Какво е пара и какви са основните й свойства.
Може ли въздухът да се счита за газ?
Прилагат ли се законите за идеалния газ за въздуха?

Водата покрива около 70,8% от повърхността Глобусът. Живите организми съдържат от 50 до 99,7% вода. Образно казано, живите организми са оживена вода. В атмосферата има около 13-15 хил. км3 вода под формата на капки, снежни кристали и водни пари. Атмосферната водна пара влияе върху времето и климата на Земята.

Водна пара в атмосферата.

Водната пара във въздуха, въпреки обширните повърхности на океаните, моретата, езерата и реките, далеч не винаги е наситена. движещ се въздушни масиводи до факта, че на някои места на нашата планета в този моментизпаряването на водата преобладава над кондензата, докато в други, напротив, преобладава кондензацията. Но почти винаги във въздуха има малко водна пара.

Плътността на водната пара във въздуха се нарича абсолютна влажност.

Абсолютна влажностследователно изразено в килограми на кубичен метър (kg / m 3).

Парциално налягане на водната пара

Атмосферният въздух е смес от различни газове и водни пари. Всеки от газовете допринася за общото налягане, произведено от въздуха върху телата в него.

Налягането, което водната пара би произвела, ако отсъстват всички други газове, се нарича парциално налягане на водните пари.

Като един от показателите за влажност на въздуха се приема парциалното налягане на водната пара. Изразява се в единици за налягане - паскали или милиметри живак.

Тъй като въздухът е смес от газове, Атмосферно наляганесе определя от сумата от парциалните налягания на всички компоненти на сухия въздух (кислород, азот, въглероден двуокиси др.) и водна пара.

Относителна влажност.

От парциалното налягане на водната пара и абсолютната влажност все още е невъзможно да се прецени колко близо е водната пара до насищане при дадени условия. А именно от това зависи интензивността на изпаряване на водата и загубата на влага от живите организми. Ето защо се въвежда стойност, показваща колко близка е водната пара при дадена температура до насищане, - относителна влажност.

Относителна влажностнарича се съотношението на парциалното налягане p на водната пара, съдържаща се във въздуха при дадена температура, към налягането p n. n наситена пара при същата температура, изразена като процент:

Относителната влажност обикновено е под 100%.

Когато температурата падне парциално наляганеводната пара във въздуха може да стане равна на налягането на наситените пари. Парата започва да кондензира и росата пада.

Температурата, при която водната пара се насища се нарича Точка на оросяване.

Точката на оросяване може да се използва за определяне на относителната влажност на въздуха.

Психрометър.

Влажността се измерва с помощта на специални инструменти. Ще говорим за един от тях - психрометър.

Психрометърът се състои от два термометъра (фиг. 11.4). Резервоарът на един от тях остава сух и показва температурата на въздуха. Резервоарът на другия е заобиколен от лента от плат, чийто край се спуска във водата. Водата се изпарява и поради това термометърът се охлажда. Колкото по-висока е относителната влажност, толкова по-малко интензивно е изпарението и температурата, показана от термометър, заобиколен от влажна кърпа, е по-близка до температурата, показана от сух термометър.

При относителна влажност 100% водата изобщо няма да се изпари и показанията на двата термометъра ще бъдат еднакви. Според температурната разлика на тези термометри, като използвате специални таблици, можете да определите влажността на въздуха.

Стойност на влажността.

Интензивността на изпаряване на влагата от повърхността на човешката кожа зависи от влажността. И изпаряването на влагата има голямо значениеза поддържане на постоянна телесна температура. AT Космически корабиподдържа се най-благоприятната относителна влажност за човека (40-60%).

При какви условия според вас пада роса? Защо няма роса по тревата преди дъждовен ден?

Много е важно да се знае влажността в метеорологията - във връзка с прогнозата за времето. Въпреки че относителното количество водна пара в атмосферата е сравнително малко (около 1%), ролята му в атмосферни явлениязначителен. Кондензацията на водна пара води до образуване на облаци и последващи валежи. В същото време подчертава голям бройтоплина. Обратно, изпаряването на водата е придружено от поглъщане на топлина.

В тъкачната, сладкарската и други индустрии е необходима определена влажност за нормалното протичане на процеса.

Много е важно да се спазва режимът на влажност в производството по време на производството електронни схемии устройства, в нанотехнологиите.

Съхраняването на произведения на изкуството и книги изисква поддържане на влажността на необходимото ниво. При висока влажност платната по стените могат да увиснат, което ще повреди слоя боя. Ето защо в музеите можете да видите психрометри по стените.

Относителна влажност

Поведение истинска стойностабсолютната влажност до максималната възможна стойност при същата температура се нарича относителна влажност.

Означете относителната влажност φ:

По правило относителната влажност се изразява в проценти, тогава

∙ 100, % и ∙ 100, %.

За сух въздух φ = 0%, влажен наситен въздухима φ = 100%.

Увеличаването на относителната влажност на въздуха се дължи на добавянето на водна пара към него. В същото време, ако влажният въздух се охлажда при постоянно парциално налягане на водната пара, тогава φ ще се увеличи до φ = 100%.

Температурата, при която се достига състоянието на насищане с влажен въздух, се нарича температура на точката на оросяване и се обозначава т стр .

При температури под т стрвъздухът ще остане наситен, докато излишната влага ще изпадне от влажния въздух под формата на водни капчици или мъгла. Това свойство е в основата на принципа на дефиниция т стринструмент, наречен хигрометър.

При обработка на влажен въздух (отопление, охлаждане) количеството сух въздух в него не се променя, поради което е препоръчително всички специфични стойности да се отнасят към 1 kg сух въздух.

Масата на водната пара на 1 kg сух въздух се нарича съдържание на влага .

Съдържанието на влага се обозначава с д, измерено в g/kg.

От определението следва:

Ако приемем, че водната пара и сух въздух са идеални газове, можем да запишем:

p p V p = m p R p T p и p c V c = m c R c T s.

Разделяме ги термин по термин и, като вземем предвид характеристиките газови смеси(пара и сух въздух заемат еднакъв обем и имат същата температура), т.е. V p \u003d V cи T p \u003d T s), получаваме:

(3.5)

От уравнение (3.5) следва, че съдържанието на влага при дадено барометрично налягане (p bar) зависи само от парциалното налягане на водната пара. В израза (3.5) можете да въведете стойността на относителната влажност φ: така, като се вземе предвид (3.3)

. (3.6)

От уравнение (3.5) определяме парциалното налягане на водната пара във влажен въздух чрез съдържанието на влага:

. (3.7)

3.2.2. Идентификационна диаграма на влажен въздух

Определянето на параметрите на влажния въздух и изчисляването на процесите на пренос на топлина и маса е значително опростено при използване документ за самоличност- диаграмата, която е предложена през 1918 г. от Л. К. Рамзин. Диаграмата (фиг. 3.3) е построена за барометрично налягане от 745 mm Hg. чл., т.е. 99,3 kPa (средно годишно налягане в централната част на Русия), но може да се използва при други барометрични налягания в рамките на приемлива точност.

При конструиране на диаграма по оста на ординатите се начертава специфичната енталпия на сухия въздух - аз,и по абсцисата, съдържание на влага - д. За да се разшири най-използваната за изчисления площ, съответстваща на наситен влажен въздух, ъгълът между осите беше избран равен на 135 0 . Хоризонтално е начертана помощна ос, върху която стойностите на съдържанието на влага се проектират от наклонената ос. Въпреки че оста на абсцисата обикновено не се изобразява на диаграмата, изенталпите са успоредни на нея, така че те са изобразени на диаграмата като наклонени прави линии. Линиите d = const са начертани успоредно на оста y.

Стойности д= const и и= const образуват координатна мрежа, върху която са нанесени линии с постоянни температури (изотерми) и извити линии на относителна влажност (φ=const).

За да се конструират изотерми, е необходимо да се изрази енталпията по отношение на съдържанието на влага. Енталпията на влажния въздух, базирана на условието за адитивност, се изразява като

I \u003d I c + I p .

Разделете количествата дадено уравнениена маса сух въздух получаваме:

i = ic + .

Ако втория член се умножи и раздели на масата на парата, тогава ще имаме:

(3.8)

Отчитайки енталпията от 0 0 C, изразът (3.8) може да се запише:

i = c pc t + d (r 0 + c p p t), (3.9)

където c бри c p pса масовите топлинни мощности на сух въздух и пара;

r0– топлина фазов преходвода в пара при 0 0 С;

т– текуща стойност на температурата.

Ако приемем, че топлинните мощности на сух въздух и пара са постоянни в диапазона на измерените температури, за фиксирано туравнение (3.9) представлява линейна зависимостиот д.Следователно, изотерми в координати документ за самоличностще бъдат прави линии.

Използване на израз (3.6) и таблични зависимости на налягането на наситената пара от температурата p n \u003d f (t),не е трудно да се начертаят кривите на относителната влажност. Така че, когато се конструира крива за конкретен φ, се избират няколко температурни стойности, от таблиците, които те определят p nи по (3.6) изчисляваме д.Свързване на точки с координати t i , d iлиния, получаваме кривата φ = const. Линиите (φ = const) имат формата на различни криви, които претърпяват прекъсване при t = 99,4 0 C (точката на кипене на водата при налягане от 745 mm Hg) и след това се движат вертикално. Кривата φ=100% разделя областта на диаграмата на две части. Над кривата има зона на влажен въздух с ненаситени пари, а под нея е зона на влажен въздух с наситени и частично кондензирани пари. Изотермите, съответстващи на температурите на адиабатно насищане на въздуха (t m) в диаграмата, преминават под лек ъгъл спрямо изенталпите и са показани с пунктирани линии. Те се измерват с "мокър" термометър и са обозначени с t m. На кривата φ = 100%, изотермите на сухия и мокрия термометър се пресичат в една точка. В долната част на диаграмата, съгласно уравнение (3.7), зависимостта p p = f (d) е начертана за p bar = 745 mm Hg.

Използвайки id-диаграмата, знаейки всеки два параметъра, можете да определите всички останали параметри на влажния въздух. Така например за състояние А

(виж фиг. 3.6) имаме t a , i a , φ a , d a , p pa, t p . Стойностите на температурата t a , енталпията i a и съдържанието на влага d a са проекцията на точка A върху осите i, d и t. Стойността на относителната влажност се характеризира със стойността на кривата, преминаваща през това състояние.

За да се определи температурата на точката на оросяване, точка А трябва да се проектира върху кривата φ = 100%. Изотермата, преминаваща през тази проекция, дава стойността на t p . Налягането на парите се определя от съдържанието на влага d a и линията p p \u003d f (d).

Когато въздухът се нагрява, неговото съдържание на влага не се променя (d=const), но енталпията се увеличава, така че процесът на нагряване на id-диаграмата е изобразен с вертикалната права линия AB.

Процесът на въздушно охлаждане протича и при d=const; енталпията намалява (линия CE) и относителната влажност се увеличава до точката на оросяване, която е пресечната точка на линията на охлаждане CE с кривата φ = 100%.

В процеса на сушене на материала въздухът се овлажнява. Ако в този случай топлината, изразходвана за изпаряване на влагата, се вземе от въздуха, тогава този процес приблизително (без да се отчита енталпията на водата) се счита за изоенталпия, тъй като изразходваната топлина отново се връща във въздуха заедно с изпарената влага. Следователно, на id - диаграмата, процесът на сушене е изобразен с права линия CR, успоредна на линиите i = const.

При овлажняване на въздуха с пара (КМ линия) енталпията на влажния въздух се увеличава. Параметрите на състоянието (i m, d m) се определят от изходните (i k, d k). от топлинния и материалния баланс на процеса на смесване

i m \u003d i k + d p i p и d m \u003d d k + d p,

където i p и d p са съответно енталпията и количеството подадена пара на 1 kg сух въздух.

При смесване на влажни въздушни потоци, параметрите на сместа се определят въз основа на балансите на маса, енталпия и влага. Ако скоростите на потока на влажен въздух в смесени потоци и , и енталпия и съдържание на влага, съответно, i 1 , d 1 и i 2 , d 2 , тогава уравненията за определяне на енталпията и съдържанието на влага в сместа са както следва:

i cm \u003d (i 1 m 1 + i 2 m 2) / (m 1 + m 2) ,

d cm \u003d (d 1 m 1 + d 2 m 2) / (m 1 + m 2).

При смесване на два въздушни потока относителната влажност на сместа не може да бъде повече от 100%.

Ще имаш нужда

• - живачен термометър;
• - херметичен съд;
• - таблица на зависимостта на наситената водна пара от температурата;
• - психрометър.

Инструкция

За директно измерване на влажността вземете проба въздухв херметически затворен съд и започнете да го охлаждате. При определена роса ще се появи по стените на съда (парата кондензира), запишете температурата, при която ще се случи това. С помощта на специална таблица намерете плътността на наситените пари при температурата, която е кондензирала. Това ще бъде абсолютното влажност въздух, от който е взета проба.

Определяне на относителната влажност с два термометъра Вземете два еднакви термометъра. Термометри с течен живак са по-подходящи. Увийте марля върху флакон с работната течност на един от тях, след което го навлажнете обилно с вода. След като изчакате известно време, вземете показанията от термометрите в Целзий. След това намерете температурната разлика между мокрия и сухия термометър, показанията на термометъра ще бъдат или същите, или по-ниски от сухия. В психрометричната таблица намерете колоната с показания на суха крушка и намерете най-близката до това, което показа измерването. След това в реда намерете стойността, която съответства на изчислената разлика между показанията на сухи и мокри термометри, клетката ще съдържа относителното влажност въздухв проценти.

Определяне на относителната влажност с хигрометър за коса, тъй като конският косъм променя дължината си в зависимост от влажността въздух, затегнете го и го прикрепете към чувствителен динамометър. Силата може да се използва за определяне на относителната влажност въздух. Това измерениеще бъде най-малко точен.

Полезен съвет

При изчисленията налягането на наситените пари може да бъде заменено с неговата плътност, това няма да повлияе на резултата.

Влажността измерва колко водна пара има във въздуха. Важен екологичен показател за околната среда е относителната влажност. Ако тя вземе твърде ниско или твърде високи стойности, човек бързо се уморява, възприятието, паметта и благосъстоянието му се влошават.

Инструкция

Влажността е абсолютна и относителна. Абсолютната влажност f показва действителното количество водна пара по маса, която се намира в един въздух. За да намерите абсолютната влажност на въздуха, разделете масата на парата на общия обем. Мерни единици - на кубичен метър, g / m³.

Има концепция за максимална абсолютна влажност при фиксирана температура. Факт е, че плътността не може да се увеличава безкрайно, в определен момент термодинамичното равновесие. Това е състоянието на системата, при което макроскопичните параметри като температура, обем, налягане, ентропия са постоянни във времето. Тези стойности се колебаят около средните си стойности, ако са максимално изолирани от ефектите външна среда.

Така че, когато настъпи термодинамично равновесие между пара и въздух, се казва, че въздухът е наситен с пара. Влажността на въздуха, наситен с пара, е максималната. Нарича се още граница на насищане. Тя също е в g / m³. Можете да го наречете F.

Абсолютна влажност

Абсолютната влажност е плътността на водната пара във въздуха, с други думи, масата на водната пара, която всъщност се вписва в едно кубичен метървъздух. Индикаторът се измерва в грамове на кубичен метър.

Въздухът е доста способен да достигне състояние на пълно насищане, това се дължи на факта, че при постоянна температура той е в състояние да абсорбира само определено количество пара. Тази абсолютна влажност (когато въздухът е напълно наситен) се нарича капацитет на влага.

Относителна влажност

Капацитетът на влага директно зависи от температурата и с увеличаването му рязко се увеличава. Ако изчислим съотношението на абсолютната влажност на въздуха при определена температура към неговия влагоемкост при същата температура, получаваме индикатор, наречен.

Ако анализираме стойностите на индекса на относителната влажност в скалата на Земята, тогава той е най-висок в екваториална зона, в полярните ширини и вътре в континентите със средна ширина в зимно време, а е най-ниско в субтропичните и . С увеличаване на надморската височина влажността на въздуха бързо намалява.

Как да разберем относителната влажност

За да се определи стойността на относителната влажност, се използва специално устройство - психрометър. Всъщност това е система от два термометъра. Върху един от тях се поставя марлен капак, чийто връх се спуска във водата. Вторият термометър работи в нормален режим и показва стойността на текущата температура на въздуха. Първият, термометър с калъф, показва повече ниска температура(в края на краищата, когато влагата се изпари от капака, топлината се консумира).

Температурната стойност, показана от термометъра с мокър термометър, се нарича граница на охлаждане, а разликата между данните за сух и мокър термометър се нарича психрометрична разлика. В този случай относителната влажност на въздуха е обратно пропорционална на психрометричната разлика: колкото по-ниска е влажността, толкова повече влага може да абсорбира въздухът.

Получавам цифров индикаторотносителната влажност е стойността на абсолютната влажност, разделена на максимално възможната влажност. Резултатът обикновено се изразява като процент.

Показателят за влажност на въздуха е много важен, тъй като при твърде ниска или висока влажностздравословното състояние на човека се влошава, работоспособността намалява, възприятието и паметта се влошават. Освен това при строго определени граници на влажност на въздуха е необходимо да се съхраняват храни, строителни материали и много електронни компоненти.

Във въздуха, характеризиращ се с редица количества. Водата, изпарена от повърхността при нагряване, влиза и се концентрира вътре долни слоеветропосфера. Температурата, при която въздухът достига насищане с влага за дадено съдържание на водна пара и непроменено, се нарича точка на оросяване.

Влажността се характеризира със следните показатели:

Абсолютна влажност(лат. absolutus - пълен). Изразява се като масата на водната пара в 1 m въздух. Изчислява се в грамове водна пара на 1 m3 въздух. Колкото по-висока, толкова по-голяма е абсолютната влажност, т.к повече водапри нагряване преминава от течно в парно състояние. През деня абсолютната влажност е по-висока, отколкото през нощта. Индикаторът за абсолютна влажност зависи от: в полярните ширини, например, тя е до 1 g на 1 m2 водна пара, на екватора до 30 грама на 1 m2 в Батуми (, крайбрежие) абсолютната влажност е 6 g на 1 м, а във Верхоянск ( , ) - 0,1 грам на 1 м растителна покривкатерен;

Относителна влажност. Това е съотношението на количеството влага във въздуха към количеството, което той може да задържи при същата температура. Относителната влажност се изчислява като процент. Например, относителната влажност е 70%. Това означава, че въздухът съдържа 70% от количеството пара, което може да задържи при дадена температура. Ако ежедневен курсабсолютната влажност е право пропорционална на хода на температурите, тогава относителната влажност е обратно пропорционална на този курс. Човек се чувства добре, когато е равен на 40-75%. Отклонението от нормата причинява болезнено състояние на тялото.

Въздухът в природата рядко е наситен с водна пара, но винаги съдържа известно количество от нея. Никъде на земята не е регистрирана относителна влажност от 0%. На метеорологични станциивлажността се измерва с хигрометър, освен това се използват рекордери - хигрографи;

Въздухът е наситен и ненаситен. Когато водата се изпарява от повърхността на океана или сушата, въздухът не може да задържи водната пара за неопределено време. Тази граница зависи от. Въздухът, който вече не може да задържи влагата, се нарича наситен. От този въздух при най-малкото охлаждане започват да се открояват водни капчици под формата на роса. Това е така, защото водата, когато се охлажда, преминава от състояние (пара) в течност. Въздухът над сухия топла повърхност, обикновено съдържа по-малко водна пара, отколкото би могла да съдържа при дадена температура. Такъв въздух се нарича ненаситен. Когато се охлади, водата не винаги се отделя. Колкото по-топъл е въздухът, толкова по-голяма е неговата способност да абсорбира влагата. Например при температура от -20°C въздухът съдържа не повече от 1 g/m вода; при температура +10°C - около 9 g/m3, а при +20°C - около 17 g/m

Августовският психрометър се състои от две живачни термометримонтиран на статив или поставен в общ калъф. Крушката на един термометър се увива в тънка камбрикова кърпа, спуска се в чаша дестилирана вода.

Когато се използва августовски психрометър, абсолютната влажност се изчислява по формулата на Рение:
A = f-a(t-t 1)H,
където А е абсолютна влажност; f е максималното налягане на водната пара при температура на мокър термометър (виж таблица 2); a - психрометричен коефициент, t - температура на сух термометър; t 1 - температура на мокър термометър; H - барометрично наляганекъм момента на дефиницията.

Ако въздухът е напълно неподвижен, тогава a = 0,00128. При наличие на слабо движение на въздуха (0,4 m/s) a = 0,00110. Максималната и относителната влажност се изчисляват, както е посочено на страница 34.

Таблица 2. Еластичност на наситената водна пара (избор)

Температура на въздуха (°С)		Температура на въздуха (°С)	Налягане на водната пара (mm Hg)	Температура на въздуха (°С)	Налягане на водната пара (mm Hg)
-20 - 15 -10 -5 -3 -4 0 +1 +2,0 +4,0 +6,0 +8,0 +10,0 +11,0 +12,0	0,94 1.44 2.15 3.16 3,67 4,256 4,579 4,926 5,294 6,101 7,103 8.045 9,209 9,844 10,518	+13,0 +14,0 +15,0 +16,0 +17,0 +18,0 +19,0 +20,0 +21,0 +22,0 +24,0 +25,0 +27,0 +30,0 +32,0	11,231 11,987 12,788 13,634 14,530 15,477 16.477 17,735 18,650 19,827 22,377 23,756 26,739 31,842 35,663	+35,0 +37,0 +40,0 +45,0 +55,0 +70,0 +100,0	42,175 47,067 55,324 71,88 118,04 233,7 760,0

Таблица 3. Определяне на относителната влажност според показанията
аспирационен психрометър (в проценти)

Таблица 4. Определяне на относителната влажност на въздуха според показанията на сухи и мокри термометри в психрометър Augusta при нормални условияспокойно и равномерно движение на въздуха в помещението със скорост 0,2 m/s

За определяне на относителната влажност има специални таблици (таблици 3, 4). По-точни показания дава психрометърът на Assmann (фиг. 3). Състои се от два термометъра, затворени в метални тръби, през които въздухът се всмуква равномерно с помощта на вентилатор с часовников механизъм, разположен в горната част на уреда. Резервоарът с живак на един от термометрите се увива в парче камбрик, което се намокря с дестилирана вода преди всяко определяне с помощта на специална пипета. След намокряне на термометъра включете вентилатора с ключа и окачете уреда на статив. След 4-5 минути запишете показанията на сухи и мокри термометри. Тъй като влагата се изпарява и топлината се абсорбира от повърхността на живачна топка, намокрена с термометър, тя ще покаже по-ниска температура. Абсолютната влажност се изчислява по формулата на Шпрунг:

където А е абсолютна влажност; f е максималното налягане на водната пара при температурата на мокрия термометър; 0,5 - постоянен психрометричен коефициент (корекция за скоростта на въздуха); t е температурата на сухия термометър; t 1 - температура на мокър термометър; H - барометрично налягане; 755 - средно барометрично налягане (определено съгласно таблица 2).

Максималната влажност (F) се определя с помощта на температура на сух термометър в таблица 2.

Относителната влажност (R) се изчислява по формулата:

където R е относителна влажност; A - абсолютна влажност; F е максималната влажност при температура на сух термометър.

Хигрографът се използва за определяне на колебанията в относителната влажност във времето. Устройството е проектирано подобно на термографа, но възприемащата част на хигрографа е обезмаслена сноп коса.

Ориз. 3. Аспирационен психрометър на Assmann:

1 - метални тръби;
2 - живачни термометри;
3 - отвори за изхода на засмукан въздух;
4 - скоба за окачване на психрометъра;
5 - пипета за намокряне на мокър термометър.