| Техническая информация тут | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Влажность абсолютная, относительная и удельная. Влажность воздуха. Психрометрические таблицы. Диаграммы Рамзина / / Таблица – максимальное содержание влаги в воздухе или сжатом воздухе в зависимости от температуры г/м
| |||
Урок 19. Лабораторная работа № 04. Измерение влажности воздуха (отчет)
Лабораторная работа
Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА»
Цель: освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра..
Оборудование: 1. Психрометр.
Выполнение работы.
Задание 1. Измерить влажность воздуха с помощью психрометра.
Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
|
№ опыта |
tсухого, 0С |
tвлажного, 0С |
Δt, 0С |
φ, % |
|
1 |
24 |
21 |
3 |
77 |
Рассмотрели устройство психрометра.
Показания сухого термометра tсухого =240С.
Показания влажного термометра tвлажного =210С.
Разность показаний термометров:
Δt = tсухого – tвлажного
Δt = 240С – 210С=30С
По психрометрической таблице определяем влажность воздуха φ:
Психрометрическая таблица.
|
|
Разность показаний сухого и влажного термометров |
|||||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
21 |
100 |
91 |
83 |
75 |
67 |
60 |
52 |
46 |
39 |
32 |
26 |
20 |
|
22 |
100 |
92 |
83 |
76 |
68 |
61 |
54 |
47 |
40 |
34 |
28 |
22 |
|
23 |
100 |
92 |
84 |
76 |
69 |
61 |
55 |
48 |
42 |
36 |
30 |
24 |
|
24 |
100 |
92 |
84 |
77 |
69 |
62 |
56 |
49 |
43 |
37 |
31 |
26 |
|
25 |
100 |
92 |
84 |
77 |
70 |
63 |
57 |
50 |
44 |
38 |
33 |
27 |
|
26 |
100 |
92 |
85 |
78 |
71 |
64 |
58 |
51 |
45 |
40 |
34 |
29 |
φ=77%
Вывод: в ходе лабораторной работы определили относительную влажность воздуха в кабинете, она равна 77%. Это повышенная влажность воздуха.
Ответы на контрольные вопросы.
1. Почему при продувании воздуха через эфир, на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?
При продувании воздуха через эфир, он быстро испаряется и охлаждает стенки камеры гигрометра. Слой водяного пара, находящийся вблизи поверхности камеры,тоже охлаждается. При определенной температуре водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным и начинает конденсироваться. На отполированной поверхности камеры гигрометра появляются капельки воды.
2. Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?
Резервуар «влажного» термометра обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается.
3. Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?
Да. В ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров могут оказаться одинаковыми при влажности 100%, т.к. в этом случае испарения с марли «влажного» термометра происходить не будет и он не будет охлаждаться.
4. При каком условии разности показаний термометров наибольшая?
Наибольшая разность показаний термометров будет при сухом воздухе (когда влажность воздуха близка к 0%)
5. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?
Температура «влажного» термометра никогда не может оказаться выше температуры «сухого» термометра, т.к. с марли на резервуаре «влажного» термометра испаряется вода и при её испарении он охлаждается
6. «Сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?
Если «сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру, то влажность воздуха 100%
7. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?
Предельное значение относительной влажности воздуха 100%
infofiz.ru
Температура
Атмосферный воздух нагревается главным образом от почвы и воды за счет поглощенной ими солнечной энергии. Этим объясняется более низкая температура перед восходом солнца и максимальная—между 13—15 ч, когда поверхностный слой земли максимально прогревается.
Температура воздуха весьма существенно влияет на микроклимат помещений (климат внутренней среды помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей).
Температура воздуха зависит от географической широты. Так, самая высокая средняя годовая температура на земном шаре наблюдается в южных широтах—странах Африки, Южной Америки, Средней Азии. Здесь температура воздуха в теплое время года может достигать 63°С, в холодный период понижаться до – 15°С. Самая низкая температура на нашей планете отмечается в Антарктиде, где она может понижаться до -94°С. Температура воздуха значительно снижается с увеличением высоты над уровнем моря. Нагретые приземные слои воздуха поднимаются и постепенно охлаждаются в среднем на 0,6°С на каждые 100 м подъема. От экватора к полюсам дневные колебания температуры уменьшаются, годовые — увеличиваются. Вода морей и океанов, аккумулируя тепло, смягчает климат, делает его более теплым, уменьшает суточные и сезонные колебания температуры.
Под воздействием температуры происходят различные физиологические сдвиги во многих системах организма. В зависимости от величины температуры могут наблюдаться явления перегревания или охлаждения. При повышенных температурах (25—35°С) окислительные процессы в организме несколько снижаются, но в дальнейшем они могут возрастать. Дыхание учащается и становится поверхностным. Легочная вентиляция вначале возрастает, а затем остается без изменений.
Длительное воздействие высокой температуры приводит к значительному нарушению водно-солевого и витаминного обмена. Особенно характерны эти изменения при выполнении физической работы. Усиленное потоотделение ведет к потере жидкости, солей и водорастворимых витаминов. Например, при тяжелой работе в условиях высокой температуры воздуха может выделяться до 10 л и более пота, а с ним до 30-40 г хлорида натрия. Установлено, что потеря 28—30 г хлорида натрия ведет к понижению желудочной секреции, а больших количеств—к мышечным спазмам и судорогам. При сильном потоотделении потери водорастворимых витаминов (С, B1, В2) могут достигать 15—25% суточной потребности.
Значительные изменения при воздействии температуры отмечаются в сердечно-сосудистой системе. Усиливается кровоснабжение кожи и подкожной клетчатки за счет расширения системы капилляров, учащается пульс. При одной и той же физической нагрузке частота пульса тем больше, чем выше температура воздуха. Частота сердечных сокращений возрастает вследствие раздражения терморецепторов, повышения температуры крови и образования продуктов метаболизма. Артериальное давление, как систолическое, так и в большей степени диастолическое, при действии высоких температур снижается. Повышается вязкость крови, увеличивается содержание гемоглобина и эритроцитов.
Высокая температура оказывает неблагоприятное влияние на ЦНС, проявляющееся в ослаблении внимания, замедлении двигательных реакций, ухудшении координации движений.
Длительное воздействие высокой температуры на организм может привести к ряду заболеваний. Наиболее частым осложнением является перегревание (тепловая гипертермия), возникающее при избыточном накоплении тепла в организме. Различают легкую и тяжелую формы перегревания. При легкой форме основным признаком гипертермии является повышение температуры тела до 38°С и более. У пострадавших наблюдаются гиперемия лица, обильное потоотделение, слабость, головная боль, головокружение, искажение цветового восприятия предметов (окраска в красный, зеленый цвета), тошнота, рвота.
В тяжелых случаях перегревание протекает в форме теплового удара. Наблюдаются быстрый подъем температуры до 41°С и выше, падение артериального давления, потеря сознания, нарушение состава крови, судороги. Дыхание становится частым (до 50—60 в минуту) и поверхностным. При оказании первой помощи необходимо принять меры к охлаждению организма (прохладный душ, ванна и др.).
В результате нарушения водно-солевого баланса при высокой температуре может развиться судорожная болезнь, а при интенсивном прямом облучении головы — солнечный удар.
Под воздействием низких температур снижается температура кожи, особенно открытых участков тела. При этом отмечаются одновременно ухудшение тактильной чувствительности и понижение сократительной способности мышечных волокон. При значительном охлаждении изменяется функциональное состояние ЦНС, что обусловливает ослабление болевой чувствительности, адинамию, сонливость, снижение работоспособности. Понижение температуры отдельных участков тела приводит к болевым ощущениям, сигнализирующим об опасности переохлаждения.
Местное и общее охлаждение организма является причиной простудных заболеваний: ангин, заболеваний верхних дыхательных путей, пневмоний, невритов, радикулитов, миозитов и др.
Действие температуры на организм определяется не только ее абсолютной величиной, но и амплитудой колебаний. Организм труднее приспосабливается к частым и резким колебаниям температуры. Многое зависит и от того, с какой влажностью и скоростью движения воздуха сочетается этот фактор. Повышенная влажность при низких температурах, увеличивая теплопроводность воздуха, усиливает его охлаждающие свойства: Особенно возрастает отдача тепла с увеличением подвижности воздуха.
studfiles.net
Влажность. Измерение влажности. Видеоурок. Физика 10 Класс
На предыдущем уроке мы с вами познакомились с понятием «насыщенный пар». Как при изучении любых тем и предметов, может возникнуть вопрос: «Где же мы пользуемся этим понятием, как мы его будем применять?». Самое важное применение свойств насыщенного пара мы и обсудим на данном уроке.
Название темы наверняка вам хорошо известно, ведь понятие «влажность воздуха» вы каждый день слышите, когда смотрите или слушаете прогноз погоды. Однако если вас спросят: «Что же понимается под влажностью воздуха?», вы вряд ли сразу дадите точное физическое определение.
Попробуем сформулировать, что же в физике понимается под влажностью воздуха. Прежде всего, что это за вода содержится в воздухе? Ведь таковой, например, является туман, дождь, облака и прочие атмосферные явления, проходящие с участием воды в том или ином агрегатном состоянии. Если все эти явления учитывать при описании влажности, то как же проводить измерения? Уже из таких простых рассуждений становится ясно, что интуитивными определениями здесь не обойтись. На самом деле, речь идет прежде всего о парах воды, которые содержатся в нашей атмосфере.
Атмосферный воздух является смесью газов, одним из которых и является водяной пар (рис. 1). Он вносит свой вклад в атмосферное давление, этот вклад называется парциальным давлением (а также упругостью) водяных паров.
Рис. 1. Составляющие атмосферного воздуха
Закон Дальтона
Основные закономерности, которые мы с вами получали в рамках изучения молекулярно-кинетической теории, относятся к так называемым чистым газам, т. е. газам, состоящим из атомов или молекул одного сорта. Однако очень часто приходится иметь дело со смесью газов. Самым простым и распространенным примером такой смеси является атмосферный воздух, который окружает нас. Как мы знаем, он на 78 % состоит из азота, на 21 % с лишним – из кислорода, а оставшийся процент занимают водяные пары и другие газы.
Рис. 2. Состав атмосферного воздуха
Каждый из газов, который входит в состав воздуха или любой другой смеси газов, безусловно, вносит свой вклад в общее давление данной смеси газов. Вклад каждого отдельного такого компонента носит название парциальное давление газа,т. е. то давление, которое оказывал бы данный газ в отсутствии других компонент смеси.
Английский химик Джон Дальтон экспериментальным путем установил, что для разреженных газовых смесей общее давление есть простая сумма парциальных давлений всех компонент смеси:
Данное соотношение носит название закона Дальтона.
Доказательство закона Дальтона в рамках молекулярно-кинетической теории хотя и не особо сложное, однако достаточно громоздкое, поэтому приводить здесь мы его не будем. Качественно же объяснять этот закон достаточно просто, если учесть тот факт, что мы пренебрегаем взаимодействием между молекулами, т. е. молекулы представляют собой упругие шары, которые могут только сталкиваться друг с другом и со стенками сосуда. На практике модель идеального газа хорошо работает лишь для достаточно разреженных систем. В случае же плотных газов будут наблюдаться отклонения от выполнения закона Дальтона.
Парциальное давление pводяных паров является одним из показателей влажности воздуха, который измеряется в паскалях или миллиметрах ртутного столба.
Давление водяного пара зависит от концентрации его молекул в воздухе, а также от абсолютной температуры последнего. Чаще за характеристику влажности принимают плотность ρ водяного пара, содержащегося в воздухе, она называется абсолютной влажностью.
Абсолютная влажность показывает, сколько граммов водяного пара содержится в воздуха. Соответственно, единица измерения абсолютной влажности – .
Оба упомянутых показателя влажности связаны уравнением Менделеева-Клапейрона:
– молярная масса водяного пара;
– его абсолютная температура.
То есть, зная один из показателей, например плотность, мы можем легко определить другой, то есть давление.
Мы с вами знаем, что водяной пар может быть как ненасыщенным, так и насыщенным. Пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью того же состава, называется насыщенным. Ненасыщенный пар – пар, не достигший динамического равновесия со своей жидкостью. В этом случае равновесие между процессами конденсации и испарения отсутствуют.
В целом водяной пар в атмосфере, несмотря на наличие большого количества водоемов: океанов, морей, рек, озер и так далее – является ненасыщенным, ведь наша атмосфера не закрытый сосуд. Однако перемещение воздушных масс: ветра, ураганы и так далее – приводят к тому, что в разных точках Земли в каждый момент времени наблюдается разное соотношение между скоростями конденсации и испарением воды, вследствие чего в отдельных местах пар может достигать насыщения. К чему это приводит? К тому, что в такой местности пар начинает конденсироваться, ведь мы помним, что насыщенный пар всегда контактирует со своей жидкостью. Как результат, может образоваться туман или облака, выпасть роса. Температура, при которой пар становится насыщенным, называется точкой росы.Давление водяного пара (насыщенного) в точке росы обозначим .
Подумайте, почему роса, как правило, выпадает ранним утром? Что в этот момент суток происходит с температурой, а следовательно, и с предельным давлением, с давлением насыщенного пара? Очевидно, что знание абсолютной влажности или парциального давления водяного пара не дает нам никакого представления о том, насколько близок или далек данный пар от насыщения. А ведь именно от этой удаленности или близости к насыщению и зависит скорость процессов испарения и конденсации, т. е. тех процессов, которые и обуславливают жизнедеятельность живых организмов.
Если испарение превалирует над конденсацией, то организмы и почва теряют влагу (рис. 3). Если превалирует конденсация, то становятся невозможными процессы сушки (рис. 4).Перед нами стоит необходимость усовершенствовать понятие влажности; понятие абсолютной влажности, как мы только что убедились, не полностью описывает все необходимые нам явления.
Рис. 3. Испарение превалирует над конденсацией
Рис. 4. Конденсация превалирует над испарением
Еще раз обсудим проблематику. Сделаем это на простом примере. Представьте себе, что в некотором транспортном средстве находится 20 человек. Много это или мало, т. е. вот эта абсолютная величина 20 человек? Естественно, что мы не сможем сказать, много это или мало, до тех пор пока не будем знать максимальную вместимость данного автомобиля или транспортного средства. 20 человек в легковой машине – это, естественно, много, это фактически невозможно, а 20 человек в большом автобусе не так уж и много. Аналогично и в случае с абсолютной влажностью, т. е. с парциальным давлением водяного пара, нам необходимо его с чем-то сравнивать. С чем же сравнивать это парциальное давление? Ответ нам подсказывает прошлый урок. Какое важное, особое значение есть у давления водяного пара? Это давление насыщенного водяного пара. Если мы будем сравнивать парциальное давление водяного пара при данной температуре с давлением насыщенного водяного пара при этой же температуре, мы сможем точнее охарактеризовать ту самую влажность воздуха. Чтобы охарактеризовать удаленность состояния пара от насыщения, ввели специальную величину, называемую относительной влажностью.
Относительной влажностью воздуха называют выраженное в процентах отношение давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара при той же температуре:
Теперь ясно, что чем меньше относительная влажность, тем дальше тот или иной пар от насыщения. Так, например, если значение относительной влажности равно 0, то фактически водяного пара в воздухе нет. Т. е. у нас невозможна конденсация, а при значении относительной влажности 100 % весь водяной пар, который находится в воздухе, является насыщенным, т. к. его давление равно как раз давлению насыщенного водяного пара при данной температуре. Вот таким вот способом мы теперь точно определили, что же такое та самая влажность, значение которой нам каждый раз сообщают в прогнозах погоды.
Воспользовавшись уравнением Менделеева-Клапейрона, мы можем получить для относительной влажности альтернативную формулу, в которую входит теперь значение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, и плотность насыщенного пара при той же температуре.
– давление и плотность пара;
– давление и плотность насыщенного пара при данной температуре ;
– универсальная газовая постоянная.
Формула относительной влажности:
– плотность водяного пара, содержащегося в воздухе;
– плотность насыщенного пара при той же температуре.
Влияние интенсивности испарения и конденсации воды на живые организмы
Люди очень восприимчивы к значению относительной влажности, от нее зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи. При высокой влажности, особенно в жаркий день, это испарение уменьшается, вследствие чего нарушается нормальный теплообмен организма с окружающей средой. В сухом воздухе, наоборот, происходит быстрое испарение влаги с поверхности кожи, от чего высыхают, например, слизистые оболочки дыхательных путей. Наиболее благоприятной для человека является относительная влажность в интервале 40–60 %.
Важна также роль водяного пара в формировании погодных условий. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков, что, безусловно, имеет значение для любых аспектов нашей жизни и для народного хозяйства. Во многих производственных процессах поддерживаются искусственные режимы влажности. Примером таких процессов являются ткацкие, кондитерские, фармацевтические цеха и многие другие. В библиотеках и музеях для сохранения книг и экспонатов также важно поддерживать определенное значение относительной влажности, поэтому в таких учреждениях во всех помещениях обязательно на стене висит психрометр – прибор для измерения относительной влажности.
Для расчета относительной влажности, как мы только что убедились, нам необходимо знать значение давления или плотности насыщенного пара при данной температуре.
На прошлом уроке, изучая насыщенный пар, мы говорили об этой зависимости, однако ее аналитический вид весьма сложен, наших математических знаний еще не достаточно. Как же быть в этом случае? Выход очень прост: вместо записи этих формул в аналитическом виде, мы будем пользоваться таблицами значения давления и плотности насыщенного пара при данной температуре (табл. 1). Эти таблицы есть как в учебниках, так и в любом справочнике технических величин.
Табл. 1. Зависимость давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры
Теперь рассмотрим изменение относительной влажности с температурой. Чем выше температура, тем меньше относительная влажность. Почему и как, рассмотрим на примере задачи.
Задача
В некотором сосуде пар становится насыщенным при . Какова будет его относительная влажность при , , ?
Поскольку речь идет о паре в сосуде, то объем пара остается неизменным при изменении температуры. Кроме этого, нам необходима таблица зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры (табл. 2).
Табл. 2. Зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры
Решение:
Из текста вопроса ясно, что при , , ведь именно при этом значении пар становится насыщенным, т. е. из определения относительной влажности мы имеем:
В числителе стоит плотность имеющегося в сосуде водяного пара, а в знаменателе находится плотность отсутствующего в сосуде насыщенного пара при той же температуре. Что будет происходить с величиной влажности при увеличении температуры? Числитель, с учетом замкнутости сосуда, изменяться не будет. Действительно, поскольку не происходит конденсации и нет обмена веществом с внешним миром, то масса пара, а вместе с ней и его плотность, сохранят свои значения. А знаменатель, как мы знаем из прошлого урока, растет с температурой, поэтому относительная влажность будет уменьшаться. Плотность пара в сосуде при можно вычислить из приведенной формулы:
Эту же плотность пар будет иметь и при всех остальных температурах. Следовательно, для вычисления влажности нам будет достаточно знать значение плотности насыщенного пара при всех заданных температурах, и мы сразу можем получить ответы. Значение плотности насыщенного пара возьмем из таблицы. Подставляя поочередно значения в формулу для влажности, получим такие ответы:
Ответ:
.
Пример решения типичной задачи на определение относительной влажности
При решении таких задач важно знать, что давление насыщенного пара зависит от температуры, но не зависит от объема.
Условие задачи:
В сосуде находится воздух, относительная влажность которого при температуре равна . Какой будет относительная влажность после уменьшения объема сосуда в n раз (n = 3) и нагревания газа до температуры ? Плотность насыщенных водяных паров при температуре равна .
Ход решения:
Из определения относительной влажности мы можем записать, что при температуре абсолютная влажность, до сжатия, равна:
А после сжатия:
То есть при уменьшении объема в раз при постоянной массе плотность увеличивается в раз.
При :
После сжатия масса влаги, приходящаяся на единицу объема сосуда, не только в виде паров, но и в виде сконденсировавшееся жидкости, если возникли условия для конденсации, будет равна:
При температуре давление насыщенных водяных паров равно нормальному атмосферному давлению, мы об этом говорили на прошлом уроке, и составляет:
А их плотность, если воспользоваться уравнением Менделеева-Клапейрона, может быть рассчитана по формуле:
Где , т. к. в сосуде будет ненасыщенный пар с относительной влажностью:
Выражая эту влажность в процентах, мы получим значение 2,9 %.
Ответ: .
А теперь поговорим не только о том, что такое влажность, но и о том, как эту самую влажность можно измерять. Наиболее распространенным инструментом для таких измерений служит так называемый гигрометрический психрометр, который представлен на рис. 5.
Рис. 5. Гигрометрический психрометр
На стойке закреплены два термометра с одинаковыми шкалами. Ртутный резервуар одного из них обвернут во влажную тряпочку (рис. 8).
Рис. 6. Термометры гигрометрического психрометра
Вода с этой тряпочки испаряется, благодаря чему сам термометр охлаждается, соответственно, термометры носят название сухой и влажный (рис. 7).
Рис. 7. Сухой и влажный термометры гигрометрического психрометра
Чем больше относительная влажность окружающего воздуха, тем менее интенсивно, слабее идет испарение воды с влажной тряпочки, тем меньше разность в показаниях сухого и влажного термометров. Т. е. при ϕ = 100 % вода не будет испаряться, т. к. весь водяной пар является насыщенным, и показания обоих термометров будут совпадать. При разность показаний термометров будет максимальной. Таким образом, по разности показаний термометров с помощью специальных психометрических таблиц (чаще всего такая таблица сразу размещена на корпусе самого прибора) и определяют значение относительной влажности.
Как мы знаем, большая часть поверхности нашей планеты покрыта Мировым океаном, поэтому вода и все процессы, происходящие с ней, в частности испарение и конденсация, играют важнейшую роль во всех процессах нашей жизнедеятельности. Мы сами дали строгое определение понятий &
interneturok.ru
Урок 19. Лабораторная работа № 04. Измерение влажности воздуха (отчет)
Лабораторная работа
Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА»
Цель: освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра..
Оборудование: 1. Психрометр.
Выполнение работы.
Задание 1. Измерить влажность воздуха с помощью психрометра.
Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
|
№ опыта |
tсухого, 0С |
tвлажного, 0С |
Δt, 0С |
φ, % |
|
1 |
24 |
21 |
3 |
77 |
Рассмотрели устройство психрометра.
Показания сухого термометра tсухого =240С.
Показания влажного термометра tвлажного =210С.
Разность показаний термометров:
Δt = tсухого – tвлажного
Δt = 240С – 210С=30С
По психрометрической таблице определяем влажность воздуха φ:
Психрометрическая таблица.
|
tсухого,0С |
Разность показаний сухого и влажного термометров |
|||||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
21 |
100 |
91 |
83 |
75 |
67 |
60 |
52 |
46 |
39 |
32 |
26 |
20 |
|
22 |
100 |
92 |
83 |
76 |
68 |
61 |
54 |
47 |
40 |
34 |
28 |
22 |
|
23 |
100 |
92 |
84 |
76 |
69 |
61 |
55 |
48 |
42 |
36 |
30 |
24 |
|
24 |
100 |
92 |
84 |
77 |
69 |
62 |
56 |
49 |
43 |
37 |
31 |
26 |
|
25 |
100 |
92 |
84 |
77 |
70 |
63 |
57 |
50 |
44 |
38 |
33 |
27 |
|
26 |
100 |
92 |
85 |
78 |
71 |
64 |
58 |
51 |
45 |
40 |
34 |
29 |
φ=77%
Вывод: в ходе лабораторной работы определили относительную влажность воздуха в кабинете, она равна 77%. Это повышенная влажность воздуха.
Ответы на контрольные вопросы.
1. Почему при продувании воздуха через эфир, на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?
При продувании воздуха через эфир, он быстро испаряется и охлаждает стенки камеры гигрометра. Слой водяного пара, находящийся вблизи поверхности камеры,тоже охлаждается. При определенной температуре водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным и начинает конденсироваться. На отполированной поверхности камеры гигрометра появляются капельки воды.
2. Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?
Резервуар «влажного» термометра обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается.
3. Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?
Да. В ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров могут оказаться одинаковыми при влажности 100%, т.к. в этом случае испарения с марли «влажного» термометра происходить не будет и он не будет охлаждаться.
4. При каком условии разности показаний термометров наибольшая?
Наибольшая разность показаний термометров будет при сухом воздухе (когда влажность воздуха близка к 0%)
5. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?
Температура «влажного» термометра никогда не может оказаться выше температуры «сухого» термометра, т.к. с марли на резервуаре «влажного» термометра испаряется вода и при её испарении он охлаждается
6. «Сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?
Если «сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру, то влажность воздуха 100%
7. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?
Предельное значение относительной влажности воздуха 100%
infofiz.ru
2.1.6. Относительная влажность
Относительной влажностью ВВ называется отношение парциального давления паров в воздухе к давлению насыщающих водяных паров. Обычно относительную влажность выражают в процентах. Тогда формула для расчета относительной влажности будет
φ = 100 рвп / рнп,
Для абсолютно сухого воздуха рвп = рнп, и φ = 100 %. При полном насыщении воздуха водяными парами рвп = рнп, и φ = 100 %. Относительной влажность, таким образом, является мерой степени насыщения воздуха водяными парами
2.1.8. Температура точки росы
Если ВВ, имеющий относительную влажность 0 < φ < 100 %, охлаждать, то при понижении температуры будет уменьшаться давление насыщенных водяных паров, которое зависит только от температуры. При этом влагосодержание воздуха будет оставаться неизменным, а относительная влажность будет увеличиваться. В некоторый момент при определенной температуре значение рнп достигнет значения рвп . В этот момент относительная влажность достигнет значения 100% – ВВ приобретет состояние полного насыщения. При дальнейшем охлаждении рнп станет меньше рвп , и часть влаги начнет конденсироваться на холодных поверхностях, контактирующих с воздухом, или образуется туман. Таким образом, дальнейшее охлаждение воздуха приводит к его перенасыщению влагой, что ведет к выпадению конденсата – росы. Поэтому та предельная температура, до которой можно охлаждать воздух без выпадения конденсата, и начиная с которой процесс дальнейшего охлаждения сопровождается выпадением конденсата, называется температурой точки росы. Температура точки росы при постоянном атмосферном давлении зависит только от начального влагосодержания воздуха.
2.1.7. Энтальпия (теплосодержание)
Энтальпией ВВ называется количество теплоты, которое требуется на то, чтобы перевести 1 кг абсолютно сухой воздух (d = 0), находящийся при 0 °С, в некое другое состояние с температурой t и влагосодержанием d.
Из данного определения следует, что при t = 0 и d = 0 энтальпия воздуха также равна 0.
Энтальпия воздуха измеряется в кДж/кг.с.в (килоджоули на килограмм сухого воздуха) и складывается из трех слагаемых, которые отражают затраты теплоты на следующие цели:
нагрев сухой части воздуха до температуры t;
испарение влаги;
нагрев водяных паров до температуры t.
I = cсв t + r d /1000 + cвп t d /1000
Вклад указанных трех составляющих неодинаков. Оценим его для расчета энтальпии воздуха, имеющего 50% относительную влажность при 20 °С.
I = 1,005 20 + 2500 7 /1000 + 1,8 20 7 /1000 =
= 20,1 + 17,5 + 0,036 = 37,5 + 0,036
Из приведенных вычислений видно, что затраты теплоты на нагрев сухой части воздуха и на испарение влаги соизмеримы и имеют один порядок, а затраты тепла на нагрев водяных паров составляют лишь около 0,1% от суммы двух других составляющих. Таким образом, энтальпия воздуха в основном складывается из первых двух слагаемых, а третьим слагаемым в большинстве случаев можно пренебречь.
2.1.9. Температура по мокрому термометру
Рассмотрим ситуацию, когда мелкая капля воды витает в воздухе, имеющем некоторую температуру и относительную влажность. Схема, поясняющая сущность происходящих при этом процессов, приведена на рисунке 2.1.
Для простоты рассуждений будем считать, что в начальный момент времени капля воды имеет такую же температуру, как и окружающий ее воздух, то есть tw = tв . Парциальное давление водяных паров над поверхностью капли равно давлению насыщенных паров, а давление водяных паров в окружающем воздухе меньше, так как относительная влажность воздуха меньше 100%. Под действием градиента давлений то начинается первый процесс – процесс массопереноса (испарение) влаги с поверхности капли в воздух. На испарение воды затрачивается некоторое количество теплоты, которое может быть взято только от самой капли, поэтому температура капли начинает понижаться. Затраченное на испарение тепло передается воздуху вместе с испарившейся влагой. Это тепло называется скрытым, так как оно не изменяет температуры воздуха.
Рисунок 3.1. – К пояснению понятия температуры мокрого термометра.
Как только температура капли станет меньше температуры окружающего воздуха, начнется второй процесс – теплоотдача явного тепла от воздуха к поверхности капли за счет градиента температур. При этом от воздуха будет отбираться явное тепло. Чем больше разность температур воздуха и капли, тем интенсивнее идет данный процесс.
По мере понижения температуры капли постепенно снижается и величина давления насыщенных паров над поверхностью капли, и интенсивность испарения уменьшается. Интенсивность же передачи явного тепла от воздуха к капле, наоборот, растет по мере снижения температуры капли, так как увеличивается действующая разность температур. В итоге при некоторой температуре капли наступит равенство потоков явного и скрытого тепла. В этот момент справедливо равенство
α Fw (tв –tw) = β Fw (рнп – рвп) r
Так как подводимое к капле явное тепло равняется отводимому от нее скрытому теплу, температура капли дальше изменяться не будет. Пока будет продолжаться процесс испарения (до полного испарения капли), температура капли будет оставаться постоянной. Эта температура называется температурой мокрого термометра. Энтальпия воздуха в этом процессе так же не меняется, хотя температура его понижается (явное тепло отбирается). Но раз отбираемое явное тепло передаваемому ему скрытому теплу, суммарное теплосодержание воздуха не изменяется. Происходит просто преобразование явного тепла в скрытое.
Температура мокрого термометра зависит от влажности воздуха. Чем меньше относительная влажность, тем ниже давление паров в воздухе и тем интенсивнее идет испарение, поэтому температура будет ниже.
Температура мокрого термометра названа так потому, что данный процесс используется для измерения влажности воздуха психрометрическим методом, при котором используются два термометра – “сухой” и “мокрый”. Сухой термометр показывает просто температуру воздуха. Шарик мокрого термометра обернут тонкой тряпочкой, которую смачивают водой перед началом измерения. Процессы, проходящие на шарике мокрого термометра, аналогичны вышеописанным процессам, поэтому столбик мокрого термометра понижается и через некоторое время останавливается на некотором значении – это и есть температура мокрого термометра. Зная показания двух термометров, можно определить влажность воздуха. Более детально данный метод измерения разбирается на лабораторных занятиях.
2.2. I-d диаграмма влажного воздуха
Учитывая, что влажный воздух является основным объектом вентиляционного процесса, в области вентиляции приходится часто определять те или другие параметры воздуха. Чтобы избежать многочисленных вычислений, их определяют обычно по специальной диаграмме, которая носит название I-d диаграммы. Она позволяет быстро определить все параметры воздуха по двум известным. Использование диаграммы позволяет избежать вычислений по формулам и наглядно отобразить вентиляционный процесс. Пример I-d диаграммы приведен на следующей странице. Аналогом I-d диаграммы на западе является диаграмма Молье или психрометрическая диаграмма.
Оформление диаграммы в принципе может быть несколько различным. Типовая общая схема I-d диаграммы показана ниже на рисунке 3.1. Диаграмма представляет из себя рабочее поле в косоугольной системе координат I-d, на котором нанесено несколько координатных сеток и по периметру диаграммы – вспомогательные шкалы. Шкала влагосодержаний обычно располагается по нижней кромке диаграммы, при этом линии постоянных влагосодержаний представляют вертикальные прямые. Линии постоянных энтальпий представляют параллельные прямые, обычно идущие под углом 135° к вертикальным линиям влагосодержаний (в принципе, углы между линиями энтальпии и влагосодержания может быть и другим). Косоугольная система координат выбрана для того, чтобы увеличить рабочее поле диаграммы. В такой системе координат линии постоянных температур представляют из себя прямые линии, идущие под небольшим наклоном к горизонтали и слегка расходящиеся веером.
Рабочее поле диаграммы ограничено кривыми линиями равных относительных влажностей 0% и 100%, между которыми нанесены линии других значений равных относительных влажностей с шагом 10%.
Шкала температур обычно располагается по левой кромке рабочего поля диаграммы. Значения энтальпий воздуха нанесены обычно под кривой φ = 100. Значения парциальных давлений иногда наносят по верхней кромке рабочего поля, иногда по нижней кромке под шкалой влагосодержаний, иногда по правой кромке. В последнем случае на диаграмме добавочно строят вспомогательную кривую парциальных давлений.
studfiles.net
Вычисление относительной влажности воздуха
Вычисление относительной влажности воздуха
Психрометрический метод вычисления влажности основан на том, что разность температур сухого и смоченного термометров зависит от влажности воздуха.
Погрешность вычисления влажности состоит из двух составляющих: погрешности измерения температуры и погрешности вычисления влажности по результатам измерения температуры.
Если посмотреть на любую психрометрическую таблицу, в которой температуры указаны с точностью до 0,1°С, то можно увидеть, что при влажности около 70% погрешность измерения разности температур сухого и мокрого термометров 0,2°С приводит к ошибке вычисления влажности 2%. При больших значениях влажности влияние погрешности термометров уменьшается, при меньших увеличивается.
Поэтому при измерении влажности психрометрическим способом следует обращать особое внимание на точность измерения температуры.
Основная психрометрическая формула выглядит следующим образом:
F= [E´ A (t-t´) P]/e,
где:
e – максимальная упругость водяного пара при температуре сухого термометра;
E´ – максимальная упругость водяного пара при температуре мокрого термометра;
A – постоянная психрометра, зависит от скорости потока;
P – атмосферное давление, принимается равным 1000 гПа= 100000 Па;
(t-t´) – разность показаний сухого и мокрого термометров.
Эта формула позволяет получить точное значение относительной влажности. Как видно из формулы, на результат вычисления, кроме температур оказывают влияние давление и коэффициент, зависящий от скорости потока.
Для примера примем Тс=20,0 °С Тм=16,5 °С.
|
Истинное |
Народная |
Диаграмма |
Таблица |
|
|---|---|---|---|---|
|
Значение |
64% | 65% | 70% | 67% |
|
Ошибка |
1% | 6% | 3% | |
|
Причина |
Неточность формулы |
Не введены поправки на скорость потока |
Не введены поправки на скорость потока |
Будем считать, что давление в помещении равно нормальному атмосферному давлению и составляет Р=1100гПа, воздушный поток v=0,2 м/с. При таких условиях истинное значение относительной влажности воздуха будет равно 64%.
Существуют различные способы определения влажности по показаниям сухого и мокрого термометров.
Самый простой способ оценки: от 100% вычесть разность показаний сухого и мокрого термометров, умноженную на 10. Этот способ очень хорошо работает при высоких значениях влажности, нормальном давлении, скорости потока 2 м/с, температуре воздуха от 15 °С до 18 °С. При других условиях этот «народный» способ дает ошибку. В нашем примере Rh = 100-3,5*10 = 65% – ошибка вычисления 1%.
Другой популярный способ определить влажность по психрометричесой таблице или диаграмме. Широко распространено ошибочное мнение, что психрометрическая таблица едина и всегда одинакова. На самом деле психрометрические таблицы составляются для различных типов гигрометров и психрометров с учетом конструктивных особенностей термометров и скорости потока.
Например, по диаграмме аспирационного психрометра относительная влажность составит 70% – ошибка больше, чем при народном способе. Ошибка в 6% объясняется тем, что диаграмма, как указано в руководстве по эксплуатации этого прибора, рассчитана для скорости потока 2 м/с.
По таблице гигрометра ВИТ-2 относительная влажность воздуха составит 67%. Ошибка в 3% объясняется тем, что психрометрическая таблица гигрометра ВИТ-2, как указано на лицевой панели этого прибора, рассчитана для скорости потока 0,5 до 1,0 м/с.
Приборы нашего производства с функцией вычисления влажности позволяют ввести в память прибора параметр «скорость потока».
Для измерения скорости потока воздуха используются анемометры. Измерение скоростей потока менее 2 м/с возможно только дорогими цифровыми анемометрами. Сравнительно недорогие механические анемометры работают в диапазоне 2 -10 м/с.
Заказчикам, не имеющим анемометра, мы рекомендуем установить параметр «скорость потока» таким, чтобы показания прибора и образцового влагомера стали одинаковыми.
www.ao-tera.com.ua