Pressão de vapor da água - Vapour pressure of water

A pressão de vapor da água é a pressão exercida por moléculas de vapor de água na forma gasosa (seja puro ou em mistura com outros gases como o ar). A pressão de vapor de saturação é a pressão na qual o vapor de água está em equilíbrio termodinâmico com seu estado condensado . A pressões de vapor mais elevadas de água iria condensar enquanto que a pressões mais baixas que seria evaporar ou sublimado . A pressão do vapor de saturação ou da água aumenta com o aumento da temperatura e pode ser determinada com a relação Clausius-Clapeyron . O ponto de ebulição da água é a temperatura na qual a pressão de vapor saturado é igual à pressão ambiente.

Os cálculos da pressão de vapor (saturação) da água são comumente usados ​​em meteorologia . A relação temperatura-pressão de vapor descreve inversamente a relação entre o ponto de ebulição da água e a pressão. Isso é relevante tanto para cozinhar sob pressão quanto para cozinhar em grandes altitudes. Uma compreensão da pressão de vapor também é relevante para explicar a respiração e a cavitação em grandes altitudes .

Fórmulas de aproximação

Existem muitas aproximações publicadas para calcular a pressão de vapor saturado sobre a água e sobre o gelo. Alguns deles são (em ordem aproximada de precisão crescente):

Nome	Fórmula	Descrição
"Eq. 1" (equação de agosto)	${\ displaystyle P = \ exp \ left (20.386 - {\ frac {5132} {T}} \ right)}$,	onde P é a pressão de vapor em mmHg e T é a temperatura em kelvins . Constantes não são atribuídas.
A equação de Antoine	${\ displaystyle \ log _ {10} P = A - {\ frac {B} {C + T}}}$,	onde a temperatura  T está em graus Celsius (° C) e a pressão de vapor  P está em mmHg . As constantes (não atribuídas) são fornecidas como UMA B C T min , ° C T max , ° C 8.07131 1730,63 233.426 1 99 8.14019 1810,94 244,485 100 374
Equação de August-Roche-Magnus (ou Magnus-Tetens ou Magnus)	${\ displaystyle P = 0,61094 \ exp \ left ({\ frac {17.625T} {T + 243.04}} \ right)}$,	onde a temperatura  T está em ° C e a pressão de vapor  P está em quilopascais (kPa) Conforme descrito em Alduchov e Eskridge (1996). A Equação 23 fornece os coeficientes usados ​​aqui. Veja também a discussão das aproximações de Clausius-Clapeyron usadas em meteorologia e climatologia .
Equação de Tetens	${\ displaystyle P = 0,61078 \ exp \ left ({\ frac {17.27T} {T + 237.3}} \ right)}$,	onde a temperatura  T está em ° C e   P está em kPa
A equação de Buck .	${\ displaystyle P = 0.61121 \ exp \ left (\ left (18.678 - {\ frac {T} {234.5}} \ right) \ left ({\ frac {T} {257.14 + T}} \ right) \ right) }$,	onde T está em ° C e P está em kPa.
A equação de Goff-Gratch (1946) .	(Veja o artigo; muito longo)

Precisão de diferentes formulações

Aqui está uma comparação das precisões dessas diferentes formulações explícitas, mostrando as pressões de vapor de saturação para água líquida em kPa, calculadas em seis temperaturas com seu erro percentual a partir dos valores da tabela de Lide (2005):

T (° C)	P (Tabela Lide)	P (Eq 1)	P (Antoine)	P (Magnus)	P (Tetens)	P (Buck)	P (Goff-Gratch)
0	0,6113	0,6593 (+ 7,85%)	0,6056 (-0,93%)	0,6109 (-0,06%)	0,6108 (-0,09%)	0,6112 (-0,01%)	0,6089 (-0,40%)
20	2,3388	2,3755 (+ 1,57%)	2,3296 (-0,39%)	2,3334 (-0,23%)	2,3382 (+ 0,05%)	2,3383 (-0,02%)	2,3355 (-0,14%)
35	5,6267	5,5696 (-1,01%)	5,6090 (-0,31%)	5,6176 (-0,16%)	5,6225 (+ 0,04%)	5,6268 (+ 0,00%)	5,6221 (-0,08%)
50	12,344	12,065 (-2,26%)	12,306 (-0,31%)	12,361 (+ 0,13%)	12,336 (+ 0,08%)	12,349 (+ 0,04%)	12,338 (-0,05%)
75	38.563	37,738 (-2,14%)	38,463 (-0,26%)	39.000 (+ 1,13%)	38,646 (+ 0,40%)	38,595 (+ 0,08%)	38,555 (-0,02%)
100	101,32	101,31 (-0,01%)	101,34 (+ 0,02%)	104,077 (+ 2,72%)	102,21 (+ 1,10%)	101,31 (-0,01%)	101,32 (0,00%)

Uma discussão mais detalhada sobre a precisão e considerações sobre a imprecisão nas medições de temperatura é apresentada em Alduchov e Eskridge (1996). A análise aqui mostra a fórmula simples não atribuída e a equação de Antoine são razoavelmente precisas a 100 ° C, mas muito pobres para temperaturas mais baixas acima de zero. Tetens é muito mais preciso na faixa de 0 a 50 ° C e muito competitivo a 75 ° C, mas o de Antoine é superior a 75 ° C e acima. A fórmula não atribuída deve ter erro zero em torno de 26 ° C, mas tem uma precisão muito baixa fora de uma faixa muito estreita. As equações de Tetens são geralmente muito mais precisas e indiscutivelmente mais simples para uso em temperaturas diárias (por exemplo, em meteorologia). Como esperado, a equação de Buck para T > 0 ° C é significativamente mais precisa do que Tetens, e sua superioridade aumenta acentuadamente acima de 50 ° C, embora seja mais complicada de usar. A equação de Buck é ainda superior à equação mais complexa de Goff-Gratch no intervalo necessário para a meteorologia prática.

Aproximações numéricas

Para cálculos sérios, Lowe (1977) desenvolveu dois pares de equações para temperaturas acima e abaixo de zero, com diferentes níveis de precisão. Eles são todos muito precisos (em comparação com Clausius-Clapeyron e o Goff-Gratch ), mas usam polinômios aninhados para uma computação muito eficiente. No entanto, existem revisões mais recentes de formulações possivelmente superiores, notavelmente Wexler (1976, 1977), relatado por Flatau et al. (1992).

Exemplos de uso moderno dessas fórmulas podem ser encontrados adicionalmente no GISS Model-E da NASA e Seinfeld e Pandis (2006). A primeira é uma equação de Antoine extremamente simples, enquanto a última é um polinômio.

Dependência gráfica da pressão com a temperatura

Diagramas de pressão de vapor da água; dados retirados do Dortmund Data Bank . Os gráficos mostram o ponto triplo , o ponto crítico e o ponto de ebulição da água.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos

• Vömel, Holger (2016). "Formulações de pressão de vapor de saturação" . Boulder CO: Laboratório de Observação da Terra, Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica. Arquivado do original em 23 de junho de 2017.
• "Calculadora de pressão de vapor" . Serviço Meteorológico Nacional, Administração Oceânica e Atmosférica Nacional.