Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Verdunstungsvorgang 16
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(3-1) SL = ρ * R * T * ln(E e -1 ) µ -1
mit: SL ... Saugkraft der Luft, Saugspannung (Pa, hPa),
ρ ... Dichte des reinen Wassers (g cm -3 , kg m -3 ),
R ... allgemeine Gaskonstante (8,13 Ws mol -1 K -1 ),
T ... absolute Temperatur (K),
E ... Sättigungsdampfdruck (Pa, hPa),
e ... aktueller Dampfdruck (Pa, hPa)
und µ ... Molgewicht des Wassers (18 g mol -1 ).
Es treten die Wassermoleküle mit der größten kinetischen Energie in die Atmosphäre über.
Deren Zahl nimmt mit steigender Temperatur zu. Durch den Verlust der energiereichsten
Teilchen und die Arbeit, die gegen die Oberflächenspannung zu verrichten ist, geht dem
Wasserkörper Energie verloren, seine Temperatur sinkt. Die Verdampfungswärme (rV) beträgt
ca. 2453 Joule pro Gramm Wasser, unter der Voraussetzung, dass dieses eine Temperatur von
20°C aufweist (siehe auch Gleichung 4.4-9).
Der Phasenübergang verläuft beim Wasser mit einer relativ geringen Geschwindigkeit, seine
Verdunstungszahl beträgt 80. Im Vergleich zu Diethylethanol, der vereinbarten Referenz- bzw.
Standardflüssigkeit, verdunstet reines Wasser bei einer Temperatur von 293 ± 2 K (ca. 20 °C)
also etwa 80mal langsamer. Ethanol weist mit einer Verdunstungszahl von 8,3 eine etwa zehnfach
höhere Geschwindigkeit des Phasenüberganges auf.
"Die Wassermenge, die von der Fläche einer Wasseroberfläche in einer bestimmten Zeit verdunstet,
ist bei ruhender Luft abhängig von der Temperatur der Wasseroberfläche, vom Grade
der Sättigung der Luft über dem Wasserspiegel mit Wasserdampf und von der Geschwindigkeit
mit welcher die Diffusion von Wasserdampf in der Luft erfolgt" (BINDEMANN 1921, S. 30). Die auf
der Wärmebewegung der Teilchen beruhende molekulare Diffusion geht sehr langsam vor sich.
Erfolgt der Austausch der wasseroberflächennahen Luftschichten dagegen turbulent und/ oder
konvektiv wird ständig weitgehend wasserdampfgesättigte Luft weg- und untersättigte Luft
herangeführt. Die Geschwindigkeit der Verdunstung wächst überproportional. Der Verdunstungsvorgang
wird daher in seiner Effektivität in starkem Maße von der Aufrechterhaltung
des Konzentrationsgefälles zwischen der Wasseroberfläche und der auflagernden Luft
bestimmt. Luftdruck, Oberflächenspannung des Wasserkörpers und sein Salzgehalt haben
jeweils einen großen Einfluss.
Den Prozessen des atmosphärischen Wasserdampftransportes kommt eine herausragende
Bedeutung zu. Oberhalb der verdunstenden Oberfläche besteht eine, meist nur wenige Millimeter
bis Zentimeter dicke laminare Grenzschicht. Diese bildet sich aufgrund der molekularen