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Umidade do ar e a densidade do ar

Quando o ar fica mais úmido, ele fica mais “leve” ou mais “pesado”? Responderia que a adição de moléculas de água aumenta a densidade do ar, porém encontrei uma explicação que afirma que ocorre o contrário, como consequência da Lei do Gases Ideais. Esta lei afirma que a uma certa pressão e temperatura, um certo volume do gás contém o mesmo número de moléculas. O ar seco é constituído quase inteiramente de moléculas de nitrogênio (peso molecular 28u) e oxigênio (peso molecular 32u). Assim, a presença de moléculas de aguá (peso molecular 18u) torna o ar menos denso. Afinal, ocorre aumento ou diminuição da densidade do ar com o aumento da umidade? A aproximação do ar como gás ideal é válida?

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Inicialmente farei uma consideração sobre a quantidade de vapor de água que o ar pode conter. Ela é sempre uma fração muito pequena, seja em número de moléculas ou seja em massa, do total do ar. O gráfico abaixo representa o percentual de água, em massa e em número de moléculas, no ar SATURADO de vapor a 1 atm.

Observa-se então que mesmo quando a temperatura ambiente é tão elevada quanto 45 graus C tais percentuais, que valem para ar saturado de vapor de água (umidade relativa de 100%), não chegam a 10%.

Agora responderei às perguntas formuladas. Tratar o ar como um gás ideal é um excelente aproximação nas condições normais. Para mais detalhes sobre quando podemos tratar uma amostra gasosa como gás ideal vide  Quando de fato uma amostra gasosa pode ser tratada como um Gás Ideal?

Se  admitires  “que a adição de moléculas de água aumenta a densidade do ar”  então vale explorar as consequências de tal pressuposto. Um simples aumento do número total de moléculas em um determinado volume, mantida a temperatura constante, implica em um aumento da pressão neste volume gasoso. Como a pressão é presumida constante, igual ou muito próxima da pressão atmosférica normal, a adição de vapor de água em ar seco determina que moléculas de ar seco sejam substituídas por moléculas de água na fase gasosa (vapor). Ou seja, o número total de moléculas em um particular volume de ar seco e ar úmido é então o mesmo nas mesmas condições de pressão e temperatura. Mas no ar úmido algumas moléculas de oxigênio e nitrogênio foram substituídas por igual número de moléculas de água que possuem massa menor do que a massa das outras duas moléculas, tornando assim o ar úmido menos denso do o ar seco.

No caso extremo em que o ambiente se encontre a 40°C, a mudança máxima na densidade do ar, ao passar de seco para úmido e saturado, representa  uma redução de 4% da densidade do ar seco. Já a 20° C esta mudança máxima se encontra em aproximadamente 1,5%. Vide Umidade relativa versus umidade absoluta.

Outras postagens tratando de vapor de água no ar: Ar.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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7 comentários em “Umidade do ar e a densidade do ar

  1. Carol disse:

    Obrigada!

  2. Giuliano disse:

    Gostria de saber porque, se o ar úmido é menos denso, temos a sensacao de que o tempo úmido é mais abafado?

  3. Leones disse:

    Então quer dizer que em dias muito úmido a umidade 100 % o maximo que pode diminuir a densidade seria 4 % em 45°c e 1% em 20°c ? Uma temperatura de 45° em uma umidade 70 % essa densidade não declinaria tanto ?

  4. “Mas no ar úmido algumas moléculas de oxigênio e nitrogênio foram substituídas por igual número de moléculas de água que possuem massa menor do que a massa das outras duas moléculas, tornando assim o ar úmido menos denso do o ar seco.”
    Olá Prof. Fernando Lang da Silveira, atente-se à gramática e ao português empregue nas linhas desta frase acima entre aspas (“o ar úmido menos denso do QUE o ar seco”). Não esqueça que a mera omissão de pronomes como “que” em uma resposta à abordagem deste assunto como este pode confundir o leitor ou um provável aluno de uma escola ,deixando a compreensão despercebida.

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