Определение влажности воздуха
Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского
Кафедра экспериментальной физики
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
Симферополь 2002
ОБОРУДОВАНИЕ: гигрометр Ламбрехта, аспирационный психрометр.
Теоретическая часть работы
В атмосферном воздухе всегда присутствуют водяные пары.
Абсолютной влажностью называется масса m пара, находящегося в 1м3 воздуха.
Выразим парциальное давление (упругость) паров воды в воздухе через абсолютную влажность m и температуру воздуха T. Поскольку пары воды находятся в тепловом равновесии с окружающим воздухом, то их температура также равна
Воспользуемся уравнением Клапейрона,
полагая в нем объем V равным 1 м3.
Получим связь между P и m:(1)
где M = 18г/моль – молярная масса воды.
Максимально возможным давлением при данной температуре обладает насыщенный пар. Его давление Pн зависит от температуры. Эта зависимость определяется уравнением Клапейрона – Клаузиуса:
(2)
где L – скрытая молярная теплота испарения
воды, Vп – молярный объем насыщенного пара при
температуре T, Vж – молярный объем воды при температуре T.
Если известны экспериментальные
зависимости L(T), Vп(T), Vж(T),
то, численно интегрируя уравнение (2),
можно получить зависимость давления
насыщенного пара от температуры.
Приближенную аналитическую зависимость Pн(T) можно получить из дифференциального уравнения (2), если предположить, что:
а) величина L не зависит от температуры;
б) объём моля жидкости мал по сравнению с объемом моля ее пара, т.е.
Vж<<Vn, Vn—VжVn,
в) состояние насыщенного пара описывается уравнением Клапейрона так,
что Pн Vп
При этих условиях, интегрируя уравнение (2) получим :
(3)
где P0 – давление насыщенного пара при некоторой
температуре T0.
Как известно, жидкость кипит тогда,
когда давление ее насыщенного пара
равно атмосферному. Вода при нормальном
атмосферном давлении закипает при
температуре 100 0C,
поэтому в (3) можно брать P0 =1,013*105Па,
T0=373
К.
Точная зависимость Pн(t), установленная экспериментально, приведена в таблице 1. Там же приведена плотность m насыщенного водяного пара как функция температуры.
Пусть воздух имеет температуру t и упругость водяных паров в нем равна P, тогда относительная влажность воздуха определяется выражением:
(4)
Если
понижать температуру воздуха, не меняя
его абсолютной влажности, то его
относительная влажность будет возрастать.
При некоторой температуре tp пары, содержащиеся в воздухе, станут
насыщенными (при этом, согласно (4),
относительная влажность равна
100%).
Температура tp называется точкой
росы.
При понижении температуры воздуха ниже
точки росы начинается конденсация в
нем капелек воды (туман). Очевидно, что
чем больше абсолютная влажность воздуха m,
тем выше температура tp.
Определение влажности воздуха весовым методом.
Воздух пропускают через ампулы, содержащие вещество, хорошо поглощающее влагу. Зная увеличение массы ампул и объем пропущенного через них воздуха, можно определить абсолютную влажность.
Определение влажности воздуха с помощью конденсационного гигрометра.
Гигрометр
Ламбрехта, рис
1, состоит
из металлического сосуда 1 цилиндрической формы, укрепленного на
подставке. Один торец сосуда 1 отполирован
и окружен таким же полированным кольцом 2,
теплоизолированном от сосуда 1 специальной прокладкой. Сосуд имеет
одно отверстие и патрубок. Через отверстие
сосуд наливается серный эфир, после
чего в него вставляется термометр 3.
На патрубок надет резиновый шланг
соединенный с насосом 4 для продувания воздуха через эфир.
При пропускании воздуха эфир испаряется, его температура понижается и сосуд охлаждается. Это приводит к тому, что на полированной поверхности торца начинает появляться роса из водяных паров окружающего воздуха, когда температура сосуда станет близкой к точке росы tp. О моменте появления росы судят по потускнению поверхности отполированного торца 1 по сравнению с кольцом 2. Фиксируют температуру t1 начала потускнения. Затем, уменьшая поток воздуха, замечают температуру t2 исчезновения росы. Определение t1 и t2 производят не менее трех раз. За точку росы tpпринимают среднее значение из полученных величин.
Пользуясь таблицей 1,
по величине tp определяют значение m абсолютной влажности, а по величине
комнатной температуры t находят из таблицы давление насыщенного
пара.
Физика Влажность воздуха и её измерение
Материалы к уроку
Конспект урока
Вода занимает около 70,8% поверхности земного шара. Живые организмы содержат от 50 до 99,7% (пятидесяти до девяноста девяти целых семи десятых процента) воды. В атмосфере находится около 13-15 тыс. км3 воды в виде капель, кристаллов снега и водяного пара. Атмосферный водяной пар влияет на погоду Земли.
Водяной пар в воздухе не всегда является насыщенным, несмотря на огромные поверхности океанов, морей, озер и рек. Перемещению воздушных масс способствует ветер. Это приводит к тому, что в одних местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация. Но в воздухе практически всегда имеется некоторое количество водяного пара и для каждой территории оно различно.
1. Абсолютная влажность ρ (ро)– плотность водяного пара в воздухе измеряется в килограммах на метр кубический (кг/м3), т.е. показывает, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объёмом 1 м³ при данных условиях.
Чем выше температура воздуха, тем больше в нем может быть пара;
Например, при +20 ºС 1 м3 воздуха может содержать 17 г водяного пара; при -20 ºС 1 м3 воздуха – всего 1 г водяного пара.
Степень насыщения водяного пара зависит от
• количества водяных паров,
• давления,
• температуры.
В окружающем нас воздухе практически всегда находится водяной пар. Влажность воздуха зависит от количества водяного пара, содержащегося в нем.
Сырой воздух содержит больший процент молекул воды, чем сухой.
Например, в центральной части России воздух сухой по сравнению с островом Сахалин. Там воздух настолько влажный, что одежда всегда кажется тоже влажной. Не каждый человек способен жить во влажном климате. Так как это сказывается на здоровье.
2. Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара, имеющих свои определенные величины давления. Однако, давление, производимое воздухом на находящиеся в нем тела равно суммарному давлению. Парциальным давлением водяного пара называют давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, т.е. если создать идеальные условия. Парциальное давление водяного пара является одним из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления — паскалях или миллиметрах ртутного столба.
Атмосферное давление определяется суммой парциальных давлений компонент сухого воздуха (кислорода, азота и т. д.) и водяного пара.
3. Относительная влажность – это величина, показывающая, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению.
Так как по парциальному давлению водяного пара и абсолютной влажности нельзя судить о том, насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению. А от этого зависит интенсивность испарения воды и потеря влаги живыми организмами. Относительной влажностью воздуха ФИ называют отношение парциального давления р (П) водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению р н.п. (П) насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах. Относительная влажность воздуха обычно меньше 100%.
Для определения влажности воздуха используют несколько приборов.
ПсихрОметр. Состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остается сухим, и он показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идет испарение, так как в воздухе много водного пара. Температура, показываемая термометром, окруженным влажной тканью, ближе к температуре сухого термометра.
При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур этих термометров с помощью специальных таблиц можно определить влажность воздуха.
Гигрометр.
Существует несколько видов гигрометров:
1. волосной,
2. конденсационный,
3. психрометрический.
Волосной гигрометр состоит из рамки, волоса, стрелки, ролика и груза. Принцип его действия основан на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы.
Волосной гигрометр в зимнее время является основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещения.
Компенсационный гигрометр — прибор для определения влажности воздуха путем охлаждения последнего до точки росы. Прибор сотоит из термометра, металлической трубки с эфиром и груши, для накачивания воздуха.
При испарении эфира на отполированной стенке появляются капли воды. По термометру, вставленному внутрь сосуда, отмечают температуру, при которой это происходит. Эта температура является точкой росы при данном содержании водяного пара в воздухе. По точке росы находят соответствующую ей плотность насыщенного пара.
По таблице плотности насыщенного пара находят относительную влажность воздуха.
Для ускорения процесса испарения эфира через него с помощью груши прогоняется воздух.
В конденсационном гигрометре М. И. ГОльцмана температура металлического зеркала, измеряемая электрически, может быть понижена до —150°С (минус) с помощью обтекающего его жидкого кислорода или жидкого воздуха.
Воздух просасывается через прибор и проходит мимо зеркала, где и происходит конденсация.
Точка росы – это температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным.
Точка росы также характеризует влажность воздуха:
• выпадение росы под утро,
• запотевание холодного стекла, если на него подышать,
• образование капли воды на холодной водопроводной трубе,
• сырость в подвалах домов.
Наиболее комфортная влажность воздуха для человека лежит в пределах 40—60%.
Высокую температуру легче переносить в сухом воздухе. Жара в сухой пустыне может не так сильно изнурять, как 25 градусов после сильного дождя, когда влажность воздуха очень высока. Чтобы не перегреться, организму в жару надо сильно потеть. Однако при высокой влажности пот не будет высыхать и не даст охлаждения тела.
При высокой температуре воздуха и низкой влажности человек, потея, выводит влагу из организма в основном через кожу, а не через почки. Это свойство организма используется в медицине при заболеваниях почек.
От влажности также зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. Испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. В космических кораблях поддерживается наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60%).
Очень важно знать влажность в метеорологии — в связи с предсказанием погоды.
Хотя относительное количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1%), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты. И наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.Определенная влажность необходима в ткацком, кондитерском и других производствах для нормального течения процесса.
Хранение произведений искусства и книг требует поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Поэтому в музеях на стенах вы можете видеть психрометры.
Рассмотрим решение задачи.
Найдите относительную влажность воздуха в комнате при температуре 18 °С, если при 10°С образуется роса.
По таблице зависимости давления насыщенных водяных паров от температуры найдем нужные нам значения: при температуре 18 градусов цельсия парциальное давление водяного пара равно одна целая, 23 сотых килопаскаля, а давление насыщенного пара равно две целых семь сотых килопаскаль.
Переведем килопаскали в паскали, и подставив значение величин в формулу, получим: фи равно парциальное давление водяного пара разделить на давление насыщенного пара и умножить на 100 процентов равно 1230 паскаль разделить на 2070 паскаль и умножить на 100 процентов равно 59 процентов.Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ
Выбрать репетитора
Академия влажности — Что такое влажность?
Влажность определяется как некоторая мера содержания водяного пара в воздухе (или другом газе). Термин «влажность» является общим термином для количественной оценки количества водяного пара в газе.
Термин «влажность» часто взаимозаменяем с «относительной влажностью», но между этими двумя терминами есть существенная разница в контексте точного измерения.
В этой главе объясняется, почему разница между этими двумя терминами важна для людей, занимающихся измерением водяного пара в чувствительных средах, а также рассматриваются термины и определения, используемые для количественного определения количества водяного пара в газе.
Водяной пар играет решающую роль в поддержании качества и эффективности продуктов, которые улучшают нашу повседневную жизнь — продукты, которым потребители доверяют, производятся в соответствии со спецификациями. Производителям в различных отраслях промышленности важно понимать, как работают точные измерения влажности и какую роль играет ваш измерительный прибор.
Важность точности
Влажность измеряется с помощью гигрометра, инструмента, который использует различные материалы и измерения для измерения уровня водяного пара в комнате или пространстве. Хотя ни одно научное измерение не является абсолютно верным, получение максимально точных измерений влажности имеет решающее значение для различных отраслей промышленности.
Поскольку водяной пар выше определенного уровня может привести к конденсации и, в конечном итоге, к коррозии или плесени, высокоточные измерения влажности жизненно важны для предотвращения деградации всего, начиная от деревянных строительных материалов, пищевых продуктов, фармацевтических препаратов, топлива, бумаги, электронных компонентов и многих других материалов. Измерения влажности помогают поддерживать оптимальные условия окружающей среды для продуктов и предотвращают дорогостоящее повреждение ценных товаров.
Техническая информация
В этом разделе мы раскроем основные законы физики, управляющие относительной влажностью. В интервале температур от -50 до 150°С и давлениях не выше 1000 кПа водяной пар практически ведет себя как идеальный газ. Мы будем использовать примеры, чтобы проиллюстрировать влияние температуры и давления на относительную влажность и как преобразовать относительную влажность в точку росы и температуру. абсолютная влажность.
Сначала давайте рассмотрим основы с обзором общих свойств водяного пара во влажном газе.
Испарение
Когда молекула воды покидает поверхность и принимает форму газа, она испаряется. Путем поглощения или выделения кинетической энергии молекула воды переходит из жидкого состояния в парообразное. Жидкая вода, которая становится водяным паром, забирает с собой часть тепла в процессе, называемом испарительным охлаждением.
Определение:
Испарительное охлаждение – это снижение температуры воздуха в результате испарения жидкости, которое отводит тепло от поверхности, с которой происходит испарение. Энергия, удаляемая при испарительном охлаждении, известна как «скрытая теплота».
Испарительное охлаждение ограничено атмосферными условиями. Процесс испарения потребляет больше тепла, когда воздух очень горячий и сухой, что делает эффект охлаждения более выраженным по сравнению с испарительным охлаждением в горячем и влажном воздухе.
Конденсация
Превращение водяного пара в жидкость называется конденсацией.
Водяной пар будет конденсироваться на поверхности только тогда, когда поверхность холоднее, чем температура точки росы, или когда равновесие водяного пара в воздухе превышено. Когда водяной пар конденсируется на поверхности, происходит чистое нагревание. Молекула воды выделяет тепло, а в свою очередь температура атмосферы немного повышается.
Химические реакции.
В результате многих химических реакций образуется вода. Если реакции протекают при температурах выше точки росы окружающего воздуха, вода будет образовываться в виде пара и увеличивать количество водяного пара в газе. Если они будут происходить при температуре ниже точки росы, произойдет конденсация, и из газа выйдет водяной пар.
Другие химические реакции происходят в присутствии водяного пара, что приводит к образованию новых химических веществ, таких как ржавчина на железе или стали.
Узнайте больше о влажности в следующем видео: «Объяснение измерения относительной влажности»
См. соответствующие сообщения в блогах:
Humidity Academy, теория 2 — относительная влажность, давление и температура
Humidity Academy, теория 3 — влажность и давление пара
влажность Academy Theory 4 – Определения влажности: концентрация паров
Академия влажности Теория 5. Влияние температуры и давления на % относительной влажности
Свяжитесь с нами
Хотите увидеть больше подобной информации?
Подпишитесь на одну из наших отраслевых информационных бюллетеней, и вы будете получать наши самые последние новости и идеи прямо на свой почтовый ящик!
Зарегистрироваться
Что вызывает влажность? — Scientific American
Объясняет Джеффри Ховис, научный сотрудник Национальной метеорологической службы Национального управления океанических и атмосферных исследований в Чарльстоне, Западная Вирджиния.
Обновление: в первоначальной версии этой статьи автор ссылался на воздухоудерживающую воду. Как отметили некоторые читатели, это было технически неточное упрощение. Ниже приводится более подробное объяснение.
Воздух, которым мы дышим, состоит из множества газов, включая водяной пар. Термин влажность обычно относится к количеству этого водяного пара в атмосфере. Каждый атмосферный газ имеет свое собственное давление паров, которое является мерой количества молекул, присутствующих при данной температуре. Таким образом, давление водяного пара измеряет количество водяного пара в воздухе. Давление пара насыщения – это давление пара, при котором жидкая вода начинает конденсироваться. Относительная влажность определяется делением фактического давления пара на давление насыщенного пара (см. ниже).
Метеорологи также используют температуру точки росы как меру количества водяного пара в атмосфере. Это температура, при которой атмосфера становится насыщенной и начинает образовываться роса.
Он также определяется как температура, при которой давление пара равно давлению насыщенного пара. Таким образом, когда температура приближается к температуре точки росы и становится равной ей, давление пара и давление пара насыщения становятся одинаковыми. При этом начинает образовываться роса.
Это явление иллюстрируется стаканом холодного чая со льдом в теплый душный день. Воздух вокруг стекла охлаждается, и вода конденсируется на внешней стороне стекла. Температура, при которой вода начинает конденсироваться, называется температурой точки росы.
Оригинальная история: Есть несколько значений термина влажность. Все они связаны с количеством влаги в воздухе, но немного отличаются.
Термин «относительная влажность», часто используемый местными теле- и радиоканалами, представляет собой меру фактического количества влаги в воздухе по сравнению с общим количеством влаги, которое воздух может удерживать. Теплый воздух может содержать больше воды, чем холодный воздух.
Но если воздух (теплый или прохладный) содержит половину влаги, которую он может удерживать при насыщении, относительная влажность составляет 50 процентов.
Метеорологи, напротив, используют температуру точки росы как меру влажности воздуха. Это температура, ниже которой воздух больше не может удерживать влагу в виде пара и образуется жидкая вода или роса. Это явление иллюстрируется стаканом холодного чая со льдом в теплый душный день. Воздух вокруг стекла охлаждается, и на внешней стороне стекла образуется вода. Температура, при которой образуется вода, является температурой точки росы.
Влажность чаще всего используется для описания самочувствия человека, часто в сочетании с жарой. Если жарко и влажно, человек обычно чувствует себя гораздо более некомфортно. Причина этого в том, что тело пытается охладиться за счет испарения влаги с кожи. Но когда воздух влажный, испарение влаги становится более трудным, а фактический охлаждающий эффект намного меньше.
Читатель также поинтересовался: «Если влажность — это содержание влаги в воздухе, то почему западное побережье менее влажное, чем восточное, учитывая, что оба они расположены близко к большим источникам воды?
Одна из причин того, что западное побережье менее влажное, чем восточное, связана с температурой большого источника воды, расположенного неподалеку.