Давление пара воды — это давление, оказываемое молекулами водяного пара в газообразной форме (чистой или в смеси с другими газами, такими как воздух). Давление насыщенного пара — это давление, при котором водяной пар находится в термодинамическом равновесии со своим конденсированным состоянием . При давлениях выше давления насыщенного пара вода будет конденсироваться , а при более низких давлениях она будет испаряться или сублимироваться . Давление насыщенного пара воды увеличивается с ростом температуры и может быть определено с помощью соотношения Клаузиуса–Клапейрона . Точка кипения воды — это температура, при которой давление насыщенного пара равно давлению окружающей среды. Вода, переохлажденная ниже своей нормальной точки замерзания, имеет более высокое давление пара, чем лед при той же температуре, и, таким образом, является нестабильной.
Расчеты давления пара (насыщения) воды обычно используются в метеорологии . Зависимость температуры от давления пара обратно пропорциональна отношению между точкой кипения воды и давлением. Это относится как к приготовлению пищи под давлением , так и к приготовлению пищи на больших высотах. Понимание давления пара также важно для объяснения дыхания на больших высотах и кавитации .
Существует множество опубликованных приближений для расчета давления насыщенного пара над водой и надо льдом. Вот некоторые из них (в приблизительном порядке возрастания точности):
Ниже приведено сравнение точности этих различных явных формулировок, показывающих давления насыщенных паров для жидкой воды в кПа, рассчитанные при шести температурах с их процентной погрешностью относительно табличных значений Лиде (2005):
Более подробное обсуждение точности и соображений погрешности в измерениях температуры представлено в Alduchov and Eskridge (1996). Анализ здесь показывает, что простая неатрибутивная формула и уравнение Антуана достаточно точны при 100 °C, но довольно плохи для более низких температур выше точки замерзания. Тетенс гораздо более точен в диапазоне от 0 до 50 °C и весьма конкурентоспособен при 75 °C, но уравнение Антуана превосходит его при 75 °C и выше. Неатрибутивная формула должна иметь нулевую погрешность около 26 °C, но имеет очень низкую точность за пределами узкого диапазона. Уравнения Тетенса, как правило, намного точнее и, возможно, более просты для использования при повседневных температурах (например, в метеорологии). Как и ожидалось, [ необходимо разъяснение ] уравнение Бака для T > 0 °C значительно точнее, чем уравнение Тетенса, и его превосходство заметно возрастает выше 50 °C, хотя его сложнее использовать. Уравнение Бака даже превосходит более сложное уравнение Гоффа-Гратча в диапазоне, необходимом для практической метеорологии.
Для серьезных вычислений Лоу (1977) [4] разработал две пары уравнений для температур выше и ниже точки замерзания с разной степенью точности. Все они очень точны (по сравнению с уравнениями Клаузиуса-Клапейрона и Гоффа-Гратча ), но используют вложенные полиномы для очень эффективных вычислений. Однако есть и более поздние обзоры, возможно, более совершенных формулировок, в частности, Векслера (1976, 1977), [5] [6], о которых сообщили Флатау и др. (1992). [7]
Примеры современного использования этих формул можно также найти в GISS Model-E НАСА и Seinfeld and Pandis (2006). Первое — чрезвычайно простое уравнение Антуана, а второе — многочлен. [8]
В 2018 году Хуан [9] разработал и протестировал новую приближенную формулу, основанную на физических принципах; он также рассмотрел другие недавние попытки.
