In questo articolo esploreremo il processo di crescita dovuto alla collisione tra goccioline e alla successiva loro unione, detta coalescenza., Questi processo può far crescere alcune delle goccioline fino a farle diventare gocce di pioggia. La collisione tra le goccioline sarebbe rara se si muovessero alla stessa velocità. Invece, se alcune goccioline hanno una velocità maggiore di altre, queste goccioline spazzano un volume dove incontrano le goccioline più lente e possono catturarle.
Otteniamo 3 equazioni che contengano come incognite dmg/dt, ρeq e Tg. Da questo sistema di equazioni è possibile ricavare l’espressione della velocità di crescita della massa della gocciolina dmg/dt e la velocità di crescita del raggio della gocciolina drg/dt.
La velocità di crescita del raggio permette di trovare come il raggio della gocciolina cresce nel tempo rg(t). Faremo una stima dell’ordine di grandezza del tempo necessario per la formazione di una gocciolina all’interno di una nuvola (rg≈10µm) ed il tempo che sarebbe necessario con il solo processo di condensazione/diffusione affinché la gocciolina arrivi alle dimensioni di una goccia di pioggia (rg≈1mm).
Vedremo che il tempo necessario per formare una gocciolina per mezzo della diffusione/condensazione è dell’ordine dei minuti.
Il tempo necessario per arrivare alle dimensioni di una goccia di pioggia con la sola diffusione/condensazione sarebbe dell’ordine del centinaio di ore.
In questo articolo e nel prossimo articolo vedremo che la condensazione può far crescere le goccioline attivate fino a raggiungere la dimensioni delle goccioline nelle nuvole (r ≈10µm). Vedremo anche che la sola condensazione non può far continuare la loro crescita fino alle dimensioni delle gocce di pioggia (r ≈1mm). Cercheremo di entrare nei meccanismi del processo di crescita per mezzo della condensazione. Questo passaggio ci permetterà di farci un'idea dei tempi necessari per la crescita tramite la condensazione. Vedremo che la crescita del raggio delle goccioline rallenta all’aumentare del raggio e che l’andamento della crescita nel tempo è circa proporzionale alla radice quadrata del tempo.
Tutti gli articoli della serie "Con la testa tra le nuvole" sono disponibili QUI Nel precedente articolo abbiamo visto che il vapore acqueo puro è molto improbabile che condensi fino a formare le goccioline contenute nelle nubi. La formazione delle goccioline è ostacolata dalla loro tensione superficiale. Le nubi comunque in natura si formano. È […]
In questo articolo esamineremo il grafico della equazione che indica i valori della umidità relativa e del raggio dei punti di equilibrio (equazione di Kelvin).
Dall’esame del grafico potremo individuare dove si collocano i valori di r* per le umidità relative che si trovano usualmente nelle nuvole.
Cercheremo di farci una idea della possibilità che goccioline di acqua pura possano raggiunge un raggio superiore a questi valori di r* e quindi avere la possibilità di proseguire la loro crescita.
In questo articolo vedremo come cambia l’equilibrio tra vapore acqueo ed acqua liquida quando l’acqua liquida ha la forma di una gocciolina sferica.
Esamineremo il fenomeno dal un punto di vista termodinamico. Vedremo che la grandezza termodinamica che caratterizza il fenomeno è l’entropia. Vedremo anche che i fisici hanno trovato una grandezza, denominata energia libera, fortemente legata all’entropia, che in molti casi di interesse ci dice l’andamento dell’entropia. L’energia libera sarà la nostra guida per capire in quali condizioni il vapore acqueo tende a condensarsi sulla gocciolina facendola crescere e in quali condizioni la gocciolina tende ad evaporare. Queste condizioni dovranno tenere anche conto della tensione superficiale che tiene insieme la gocciolina.
Questo articolo inizia una serie sulla fisica dell'atmosfera. In particolare sulla formazione delle nuvole. In questo articolo vedremo come e quando il vapore acqueo (gas d’acqua) raggiunge l’equilibrio con una superficie piana di acqua liquida e come questo equilibrio dipenda dalla temperatura. Esamineremo la legge di Clausius-Clapeyron che descrive la relazione tra temperatura e pressione di vapore all’equilibrio. Incontreremo alcune delle grandezze fisiche che caratterizzano lo stato del vapore acqueo nell’aria come la pressione di vapore saturo, l’umidità relativa e la temperatura di rugiada.
Infine vedremo come potete voi stessi reperire i risultati delle misure di alcune di queste grandezza fatte con i palloni sonda e daremo una occhiata ad un diagramma utilizzato dai meteorologi per mostrare i risultati di queste misura.