Luftfeuchtigkeit

Luft enthält hauptsächlich Stickstoff (rund 78 Prozent) und Sauerstoff (rund 21 Prozent) sowie einige andere Gase, darunter Argon, Kohlendioxid und Wasserdampf. Zum Luftdruck tragen alle in ihr vorhandenen Gase bei. Allgemein heißt jeder Beitrag, den eine einzelne Komponente einer Gasmischung zum Gesamtdruck liefert, Partialdruck der Komponente. Bei idealen Gasen ist der Partialdruck eines Gases gleich dem Druck, den dieses ausüben würde, wenn es sich in gleicher Menge alleine (ohne andere Gase) im selben Volumen befände, das die Gasmischung einnimmt.  Mit anderen Worten: Der Partialdruck wird durch das Vorhandensein anderer Gase nicht beeinflußt. Das ist die Aussage des Gesetzes von Dalton, das auch mit Hilfe der kinetischen Gastheorie begründet werden kann; denn die Anzahl der Zusammenstöße einer Molekülsorte mit den Gefäßwänden ist unabhängig davon, wie viele andere Moleküle zugegen sind. Dies gilt nur, wenn die Gasteilchen nicht untereinander in Wechselwirkung treten (außer wenn sie stoßen) - also für ideale Gase. Luft kann als ideales Gas betrachtet werden. Dann ist der Luftdruck gleich der Summe der Partialdrücke aller in ihr vorhandenen Gase.

Gelangt bei konstanter Temperatur etwas mehr Wasserdampf in ein bestimmtes Luftvolumen, so steigt der Wasserdampf-Partialdruck. Ist dieser gleich dem Dampfdruck des Wassers bei der betreffenden Temperatur, dann ist die Luft mit Wasserdampf gesättigt. Bei Temperaturen oberhalb von 0°C wird nun flüssiges Wasser kondensieren, und unterhalb von 0°C werden sich Eiskristalle in Form von Schnee oder Rauhreif bilden. Das Verhältnis des vorliegenden Wasserdampf Partialdrucks zum Dampfdruck des Wassers bei derselben Temperatur ist die relative Luftfeuchtigkeit. Sie wird normalerweise in Prozent angegeben:

Die relative Luftfeuchtigkeit kann gesteigert werden durch Erhöhen der Wasserdampfmenge in der Luft (bei gleichbleibender Temperatur) oder durch Herabsetzen der Temperatur, wodurch der Wasserdampfdruck sinkt. Die Temperatur, bei der die Luft mit Wasserdampf gesättigt wird, also die relative Luftfeuchtigkeit 100 Prozent beträgt, heißt Taupunkt. Wird er unterschritten, so bildet sich Tau oder Rauhreif, zum Beispiel wenn sich die Erdoberfläche nachts infolge Abstrahlung abkühlt.

Beispiel

An einem Sommertag mit hoher Luftfeuchtigkeit und einer Temperatur von 20°C wird der Taupunkt gemessen, indem ein Metallblock abgekühlt wird, bis sich Wasser auf ihm niederschlägt. Dies geschieht beispielsweise bei 15°C.  Wie hoch ist die relative Luftfeuchtigkeit?

Beim Taupunkt ist der Wasserdampf-Partialdruck in der Luft ebenso groß wie der Dampfdruck des Wassers. Aus einer Tabelle entnehmen wir für 15°C den Wert 1,69 kpa. Dieser ist also gleich dem vorliegenden Wasserdampf-Partialdruck in der Luft bei 20°C. Bei dieser Temperatur beträgt der Dampfdruck des Wassers 2,34 kpa und gemäß obiger Gleichung ist die relative Luftfeuchtigkeit