01 Определение характеристик влажного воздуха

Лабораторная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы: измерение абсолютной и относительной влажности воздуха психрометрическим методом.

Литература: 1. Г.С. Ландсберг. Элементарный учебник физики. т.1, Водяной пар в атмосфере. Физика атмосфера.

2. Физический практикум. Механика и молекулярная физика. Под ред. В.И.Ивероновой, М., Наука, 1967.

Приборы и оборудование: 1. Стандартный аспирационный психрометр.

2. Резиновая груша со стеклянной трубкой для смачивания батиста, которым обернут баллончик термометра.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Атмосферный воздух содержит некоторое количество водяных паров. Количество этих паров может меняться как по абсолютной величине, так и по степени насыщения, что характеризуется соответственно абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютной влажностью называется величина, численно равная массе водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха при данной температуре. Обычно абсолютную влажность выражают в г/м3. Применяя к водяному пару Менделеева - Клапейрона (что справедливо для паров, далеких от состояния насыщения), получим:

РRT

М(1)

где Р - давление пара, - его плотность, М - молярная масса, Т - абсолютная температура R - универсальная газовая постоянная.

Из уравнения (1) следует, что плотность пара и его давление пропорциональны. Поэтому абсолютную влажность часто измеряют упругостью (парциальным давлением) водяного пара и выражают ее в единицах давления.

Ощущение сухости или сырости воздуха связано не с абсолютной, а с относительной влажностью, которая характеризует степень насыщенности воздуха водяным паром. Это отношение парциального давления водяных паров, находящихся в воздухе при данной температуре (абсолютной влажности) к тому давлению водяных паров, которое насыщало бы воздух при той же температуре. Относительная влажность обычно выражается в процентах.

Если обозначить относительную влажность через r, абсолютную влажность при данной температуре t через Р, а парциальное давление паров, насыщенных воздух при той же температуре t через Р0, то

Разность между упругостью насыщенного пара Р0 и упругостью Р водяного пара, фактически имеющегося в воздухе при той же температуре, называется дефицитом влажности D:

D = Р0 - Р (3)

Определение влажности воздуха производится обычно (с использованием табличных данных) или методом определения точки росы (с помощью гигрометра) или психрометрически ( с помощью психрометра).

В настоящей работе влажность воздуха определяется психрометрическим методом, который основан на зависимости скорости испарения воды от влажности окружающего воздуха.

сущность данного метода состоит в следующем. (Два одинаковых термометра, находящихся в одинаковых потоках воздуха, будут иметь одинаковые показания температуры. Если же баллончик одного из этих термометров будет все время смочен, например, обернут мокрым батистом, то показания термометров окажутся различными. Благодаря испарению воды с батиста, так называемый влажный термометр покажет температуру t1 более низкую, чем сухой термометр t.

Чем меньше будет влажность окружающего воздуха, тем интенсивнее будет испарение и тем ниже показания влажного термометра. Отсчеты по двум термометрам дадут разность температур (t - t1), которая и будет характеризовать влажность воздуха. При установившемся режиме испарения, когда температура влажного термометра t1 тоже установится, приток тепла Q1 извне равен расходу тепла Q2 на испарение воды с поверхности термометра.

По закону Ньютона за единицу времени имеем:

Q1 = а S1(t - t1) (4)

где (t - t1) - разность температур сухого и влажного термометров. S1 - поверхность баллончика, смоченного термометра.

а - коэффициент пропорциональности.

По закону Дальтона испарение в единицу времени определяется выражением:

М= СS2(Pн - P) / H (5)

где М - масса испарившейся воды, S2 - площадь испаряющей поверхности, Н - давление воздуха, Рн - упругость насыщающего водяного пара при температуре испаряющейся жидкости t1,

Определив показания смоченного t1 и сухого t, вычисляют разность (t - t1) и, пользуясь "Психрометрической таблицей", находят относительную влажность воздуха. С помощью другой таблицы - "Давление и плотность насыщающего пара при разных температурах" - находят величину давления насыщенного пара Р0 при температуре t окружающего воздуха и, пользуясь формулой (2), определяют абсолютную влажность воздуха Р.

Абсолютную влажность Р по стандартному аспирационному психрометру можно также определить по формуле:

Р = Рн - 0,000662 (t - t1) H (8)

где Рн - давление насыщающего пара при температуре t1 испаряющейся воды, (t - t1) - разность показаний сухого и смоченного термометров, Н - атмосферное давление, отсчитываемое по барометру в мм рт. ст.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1.Соблюдая выше описанные правила. производят смачивание водой батиста, которым обернут баллончик одного из термометров психрометра.

2.Включают в сеть вентилятор.

3.Следят за показаниями смоченного термометра и при их установлении отсчитывают температуру t1.

4.Отсчитывают показания сухого термометра t.

5.Опыт повторяют не менее трех раз.

6.Зная t, t1 и (t - t1), по психрометрической таблице находят относительную влажность воздуха.

7.Зная температуру окружающего воздуха t, по соответствующей таблице

находят величину давления Р0 насыщенного водяного пара при этой температуре и по формуле (2) находят абсолютную влажность воздуха Р.

8.Абсолютную влажность определяют также по формуле (8).

9.Результаты измерений и вычислений записывают в таблицу, которая составляется самостоятельно.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое абсолютная влажность воздуха? В каких единицах она измеряется?

2.Что такое относительная влажность?

3.назовите методы определения влажности воздуха. Какой из них является наиболее точным?

4.Опишите устройство и принцип действия психрометра Ассмана.

5.Опишите суть психрометрического метода определения влажности воздуха.

6.Что такое точка росы?

7.Выведите формулу (7) и определите размерность постоянной психрометра.