ist. Besonders Schleimhäute sind für Austrocknen anfällig, da sie nur über einen geringen Verdunstungsschutz verfügen und auf ihre hohe Feuchtigkeit zur Erhaltung ihrer Funktionen angewiesen sind. So kann eine geringe Feuchtigkeit der Nasenschleimhaut ein erhöhtes Auftreten von Nasenbluten zur Folge haben. Generell wird dabei auch die Immunabwehr der Haut geschwächt (erhöhtes Erkältungsrisiko) und deren Fähigkeit zum Stoffaustausch herabgesetzt, wovon besonders die Mundschleimhaut betroffen ist. Auch die Anfälligkeit für Hautreizungen bzw. -rötungen oder gar Hautentzündungen wird durch eine geringe Luftfeuchtigkeit erhöht.

Bei der Durchführung von Inhalationsnarkosen ist die Anfeuchtung des inhalierten Gasgemisches sehr wichtig, da die zur Anwendung kommenden medizinischen Gase wasserfrei gelagert werden und andernfalls die auftretenden Verdunstungseffekte in der Lunge des Patienten Auskühlungserscheinungen (Verdunstungskälte) und eine gewisse Austrocknung bewirken würden.

Gesundheitliche Risiken bei zu hoher Luftfeuchtigkeit:

Eine hohe relative Luftfeuchtigkeit behindert hingegen die Regulation der Körpertemperatur durch das Schwitzen und wird daher schnell als schwül empfunden. Trotz relativ gesehen höherer Temperaturen können daher sehr heiße Wüsten oft wesentlich leichter durch den Organismus verkraftet werden (vorausgesetzt er leidet nicht unter Austrocknung) als Regenwälder mit einer hohen Luftfeuchtigkeit und vergleichsweise gemäßigten Temperaturen. Dieser Effekt, den Luftfeuchtigkeit auf die gefühlte Temperatur besitzt, wird durch den Humidex beschrieben, wobei der grundsätzliche Zusammenhang zwischen einer steigenden Luftfeuchtigkeit und einer steigenden gefühlten Temperatur auch für niedrige Werte der Luftfeuchtigkeit gilt und somit beispielsweise zur Reduzierung der Zimmertemperatur und damit des Heizaufwandes herangezogen werden kann.

Mezőgazdaság

A sauerlandi középheység ködben

In der Landwirtschaft besteht bei einer zu niedrigen Luftfeuchtigkeit die Gefahr einer Austrocknung der Felder und der angebauten Pflanzen und damit einer Missernte. Durch die Erhöhung des Dampfdruckgradienten zwischen Blattoberfläche und Atmosphäre wird den Pflanzen dabei Feuchtigkeit entzogen (siehe Abschnitt Biologie), insbesondere wenn ihre Spaltöffnungen am Tag geöffnet sind und sie nur über einen geringen Verdunstungsschutz verfügen, was bei vielen heimischen Pflanzen (C-3 Pflanzen), der Fall ist. Die Pflanzen erhöhen dadurch die Austrocknung des Bodens, andererseits schützen sie ihn vor direkter Sonneneinstrahlung und Erwärmung und fördern durch ihre Wurzeln Wasser aus tieferen Schichten an die Oberfläche. Viele Moor- und Sumpfpflanzen verfügen über einen Regelmechanismus, der die Verdunstungsrate bei beginnender Austrocknung senkt.

Die Wasserbilanz wird beim Freilandanbau wesentlich auch durch nächtlichen Tau verbessert – Pflanzen betauen eher als unbedeckter Erdboden, da sie sich nachts durch Wärmeabstrahlung schneller abkühlen als unbedeckter Boden mit seiner höheren Wärmekapazität.

Doch auch in der Forstwirtschaft und der holzverarbeitenden Industrie spielt die Luftfeuchtigkeit eine Rolle. Frisch geschlagenes Holz verfügt über eine hohe EigenFeuchtigkeit, sie ist bei im Winter geschlagenem Holz geringer. Diese HolzFeuchtigkeit sinkt in der Zeit der Ablagerung ab und gleicht sich an die Luftfeuchtigkeit an. Wird zu frisches Holz verarbeitet, schwindet und verzieht es sich. Die Änderung der HolzFeuchtigkeit aufgrund wechselnder Luftfeuchtigkeit führt auch bei abgelagertem Holz zu sich ändernden Maßen des Holzes quer zur Faser und ist von großer Wichtigkeit für alle holzverarbeitenden Gewerbe und Industrien. Bei der Lagerung frischen Holzes in Sägewerken werden oft Sprinkleranlagen eingesetzt, um das Holz langsamer zu trocknen und so Schwindungsrisse zu vermeiden.

Auch abgelagertes Holz (Bretter, Kanthölzer und Balken) wird so gelagert, dass es von Luft umströmt wird und durch sein Eigengewicht parallel fixiert ist. Das soll garantieren, dass sich das Holz nicht verzieht oder gar fault. Beim Verlegen von Dielen- und Parkettfußböden muss beachtet werden, dass sich das Holz der UmgebungsFeuchtigkeit anpasst (Fasersättigungspunkt); es kann quellen oder schwinden. Aus diesem Grund werden auch Holzfässer bei Nichtbenutzung undicht.

Tárolás

[[Datei:Humidor Vorbereitung.jpg|miniatur|Ein vorbereiteter Humidor mit Hygrometer]] In der Lagerhaltung von Lebensmitteln ist die Luftfeuchtigkeit sehr wichtig zur Steuerung der Genussreife, vor allem bei Lagerobst. Auch Korrosion kann durch eine hohe Luftfeuchtigkeit begünstigt werden, besonders über den indirekten Effekt der gesteigerten Taubildung, und muss daher bei Lagerung und Transport Feuchtigkeitempfindlicher Güter berücksichtigt werden. Beispiele, die bestimmte Luftfeuchtigkeit erfordern, sind Chemikalien, Zigarren (Humidor), Wein (Korken), Salami, Holz, Kunstwerke, Bücher und optische oder elektronische Baugruppen und Bauteile, zum Beispiel integrierte Schaltkreise. Die Luftfeuchtigkeit muss zur Einhaltung bestimmter Raumklimata in Lagerräumen, Museen, Archiven, Büchereien, Laboren, Rechenzentren und industriellen Produktionsanlagen (Mikroelektronik-Fertigung) überwacht oder gesteuert werden.

Beim Gütertransport in wetterisolierten Containern oder auch verschweißten Kunststoffbeuteln kann sich Kondenswasser und Betauung bilden, wenn die Luft im Inneren beim Sinken der Temperatur unter den Taupunkt gelangt, zum Beispiel beim Transport aus tropischen in kältere Gebiete. In Folienverpackungen Feuchtigkeitempfindlicher Güter werden daher Beutel mit Silicagel oder Zeolithe gegeben, die die Feuchtigkeit puffern. Feuchtigkeitsindikatoren dienen dazu, die Feuchtigkeitswerte in den Verpackungen während des Transports zu kontrollieren. Feuchtigkeitempfindliche Geräte wie z.B. in der Elektronik und Optik, müssen nach Lagerung bei geringen Temperaturen zunächst temperieren, bevor deren Verpackung geöffnet wird. Ansonsten bildet sich an und in den Geräten Kondenswasser, was insbesondere beim sofortigen Betreiben der betauten Geräte zum Ausfall führen kann.

Épületek külső fala

In der Bauphysik spielt der Taupunkt in Form der Taupunktebene eine wichtige Rolle. Unter dieser versteht man diejenige Fläche innerhalb des Mauerwerks oder der Wärmedämmung an der Außenwand eines Gebäudes, ab welcher es zur Kondensation kommen kann. Hintergrund ist, dass warme Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann als kalte Luft. Bewegt sich warme und mit Feuchtigkeit angereicherte Luft durch Diffusion oder Konvektion innerhalb der Außenwand oder Dämmschicht vom wärmeren zum kälteren Ort (meist von innen nach außen) entlang des Gradienten der relativen Feuchtigkeit, so kommt es zur Bildung flüssigen Wassers, sobald der Taupunkt unterschritten wird. Hieraus ergeben sich Gefahren gesundheitsgefährdender Schimmelbildung oder die Dämmschichten versagen aufgrund der Wasseraufnahme. Gegenmaßnahmen bestehen folglich dahin, eine Taupunktunterschreitung durch geeignete Baumaterialien oder andere Maßnahmen zu vermeiden. Die Wärmedämmung sollte daher möglichst an der Außenseite der Wand angebracht werden und ihrerseits nach außen diffusionsoffen sein, sodass sie Wasser an die trockene Außenluft abgeben kann. Ist dies nicht möglich (zum Beispiel bei Innendämmung), muss die Wärmedämmschicht nach innen mit einer Dampfsperre (geschlossene Folie, keine Wasserdiffusion möglich) oder Dampfbremse (Wasserdiffusion ist eingeschränkt möglich) versehen sein, um das Eindringen feuchter Raumluft in die Wärmedämmschicht zu verhindern. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn das Mauerwerk, zum Beispiel durch einen Außenanstrich, ein geringes Diffusionsvermögen aufweist.

In der Winterperiode – in diesem Zusammenhang oft als Tauperiode bezeichnet – sind die Temperatur und der Wasserdampfdruck im Inneren höher als außen. Die Außenwand weist daher für beide Werte ein Gefälle nach außen auf. Dieses ist jedoch selbst bei einer homogenen Außenwand nicht gleich, da deren zeitabhängige Speicherwirkung für Wärme und Wasserdampf unterschiedlich ist und sich auch die Temperaturen und Dampfdrücke im Zeitablauf unterschiedlich ändern. Bei inhomogenen Wänden kommt hinzu, dass das Gefälle in den einzelnen Materialien unterschiedlich ist. So hat eine Dampfsperrfolie zum Beispiel ein großes Dampfdruckgefälle, hingegen kaum ein Temperaturgefälle. Bei Dämmstoffen ist es oft umgekehrt, hier ist das Gefälle des Wasserdampfdrucks klein, aber das Temperaturgefälle hoch. Kondensation tritt immer dann ein, wenn die relative Luftfeuchtigkeit örtlich vorübergehend oder (zum Beispiel im Winter) dauernd 100 % überschreitet.

Die Kondenswasserbildung kann auch durch Baustoffe mit hoher Wasserdampfdurchlässigkeit und/oder einem hohen Wasseraufnahmevermögen (Pufferung) bei gleichzeitig geringer Wärmeleitfähigkeit verhindert werden. Beispiele sind Stroh/Lehm oder Holz. Hierbei kann oft auf Dampfsperren verzichtet werden.

Das sachgemäße Belüften von Wohnräumen (insbesondere bei Sanierungen mit Außenanstrich, unsachgemäß angebrachten Dampfsperren und abgedichteten Fenstern) hat einen großen Einfluss auf die Vermeidung von Schimmelbildung.

Siehe auch: Dampfbremse, Dampfsperre, Niedrigenergiehaus, Baubiologie

Repülés és űrrepülés

In der Luftfahrt besteht die Gefahr des Vereisens von Tragflächen und Leitwerk durch die Resublimation des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes. Dieser Effekt kann die Flugfähigkeit binnen kürzester Zeit sehr stark einschränken und ist für zahlreiche Unfälle verantwortlich. Entgegengewirkt wird diesem Vorgang durch Enteisungsanlagen, welche die kritischen Bereiche (zum Beispiel Tragflächenvorderkante) beheizen um Eisansatz zu verhindern. Eine preisgünstigere Methode besteht darin die Tragflächenvorderkante mit einer Haut aus Gummi zu überziehen und stoßweise Druckluft zwischen die Gummihaut und die Tragfläche zu pressen. Die Haut wölbt sich und durch die Verformung wird das starre Eis abgesprengt.

In der Raumfahrt kommt es bei Raketenstarts zu ähnlichen durch niedrige Außentemperaturen bedingten Problemen. Startfenster werden daher auch nach meteorologischen Gesichtspunkten gewählt und Starts notfalls abgebrochen. Die Nichtbeachtung dieses Grundsatzes, meist in Verbindung mit technischen Mängeln, kann zu Katastrophen wie dem Absturz der Challenger-Raumfähre führen.

Bibliográfia

• Erdey-Grúz Tibor: Fizikai kémia alapjai. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963.
• Berecz Endre: Fizikai kémia. Tankönyvkiadó, Budapest, 1991.
• H. Häckel: Meteorologie. UTB 1338. Ulmer Verlag, Stuttgart 1999 (4. Aufl.), ISBN 3-8252-1338-2
• E. Zmarsly, W. Kuttler, H. Pethe: Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. Eine Einführung mit Übungen, Aufgaben und Lösungen. Ulmer Verlag, Stuttgart 2002, ISBN 3-8252-2281-0
• P. Hupfer, W. Kuttler: Witterung und Klima. Teubner, Stuttgart/Leipzig 1998, ISBN 3-322-00255-1
• W. Weischet: Einführung in die Allgemeine Klimatologie. Borntraeger, Berlin 2002, ISBN 3-443-07123-6

Weblinkek

• Természet világa
• KFKI Cheminfo kereshető

Nézd meg Luftfeuchtigkeit jzana/nedves levegő címszót a Wikiszótárban!

• Vaisala Feuchterechner
• Online-Rechner für die wichtigsten meteorologischen Größen
• Einführung in die Luftfeuchtigkeit, Schutz von Kulturgütern (Unterseite)
• Informationen in Bezug auf die Rolle der Luftfeuchtigkeit für Holz und Wohnklima
• WEBGEO-Modul: Kondensation und Feuchtigkeitmaße - WEBGEO - E-Learning-Portal für Geographie und Nachbarwissenschaften