Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского

Кафедра экспериментальной физики

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

Симферополь 2002

Определение влажности воздуха

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 P_н зависит от температуры. Эта зависимость определяется уравнением Клапейрона – Клаузиуса:

(2)

где L – скрытая молярная теплота испарения воды, V_п – молярный объем насыщенного пара при температуре T, V_ж – молярный объем воды при температуре T. Если известны экспериментальные зависимости L(T), V_п(T), V_ж(T), то, численно интегрируя уравнение (2), можно получить зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Приближенную аналитическую зависимость P_н(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.

V_ж<<V_n, V_n-V_жV_n,

в) состояние насыщенного пара описывается уравнением Клапейрона так,

что P_н V_п = 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*10⁵ Па, 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 t_p пары, содержащиеся в воздухе, станут насыщенными (при этом, согласно (4), относительная влажность равна 100%).Температура t_p 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 t_p.

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 t_p. 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 t_p принимают среднее значение из полученных величин.

Пользуясь таблицей 1, по величине t_p 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.