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.
Содержание водяного пара в воздухе – это влажность, которая характеризуется несколькими величинами: абсолютной влажностью, относительной влажностью, парциальным давлением водяного пара.
1. Абсолютная влажность ρ (ро)– плотность водяного пара в воздухе измеряется в килограммах на метр кубический (кг/м
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.
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.
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.
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.
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.
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
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 Т. 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
(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 = RT для одного моля.
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. Зная эти величины, определяют с помощью формул (1), (4) относительную влажность.
Полное руководство — Davis Instruments
Делиться:22 октября 2021 г. Davis Instruments
Если вы когда-либо наблюдали за погодой, то знаете, что измерение влажности важно для правильного прогнозирования и понимания теплового комфорта. Высокая влажность может означать, что пришло время выключить кондиционер и вентиляторы для охлаждения, а также может означать повреждение или порчу продукта в промышленных условиях.
Вот почему специальная сеть датчиков Davis была разработана для измерения внутренней и внешней влажности, температуры и других уровней в вашей конкретной среде для удовлетворения ваших уникальных потребностей.
Чтобы лучше понять влажность и то, как она измеряется, давайте немного углубимся в то, как измерять влажность и какие инструменты измеряют влажность.
Что такое влажность?
Влажность – это количество водяного пара в воздухе. Причиной влажности является испарение воды и превращение ее в мельчайшие капельки, взвешенные в воздухе. Капли настолько малы, что имеют характеристики газа, а не жидкости. Относительная влажность (RH) — это показатель того, насколько насыщен воздух при его текущей температуре. Поскольку теплый воздух может «удерживать» больше водяного пара, чем холодный, относительная влажность более теплого воздуха будет ниже, чем у холодного, даже при том же количестве водяного пара.
При высокой относительной влажности воздух кажется влажным и липким. Вы могли заметить, что воздух ощущается таким после летнего дождя, когда выглядывает солнце и начинает испаряться вода, или прямо перед летней грозой. Это связано с тем, что воздух становится более насыщенным водяным паром.
Когда относительная влажность достигает 100%, она начинает конденсироваться и выпадать в виде дождя.
Что такое точка росы?
Точка росы – это температура, при которой воздух без изменения давления должен быть охлажден, чтобы стать полностью насыщенным. При такой температуре влага будет конденсироваться в виде росы. Это важно для прогнозирования образования росы, инея, тумана и даже минимальной температуры.
Как измеряется влажность?
Когда вы понимаете основные принципы работы водяного пара и воздуха, измерение влажности становится простым процессом. Выраженный как относительная влажность, он требует измерения как водяного пара, так и температуры. Какими приборами измеряют влажность? Гигрометр – это прибор, используемый для измерения влажности. Гигрометры бывают как аналоговые, так и цифровые, но современные цифровые гигрометры более точны, поэтому сегодня они используются чаще всего.
Датчик температуры и влажности Davis измеряет температуру и влажность как внутри, так и снаружи.
Внешние датчики размещены в защитном радиационном щите на блоке датчиков. Внутренние датчики температуры и влажности находятся внутри консоли (или монитора качества воздуха WeatherLink Live или AirLink). Вы также можете добавить дополнительную станцию измерения температуры и влажности внутри или снаружи к вашей системе Vantage Pro2 или EnviroMonitor. Они станут отличным дополнением к вашей метеостанции, лаборатории с контролируемой влажностью или складу, где хранятся продукты, чувствительные к влажности. Как и все продукты Davis Instruments, датчик температуры и влажности Davis основан на 50-летнем опыте и инновациях. Это означает, что они известны своей точностью и надежностью.
Магазин метеостанций
Поданный в: Влажность, Метеорология 101
Делиться: Значок шеврона вниз Предыдущая статья Davis Partners в уникальном исследовательском проекте по перезарядке подземных вод Следующая статья Что такое бомбовый циклон? Что такое Атмосферная река? Оба отправляются в Калифорнию в эти выходные.
Значок шеврона внизКак найти относительную влажность
••• изображение экстремальной погоды, автор Calin Tatu с сайта Fotolia.com
Обновлено 25 апреля 2017 г.
Автор: Robin McDaniel полезно знать относительную влажность и способы ее измерения. Относительная влажность (RH) — это количество водяного пара в воздухе, выраженное в форме отношения, по сравнению с тем, сколько воды может фактически содержаться в воздухе. Относительная влажность постоянно меняется. Он зависит от переменных факторов, таких как температура, точка росы и насыщенность воздуха.
- Термометры
- Муслиновая ткань
- Вода
- Психрометрическая логарифмическая линейка или калькулятор
- Психрометрический график
Результаты расчета относительной влажности могут отличаться от фактических значений на 10% и более из-за индивидуальных переменных.
Получите два стеклянных термометра с круглыми цилиндрическими колбами и шкалой Фаренгейта. Поместите их на устойчивую поверхность, где они свободно стоят и подвергаются воздействию воздуха.
Найти температуру воздуха по сухому термометру. Поскольку количество водяного пара в воздухе увеличивается с температурой, вам необходимо знать температуру воздуха, чтобы найти относительную влажность.
Используйте термометр, установленный в нейтральном, сухом месте, защищенном от прямых солнечных лучей, чтобы определить температуру воздуха.
Измерьте температуру влажного термометра, обернув грушу термометра влажным муслиновым материалом и позволив воздуху проходить нормально. Испарение из смоченного термометра помогает определить уровень влажности воздуха.
Определите точку росы с помощью графика, психрометрической логарифмической линейки, калькулятора или психрометрических таблиц. Подставьте показания влажного и сухого термометров, чтобы найти относительную влажность.
Применение формул для определения относительной влажности. Преобразуйте градусы Фаренгейта в градусы Цельсия, используя формулу Tc=5,0/9,0x(Tf-32,0) или (4) Tdc=5,0/9,0x(Tdf-32,0). Tc означает температуру по Цельсию. Tf представляет Фаренгейта. Tdc – точка росы по Цельсию. Tdf означает точку росы по Фаренгейту. После этого рассчитайте фактическое давление и давление насыщенного пара по формуле 6,11×10,0x(7,5xTc/(237,7+Tc)) для фактического давления пара и 6,11×10,0x(7,5xTdc/(237,7+Tdc)) для насыщенного пара.
давление.
Разделите фактическое давление пара на давление насыщенного пара и умножьте на 100, чтобы получить процентное значение по формуле Относительная влажность (в процентах) = фактическое давление пара/давление насыщенного пара x100. Полученное число указывает на относительную влажность.
Вещи, которые вам понадобятся
Предупреждения
Связанные статьи
Ссылки
- Корпорация DeFelsko: Измерение условий окружающей среды
- Университет Коннектикута: Использование психрометрической диаграммы
- «Свод правил для фермы и сада»; Л. Х. Бейли: Как найти точку росы
- Weatherprediction.
