Теория Келера описывает процесс, в котором водяной пар конденсируется и образует капли жидкого облака, и основана на равновесной термодинамике . Он сочетает в себе эффект Кельвина , который описывает изменение давления насыщенного пара из-за искривленной поверхности, и закон Рауля , который связывает давление насыщенного пара с растворенным веществом. [1] Это важный процесс в области физики облаков . Первоначально он был опубликован в 1936 году Хильдингом Кёлером , профессором метеорологии Уппсальского университета.
Уравнение Келера:
где - давление водяного пара в капле, - соответствующее давление насыщенного пара над плоской поверхностью, - поверхностное натяжение капли , - плотность чистой воды, - моли растворенного вещества, - молекулярная масса воды, - облачная капля. диаметр.
Кривая Келера является визуальным представлением уравнения Келера. Он показывает пересыщение, при котором капля облака находится в равновесии с окружающей средой в диапазоне диаметров капель. Точная форма кривой зависит от количества и состава растворенных веществ, присутствующих в атмосфере. Кривые Келера, где растворенным веществом является хлорид натрия, отличаются от кривых Келера, когда растворенным веществом является нитрат натрия или сульфат аммония .
На рисунке выше показаны три кривые Келера хлорида натрия. Рассмотрим (для капель, содержащих растворенное вещество диаметром, равным 0,05 микрометра) точку на графике, где диаметр влажного вещества составляет 0,1 микрометра, а пересыщение составляет 0,35%. Поскольку относительная влажность превышает 100%, капля будет расти, пока не достигнет термодинамического равновесия. По мере роста капля никогда не достигает равновесия и, таким образом, растет без ограничений. Однако если пересыщение составляет всего 0,3%, падение будет расти только примерно до 0,5 микрометра. Пересыщение, при котором капля будет неограниченно расти, называется критическим пересыщением. Диаметр, при котором кривая достигает максимума, называется критическим диаметром.
