12. Влажность воздуха

Поэтому содержание в воздухе водяных паров принято характеризовать понятием влажности воздуха. Абсолютной влажностью  воздуха называют величину, численно равную массе водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, т.е. плотность водяного пара в воздухе при данных условиях. Абсолютную влажность воздуха обычно выражают в граммах на метр кубический.

Если пар далек от состояния насыщения, он мало отличается от идеального газа и к нему применимо уравнение Менделеева — Клапейрона - парциальное давление водяного пара при неизменной температуре пропорционально его плотности. Парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе, называют упругостью водяного пара. На основе пропорциональности между р и  в метеорологии за абсолютную влажность воздуха принимают упругость водяного пара. Ее обычно выражают в миллиметрах ртутного столба. Абсолютная влажность воздуха не может быть больше плотности насыщенного водяного пара при данной температуре (<_н).

Если известна только абсолютная влажность воздуха, еще нельзя судить, насколько сух или влажен воздух. Для определения степени влажности воздуха необходимо также знать, близок или далек водяной пар, содержащийся в воздухе, от состояния насыщения. Поэтому кроме абсолютной влажности введено понятие относительной влажности.

Относительной влажностью воздуха  называют величину, равную отношению абсолютной влажности к плотности насыщенного водяного пара при данной температуре: . Относительную влажность обычно выражают в процентах.

В метеорологии понятие относительной влажности устанавливают по формуле

Если влажный воздух охлаждать, то при некоторой температуре водяной пар в нем становится насыщенным, а затем конденсируется в жидкость, образуя росу. Температуру, при которой водяной пар в воздухе становится насыщенным, называют точкой росы. При такой температуре абсолютная влажность воздуха равна плотности насыщенного пара, а относительная влажность воздуха равна 100 %.

Влажность воздуха экспериментально определяют с помощью приборов — гигрометров и психрометров.

Волосной гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха: при увеличении влажности волос удлиняется, а при уменьшении — укорачивается.

К онденсационный гигрометр предназначен для непосредственного определения точки росы. Его устройство изображено (в разрезе) на рис.. Прибор состоит из металлической цилиндриче­ской камеры 1, передняя стенка (основание) 2 которой зеркально отполирована. На корпус камеры в области ее отполированного основания надето металлическое зеркально отполированное кольцо 3, изготовленное из того же материала, что и камера. Это кольцо отделено от камеры теплоизолирующей прокладкой 4. В камеру вставлен термометр 5 и трубка 6, соединенная с резиновым баллоном от пульверизатора 7. Камера наполовину заполнена легко испаряющейся жидкостью — эфиром 8. Конец трубки 6 погружен в эфир. Закачивая в камеру воздух с помощью резинового баллона, мы вызываем интенсивное испарение эфира, вследствие чего стенки камеры сильно охлаждаются. При понижении температуры стенок до точки росы водяной пар, содержащийся в воздухе, на границе соприкосновения со стенками камеры начинает конденсироваться и образует росу. Полированное основание камеры запотевает, в то время как поверхность охватывающего ее полированного кольца, теплоизолированного от камеры, остается блестящей. Это позволяет точно установить момент начала конденсации и по показаниям термометра, вставленного в камеру, определить точку росы.

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, укрепленных на вертикальной стойке. Носик одного термометра обернут марлей, конец которой опущен в чашку с водой. Вследствие явления капиллярности вода по марле поднимается вверх, поэтому марля всегда влажная. Носик второго термометра сухой. Он граничит непосредственно с воздухом. При испарении воды из марли термометр влажный охлаждается и его температура становится меньше температуры воздуха. Чем меньше относительная влажность воздуха, тем интенсивнее происходит испарение воды из марли и тем больше становится разность температур мокрого и сухого термометров. Наоборот, с увеличением относительной влажности воздуха испарение воды из марли замедляется и разность температур термометров уменьшается. При стопроцентной влажности вода вообще перестает испаряться и показания термометров становятся одинаковыми. В случаях, когда относительная влажность воздуха меньше 100%, по разности температур сухого и мокрого термометров с помощью специальных психрометрических таблиц можно определить относительную влажность воздуха. Психрометр значительно точнее волосного гигрометра.