19. Влажность воздуха
В окружающем нас воздухе практически всегда находится некоторое количество водяных паров. Влажность воздуха зависит от количества водяного пара, содержащегося в нем. Сырой воздух содержит больший процент молекул воды, чем сухой. Большое значение имеет относительная влажность воздуха, сообщения о которой каждый день звучат в сводках метеопрогноза.
Относительная влажность — это отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.
Точка росы
Сухость или влажность воздуха зависит от того, насколько близок его водяной пар к насыщению. Если влажный воздух охлаждать, то находящийся в нем пар можно довести до насыщения, и далее он будет конденсироваться. Признаком того, что пар насытился является появление первых капель сконденсировавшейся жидкости - росы. Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы. Точка росы также характеризует влажность воздуха. Примеры: выпадение росы под утро, запотевание холодного стекла, если на него подышать, образование капли воды на холодной водопроводной трубе, сырость в подвалах домов.
Измерение влажности
Для измерения влажности воздуха используют измерительные приборы - гигрометры. Существуют несколько видов гигрометров, но основные: волосной и психрометрический.
Так как непосредственно измерить давление водяных паров в воздухе сложно, относительную влажность воздуха измеряют косвенным путем.
Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса ( человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится.
Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Волосной гигрометр в зимнее время являются основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещения.
Более точным гигрометром является гигрометр психрометрический – психрометр ( по др. гречески "психрос" означает холодный). Известно, что от относительной влажности воздуха зависит скорость испарения. Чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.
В психрометре есть два термометра. Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров.
20. Свойства поверхности жидкостей. Поверхностное натяжение. Капиллярные явления.
Молекулы поверхностного слоя жидкости притягиваются только молекулами внутренних слоев. Молекулы, находящиеся на поверхности, под действием результирующей силы притяжения втягиваются внутрь жидкости, и площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном ее объеме. Поверхностное натяжение - явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости. Поверхностная энергия - дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости. - коэффициент поверхностного натяжения. S - площадь поверхности. Сила поверхностного натяжения - сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения. l - граница поверхностного слоя. - измеряется в . Чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в ткань. Капиллярность - явление подъема или опускания жидкости в капиллярах. Подъем жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила , действующая на жидкость вверх, не уравновесится с силой тяжести mg столба жидкости столба жидкости h. Жидкость втягивается внутрь капилляра. Чем меньше радиус капилляра, тем больше высота подъема жидкости в капилляре. Многочисленные капилляры, пронизывающие растительные и животные ткани, почву играют важную роль в водоснабжении и обмене веществ растений и животных.
Смачивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкостью при условии, что присутствует третья (обычно, но не обязательно, газовая) фаза, причём происходит одновременный контакт всех этих трёх не смешивающихся фаз. Смачивание ответственно за растекание жидкости по твёрдой поверхности, за форму лежащих на ней капель, за пропитывание порошков и пористых веществ (капиллярные явления) и др.
Смачивание бывает двух видов:
Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью)
Контактное (состоит из 3х фаз-твердая, жидкая, газообразная)
Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).
Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания) это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли. В случае порошков надёжных методов, дающих высокую степень воспроизводимости, пока(2008) не разработано. Предложен весовой метод определения степени смачивания, но он пока не стандартизован.
Измерение степени смачивания весьма важно во многих отраслях промышленности ( лакокрасочная, фармацевтическая, косметическая и т.д.). К примеру, на лобовые стёкла автомобилей наносят особые покрытия, которые должны быть устойчивы против разных видов загрязнений. Состав и физические свойства покрытия стёкол и контактных линз можно сделать оптимальным по результатам измерения контактного угла.
К примеру, популярный метод увеличения добычи нефти при помощи закачки воды в пласт исходит из того, что вода заполняет поры и выдавливает нефть. В случае мелких пор и чистой воды это далеко не так, поэтому приходится добавлять специальные ПАВ. Оценку смачиваемости горных пород при добавлении различных по составу растворов можно измерить различными приборами.
В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов (бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, грунт, дерево). Сталкиваясь с водой или другими жидкостями, такие тела очень часто впитывают их в себя. На этом основывается действие полотенца во время вытирания рук, действие фитиля в керосиновой лампе и т.п..
Узкие цилиндрические трубки диаметром около миллиметра и менее называются капиллярами. Окунем узкую трубку в жидкость. Если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимается по стенке трубки над уровнем жидкости в сосуде, причем тем выше, чем узкая трубка. Если жидкость не смачивает стенок, то, наоборот, уровень жидкости в узкой трубке будет ниже, чем в широкой посуде. Установлено, что давление под вогнутой поверхностью меньше, а под выпуклой - больше, чем во плоской. Это можно представить себе так, что во выпуклой поверхностью жидкости создается дополнительное давление, действующее вниз. Этот дополнительное давление, вероятно, зависит как от поверхностного натяжения, так и от формы поверхности. Капиллярные явления в природе и технике Капиллярные явления чрезвычайно распространены в природе, технике и быту: • проникновение питательных веществ из почвы в растения; • подъем влаги из глубоких слоев почвы; • строительная практика; • применение полотенец, салфеток, марли и тому подобное. Питание растений обусловлено всасыванием из почвы влаги и питательных веществ, что возможно благодаря наличию капилляров в корневой системе и стеблях растения. Учета капиллярности необходимо при обработке почвы. Например, для того чтобы происходило более интенсивное испарение влаги из почвы, необходимо уплотнять его. В этом случае в почве образуются капилляры и влага поднимается по ним вверх и испаряется. Чтобы уменьшить испарение, почву рыхлят, разрушая при этом капилляры, и влага дольше остается в почве. Тела, имеющие большое количество капилляров, хорошо впитывают влагу. Благодаря этому во время вытирания рук полотенце впитывает в себя воду, керосин или расплавленный стеарин поднимаются по фитиля лампы или свечи. Вопрос к ученикам во время изложения нового материала 1. Как связана высота подъема жидкости в стеклянной капилляре с диаметром капилляра? 2. Почему шелковая ткань плохо вытирает мокрые руки? 3. На каком физическом явлении основан употребление полотенец? 4. На какую высоту поднимется смачивающий жидкость в капилляре, если сосуд с жидкостью, в которую погружено капилляр, находится в состоянии невесомости? 5. Почему растекается чернила во время письма на бумаге плохого качества? 6. Почему вода поднимается по тонким трубкам и имеет вогнутый мениск, а ртуть опускается и ее поверхность имеет выпуклый мениск?