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为什么暖空气能“保持”更多的水分?

人们经常解释说，温暖的空气含有更多的水，因为温暖的水不太可能凝结。这种解释和其他解释似乎只是循环论证。如果温暖的空气吸收了足够的水分，它就会饱和，然后水仍然会在100%的湿度下凝结。

假设有两立方英尺的空气，其中一个比另一个更热，更热的空气中含有更多的水，那么这些额外的水分子在哪里/如何在更热的立方英尺中无形地容纳?发生这种情况的深层物理或化学原因是什么?

回答

发生这种情况的深层物理或化学原因是什么?一个词，熵。千言万语(即一幅图)，[![水的相图][1]][1]<sub>来源:维基百科关于[相图]的文章(https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_diagram)</sub> ----上面是水的相图。我们感兴趣的曲线是蒸汽(棕色区域)和固体或液体(蓝色和绿色区域)之间的曲线。对于给定的温度(图中的一条垂线)，当水蒸气的分压高于升华/蒸发曲线时，水在熵上有利于成为固体或液体，而当分压低于曲线时，水在熵上有利于成为蒸汽。请注意:这里的压力是水蒸气的分压，而不是整个空气的压力。另一方面，空气的温度确实决定了水蒸气的温度。还要注意:上面的图是一个平面。小水滴具有很高的表面张力，这增加了在非常干净的空气中的有效饱和压力。 (This is, for example, why snowflakes almost always have a tiny grain of dust at their centers.) Nonetheless, the effective saturation pressure follows the same form: It increases with increasing temperature. You asked for a deep physics reason for why this happens. Suppose the surface between water ice or liquid water and water vapor is at equilibrium; i.e., the air is the saturated with water vapor. The water vapor molecules have a speed distribution approximately given by the Maxwell–Boltzmann distribution. Some water vapor molecules will be moving slower than others. Those slow-moving molecules that hit the surface are more likely to be absorbed by the surface than are those molecules that are moving faster. The molecules in the ice or liquid water are also vibrating / moving at different speeds. The fast moving solid/liquid water molecules are more likely to escape the surface than are those that are moving slower. Under equilibrium conditions, the rates at which vapor molecules are captured and ice/liquid molecules escape are equal. Raising the temperature of the solid/liquid and of the vapor means fewer vapor molecules will be moving slow enough to be captured while more solid/liquid will be moving fast enough to escape. This increases the pressure at which equilibrium occurs. Lowering the temperature similarly decreases the pressure at which equilibrium occurs. [1]: https://i.stack.imgur.com/o004H.png

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