Порядок виконання роботи

1. Якщо радіуси капілярів і невідомі, їх потрібно виміряти мікроскопом або методом заповнення рідиною з подальшим зважуванням.

2. Капіляри старанно промити розчином двохромокислого калію в сірчаній кислоті, а потім дистильованою водою.

3. Закріпити на штативі занурені в досліджувану рідину на глибину 1 – 2 см промиті капіляри радіусів та .

4. За допомогою вимірювального мікроскопа виміряти висоти піднімання рідини і в капілярах (рис. 2) та визначити різницю рівнів .

5. За формулою (1) обчислити коефіцієнт поверхневого натягу .

6. Дослід повторити 3 – 5 разів при різному зануренні капілярів в досліджувану рідину. Зафіксувати температуру.

7. Результати вимірювань занести в таблицю 1.

8. Записати кінцевий результат у вигляді .

Таблиця 1.

№ п/п
1
2
3
ср.

Контрольні питання

1. Які явища називають поверхневими?

2. Що таке капіляр?

3. Які явища називають капілярними?

4. Що є причиною підняття змочуючих рідин у капілярах?

5. Чому рівний додатковий тиск для сферичної поверхні рідини?

6. Формула висоти ріднімання рідини у капілярі.

7. Робоча формула для визначення коефіцієнта поверхневого натягу.

8. Чому в роботі краще використовувати одночасно два капіляри?

9. Для чого в роботі велика увага приділяється чистоті капілярів?

10. Яке практичне значення капілярних явищ?

№ 18. ВИМІРЮВАННЯ ВОЛОГОСТІ ПОВІТРЯ ЗА ДОПОМОГОЮ АСПІРАЦІЙНОГО ПСИХРОМЕТРА

МЕТА РОБОТИ:	Визначити абсолютну та відносну вологість в лабораторії.
ОБЛАДНАННЯ:	1. Аспіраційний психрометр. 2. Рулетка. 3. Довідкові таблиці.

Теоретичні відомості

Вологість повітря зумовлюється наявністю в ньому водяної пари. Маса водяної пари може змінюватись як за абсолютною величиною, так і за ступенем насичення, що відповідно характеризується абсолютною і відносною вологістю.

Насичена пара – це пара, яка перебуває в динамічній рівновазі з своєю рідиною. Густина і тиск при даній температурі найбільші в стані насичення.

Ненасичена пара – це пара, яка знаходиться в такому стані, при якому процес випаровування переважає над процесом конденсації. При ізотермічному розширенні насиченої пари або при її ізохорному нагріванні пара стає ненасиченою. Параметри стану насиченої пари наближено описуються рівнянням Менделєєва–Клапейрона. Закони ідеального газу в цьому випадку несправедливі, оскільки при зміні параметрів маса пари змінюється.

Абсолютна вологість повітря кількісно дорівнює масі водяної пари в грамах, що міститься в 1 м³ повітря, тобто її густині .

Коли температури невисокі і пара далека від стану насичення (в цьому разі до водяної пари можна застосувати рівняння Менделєєва–Клапейрона), значення абсолютної вологості мало відрізняється від парціального тиску водяної пари в повітрі. Тому прийнято визначати абсолютну вологість також через величину парціального тиску водяної пари і виражати її в одиницях тиску.

Під відносною вологістю слід розуміти відношення абсолютної вологості до маси водяної пари, яка необхідна для насичення 1 м³ повітря ( ) при даній температурі:

.

Часто відносну вологість повітря виражають у відсотках:

.

З рівняння Менделєєва–Клапейрона випливає, що відносна вологість повітря рівна відношенню парціального тиску водяної пари до тиску цієї ж пари в стані насичення :

.

Точкою роси називається температура, при якій наявна в повітрі водяна пара стає насиченою, тобто починає конденсуватися на охолодженій поверхні.

Основні способи визначення вологості повітря ґрунтуються на методах точки роси і психрометра.

Вологість повітря методом точки роси визначають за допомогою гігрометра Ламбрехта з застосуванням ефіру, або конденсаційного гігрометра з застосуванням танучого льоду.

Метод психометра. Якщо взяти два однакових термометри, кулька одного з яких неперервно змочується водою через батист, занурений у склянку з водою, то покази обох термометрів («сухого» і «мокрого») відрізнятимуться (рис. 1).

Внаслідок випаровування води з батисту мокрий термометр показуватиме нижчу температуру, ніж сухий. Чим менша вологість навколишнього повітря, тим інтенсивніше випаровування і тим менші покази мокрого термометра. Значення показів сухого і мокрого термометрів дають можливість визначити вологість повітря.

Покази мокрого термометра в психрометрі дещо відрізняються (в бік завищення) від справжньої температури мокрого термометра. Пояснюється це тим, що кульці мокрого термометра передається певна кількість теплоти випромінювання навколишніх тіл і деяка кількість надходить через виступаючий стовпчик ртуті термометра, що має температуру навколишнього повітря. Щоб зменшити цей вилив, треба захистити кульку екранами, обгорнути батистом виступаючий стовпчик ртуті, підвищити швидкість руху повітря і цим збільшити швидкість випаровування.

Як показують спеціальні дослідження, при швидкості повітря 1,5–2 м/с і температурі мокрого термометра помилка становить приблизно 1% психрометричної різниці, і нею можна знехтувати.

Психрометричну формулу можна вивести з рівняння теплового балансу для кульки мокрого термометра; кількість теплоти , передана від повітря в стаціонарному стані (температура мокрого термометра вже встановилась) і у разі відсутності тепловтрат, дорівнює кількості теплоти , потрібної для випаровування води з поверхні батисту , тобто за одиницю часу

, (1)

де: – коефіцієнт теплообміну;

– питома теплота випаровування;

– швидкість випаровування з одиниці поверхні.

З рівняння (1) матимемо:

.

Швидкість випаровування можна визначити, виходячи з закону Дальтона. Для випаровування води з вільної поверхні:

, (2)

де: – коефіцієнт випаровування;

– барометричний тиск;

– різниця парціальних тисків водяної пари біля поверхні води і в навколишньому повітрі. Для даного випадку , де – тиск насиченої пари при температурі , – тиск пари в навколишньому повітрі.

З формул (1) та (2) маємо рівняння психрометра:

, (3)

де – психрометричний коефіцієнт.

Звідси відносна вологість:

,

де – тиск насиченої пари при температурі повітря, тобто при температурі сухого повітря .

Психрометричний коефіцієнт в основному залежить від швидкості руху повітря, яка визначає коефіцієнти теплообміну та випаровування. Експериментальними дослідженнями К. О. Зворикіна (1883 р.) встановлено таку формулу для коефіцієнта :

,

де – швидкість руху повітря біля психрометра, м/с.

Найпростіший тип психрометра – психрометр Августа, який складається з двох однакових термометрів, кулька одного з яких неперервно змочується водою через батист, занурений у склянку з водою.

Психрометричний коефіцієнт дуже залежить від швидкості руху повітря в області малих значень швидкості, а при великих швидкостях змінюється мало. Тому запропоновано конструкцію психрометра з примусовим рухом повітря. Це так званий аспіраційний психрометр.

Кулька правого термометра обгорнута батистом. Лівий термометр сухий. По двох трубках, в які вміщено термометри, повітря з швидкістю 3–5 м/с продувається вентилятором. Батист змочують дистильованою водою за допомогою груші і піпетки.

За показами термометрів визначають температури та , коли вони встановляться при роботі вентилятора на повну потужність. Знаючи та і користуючись табл.3 і табл.4 (див. додаток), визначають абсолютну ( ) та відносну ( ) вологості повітря.