Umidade do ar e a densidade do ar
11 de novembro, 2015 às 11:06 | Postado em Gás e vapor, Termologia, termodinâmica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Quando o ar fica mais úmido, ele fica mais “leve” ou mais “pesado”? Responderia que a adição de moléculas de água aumenta a densidade do ar, porém encontrei uma explicação que afirma que ocorre o contrário, como consequência da Lei do Gases Ideais. Esta lei afirma que a uma certa pressão e temperatura, um certo volume do gás contém o mesmo número de moléculas. O ar seco é constituído quase inteiramente de moléculas de nitrogênio (peso molecular 28u) e oxigênio (peso molecular 32u). Assim, a presença de moléculas de aguá (peso molecular 18u) torna o ar menos denso. Afinal, ocorre aumento ou diminuição da densidade do ar com o aumento da umidade? A aproximação do ar como gás ideal é válida?
Inicialmente farei uma consideração sobre a quantidade de vapor de água que o ar pode conter. Ela é sempre uma fração muito pequena, seja em número de moléculas ou seja em massa, do total do ar (vide mais no artigos disponível no ResearchGate). O gráfico abaixo representa o percentual de água, em massa e em número de moléculas, no ar SATURADO de vapor a 1 atm.
Observa-se então que mesmo quando a temperatura ambiente é tão elevada quanto 45°C tais percentuais, que valem para ar saturado de vapor de água (umidade relativa de 100%), não chegam a 10%.
Agora responderei às perguntas formuladas. Tratar o ar como um gás ideal é um excelente aproximação nas condições normais. Para mais detalhes sobre quando podemos tratar uma amostra gasosa como gás ideal vide Quando de fato uma amostra gasosa pode ser tratada como um Gás Ideal?
Se admitires “que a adição de moléculas de água aumenta a densidade do ar” então vale explorar as consequências de tal pressuposto. Um simples aumento do número total de moléculas em um determinado volume, mantida a temperatura constante, implica em um aumento da pressão neste volume gasoso. Como a pressão é presumida constante, igual ou muito próxima da pressão atmosférica normal, a adição de vapor de água em ar seco determina que moléculas de ar seco sejam substituídas por moléculas de água na fase gasosa (vapor). Ou seja, o número total de moléculas em um particular volume de ar seco e ar úmido é então o mesmo nas mesmas condições de pressão e temperatura. Mas no ar úmido algumas moléculas de oxigênio e nitrogênio foram substituídas por igual número de moléculas de água que possuem massa menor do que a massa das outras duas moléculas, tornando assim o ar úmido um pouco menos denso do que o ar seco.
No caso extremo em que o ambiente se encontre a 40°C, a máxima proporção de vapor de água no ar, ao passar de seco para úmido e saturado, representa cerca 4% da massa do ar. Já a 20° C esta mudança máxima se encontra em aproximadamente 1,5%. Vide Umidade relativa versus umidade absoluta.
Outras postagens tratando de vapor de água no ar: Ar.
“Docendo discimus.” (Sêneca)
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Obrigada!
Gostria de saber porque, se o ar úmido é menos denso, temos a sensacao de que o tempo úmido é mais abafado?
A umidade do ar afeta nossa sensação térmica. Quanto maior é a umidade relativa menos efeito de refrigeração a nossa transpiração produz pois a evaporação na pele é menos intensa. Vide Sensação térmica X temperatura ambiente.
Então quer dizer que em dias muito úmido a umidade 100 % o maximo que pode diminuir a densidade seria 4 % em 45°c e 1% em 20°c ? Uma temperatura de 45° em uma umidade 70 % essa densidade não declinaria tanto ?
Sim, o percentual de redução quando a UR é 70% é menor do que quando atinge 100%. Vide mais em Umidade relativa versus umidade absoluta.
“Mas no ar úmido algumas moléculas de oxigênio e nitrogênio foram substituídas por igual número de moléculas de água que possuem massa menor do que a massa das outras duas moléculas, tornando assim o ar úmido menos denso do o ar seco.”
Olá Prof. Fernando Lang da Silveira, atente-se à gramática e ao português empregue nas linhas desta frase acima entre aspas (“o ar úmido menos denso do QUE o ar seco”). Não esqueça que a mera omissão de pronomes como “que” em uma resposta à abordagem deste assunto como este pode confundir o leitor ou um provável aluno de uma escola ,deixando a compreensão despercebida.
Grato pelo reparo que já está feito.
Olá Professor, uma dúvida,
A densidade da atmosfera, em suas diferentes altitudes, foi medida empiricamente? Teria algum artigo mostrando estas medições? Até onde eu consegui encontrar eles inferem estes valores pela medição da pressão. O que eu estou precisando se refere às medidas da massa de ar/volume.
Antecipadamente Grato!
A atmosfera terrestre foi estudada experimentalmente até cerca de 80km de altitude por um projeto da Força Aérea dos EUA na década de 70. Todas as informações foram disponibilizadas em Standard Atmosphere 1976.. Existe muito material na internet que apresenta resultados deste projeto.
Essa dúvida é muito comum em salas de aula.
Valeu, Lang!
Caro professor, tenho notado que durante a noite ouve -se mais ao longe, porque?
Não sei se é o caso mas em locais onde há ruídos produzidos pelas atividades que acontecem durante o dia e cessam à noite, percebemos à noite sons distantes pela extinção dos ruídos de fundo.
Se o ar mais úmido é menos denso que o mais seco, então, consequentemente o ar mais úmido tende a subir e o mais seco descer?… ou seja, quanto maior a altitude, mais úmido o ar (considerando apenas este fator)?
Sim, estás correto. Essa massa de ar com umidade ao subir se resfria adiabaticamente e pode atingir o ponto de orvalho, ocorrendo então uma nuvem.