飽和水蒸気量のソースを表示

'''飽和水蒸気量'''（ほうわすいじょうきりょう） a(T) [g/m<sup>3</sup>] は、1 [[立方メートル|m<sup>3</sup>]] の空間に存在できる[[水蒸気]]の[[質量]]を [[グラム|g]] で表したものである。飽和水蒸気[[密度]]ともいう。これは[[温度]] T [℃] が小さいと小さくなる。

== 近似計算 ==
水蒸気を[[理想気体]]と見なすと、飽和水蒸気量 a(T) は以下の式で示される：
:<math>a(T) = \dfrac{217 \times e(T)}{T+273.15}</math>

[[湿度#相対湿度|湿度]] RH [％] は、その温度の飽和水蒸気量に対して、水蒸気量（[[湿度#容積絶対湿度|絶対湿度]]）との比で表す。逆にそれと[[理想気体の状態方程式]]により水蒸気量を計算できる。

[[画像:Sativaporpressurecurve.png|thumb|250px|right|飽和水蒸気圧曲線。沸点で1[[気圧]]になる。]]
空気中の'''飽和水蒸気圧''' e(T) は[[気温]]で決まり、この値を超える[[分圧]]を有する水蒸気は安定して存在できない。

e(T) は近似的に Tetens (1930) のパラメータ値による August他の式
:<math>e(T) = 6.1078 \times 10^\frac{7.5T}{T+237.3}</math>
により、指定した温度 T [℃] における飽和水蒸気圧 e(T) [hPa] が求まる。

飽和水蒸気圧に[[湿度]] RH [％] を掛けることにより、'''水蒸気分圧'''を求めることができる。

水蒸気圧を[[臨界点|臨界]]圧 (= 22.12 MPa) まででの良い近似で求めるには、ワグナー (Wagner) 式を用いる{{sfn | Wagner | Pruss | 1993 | pp=783–787}}{{sfn | Wagner | Pruß | 2002 | pp=387–535}}
：
:<math>\begin{align}[]
\ln{\frac{P_w}{P_c}}&=
\frac{T_c}{T}\left( a_1 \theta +a_2 \theta^{1.5} +a_3 \theta^3 +a_4 \theta^{3.5} +a_5 \theta^4+a_6 \theta^{7.5} \right ) \\
&= \frac{\left( a_1 \theta +a_2 \theta^{1.5} +a_3 \theta^3  +a_4 \theta^{3.5} +a_5 \theta^4+a_6 \theta^{7.5} \right )}{1-\theta}
\end{align}</math>
これは以下と等価である、
:<math>
P_w=P_c \cdot\exp{\left( \frac{a_1 \theta +a_2 \theta^{1.5} +a_3 \theta^3  +a_4 \theta^{3.5} +a_5 \theta^4+a_6 \theta^{7.5} }{1-\theta}\right )}
</math>
但し、
::*{{math|''P<sub>w</sub>'' [kPa]}}:飽和水蒸気圧
::*{{math|''P<sub>c</sub>''{{=}}22120 kPa}}:水の臨界圧
::*{{math|''T<sub>c</sub>''{{=}}647.096 K}}:水の臨界温度
::*{{math|''T'' [K]}}:絶対温度({{math|{{=}}''T'' [℃]+273.15}})
::*{{math|''&theta;''{{=}}1-{{frac|''T''|''T<sub>c</sub>''}}}}
::*{{math|''a''<sub>1</sub>{{=}}-7.85951783}}
::*{{math|''a''<sub>2</sub>{{=}}1.84408259}}
::*{{math|''a''<sub>3</sub>{{=}}-11.7866497}}
::*{{math|''a''<sub>4</sub>{{=}}22.6807411}}
::*{{math|''a''<sub>5</sub>{{=}}-15.9618719}}
::*{{math|''a''<sub>6</sub>{{=}}1.80122502}}

他には、 Green および Perry の式によっても求めることができる<ref>{{Cite book |和書 |editor=公益社団法人 日本化学会 |title=化学便覧 基礎編 |url=https://www.maruzen-publishing.co.jp/smp/item/b303951.html |edition=改訂6版 |year=2021 |month=1 |publisher=丸善出版 |isbn=978-4-621-30521-8 |page=718 |quote=常圧 (0.1 MPa) 以上の蒸気圧を求めるさいに用いる定数  |oclc=1232221996}}</ref><ref>{{Cite book |last=Green |first=Donald W. |title=Perry's Chemical Engineers' Handbook |url=https://books.google.com/books?id=e0MxAQAAIAAJ&newbks=0 |edition=8 |date=2008 |publisher=McGraw-Hill Education |language=en |isbn=978-0-07-142294-9 |pages=2–48 |quote=TABLE 2-8 |last2=Perry |first2=Robert H.}}</ref>：
:<math>p = \exp(C_1 + \frac{C_2}{T} + C_3\ln{T} + C_4\,T^{C_5}) [\mathrm{Pa}]</math>
:ただし
:*<math>T\,[\mathrm{K}]</math>（絶対温度）
:*<math>C_1 = 73.649</math>
:*<math>C_2 = -7258.2</math>
:*<math>C_3 = -7.3037</math>
:*<math>C_4 = 4.1685 \times 10^{-6}</math>
:*<math>C_5 = 2</math>

== 解説 ==
[[湿り空気]]の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧を上回っても、水蒸気が[[凝縮]]しないことがあり、これを[[過飽和|過飽和状態]]と呼ぶ。過飽和状態の水蒸気は不安定であり、微小な粒子などを核として急速に凝縮するか、低温の場合は[[凝華]]（[[昇華 (化学)|昇華]]の逆）して氷晶となる。[[自然界]]では、この現象により[[雲]]が発生する。[[人工降雨]]では、[[ヨウ化銀]]などの微粒子を過飽和状態の空気中に散布して水蒸気の凝縮を促す。

[[水]]には0[[℃]]以下でも凍結しない[[過冷却]]状態があるので、[[氷点下]]における水の飽和水蒸気圧も存在する。自然界、特に大気上空の空気は、[[雲]]を構成する微小な水滴が過冷却状態にある。そして、この状態において微量の氷晶が形成されると、氷の飽和水蒸気圧が水の飽和水蒸気圧よりも少し低い影響で、氷の周りにある微小水滴が蒸発して氷の表面に凝華していく、ライミングというプロセスが始まり、急速に氷晶が成長する。{{see|[[降水過程]]}}

また、放射線により気体分子が電離して発生するイオンを核として、過飽和状態の水蒸気が凝縮することを応用したものが[[霧箱]]である。

== 一覧表 ==
{| class="wikitable" style="text-align:right"
|+ 主な気温における飽和水蒸気量 (<math>H_2O</math>)<ref>{{Cite web |url=http://cd.tokimec.co.kr/Pdf/hoki/gx04.pdf |title=飽和水蒸気量表 |access-date=2009年12月5日 |publisher=東京計器株式会社 |archive-url=https://web.archive.org/web/20060901205149/http://cd.tokimec.co.kr/Pdf/hoki/gx04.pdf |archive-date=2006年9月1日}}</ref>
|-
!気温 (℃)
!飽和水蒸気量 (g/m<sup>3</sup>)
|-
|bgcolor="#f0f0f0"|50
|style="padding-right:1.8em;"|82.8
|-
|bgcolor="#f0f0f0"|40
|style="padding-right:1.8em;"|51.1
|-
|bgcolor="#f0f0f0"|35
|style="padding-right:1.8em;"|39.6
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|style="padding-right:1.8em;"|30.3
|-
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|style="padding-right:1.8em;"|23.0
|-
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|style="padding-right:1.8em;"|17.2
|-
|bgcolor="#f0f0f0"|15
|style="padding-right:1.8em;"|12.8
|-
|bgcolor="#f0f0f0"|10
|style="padding-right:1.2em;"|9.39
|-
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|style="padding-right:0.7em;"|0.119
|-
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|0.0381
|}

== 脚注 ==

=== 出典 ===
{{Reflist}}

== 参考文献 ==
* {{cite journal | last=Wagner | first=Wolfgang | last2=Pruss | first2=A. | title=International Equations for the Saturation Properties of Ordinary Water Substance. Revised According to the International Temperature Scale of 1990. Addendum to J. Phys. Chem. Ref. Data 16 , 893 (1987) | journal=Journal of Physical and Chemical Reference Data | volume=22 | issue=3 | date=1993 | issn=0047-2689 | doi=10.1063/1.555926 | pages=783–787| ref=harv}}}
* {{cite journal | last=Wagner | first=W. | last2=Pruß | first2=A. | title=The IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use | journal=Journal of Physical and Chemical Reference Data | volume=31 | issue=2 | date=2002 | issn=0047-2689 | doi=10.1063/1.1461829 | pages=387–535| ref=harv}}

{{気象要素}}
<!-- カテゴリー： -->
{{デフォルトソート:ほうわすいしようきりよう}}
[[Category:水]]
[[Category:気体]]
[[Category:大気熱力学]]