Si los meteorólogos nunca lo han medido, ¿cómo saben que el aire húmedo es más ligero que el aire seco? ¿O lo han medido alguna vez?

Editar: esta respuesta se escribió originalmente para una pregunta ligeramente diferente. Sin embargo, se aplica el mismo principio: que al medir bajas concentraciones de aire húmedo es más ligero que el aire seco, y ese resultado puede extrapolarse a concentraciones más altas.

Hasta donde sé, el agua en el aire no se limita al comportamiento monomolecular, y en su camino a la condensación en las nubes pueden formar partículas coloidales: pequeñas partículas de moléculas de agua fusionadas que varían en tamaño desde unas pocas moléculas de agua hasta miles. La estabilidad de estos depende de la termodinámica: si la temperatura es muy alta, más moléculas serán monomoleculares y existirán coloides por períodos más cortos.

Original:
Entonces, antes de poner cualquier número, siempre es bueno determinar qué ecuaciones se van a usar.

Comencemos con la ley de los gases ideales.

PV = nRT

Sabemos que está a temperatura y presión estándar, por lo que las únicas incógnitas son V (el volumen) yn (el número de moles).

Por lo tanto, sabemos que la densidad molar n / V = ​​P / RT

Y de ahí la densidad:

rho = mP / RT

Donde m es la masa molar del agua.

Enchufar los números:

m (agua) = 18.01 g / mol
m (aire) = 28,97 g / mol
m (3% de agua) = 28,64 g / mol
P = 100 kPa
R = 8.31 J / K / mol
T = 273.15 K

Por lo tanto, las densidades son:

Vapor de agua: 0,79 g / L
Aire: 1.28 g / L
3% de agua: 1.26 g / L

La razón por la cual estos números no son exactamente los mismos que los citados es que el vapor de aire y agua (especialmente el vapor de agua: el H2O es una molécula muy polar) no son gases ideales y, por lo tanto, las fuerzas intermoleculares cambiarán las propiedades del gas.

El número citado en Wikipedia se refiere al vapor de agua puro, que aunque no es estable en condiciones atmosféricas estándar, presenta el resultado exacto de que, en general, el componente de vapor de agua del aire húmedo es menos denso que el componente seco.

El vapor de agua tiene un peso molecular de 18, mientras que el aire es principalmente moléculas de nitrógeno (peso = 28) y oxígeno (peso = 32). Para la misma temperatura y presión, el mismo volumen de vapor de agua será más ligero en la relación 18:29 aprox. Sin embargo, la pregunta es sobre meteorología y en este caso la temperatura es muy importante.
El punto es que el aire caliente tiene un punto de saturación más alto (puede contener más agua disuelta), por lo que es inherentemente más ligero (la densidad es inversamente proporcional a la temperatura absoluta a la misma presión), no es más ligero solo porque está mojado, sino porque es calentar. Tan pronto como se enfría, lo que sucede cuando se encuentra con aire fresco, llueve. En cuanto al vapor, rara vez se encuentra mono molecular porque es altamente polar y atraerá a otras moléculas para formar un complejo que cambia su comportamiento (por ejemplo, elevando el punto de ebullición)

Se aplica la ley de los gases, es decir, PV = NRT. Como esto equivale a N / V = ​​RT / P, el número de moléculas es el mismo y, por lo tanto, la densidad está en la proporción de pesos moleculares, porque en promedio, 1000 moléculas de aire pesan 28944 y 1000 moléculas de agua pesan 18015.

agua = 18, aire = 28.93. El aire se compone principalmente de nitrógeno y oxígeno, con algunos elementos más ligeros. El CO2 tiene un peso molecular de 44.0. El valor del aire aquí se deriva de 1.27 / 0.804 * 18.

Las estimaciones satelitales más precisas de las tasas de precipitación y la estructura vertical se derivan actualmente de una combinación de radar meteorológico espacial y observaciones pasivas de radiómetro de microondas.

El satélite central de la misión Global Precipitation Measurement (GPM) incluye el escaneo de su radar de precipitación de frecuencia dual (DPR) y GPM Microwave Imager (GMI). Los datos del radar espacial revelan la estructura de la precipitación a una resolución espacial relativamente alta, mientras que las observaciones del radiómetro de microondas proporcionan una medida del contenido de agua vertical integrado en la columna de la atmósfera debido al vapor de agua, las nubes y la precipitación. Dado que estos componentes atmosféricos atenúan los pulsos del radar espacial que se reflejan en la precipitación, las mediciones pasivas de microondas se pueden utilizar para ayudar a “corregir la atenuación” de las observaciones del radar. La mayor precisión relativa de las estimaciones combinadas de precipitación de radar y radiómetro las hace útiles no solo para aplicaciones científicas directas, sino también para calibrar otros sensores satelitales que tienen una precisión menor pero proporcionan un mayor muestreo en el espacio y el tiempo.

Cloud Physics Lidar, o CPL, es un lidar de retrodispersión aerotransportado diseñado para operar simultáneamente a tres longitudes de onda: 1064, 532 y 355 nm. La CPL vuela en aviones de investigación de gran altitud, como el ER-2 o WB-57. El propósito de la CPL es proporcionar mediciones de longitud de onda múltiple de cirros, cirros subvisuales y aerosoles con alta resolución temporal y espacial. El CPL utiliza tecnología de punta con una alta tasa de repetición, láser de baja energía de pulso y detección de conteo de fotones.

El sistema de micro-pulso lidar (MPL), que es un lidar compacto y seguro para los ojos, capaz de determinar el rango de aerosoles y nubes continuamente de manera autónoma. La capacidad única de este lidar para operar sin supervisión en áreas remotas lo convierte en un instrumento ideal para usar en una red. El objetivo principal es adquirir observaciones a largo plazo de la estructura vertical de aerosoles y nubes en sitios clave de todo el mundo.

El Scanning Raman Lidar (SRL) mide perfiles simultáneos de humedad y temperatura.

Experimento internacional H2O (IHOP) realizado en la región de Oklahoma-Kansas en 2002, el SRL proporcionó mediciones simultáneas de vapor de agua, retrodispersión / extinción / despolarización de aerosoles, profundidad óptica de nubes cirrus / contenido de agua helada / diámetro de partículas y, como un nuevo experimento de investigación rotacional, perfiles de temperatura Raman.

Raman Airborne Spectroscopic Lidar (RASL) ofrece mediciones de vapor de agua, aerosoles y nubes tanto en condiciones diurnas como nocturnas.

El aire húmedo no es lo mismo que el vapor de agua.

El vapor de agua es 100% moléculas de agua. A temperatura ambiente y presión estándar, esto es puramente hipotético, pero eso no hace imposible realizar los cálculos que otros ya han realizado aquí.

¿Qué, crees que acaban de adivinar?

La mente se aturde.

Sí, ha sido medido.

Entonces, la pregunta de la forma “Si … algo es falso”, no hay necesidad de una respuesta, ya que no hay ninguna pregunta allí.

No estoy seguro de saber lo que preguntas: parece explícito en tu pregunta que el vapor de agua es menos denso que el aire. Usted cita “La densidad (masa / volumen) del vapor de agua es 0.804 g / L, que es significativamente menor que la del aire seco a 1.27 g / L en STP” , está bien … pero esto no se ajusta exactamente a la proporción de los pesos moleculares del agua (~ 18) al aire (~ 29) y, por lo tanto, ¿exactamente lo que esperarías?