Sättigung (Physik)

Von Sättigung spricht man in der Physik, wenn ein Körper oder ein Feld eine solch große Menge eines anderen aufgenommen hat, dass eine weitere Aufnahme unter den gegebenen Bedingungen zu einem energetisch ungünstigeren Zustand führt. Dieser ungünstigere Zustand kann sich beim Vorhandensein von Kondensationskeimen spontan abbauen oder bei deren Fehlen als Übersättigung bestehen bleiben.

Wasserdampfgesättigte Luft

Datei:Saettigung.gif

Sättigungsdiagramm

Luft ist dann wassergesättigt, wenn sie nicht mehr fähig ist weiteres Wasser aufzunehmen, da sie schon die maximale Luftfeuchtigkeit mit sich trägt. Synonym verwendbare Begriffe für die Sättigung der Luft mit Wasserdampf sind:

ein herrschendes thermodynamisches Gleichgewicht
angeglichene chemische Potentiale von Wasserdampf und flüssigem Wasser
100% relative Luftfeuchte
Taupunktdifferenz gleich Null bzw. Temperatur gleich dem Taupunkt
Sättigungsdefizit gleich Null bzw. Dampfdruck gleich dem Sättigungsdampfdruck bzw. maximaler Dampfdruck

Durch Abkühlen der Luft unter den Taupunkt, ohne das dabei Kondensation (Nebel, Wolke) eintritt, kann es zu einer Übersättigung kommen. Dies kann beispielsweise durch das Fehlen von Kondensationskeime (Aerosole wie etwa Staub oder Eis) erreicht werden. Da in der Regel jedoch immer Kondensationskeime vorhanden sind, treten in der Atmosphäre kaum Übersättigungen von mehr als einem Prozent auf. Formeln zur Berechnung der Sättigungsmenge und weitere Informationen sind im Artikel Luftfeuchtigkeit aufgeführt. Die nachfolgende Tabelle enthält einige beispielhafte Werte zur Sättigungsmenge des Wasserdampfs als Funktion der Temperatur. Es muss hierbei aufgrund der unterschiedlichen Werte des Sättigungsdampfdrucks unter einer Temperatur von 0°C danach unterschieden werden, ob eine Wasser- oder eine Eisoberfläche vorliegt. Die Werte stammen von D. Sonntag (1983). Man kann die Sättigungswerte des Wasserdampfs, die sogenannte maximale Luftfeuchte, mit folgenden Formeln berechnen.

Über Wasser:

$\rho _{w,max}={\frac {E_{w}}{R_{w}\cdot T}}\qquad \qquad \left[{\frac {g}{m^{3}}}\right]$

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „http://localhost:6011/de.wikipedia.org/v1/“:): {\displaystyle 173{,}15 \, K \; \leq \;T\; \leq \; 373{,}15 \, K}

Über Eis:

$\rho _{i,max}={\frac {E_{i}}{R_{w}\cdot T}}\qquad \qquad \left[{\frac {g}{m^{3}}}\right]$

$173{,}15\,K\;\leq \;T\;\leq \;273{,}15\,K$

$E_{w}$ - Sättigungsdampfdruck über Wasser in hPa

$E_{i}$ - Sättigungsdampfdruck über Eis in hPa

$R_{w}$ - individuelle Gaskonstante des Wassers = 461,52 J/(kg K}

T - Temperatur in K

Sättigungswerte der absoluten Luftfeuchte
Temperatur in °C	Sättigungsmenge über Wasser in g/m³	Sättigungsmenge über Eis in g/m³
-100	4,5436 * $10^{-5}$	1,7465 * $10^{-5}$
-95	1,1432 * $10^{-4}$	4,5752 * $10^{-5}$
-90	2,7247 * $10^{-4}$	1,1373 * $10^{-4}$
-85	6,1778 * $10^{-4}$	2,6939 * $10^{-4}$
-80	1,3378 * $10^{-3}$	6,1013 * $10^{-4}$
-75	2,7765 * $10^{-3}$	1,3260 * $10^{-3}$
-70	5,5406 * $10^{-3}$	2,7735 * $10^{-3}$
-65	0,010661	0,005598
-60	0,019832	0,010930
-55	0,035750	0,020692
-50	0,062584	0,038056
-45	0,10661	0,068124
-40	0,17702	0,11890
-35	0,28700	0,20265
-30	0,45501	0,33776
-25	0,70640	0,55127
-20	1,0753	0,88211
-15	1,6068	1,3854
-10	2,3596	2,1380
-5	3,4086	3,2449
-4	3,6619	3,5205
-3	3,9316	3,8172
-2	4,2187	4,1363
-1	4,5239	4,4794
0	4,84843	4,84795
1	5,19317	-
2	5,55921	-
3	5,94766	-
4	6,35967	-
5	6,79642	-
6	7,25917	-
7	7,74919	-
8	8,26783	-
9	8,81648	-
10	9,39658	-
11	10,0096	-
12	10,6572	-
13	11,3408	-
14	12,0623	-
15	12,8232	-
16	13,6254	-
17	14,4707	-
18	15,3611	-
19	16,2984	-
20	17,2848	-
21	18,3224	-
22	19,4132	-
23	20,5596	-
24	21,7638	-
25	23,0283	-
26	24,3554	-
27	25,7477	-
28	27,2079	-
29	28,7385	-
30	30,3424	-
35	39,5623	-
40	51,0726	-
45	65,3114	-
50	82,7730	-
55	104,011	-
60	129,642	-
65	160,344	-
70	196,863	-
75	240,011	-
80	290,669	-
85	349,782	-
90	418,369	-
95	497,511	-
100	588,359	-

Quellen und Referenzen

Weblinks

Online-Rechner für die wichtigsten meteorologischen Größen

Literatur

D. Sonntag und D. Heinze 1982: Sättigungsdampfdruck- und Sättigungsdampfdichtetafeln für Wasser un Eis (1. Aufl.), VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie