Влажность воздуха. Приборы для измерения влажности воздуха.

Водяной пар в атмосфере. Водя­ной пар в воздухе, несмотря на огромные поверхности океанов, мо­рей, озер и рек, не является насыщенным. Перемещение воздуш­ных масс приводит к тому, что в одних местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает кон­денсация. Но в воздухе практически всегда имеется некоторое количество водяного пара. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов, происходящих в атмосфере. Оно оказывает также большое влияние на жизнь растений и животных.

Содержание водяного пара в воздухе, т. е. его влажность, можно характеризовать несколькими ве­личинами.

Парциальное давление водяно­го пара. Атмосферный воздух пред­ставляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в сум­марное давление, производимое воз­духом на находящиеся в нем тела. Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют пар­циальным давлением водяного пара. Парциальное давление водяного па­ра принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления — Паскалях или в миллиметрах ртутного столба.

Относительная влажность. По парциальному давлению водяного пара еще нельзя судить о том, насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению. А именно от этого зависит интен­сивность испарения воды и потеря влаги живыми организмами. Вот почему вводят величину, показы­вающую, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению,— относительную влаж­ность.

Относительной влажностью воз­духа называют отношение пар­циального давления р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению р₀ насыщенного пара при той же температуре, выраженной в процентах:

Абсолютная влажность воздуха – физическая величина, показывающая массу водяных паров в 1 м3 воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе.

В табл. 24 приведены значения давления насыщенных паров воды при различных температурах, выраженные в миллиметрах ртутного столба, а также абсолютная влаж­ность воздуха, соответствующая этому давлению.

Давление насыщенного пара зависит также от того, находится ли пар над поверхностью переохлажденной воды или над поверхностью льда. Над льдом давление насыщенного пара меньше, чем над переохлажденной водой при той же температуре. Это значит, что если в воздух, содержащий водяной пар вблизи состояния насыщения, внести кусочек льда и капельку переохлажден­ной воды, то на поверхности льда начнется конденсация и он будет увеличиваться в размерах, а капелька воды будет испаряться и уменьшаться. Этот процесс имеет очень большое значение при образовании осадков.

Для определения влажности воздуха пользуются гиг­рометром и психрометром.

1. Волосной гигрометр изображен на рис. Основная часть прибора — обезжиренный человеческий волос, обладающий способностью удлиняться при увеличении относительной влажности воздуха. Волос 1 навит на ролик 2 и держится в натянутом состоянии грузиком 3. При из­менении влажности меняется длина волоса, ролик 2 вра­щается и движет стрелку 4. Деления шкалы указывают относительную влажность. Если одновременно измерять и температуру воздуха, то можно определить абсолютную влажность воздуха и давление водяного пара.

Пусть, например, относительная влажность равна 50%, а температура воздуха равна 20 °С. Тогда из табл. 24 нахо­дим, что давление насыщенного пара при температуре 20°С равно 17,5 мм рт. ст., абсолютная влажность - 17,32 г/м³. Следовательно, давление (парциальное) водяного пара равно 17,5·0,5=8,75 мм рт. ст., а в 1 м³ воздуха содержится 17,32·0,5=8,66 г воды в виде пара.

2 . Психрометр изображен на рис. Прибор состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из термометров обернут куском чистого батиста, нижний край которого опущен в небольшой стеклянный стаканчик с дистиллированной водой. Вода смачивает батист и испа­ряется на шарике термометра, если водяной пар в воздухе не является насыщенным. Вследствие потери тепла на испарение шарик термометра охлаждается и смоченный термометр показывает меньшую температуру, чем сухой. Разница между показаниями термометров тем больше, чем больше отличается давление водяного пара, содержа­щегося в воздухе, от давления насыщенного пара. По показаниям сухого и смоченного термометров при помощи особых психрометрических таблиц находят давление во­дяного пара и относительную влажность воздуха.

При понижении температуры воздуха при постоянной массе водяного пара относительная влажность возрастает, так как чем ниже температура воздуха, тем ближе водяной пар к состоянию насыщения. Наконец, при какой-то оп­ределенной температуре относительная влажность стано­вится равной 100 %, и дальнейшее понижение температуры приводит к конденсации водяного пара. Появляется туман, «запотевают» окна, на траве оседают капельки росы.

Тем­пературу, при которой пар при данном давлении стано­вится насыщенным, или, что то же самое, при которой относительная влажность воздуха становится равной 100 %, называют точкой росы.

Точку росы легко определить, мед­ленно охлаждая металлический стакан, например, бросая в него кусочки льда, и замечая температуру, при которой стакан запотевает.

Существуют и специальные приборы для определения точки росы, действующие примерно по тому же способу. Зная точку росы, можно определить давление водяных паров и влажность воздуха абсолютную и относительную. Пусть, например, точка росы равна 10 °С, а температура воздуха равна 20 °С. Из таблицы 24 находим, что при 10 °С давление насыщенного пара равно 9,21 мм рт. ст., а в 1 м³ содержится 9,41 г воды в виде пара. При 20°С давление насыщенного пара было бы равно 17,5 мм рт. ст. Сле­довательно, относительная влажность воздуха равна (9,41/17,5)·100=52,6 %.

1. Какова относительная влажность воздуха, если в 1 м³ содержится 7,5 г водяных паров, а температура воздуха равна 10°С?

2. Какова масса водяного пара в комнате объемом 115 м³, если при 20 °С относительная влажность равна 60%?

3. При температуре воздуха 15 °С относительная влажность равна 55%. Выпадет ли роса, если температура воздуха упадет до 10 °С?

1 150. При температуре 100 °С насыщающий пар воды име­ет давление 760 мм рт, ст. Определите плотность насыщающе­го пара.

Решение: по таблице 10 определяем что плотность равна 0,6 кг/м³.

1151. Турист вернул первоначальную форму помятой ме­таллической фляге, после того как он частично наполнил флягу водой, плотно закрыл ее и подержал над костром. Объяс­ните почему.

Решение: Вода перешла в насыщенный пар и вернула фляге первоначальную форму своим давлением.

1152. Как изменится соотношение между массой жидко­сти и массой насыщающего пара, если объем сосуда умень­шить при постоянной температуре?

Решение: Масса жидкости увеличится за счет уменьшения массы насыщенного пара.

1163. На море при температуре воздуха 25ºС относительная влажность равна 95%. При какой температуре можно ожидать появление тумана?

1164. Вечером при температуре воздуха 2 °С относительная влажность равна 60%. Выпадет ли ночью иней, если темпера­тура воздуха снизится до —3 °С; до —4 °С; до —5 °С?

1154. Какова абсолютная влажность воздуха, который в объеме 20 м³ содержит 100 г влаги?

1157. В объеме 1 м³ воздуха при нормальных условиях со­держится влага массой 2,41 г. Какую долю и какой процент составляет это количество по сравнению с тем количеством влаги, которое содержал бы этот же воздух в объеме 1 м³, если бы пар был насыщающим?

1158. Какова относительная влажность воздуха, насыщен­ного водяным паром? Решение: 100%

1159. Почему нагревание воздуха без дополнительного ис­парения понижает его относительную влажность? Решение: давление насыщенного пара увеличивается с температурой.

1160. При каком условии уменьшение абсолютной влаж­ности атмосферного воздуха приводит к увеличению относи­тельной влажности? Решение: при снижении температуры

1161. Пользуясь таблицей 10, определите, сколько воды в виде пара содержится в воздухе вашего классного помещения при температуре 20 °С и относительной влажности воздуха 60%.

1162. Человек чувствует себя комфортно при относитель­ной влажности, равной 40—60%. Почему может возникнуть ощущение изнурительной жары при температуре воздуха 25 °С и относительной влажности 80—90%, в то время как при температуре 30 °С и влажности 30% самочувствие может быть хорошим?

Решение: Низкая влажность способствует испарению влаги и охлаждению кожных покровов и органов дыхания человека.

1165. Какова относительная влажность, если температура воздуха равна 18 °С, а его точка росы равна 10 °С?

1166. Сколько процентов составляет относительная влаж­ность воздуха, если показания сухого и влажного термомет­ров психрометра одинаковы? Решение: по психометрической таблице определяем, что φ = 100%

1167. Влажный термометр психрометра показывает темпе­ратуру 10 °С, а сухой 14 °С. Каковы относительная

влажность и давление водяного пара?

1168. При температуре воздуха 4 °С сухой и влажный тер­мометры психрометра давали одинаковые показания. Что по­кажет влажный термометр, если температура воздуха повы­сится до 16 °С? Считайте, что давление водяного пара остает­ся неизменным.

Решение: Влажный термометр покажет t = 7 °С.