Понятие влажности воздуха способы ее измерения

Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха

Содержание

Вещества могут переходить из твёрдого состояния в жидкое, а из жидкого – в газообразное. Последнее превращение называют парообразованием, которое может проходить путем испарения или кипения.

Кипение происходит при определённой температуре для каждой жидкости. А вот испарение жидкости, напротив, происходит при любой ее температуре.

Значит, испарение на нашей планете происходит непрерывно: испаряется вода с поверхностей озер, океанов, рек, различной растительности и т. д. Вследствие этого воздух в нашей атмосфере всегда содержит в себе водяные пары.

Влажность – это понятие, которое характеризует содержание водяного пара в атмосфере. В данном уроке мы разберем понятия абсолютной и относительной влажности воздуха, точки росы, познакомимся с приборами для измерения влажности воздуха.

Абсолютная и относительная влажность

Количество водяных паров в воздухе при определенной температуре определяет степень влажности. Но как эту степень оценить? В этом нам помогут два новых определения: абсолютная влажность и относительная влажность.

Абсолютная влажность $\rho$ – это физическая величина, показывающая, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом $1 \space м^3$ при данных условиях, т. е. плотность водяного пара.
$\rho = \frac$.

Обратите внимание, что, рассчитывая плотность различных веществ, мы использовали стандартную единицу измерения – $\frac<кг><м^3>$. Для абсолютной влажности принято применять внесистемную единицу измерения плотности – $\frac<г><м^3>$.

Степень влажности определяется фактором того, насколько водяной пар близок или далек от состояния насыщения.

• Чем больше в воздухе водяных паров, тем ближе пар к состоянию насыщения
• Чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его насыщения

Вспомним: насыщенным называют пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Число молекул, вылетающих из жидкости, становится равно числу молекул, возвращающихся в нее.

Соответственно, зная только абсолютную влажность, нельзя сказать сухой это воздух или влажный, насколько он близок к состоянию насыщения.

Чаще всего водяной пар, содержащийся в воздухе, является ненасыщенным. Если бы водяной пар в воздухе был всегда насыщенным, то все, что находится на земной поверхности, никогда бы не высыхало.

Относительная влажность воздуха $\varphi$ – это отношение абсолютной влажности воздуха $\rho$ к плотности $\rho_0$ насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженной в процентах.
$\varphi = \frac<\rho> <\rho_0>\cdot 100 \%$.

Т.е., относительная влажность характеризует процентное содержание влаги в воздухе. Наиболее благоприятной для человека считается относительная влажность воздуха $40-60 \%$.

Точка росы

В любом случае в воздухе находится водяной пар. Если мы будем понижать температуру воздуха, то при определенной температуре сможем довести пар, содержащийся в нем, до состояния насыщения.

Если после этого продолжать снижать температуру, то пар начнет конденсироваться. В итоге, образуется туман, и выпадают капельки росы. Здесь у нас появляется еще одна новая величина, которая тоже характеризует влажность воздуха, – точка росы.

Точка росы – это температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным.

Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов: конденсационных и волосных гигрометров и психрометров.

Конденсационный гигрометр

Рассмотрим устройство и принцип работы конденсационного гигрометра (рисунок 1). С помощью него можно определить абсолютную влажность воздуха по точке росы.

В его основе – небольшая металлическая коробка 1. Ее передняя стенка 2 окружена кольцом 3. Поверхности этих элементов хорошо отполированы. Между ними помещена теплоизолирующая прокладка 4. К самой коробке присоединена резиновая груша 5. Внутрь коробки вставлен термометр 6.

Заполним коробку, например, эфиром. Вы уже знаете, что эта жидкость достаточно быстро испаряется. Начнём продувать воздух через коробку с помощью груши. Так мы ускорим испарение эфира, коробка быстро охладится. Вскоре на полированной поверхности появятся капельки росы.

Отметим температуру, которая наблюдается в данный момент. Так мы определили точку росы. Именно в этот момент пар стал насыщенным.

Далее, используя специальные таблицы, можно определить абсолютную влажность воздуха.

Вид обычного лабораторного гигрометра представлен на рисунке 2.

Волосной гигрометр

Из названия этого прибора можно догадаться, что где-то в его устройстве присутствует волос. И, действительно, действие волосного гигрометра (рисунок 3) основано на одном интересном свойстве человеческого волоса. Дело в том, что при увеличении относительной влажности воздуха волос удлиняется.

На шкале этого прибора уже отмечены величины относительной влажности воздуха. При увеличении относительной влажности волос удлиняется, а при уменьшении – укорачивается. При этом стрелка двигается вдоль шкалы, указывая на величину относительной влажности воздуха.

Психрометр

Психрометр (от латинского психрос – холодный, метрио – измерять) представлен на рисунке 4.

Этот прибор состоит из двух термометров. Конец одного из них обмотан тканью и опущен в воду. Вода испаряется, термометр охлаждается. Термометры будут показывать разные значения.

Испарение проходит менее интенсивно при большой относительной влажности, и более интенсивно при малой относительной влажности. Чтобы оценить ее, нужно зафиксировать разность температур на термометрах. Для них также существуют специальные таблицы, из которых можно узнать величину относительной влажности воздуха.

Влажность в окружающем мире

Влажность воздуха важна как в природе, так и в быту человека. Изначально, наше самочувствие часто зависит от этого показателя. Ведь интенсивность испарения влаги с нашего кожного покрова определяется влажностью воздуха. Низкая влажность может приводить к пересыханию слизистых оболочек, проблемам с кожей и волосами, а очень высокая – к ухудшению общего физического состояния.

Влажность воздуха влияет на теплообмен многих организмов с окружающей средой, на жизнь животных и растений. Когда люди выращивают растения в теплицах или оранжереях, им необходимо знать и контролировать влажность воздуха. Таким образом поддерживается нужный режим для их роста и жизнедеятельности.

Значение влажности воздуха играет большую роль в метеорологи для прогнозов погоды. При работе различной техники важно учитывать влажность – при высоких показателях быстрее возникает коррозия. При хранении важных произведений искусств и книг также следят за влажностью.

Источник

Понятие влажности воздуха способы ее измерения

В воздухе всегда содержится водяной пар, являющийся продуктом испарения воды. Содержание водяного пара в воздухе характеризует влажность воздуха.

Абсолютной влажностью воздуха ( р ) называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м 3 воздуха, или плотность водяного пара, содержащегося в воздухе. Если влажность равна 9,41*10 -3 кг/м 3 , то это означает, что в 1 м 3 содержится 9,41*10 -3 кг водяного пара.

Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью.

Относительная влажность воздуха ( ϕ ) – это величина, равная отношению плотности водяного пара (р), содержащегося в воздухе (абсолютной влажности), к плотности насыщенного водяного пара (р₀) при этой температуре:

Обычно относительную влажность выражают в процентах.

При понижении температуры ненасыщенный пар может превратиться в насыщенный. Примером такого превращения является выпадение росы и образование тумана. Так, летним днём при температуре 30 °С плотность водяного пара равна 12,8*10 -3 кг/м 3 . Этот водяной пар является ненасыщенным. При понижении вечером температуры до 15 °С он уже будет насыщенным, и выпадет роса.

Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.

Для измерения влажности воздуха используют гигрометры (конденсационные и волосные) или психрометры.

Психрометр состоит из двух термометров, один из которых сухой, а другой — влажный. Термометры прикреплены к таблице, в которой по вертикали указана температура, которую показывает сухой термометр, а по горизонтали — разность показаний сухого и влажного термометров. Определив показания термометров, по таблице находят значение относительной влажности воздуха.

Например, температура, которую показывает сухой термометр, 20 °С, показание влажного термометра 15 °С. Разность показаний 5 °С. По таблице находим значение относительной влажности ϕ = 59%.

Источник

Влажность воздуха и методы ее измерения

Цель работы: Ознакомиться с основными методами измерения влажности воздуха и приборами, применяемыми для этого, научиться определять основные показатели влажности воздуха по формулам и психрометрическим таблицам.

Оборудование: аспирационный психрометр, волосной гигрометр, суточный гигрограф.

Характеристики влажности воздуха

Атмосфера постоянно содержит в себе влагу, которая может находиться в различных фазовых состояниях — в виде воды, льда и снега, а также в виде водяного пара, и практически полностью сосредоточена в тропосфере. Количество водяного пара в атмосфере характеризуется различными показателями влажности воздуха.

Абсолютная влажность воздуха ( а ) – это количество водяного пара (ВП) в граммах, содержащееся в одном куб. метре воздуха, г/м².

Парциальное давление ( упругость ) водяного пара ( е) – это давление, которое имел бы водяной пар, если бы он один занимал объем газовой смеси при той же температуре, измеряется в гПа.

Относительная влажность воздуха ( f ) – это отношение фактического парциального давления ВП в воздухе к парциальному давлению насыщенного ВП при той же температуре, выражается в процентах, %.

Дефицит влажности ( d ) – недостаток водяного пара до состояния насыщения, гПа.

Точка росы ( Тd ) – температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при данном атмосферном давлении, становится насыщенным, °С.

Дефицит точки росы ( D=Т — Тd ) – разность между температурой воздуха и точкой росы, °С.

Измерение влажности воздуха

На станциях используются два метода измерения влажности воздуха: психрометрический метод в теплый период года и гигрометрический – в холодный.

Основным методом для определения влажности воздуха является психрометрический метод (психрос – холодный) основанный на измерении температуры воздуха и температуры смоченного водой термометра –температуры динамического равновесия между затратами тепла на испарение со смоченной поверхности и притоком тепла к термометру от окружающей среды.

Испарение и понижение температуры будут тем больше, чем больше дефицит насыщения пара при прочих равных условиях. Парциальное давление пара можно получить решением уравнения Дальтона в виде:

е = Е’ — Ар (t — t’) • (1 + 0,00115 • t’), гПа (13)

где Е’ — парциальное давление водяного пара, насыщающего пространство, при температуре смоченного термометра t’; р — атмосферное давление, гПа;

t и t’ — соответственно температура сухого и смоченного термометров, °С; (1 + 0,00115 • t’) — учитывает зависимость теплоты испарения от температуры; А — психрометрический коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха.

Для станционного психрометра А = 0,0008, а для аспирационного – А = 0,00066;

На практике е, Е’ относительная и абсолютная влажность воздуха определяются по специальным психрометрическим таблицам.

Психрометрические таблицы содержат 7 таблиц. Основной является таблица 2, рассчитанная по психрометрической формуле (13). Она состоит из колонок для определения температур (t) через 0,1°С. Колонка состоит из пяти столбцов чисел. Первый столбец – значения температур смоченного термометра (t’), остальные – вычисленные для «воды» или «льда» значения td, e, f, d. Таблица рассчитана для давления атмосферы Р=1000 гПа, поправки (Δе) к значениям парциального давления (е) на истинное давление атмосферы приведены в таблицах 3а, 3б, 3в (для станционного психрометра) и 4а, 4б, 4в (для аспирационного психрометра): если P 1000, то –Δe.

Приборы, которые измеряют влажность психрометрическим методом, называются психрометрами.

Станционный психрометр (рис. 24) состоит из двух одинаковых ртутных психрометрических термометров ТМ-4, укрепленных в вертикальном положении на штативе в жалюзийной будке. Левый термометр служит для измерения температуры воздуха. Резервуар правого термометра обвернут в один слой батистом, конец которого опущен в стаканчик с дистиллированной водой. Батист, впитывая воду, непрерывно смачивает резервуар правого термометра. По этой причине правый термометр называется смоченным. Для измерения влажности воздуха психрометр используется главным образом при положительной температуре.

Рис. 24 Психрометр станционный. Подвязка батиста на термометр:

а – при положительной температуре, б – при отрицательной температуре

При положительной температуре, при подвязывании батиста его края на резервуаре не должны заходить друг на друга более чем на ¼ окружности резервуара. Нитку под шариком термометра затягивают не слишком туго, чтобы не нарушать тягу воды батистом. Стаканчик должен быть ниже резервуара смоченного термометра на 2-3 см, чтобы края стаканчика не мешали свободному обмену воздуха.

При отрицательной температуре до -10°С следующий порядок наблюдений:

Стакан с водой находится в помещении.

Конец батиста обрезается непосредственно под шариком термометра на 3-5 мм ниже резервуара, а обвязка батиста под резервуаром смоченного термометра плотно затягивается.

За полчаса до наблюдений, резервуар смоченного термометра, обернутый батистом, погружают в стаканчик с водой комнатной температуры и держат его, пока температура смоченного термометра повысится до +2° ÷ +3°С. После этого, стаканчик убирают и снимают каплю воды с конца батиста.

Через полчаса делается отсчет.

При этом важно отметить состояние воды на батисте: покрыт ли он переохлажденной водой или корочкой льда.

Для определения фазы воды на батисте необходимо кончиком карандаша коснуться батиста и наблюдать за показанием смоченного термометра; если температура не изменилась – на батисте — лед, повысилась – вода.

Показания смоченного термометра отсчитывают вслед за отсчетом температуры воздуха по сухому термометру.

Аспирационный психрометр (рис. 25) очень удобен для измерения влажности воздуха в полевых условиях и среди растений.

Рис. 25. Аспирационный психрометр.

1- сухой термометр;

2 — смоченный термометр;

3 – трубка с тройником;

4 — планочная защита;

5, 6 — защитные трубки;

7 — аспиратор; 8 — заводной ключ; 9, 10 — пластмассовые втулки; 10 — батист; 11, 12- внутренние трубки; 13 – крюк; 14 — резиновая груша;

18 — ветровая защита.

По принципу действия он аналогичен станционному психрометру.

Аспирационный психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометра 1, 2, укрепленных в металлической оправе, состоящей из трубки с тройником 3 и планочных защит 4. Верхний конец трубки 3 соединен с головкой аспиратора 7. Головка состоит из пружинного механизма и вентилятора, создающего ток воздуха через трубки 3 и 11, 12 около резервуаров термометров. Пружина заводного механизма заводится ключом 8. В результате работы аспиратора вокруг резервуаров термометров создается постоянный ток воздуха со скоростью 2 м/с. Для исключения влияния ветра (более 4 м/с) на аспиратор надевают с наветренной стороны ветровую защиту 18.

Резервуар правого термометра 2 являющимся смоченным обернут батистом 10, коротко срезанным под резервуаром. Все металлические поверхности никелированы, что обеспечивает отражение падающих на них солнечных лучей, исключая нагрев корпуса.

Для смачивания батиста пользуются резиновой грушей со стеклянной пипеткой и зажимом 15, 16. После этого заводят пружинный механизм аспиратора и устанавливают психрометр на место с помощью специального крюка 15 так, чтобы резервуары термометров находились на высоте 2-х метров над поверхностью земли. По истечении 4-5 мин берут отсчёты по сухому и смоченному термометрам, сначала десятые доли, а затем целые градусы. Зимой психрометр устанавливают за 30 мин, а летом за 15 мин до начала измерений.

Дополнительным методом определения влажности воздуха является сорбционный метод или гигрометрический метод (гигро – влажный), основанный на изменении длины чувствительного элемента (обезжиренный человеческий волос и различные органические пленки) при изменении влажности.

Источник