5.3. Характеристики вологості повітря

Вологість повітря – це вміст водяної пари в повітрі.

Кількісно виражається наступними характеристиками:

Парціальний тиск водяної пари е — тиск, що мала би водяна пара, що знаходиться в повітрі, якби вона займала об'єм, рівний об'єму повітря при тій же температурі. Виражається в гектопаскалях.

Граничним значенням парціального тиску водяної пари, що знаходиться в повітрі, є тиск насиченої пари, так званий тиск насичення або пружність насичення водяної пари, Е_мб, Е_мм — межа вмісту водяної пари в повітрі при певній температурі. Залежить від тиску насичення і, отже, від температури повітря.

Абсолютна вологість а — маса водяної пари, що міститься в одиниці об'єму повітря (г/м³).

Питома вологість S — відношення маси водяної пари до маси вологого повітря в тім же об'ємі (г/кг).

Відносна вологість f — відношення парціального тиску пари е до тиску насиченої пари Е при певних температурі і тиску, виражене у відсотках:

Дефіцит насичення водяної пари d — різниця між тиском насиченої водяної пари при даній температурі Е і фактичним парціальним тиском водяної пари е:

d = Е — е.

Точка роси t_d — температура, при якій водяна пара, що міститься в повітрі, стає насиченою.

Добовий і річний хід вологості повітря

Вологість повітря постійно змінюється в зв'язку зі змінами температури поверхні, що випаровує, та повітря, співвідношення процесів випару і конденсації, переносу вологи.

Добовий хід абсолютної вологості повітря може бути простим і подвійним. Перший збігається з добовим ходом температури, має один максимум і один мінімум і характерний для місць з достатньою кількістю вологи. Його можна спостерігати над Океаном, а узимку і восени — над сушею. Подвійний хід має два максимуми і два мінімуми і характерний для суші: ранковий мінімум - перед сходом Сонця, перший максимум - близько 9 години; близько 16 години виникає другий мінімум, який близько 20—21 години змінюється другим (вечірнім) максимумом.

Річний хід абсолютної вологості також відповідає річному ходу температури. Влітку абсолютна вологість найбільша, узимку — найменша.

Добовий хід парціального тиску пари над океанами, морями та у прибережних районах суші росте слідом за ростом температури води і повітря: максимум – в 14—15 ч, а мінімуму — перед сходом Сонця. Такий же хід спостерігається над материками в холодний час року. Улітку в добовому ході парціального тиску відзначаються два мінімуми: вночі й у 15—16 ч.

Річний хід парціального тиску пару збігається з річним ходом температури повітря як над океаном, так і над сушею: максимум в липні, мінімум — у січні.

Відносна вологість зі зміною широти змінюється порівняно мало.

Добовий і річний хід відносної вологості майже усюди протилежний ходу температури: максимум перед сходом Сонця, мінімум — у 15—16 годин.

Протягом року максимум приходиться на самий холодний місяць, мінімум — на самий теплий. Виключення складають області, у яких улітку дують вологі вітри з моря, а узимку — сухі з материка.

Дефіцит насичення має прямий зв'язок з температурою повітря. У добовому ході він досягає найбільших значень у 14—15 ч, а найменших — перед сходом Сонця. У річному ході – максимум у самий жаркий місяць, мінімум — у самий холодний.

Методи вимірювання вологості повітря

Вологість повітря може бути обмірювана декількома методами. Найбільше поширення мають психрометричний і гігрометричний методи.

Психрометричний метод заснований на залежності інтенсивності випару з водяної поверхні від вологості навколишнього повітря. Вологість повітря визначається по різниці показань двох однакових психрометричних термометрів – сухого і змоченого. З поверхні резервуара змоченого термометра відбувається випар. Чим сухіше повітря, тим інтенсивніше випар з резервуара змоченого термометра і тим нижче його показання в порівнянні із сухим термометром.

Парціальний тиск водяної пари обчислюється за психрометричною формулою:

e = E’ – B P (t_сух – t_смоч),

де E’ – тиск насиченої водяної пари при температурі змоченого термометра, у гПа;

t_сух , t_смоч – температура сухого і змоченого термометрів, ^оС;

P – атмосферний тиск, у гПа;

B – психрометричний коефіцієнт, що залежить від швидкості руху повітря біля резервуара змоченого термометра (для станційного психрометра В=0,000795 ^оС^-1, для аспираційного – В=0,000662 ^оС^-1).

Гігрометричний (або сорбційний) метод заснований на використанні властивості гігроскопічних тіл реагувати на зміну вологості повітря.

Прилади для вимірювання вологості повітря

Для виміру вологості повітря психрометричним методом служать станційний і аспираційний психрометри, а гігрометричним – гігрометри. Для безупинної реєстрації вологості повітря застосовуються гігрографи.

Станційний психрометр складається з двох однакових термометрів, що встановлюються в психрометричніой будці. Лівий прийнято називати «сухим», він показує температуру повітря. Термометр, встановлений праворуч, називається «змоченим», тому що його резервуар безупинно змочується дистильованою водою. Вода знаходиться в спеціальному стакані і подається до резервуара за допомогою смужки батисту, один кінець якої обертає резервуар змоченого термометра, а інший опущений у стакан і тягне воду як ґніт.

Чим менше вологість повітря, тим більше різниця показань сухого і змоченого термометрів.

За температурою повітря і показанням змоченого термометра при допомозі спеціальних «Психрометричних таблиць» визначають парціальний тиск пару, відносну вологість, дефіцит насичення і точку роси.

Аспіраційний психрометр дуже зручний для виміру вологості повітря в похідних умовах і серед рослин. За принципом дії він аналогічний станційному. Аспіраційний психрометр є одним з найбільш точних метеорологічних приладів. Резервуари його термометрів надійно захищені від променів Сонця, випар зі змоченого термометра відбувається при постійній швидкості вітру.

Волосяний гігрометр служить для виміру відносної вологості повітря. Дія приладу заснована на властивості знежиреного людського волоса змінювати довжину в залежності від відносної вологості. Приймальною частиною гігрометра служить знежирений людський волос, натягнутий на металеву раму. Верхній його кінець закріплений регулювальним гвинтом, а нижній пов'язаний зі стрілкою. Зміна довжини волоса передається на стрілку, що указує відносну вологість на шкалі, що градуйована від 0 до 100%. Так як волос змінює свою довжину зі зміною вологості нерівномірно, то і ділення на шкалі мають нерівні проміжки: на початку шкали вині більші, ніж у кінці.

Чутливість гігрометра згодом змінюється, тому його показання необхідно звіряти з відносною вологістю, що винаходиться за психрометром. У зимовий час спостереження по психрометру при температурі нижче —10 °С не виробляються і для виміру вологості повітря застосовується тільки гігрометр. Тому до настання морозів протягом одного місяця показання гігрометра порівнюються з показаннями психрометра і наносяться на графік, що буде служити для перекладення показань гігрометра в показання психрометра.

Рис.1.Волосяний гігрометр.

1 – волос; 2 – рама; 3 – шкала; 4 – дужка стрижня; 5 – вісь стрілки; 6 – регулювальний гвинт;

Гігрограф — прилад для безупинного запису відносної вологості. Прийомною частиною приладу є пучок знежиреного людського волосся. В іншому пристрій цього приладу майже аналогічний термографу.

Рис.2. Гігрограф.

1 – противага; 2 – стріла з пером; 3 – важіль; 4 – пучок волосся, 5 – рама; 6 – встановочний гвинт;7 – аретир.