Абсолютна влажност
Абсолютна влажност - количеството влага (в грамове), съдържащо се в един кубичен метървъздух. Поради малката си стойност обикновено се измерва в g/m3. Но поради факта, че при определена температура на въздуха само определено количество влага може да се съдържа максимално във въздуха (с повишаване на температурата това максимално възможно количество влага се увеличава, с намаляване на температурата на въздуха, максимално възможното количеството влага намалява) беше въведена концепцията за относителна влажност.
Относителна влажност
Еквивалентно определение е съотношението на масовата част на водните пари във въздуха към максимално възможното при дадена температура. Измерва се като процент и се определя по формулата:
Където: - относителна влажноствъпросната смес (въздух); - парциално налягане на водните пари в сместа; - равновесно налягане на наситените пари.
Налягането на наситените пари на водата се увеличава значително с повишаване на температурата (вижте графиката). Следователно при изобарна (тоест при постоянно налягане) охлаждащ въздух с постоянна концентрация на пара, момент (точка на оросяване) възниква, когато парата е наситена. В този случай „допълнителната“ пара се кондензира под формата на мъгла или ледени кристали. Процесите на насищане и кондензация на водни пари играят огромна роля в атмосферната физика: процеси на образуване и образуване на облаци атмосферни фронтоведо голяма степен се определят от процесите на насищане и кондензация; топлината, отделена при кондензацията на атмосферните водни пари, осигурява енергийния механизъм за възникване и развитие на тропически циклони (урагани).
Оценка на относителната влажност
Относителната влажност на смес вода-въздух може да се оцени, ако е известна нейната температура ( T) и температура на точката на оросяване ( Td). Кога TИ Tdизразено в градуси по Целзий, тогава следният израз е верен:
Където парциално наляганеоценява се водната пара в сместа д стр :
И налягането на мокрите пари на водата в сместа при температура се оценява д с :
Пренаситена водна пара
При липса на кондензационни центрове, когато температурата се понижава, може да се образува свръхнаситено състояние, т.е. относителната влажност става повече от 100%. Йоните или аерозолните частици могат да действат като кондензационни центрове; принципът на действие на камерата на Уилсън и дифузионните камери се основава на кондензацията на свръхнаситена пара върху йони, образувани по време на преминаването на заредена частица в такава пара: капчици вода кондензиращи върху образуваните йони образуват видима следа (писта) от заредените частици.
Друг пример за кондензация на свръхнаситени водни пари са обратните следи на самолетите, които се появяват, когато свръхнаситените водни пари кондензират върху частици сажди от изгорелите газове на двигателя.
Средства и методи за контрол
За определяне на влажността на въздуха се използват инструменти, наречени психрометри и влагомери. Психрометърът на Август се състои от два термометъра - сух и мокър. Мокрият термометър показва по-ниска температура от сухия, защото... резервоарът му се увива в кърпа, напоена с вода, която го охлажда, докато се изпарява. Интензивността на изпарението зависи от относителната влажност на въздуха. Въз основа на показанията на сухи и мокри термометри относителната влажност на въздуха се намира с помощта на психрометрични таблици. IN напоследъкИнтегрираните сензори за влажност (обикновено с изходно напрежение) станаха широко използвани, въз основа на свойството на някои полимери да променят своите електрически характеристики (като диелектричната константа на средата) под въздействието на водни пари, съдържащи се във въздуха. За проверка на инструментите за измерване на влажността се използват специални инсталации - хигростати.
ВЛАЖНОСТ НА ВЪЗДУХА. ТОЧКА НА ОРОСЯВАНЕ.
УРЕДИ ЗА ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ВЛАЖНОСТ НА ВЪЗДУХА.
1.Атмосфера.
Атмосферата е газовата обвивка на Земята, състояща се главно от азот (повече от 75%), кислород (малко по-малко от 15%) и други газове. Около 1% от атмосферата е водна пара. Откъде идва в атмосферата?
По-голям дял площ глобусзаемат морета и океани, от повърхността на които водата постоянно се изпарява при всякакви температури. Водата се отделя и при дишането на живите организми.
Количеството водни пари, съдържащи се във въздуха, влияе върху времето, благосъстоянието на хората, технологичните процеси в производството, безопасността на експонатите в музея и безопасността на зърното в складовете. Ето защо е много важно да се контролира степента на влажност на въздуха и възможността, ако е необходимо, да се промени в помещението.
2.Абсолютна влажност.
Абсолютна влажноствъздух е количеството водна пара, съдържащо се в 1 m 3 въздух (плътност на водната пара).
или , Където
m е масата на водната пара, V е обемът на въздуха, който съдържа водна пара. P е парциалното налягане на водната пара, μ е моларната маса на водната пара, T е нейната температура.
Тъй като плътността е пропорционална на налягането, абсолютната влажност може да се характеризира и с парциалното налягане на водните пари.
3. Относителна влажност.
Степента на влажност или сухота на въздуха се влияе не само от количеството водни пари, съдържащи се в него, но и от температурата на въздуха. Дори ако количеството водна пара е същото, при по-ниска температура въздухът ще изглежда по-влажен. Ето защо една студена стая изглежда влажна.
Това се обяснява с факта, че при по-високи температури въздухът може да съдържа по-голямо максимално количество водни пари и се съдържа във въздуха, когато има пари богат. Ето защо, максимално количество водна пара, който може да съдържав 1 m 3 въздух при дадена температура се нарича плътност наситена парапри дадена температура.
Зависимостта на плътността и парциалното налягане на наситените пари от температурата може да се намери във физическите таблици.
Като вземем предвид тази зависимост, стигнахме до извода, че по-обективна характеристика на влажността на въздуха е относителна влажност.
Относителна влажносте отношението на абсолютната влажност на въздуха към количеството пара, което е необходимо за насищане на 1 m 3 въздух при дадена температура.
ρ е плътността на парите, ρ 0 е плътността на наситените пари при дадена температура и φ е относителната влажност на въздуха при дадена температура.
Относителната влажност може да се определи и чрез парциалното налягане на парите
P е парциалното налягане на парите, P 0 е парциалното налягане на наситените пари при дадена температура и φ е относителната влажност на въздуха при дадена температура.
4. Точка на оросяване.
Ако въздухът, съдържащ водна пара, се охлажда изобарно, тогава при определена температура водната пара става наситена, тъй като с намаляване на температурата максималната възможна плътност на водната пара във въздуха при дадена температура намалява, т.е. плътността на наситената пара намалява. Когато температурата спадне допълнително, излишната водна пара започва да кондензира.
температура, при което дадена водна пара, съдържаща се във въздуха, става наситена, се нарича Точка на оросяване.
Това име е свързано с явление, наблюдавано в природата - падане на роса. Загубата на оросяване се обяснява по следния начин. През деня въздухът, земята и водата в различни водни тела се затоплят. В резултат на това има интензивно изпарение на водата от повърхността на резервоарите и почвата. Съдържащата се във въздуха водна пара е ненаситена при дневни температури. През нощта и особено сутрин температурата на въздуха и повърхността на земята пада, водните пари се насищат и излишната водна пара се кондензира върху различни повърхности.
Δρ е излишната влага, която се отделя, когато температурата падне под точката на оросяване. 
Мъглата има същата природа. Мъглата представлява малки капчици вода, образувани в резултат на кондензация на пара не на повърхността на земята, а във въздуха. Капките са толкова малки и леки, че могат да висят във въздуха. Светлинните лъчи се разпръскват върху тези капчици и въздухът става непрозрачен, т.е. видимостта става трудна.
Когато въздухът се охлажда бързо, парата, като се насища, може да заобиколи течната фаза и веднага да се превърне в твърдо вещество. Това обяснява появата на скреж по дърветата. Някои интересни оптични явления в небето (като ореоли) са причинени от преминаването на слънчеви или лунни лъчи през перести облаци, състоящи се от малки ледени кристали.
5. Уреди за определяне на влажността.
Най-простите инструменти за определяне на влажността са влагомери с различни конструкции (кондензация, филм, коса) и психрометър.
Принцип на действие кондензационен влагомерсе основава на измерване на точката на оросяване и определяне на абсолютната влажност в помещението от нея. Познавайки температурата в помещението и плътността на наситените пари, съответстваща на тази температура, намираме относителната влажност на въздуха.
Действие влагомери за филм и косасвързани с промени в еластичните свойства на биологичните материали. С увеличаването на влажността тяхната еластичност намалява и филмът или косата се разтягат на по-голяма дължина.
Психрометърсе състои от два термометъра, единият от които има резервоар със спирт, увит във влажна кърпа. Тъй като влагата непрекъснато се изпарява от тъканта и следователно топлината се отвежда, температурата, показана от този термометър, винаги ще бъде по-ниска. Колкото по-малко влажен е въздухът в помещението, толкова по-интензивно е изпарението; термометър с мокър резервоар охлажда по-силно и показва по-ниска температура. Въз основа на температурната разлика между сухи и мокри термометри, с помощта на подходяща психрометрична таблица, се определя относителната влажност на въздуха в дадено помещение.
Влажността на въздуха е важна характеристика заобикаляща среда. Но не всеки разбира напълно какво означават прогнозите за времето. а абсолютната влажност е свързани понятия. Не е възможно да се разбере същността на едното, без да се разбере другото.
Въздух и влага
Въздухът съдържа смес от вещества, открити в газообразно състояние. Преди всичко това са азот и кислород. Те вътре общ състав(100%) съдържа съответно приблизително 75% и 23% от теглото. Около 1,3% аргон, по-малко от 0,05% е въглероден двуокис. Остатъкът (липсващото количество е около 0,005% общо) се състои от ксенон, водород, криптон, хелий, метан и неон.
Също така има известно количество влага във въздуха през цялото време. Той навлиза в атмосферата след изпаряване на водни молекули от световните океани и от навлажнена почва. В затворено пространство съдържанието му може да се различава от външна средаи зависи от наличието на допълнителни източници на доходи и потребление.
За по-точно определение физически характеристикии количествени показатели се използват две понятия: относителна влажност и абсолютна влажност. В ежедневието излишъкът се образува при сушене на дрехи и при готвене. Хората и животните го отделят чрез дишане, растенията в резултат на газообмен. При производството промените в съотношението на водната пара могат да бъдат свързани с кондензация поради температурни промени.
Абсолют и особености на използването на термина
Колко важно е да знаем точното количество водни пари в атмосферата? Въз основа на тези параметри се изчисляват прогнозите за времето, възможността за валеж и неговия обем, както и пътищата на движение на фронтовете. Въз основа на това рисковете от циклони и особено урагани, които могат да представляват сериозна опасностза региона.
Каква е разликата между двете понятия? Общото между тях е, че както относителната влажност, така и абсолютната влажност измерват количеството водна пара във въздуха. Но първият индикатор се определя чрез изчисление. Вторият може да бъде измерен чрез физически методи с резултат в g/m 3.
Въпреки това, с промени в температурата на околната среда, тези индикатори се променят. Известно е, че въздухът може да съдържа максимално определено количество водна пара - абсолютна влажност. Но за режими +1°C и +10°C тези стойности ще бъдат различни.
Зависимостта на количественото съдържание на водни пари във въздуха от температурата се показва в индикатора за относителна влажност. Изчислява се по формулата. Резултатът се изразява в проценти (обективен показател за максималната възможна стойност).
Влияние на условията на околната среда
Как ще се променят абсолютната и относителната влажност на въздуха при повишаване на температурата, например от +15°C до +25°C? С увеличаването му налягането на водните пари се увеличава. Това означава, че повече водни молекули ще се поберат в единица обем (1 кубичен метър). Вследствие на това се повишава и абсолютната влажност. Относителната стойност ще намалее. Това се обяснява с факта, че действителното съдържание на водни пари остава на същото ниво и максималното възможно значениеувеличена. Според формулата (разделяне на един на друг и умножаване на резултата по 100%) резултатът ще бъде намаление на индикатора.
Как ще се променят абсолютната и относителната влажност при понижаване на температурата? Какво се случва, когато намалите от +15°C на +5°C? Абсолютната влажност ще намалее. Съответно в 1 куб.м. Максималното количество въздушна смес от водна пара, което може да се побере, е по-малко. Изчислението по формулата ще покаже увеличение на крайния индикатор - процентът на относителната влажност ще се увеличи.
Значение за хората
Ако има излишно количество водна пара, вие се чувствате задушно; ако има твърде малко, вие се чувствате сухи. кожатаи жажда. Очевидно е, че влажността на влажния въздух е по-висока. При излишък излишна водане се задържа в газообразно състояние и преминава в течна или твърда среда. В атмосферата се втурва надолу, това се проявява чрез валежи (мъгла, слана). На закрито върху предметите от интериора се образува слой от конденз, а на повърхността на тревата сутрин има роса.
Повишаването на температурата се понася по-лесно в сухо помещение. Същият режим обаче, но при относителна влажност над 90%, предизвиква бързо прегряване на тялото. Тялото се бори с това явление по същия начин – чрез потта се отделя топлина. Но при сух въздух бързо се изпарява (изсъхва) от повърхността на тялото. Във влажна среда това практически не се случва. Най-подходящият (комфортен) режим за човек е 40-60%.
Защо е необходимо това? В насипни материали при влажно време съдържанието на сухо вещество на единица обем намалява. Тази разлика не е толкова съществена, но при големи обеми може да „резултира“ в наистина забележимо количество.
Продуктите (зърно, брашно, цимент) имат приемлив праг на влажност, при който могат да се съхраняват без загуба на качество или технологични свойства. Ето защо наблюдението на показателите и поддържането им на оптимално ниво е задължително за складовите помещения. Чрез намаляване на влажността във въздуха се постига намаляването й в продуктите.
Устройства
На практика действителната влажност се измерва с влагомери. Преди това имаше два подхода. Единият се основава на промени в удължаването на косата (човешка или животинска). Другият се основава на разликата в показанията на термометъра в суха и влажна среда (психрометричен).
При хигрометър за коса показалецът на механизма е свързан с коса, опъната върху рамка. Тя се променя в зависимост от влажността на околния въздух физични свойства. Иглата се отклонява от референтната стойност. Движенията му се проследяват на скала.
Известно е, че относителната влажност и абсолютната влажност на въздуха зависят от температурата на околната среда. Тази функция се използва в психрометър. При определяне се вземат показания от два съседни термометъра. Колбата на един (сух) е вътре нормални условия. В другия (мокрия) е обвит с фитил, който е свързан с резервоар с вода.
При такива условия термометърът измерва околната среда, като взема предвид изпаряващата се влага. И този показател зависи от количеството водна пара във въздуха. Определя се разликата в показанията. Стойността на относителната влажност се определя с помощта на специални таблици.
Последен път по-голямо приложениеимат сензори, които използват промени Електрически характеристикиопределени материали. За потвърждаване на резултатите и проверка на инструментите има референтни настройки.
Често от телевизионните екрани или от високоговорителите на радиото чуваме за атмосферно налягане и влажност. Но малко хора знаят от какво зависят техните показатели и как определени стойности влияят на човешкото тяло.
За определяне на наситеността на въздуха с водни пари се използват специални инструменти: психрометри и хидрометри. Психрометърът на август е лента с два термометъра: мокър и сух.
Първият се увива в кърпа, напоена с вода, която охлажда тялото му, докато се изпарява. Въз основа на показанията на тези термометри се определя относителната влажност на въздуха от таблиците. Има много различни хидрометри; тяхната работа може да се основава на тегловни, филмови, електрически или космени, както и на редица други принципи на работа. IN последните годиниИнтегрираните измервателни сензори придобиха популярност. Хидростатите се използват за проверка на точността.
На Земята има много открити водни басейни, от повърхността на които водата се изпарява: океаните и моретата заемат около 80% от повърхността на Земята. Следователно във въздуха винаги има водни пари.
Той е по-лек от въздуха, защото моларната маса на водата (18 * 10 -3 kg mol -1) е по-малка моларна масаазот и кислород, от които се състои главно въздухът. Поради това водните пари се издигат. В същото време той се разширява, тъй като в горните слоеве на атмосферата налягането е по-ниско, отколкото на повърхността на Земята. Този процес може да се счита приблизително за адиабатичен, тъй като през времето, когато се случва, топлообменът на пара с околния въздух няма време да се случи.
1. Обяснете защо парата се охлажда.
Те не падат, защото се реят във възходящи въздушни течения, точно както делтапланерите се реят (фиг. 45.1). Но когато капките в облаците станат твърде големи, те започват да падат: вали(фиг. 45.2).
Чувстваме се комфортно, когато налягането на водните пари е стайна температура(20 ºС) е около 1,2 kPa.
2. Каква част (в проценти) е посоченото налягане от налягането на наситените пари при същата температура?
Улика. Използвайте таблицата със стойностите на налягането на наситените водни пари при различни значениятемпература. Беше дадено в предишния параграф. Предоставяме по-подробна таблица тук.
Вече намерихте относителната влажност. Нека го дефинираме.
Относителната влажност на въздуха φ е отношението на парциалното налягане p на водните пари към налягането pn на наситените пари при същата температура, изразено като процент:
φ = (p/p n) * 100%. (1)
Комфортните условия за хората съответстват на относителна влажност от 50-60%. Ако относителната влажност е значително по-ниска, въздухът ни изглежда сух, а ако е по-висока, изглежда влажен. Когато относителната влажност достигне 100%, въздухът се възприема като влажен. Локвите не изсъхват, защото процесите на изпаряване на водата и кондензация на пара се компенсират взаимно.
Така че относителната влажност на въздуха се съди по това колко близо е водната пара във въздуха до насищане.
Ако въздухът с ненаситени водни пари в него се компресира изотермично, налягането на въздуха и налягането на ненаситените пари ще се повишат. Но налягането на водните пари само ще се увеличава, докато стане наситено!
Тъй като обемът намалява допълнително, налягането на въздуха ще продължи да се увеличава, но налягането на водните пари ще остане постоянно - то ще остане равно на налягането на наситените пари при дадена температура. Излишната пара ще кондензира, тоест ще се превърне във вода.
3. Съдът под буталото съдържа въздух с относителна влажност 50%. Първоначалният обем под буталото е 6 литра, температурата на въздуха е 20 ºС. Въздухът започва да се компресира изотермично. Да приемем, че обемът на водата, образувана от пара, може да бъде пренебрегнат в сравнение с обема на въздуха и парата.
а) Каква ще бъде относителната влажност, когато обемът под буталото стане 4 литра?
б) При какъв обем под буталото ще се насити парата?
в) Каква е първоначалната маса на парата?
г) Колко пъти ще намалее масата на парата, когато обемът под буталото стане равен на 1 литър?
д) Каква маса вода ще кондензира?
2. Как относителната влажност зависи от температурата?
Нека разгледаме как числителят и знаменателят във формула (1), която определя относителната влажност на въздуха, се променят с повишаване на температурата.
Числителят е налягането на ненаситените водни пари. Тя е правопропорционална абсолютна температура(припомнете си, че водната пара се описва добре от уравнението на състоянието на идеален газ).
4. С колко процента се увеличава налягането на ненаситените пари при повишаване на температурата от 0 ºС до 40 ºС?
Сега нека видим как се променя налягането на наситените пари в знаменателя.
5. Колко пъти се увеличава налягането на наситените пари при повишаване на температурата от 0 ºС до 40 ºС?
Резултатите от тези задачи показват, че с повишаване на температурата налягането на наситените пари нараства много по-бързо от налягането на ненаситените пари, следователно относителната влажност на въздуха, определена по формула (1), бързо намалява с повишаване на температурата. Съответно с понижаването на температурата относителната влажност се увеличава. Ще разгледаме това по-подробно по-долу.
Уравнението на състоянието на идеален газ и горната таблица ще ви помогнат при изпълнението на следващата задача.
6. При 20 ºС относителната влажност е 100%. Температурата на въздуха се повишава до 40 ºС, но масата на водните пари остава непроменена.
а) Какво е първоначалното налягане на водните пари?
б) Какво е крайното налягане на водните пари?
в) Какво е налягането на наситените пари при 40 ºС?
г) Каква е относителната влажност на въздуха в крайно състояние?
д) Как ще се възприема този въздух от човек: като сух или като мокър?
7. Във влажен есенен ден температурата навън е 0 ºС. Стайната температура е 20 ºС, относителната влажност на въздуха е 50%.
а) Къде парциалното налягане на водните пари е по-голямо: в стаята или навън?
б) В каква посока ще текат водните пари, ако отворите прозореца - в стаята или навън?
в) Каква ще стане относителната влажност в помещението, ако парциалното налягане на водните пари в помещението стане равно на парциалното налягане на водните пари отвън?
8. Мокрите предмети обикновено са по-тежки от сухите: например мократа рокля е по-тежка от сухата, а влажните дърва за огрев са по-тежки от сухите. Това се обяснява с факта, че собствено теглотялото също се добавя към теглото на влагата, която съдържа. Но с въздуха е точно обратното: влажният въздух е по-лек от сухия! Как да си обясня това?
3. Точка на оросяване
С понижаване на температурата относителната влажност на въздуха се увеличава (въпреки че масата на водните пари във въздуха не се променя).
Когато относителната влажност достигне 100%, водната пара става наситена. (При специални условия може да се получи пренаситена пара. Използва се в облачни камери за откриване на следи (следи) елементарни частицина ускорители.) При по-нататъшно понижаване на температурата започва кондензация на водни пари: пада роса. Следователно температурата, при която дадена водна пара става наситена, се нарича точка на оросяване за тази пара.
9. Обяснете защо росата (фиг. 45.3) обикновено пада в ранните сутрешни часове.
Нека разгледаме пример за намиране на точката на оросяване за въздух с определена температура с дадена влажност. За целта ни трябва следната таблица.
10. Мъж с очила влезе в магазина от улицата и откри, че очилата му са замъглени. Ще приемем, че температурата на стъклото и на слоя въздух до него е равна на външната температура. Температурата на въздуха в склада е 20 ºС, относителна влажност 60%.
а) Наситена ли е водната пара в слоя въздух в близост до стъклата?
б) Какво е парциалното налягане на водните пари в магазина?
в) При каква температура налягането на водните пари е равно на налягането на наситените пари?
г) Каква може да бъде температурата на въздуха навън?
11. Прозрачен цилиндър под буталото съдържа въздух с относителна влажност 21%. Началната температура на въздуха е 60 ºС.
а) До каква температура трябва да се охлади въздухът при постоянен обем, за да се образува роса в цилиндъра?
б) Колко пъти трябва да се намали обемът на въздуха при постоянна температура, за да се образува роса в цилиндъра?
в) Въздухът първо се компресира изотермично и след това се охлажда при постоянен обем. Росата започна да пада, когато температурата на въздуха падна до 20 ºC. Колко пъти е намален обемът на въздуха в сравнение с първоначалния обем?
12. Защо гореща вълнапо-трудно се понася висока влажноствъздух?
4. Измерване на влажност
Влажността на въздуха често се измерва с психрометър (фиг. 45.4). (От гръцки “psychros” - студ. Това име се дължи на факта, че показанията на мокрия термометър са по-ниски от тези на сухия термометър.) Състои се от сух и мокър термометър. 
Показанията на мокрия термометър са по-ниски от показанията на сухия термометър, тъй като течността се охлажда, докато се изпарява. Колкото по-ниска е относителната влажност, толкова по-интензивно е изпарението.
13. Кой термометър е разположен вляво на фигура 45.4?
Така че, според показанията на термометрите, можете да определите относителната влажност на въздуха. За да направите това, използвайте психрометрична маса, която често се поставя върху самия психрометър.
За да определите относителната влажност на въздуха, трябва:
– вземете показанията на термометъра (в случая 33 ºС и 23 ºС);
– намерете в таблицата ред, съответстващ на показанията на сухия термометър, и колона, съответстваща на разликата в показанията на термометъра (фиг. 45.5);
– в пресечната точка на реда и колоната, отчетете стойността на относителната влажност на въздуха. 
14. Използвайки психрометричната таблица (фиг. 45.5), определете при какви показания на термометъра относителната влажност на въздуха е 50%.
Допълнителни въпроси и задачи
15. В оранжерия с обем 100 m3 трябва да се поддържа относителна влажност най-малко 60%. Рано сутринта при температура 15 ºС в оранжерията падна роса. Температурата в оранжерията през деня се повиши до 30 ºС.
а) Какво е парциалното налягане на водните пари в оранжерия при 15 ºС?
б) Каква е масата на водните пари в оранжерията при тази температура?
в) Какво е минималното допустимо парциално налягане на водните пари в оранжерия при 30 ºC?
г) Каква е масата на водните пари в оранжерията?
д) Каква маса вода трябва да се изпари в оранжерията, за да се поддържа необходимата относителна влажност в нея?
16. На психрометър и двата термометъра показват една и съща температура. Каква е относителната влажност? Обяснете отговора си.
Зареждане...
