2. Физические свойства влажного воздуха

Что такое воздух?

Атмосферный воздух – это естественная смесь сухих газов и водяных паров.

Количество водяных паров в составе воздуха может быть различным, а состав сухой части воздуха относительно постоянен.

Компонент	Объёмная доля, %	Массовая доля, %
Азот, N2	78,08	75,5
Кислород, O2	20,95	23,15
Аргон, Ar	0,93	1,29
Углекислый газ, CO2	0,031	0,046
Прочие газы	-	-

Какое значение имеет воздух для человека?

Воздух является средой, необходимой для дыхания, окружающей человека и контактирующей с поверхностью его тела.

Воздух обеспечивает:

• снабжение организма кислородом,

• влагообмен и конвективный теплообмен человека с окружающей средой.

2.1. Сухой воздух

Сухой воздух – воздух, не содержащий в своём составе паров воды.

Плотность сухого воздуха

Сухой воздух достаточно точно подчиняется законам идеальных газов. Поэтому из закона Клапейрона-Менделеева выводится значение плотности сухого воздуха: ρ_с = , , где

p_с – парциальное давление (упругость) сухого воздуха, Па (парциальное давление – собственное давление одного из компонентов газовой смеси, другими словами – давление, которое имел бы один из газов смеси, если бы при той же температуре только он стал занимать тот объём, который сейчас занимает вся смесь);

R_с = 287,055 - газовая постоянная сухого воздуха (работа расширения 1 килограмма воздуха при неизменном давлении при нагревании на 1К)

T – температура воздуха, К.

В качестве среднего значения при атмосферном давлении 101,325 кПа и интервале температур –20…+50ºС принимается значение плотности воздуха ρ_с = 1,293 .

Массовая теплоёмкость сухого воздуха

Теплоёмкость 1 килограмма сухого воздуха с_с = 1,005 (среднее значение).

Показывает количество тепла, необходимое для изменения изменения температуры 1 килограмма газа на 1 градус. Это тепло будет передаваться газу при его нагревании, либо отниматься – при его охлавждении.

Объёмная теплоёмкость сухого воздуха

Теплоёмкость 1 кубометра сухого воздуха с_о = с_с·ρ_с = 1,3

Показывает количество тепла, необходимое для изменения температуры 1 кубометра газа на 1 градус.

Удельное теплосодержание (энтальпия) сухого воздуха

Удельное теплосодержание сухого воздуха I_c = с_с·t = 1,005t

Энтальпия показывает количество тепла, требуемое для нагрева 1 кг воздуха от 0ºС до заданной температуры.

За нулевую точку отсчёта, при которой энтальпия сухого воздуха I_c = 0, принята температура t = 0°C. Соответственно, при температурах ниже нуля энтальпия имеет отрицательные значения.

2.2. Водяной пар

Водяной пар – вода, находящаяся в газообразном состоянии. Не имеет цвета, запаха и вкуса. Изменение агрегатного состояния воды из жидкого в газообразное – парообразование. Оно происходит при испарении и кипении. При этих процессах жидкость теряет тепловую энергию, которая уносится образовавшимся газом (паром).

Испарение  – парообразование, которое происходит только с поверхности жидкости в результате отрыва от неё отдельных молекул, обладающих наибольшей подвижностью. Происходит при любой температуре и данном давлении.

Кипение – интенсивный процесс превращения жидкости в газ (пар), происходящий не только с поверхности жидкости, но и внутри нее, т.е. это – процесс парообразования во всей массе жидкости. В отличие от испарения кипение начинается при определённой температуре для данного давления.

Процесс обратный парообразованию – конденсация. При конденсации пар превращается в жидкость, в которую при этом поступает тепловая энергия.

Для парообразования и конденсации единицы объёма вещества требуется одинаковое количество тепловой энергии, которая в первом случае отнимается от вещества отнимается, а во втором – выделяется.

Парциальное давление водяного пара

Парциальное давление водяного пара в области давлений и температур, соответствующих нормальным условиям, приближённо описывается уравнением: p_п = , Па,

где R_п = 461 - газовая постоянная пара.

Для определения значения парциального давления водяного пара можно использовать специальные справочные таблицы.

Массовая теплоёмкость пара

Теплоёмкость 1 килограмма пара при нормальных условиях (атмосферном давлении и температурах от -20 до +50ºС) с_п = 1,8

Удельное теплосодержание (энтальпия) пара

Удельное теплосодержание (энтальпия) пара i_п = r + с_п·t_п = 2500 + 1,807·t_п

где r = 2500 – скрытая удельная теплота парообразования (конденсации) (количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества, взятому при температуре кипения, чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное при той же температуре; это же количество теплоты выделится при конденсации пара в 1 килограмм воды);

t_п – температура пара, ºС.