molfizБІО2011кін_вар
.pdf
тонкого металевого полірованого диска, на зворотному боці якого є резервуар . У резервуар наливають ефір і вставляють термометр через отвір. Через другий отвір за допомогою гумової
трубки з грушею продувають повітря. Ефір швидко випаровується і полірований дзеркальний диск при цьому охолоджується. Одночасно охолоджується і повітря, що прилягає до диска, а на поверхні диска виступає роса внаслідок конденсації водяної пари з повітря (поверхня диска стає ніби матовою, що добре помітно, коли порівнювати її з блискучою
поверхнею кільця. Фіксують температуру, що відповідає моменту потемніння поверхні диска t1 . Причинивши продування повітря,
визначають температуру t2 зникнення роси.
Рис. 9.6
Для обчислення вологості повітря беруть за точку роси t середнє арифметичне величин t1 і t2 .
За таблицею тиску i густини насиченої пари визначають абсолютну вологiсть п , яка вiдповiдає точцi роси. За температурою
оточуючого повiтря по тiй же таблицi визначають тиск або густину
насичуючої пари пн , якiй вiдповiдає ця температура. Вiдношення п / пн
дає вiдносну вологiсть. |
|
|
|
|
Для |
визначення |
вiдносної |
||
вологостi |
можна |
використати |
||
волосяний гігрометр (рис. 9.7) та |
||||
гігрограф |
(рис.9.8).Принцип |
Їх |
||
роботи – |
зміні довжини |
волосини |
||
людини |
залежно |
від |
вологості |
|
повітря.
Гігрограф служить для постійного
Рис. 9.7
спостереження за зміною відносної вологості повітря. Робочий механізм гігрографа із пучка (35 — 40
штук) обезжирених людських волосин, натягнутих на рамку і закреплених із двох кінців. При змінні вологості повітря довжина
61
пучка волосин викликає коливання стрілки з пером. Коливальні рухи пера фіксуються на паперовій діаграмній стрічці. Покази гігрографа необхідно періодично контролювати за показами зразкового психрометра.
Рис. 9.8. Гігрограф
Метод психрометра .Для бiльш швидкого визначення вологостi використовують прилади, якi називаються психрометрами. Психрометр (рис. 9.9.) має два абсолютно однакових термометри , які знаходяться в однакових потоках повітря. Покази таких термометрів повинні бути однакові. Якщо балончик одного термометра буде весь час вологим (наприклад, обгорнутий змоченою тонкою тканиною), а другого сухим, то покази термометрів. Унаслідок випаровування води, будуть різними.
Так званий „вологий термометр” буде показувати температуру нижчу ніж „сухий”. Чим менша вологість оточуючого повітря, тим інтенсивніше буде випаровування води і тим нижчі будуть покази „ мокрого термометра”. Відліки за двома термометрами дадуть різницю температур, яка характеризує вологість повітря.
62
Для вимірювання вологості повітря найширшого поширення набули стаціонарні психрометри Августа (рис. 9.9.) і аспіраційні психрометри Асмана (рис. 9.10 ). За будовою вони відрізняються лише тим, що в статичному психрометрі потік повітря вільний, а в аспіраційному створюється спеціальним вентилятором ( аспіратором), крім того, балончики аспіраційних термометрів поміщені у дзеркальні трубчасті оправи, що захищають їх від побічних променистих потоків енергії. Клас точності аспіраційного психрометра вищий ніж стаціонарного.
Аспіраційний психрометр Асмана має два однакових спеціальних ртутних термометри А , балончик правого покритий
Рис. 9.10
батистом. Психрометр має електричний або пружинний вентилятор для створення стаціонарного вимушеного потоку повітря
Шлях повітряних потоків (швидкість 2,5 м/с) показаний стрілками - вище балончиків обидва потоки з'єднуються в один. Для
63
усунення нагрівання приладу інфрачервоними променями його металеві частини нікельовані.
Батист змочують за допомогою гумової груші Г з піпеткою П. Грушу наповняють дистильованою водою. Невеликим натисканням груші воду в піпетці піднімають, але не більш, ніж на 1 см від кінця піпетки. Таке положення рівня зберігається завдяки затискачу З . Вкрай обережно піпетку вводять у трубку для змочування батисту. Після цього відкривають затискач, щоб вода не потрапила на інший термометр і внутрішню поверхню трубки. Ключем К заводить вентилятор (5-6 обертів ключа) і стежать за показами термометра. Коли покази термометрів за стабілізуються (через 5-10 хв ), їх записують; вентилятор при цьому повинен працювати на повний хід. При відліку показань термометрів варто насамперед відрахувати десяті частки градусів і записати їх і тільки після цього - відрахувати цілі значення.
Виведемо робочу формулу для обчислення вологості повітря психрометром. При стаціонарному режимі роботи приток тепла Q1 зовні рівний витратам теплоти Q2 на випаровування води з поверхні мокрого термометра .
Згідно із законом Ньютона-Ріхмана приток теплоти за проміжок часу t до балончика вологого термометра дорівнює:
|
Q1 (Tc TВ )S t , |
|
(2.9.14) |
|
де: коефіцієнт |
теплообміну, |
Tc,TВ відповідно температури |
||
сухого і вологого |
термометрів, |
S площа |
поверхні балончика |
|
термометра, t проміжок часу. |
|
|
|
|
Кількість теплоти, необхідної для випаровування |
води, |
|||
визначається рівнянням |
|
|
|
|
|
Q2 m , |
|
(2.9.15) |
|
де: питома теплота випаровування води, m маса води. |
m , що |
|||
За законом Дальтона для випаровування рідини, маса води |
||||
випаровується з поверхні S за проміжок часу t |
дорівнює: |
|
||
64
m |
cS(PН P ) |
(2.9.16) |
|
В |
п . |
||
Pa
Із рівнянь (2.9.14), (2.9.15) і (2.9.16) маємо:
(T |
T |
|
|
c S(PН |
P ) |
|
|
|
В |
) |
|
В |
п |
, |
(2.9.17) |
||
|
|
|
||||||
c |
|
|
|
Pa |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
де: с стала випаровування, |
РВН тиск |
насиченої |
пари при |
|||||
температурі волого термометра, Рп абсолютна вологість повітря,
виражена в одиницях тиску,Ра атмосферний тиск.
Відповідно абсолютна вологість повітря, виражена у одиницях тиску, рівна:
|
|
P РН A(T |
T |
B |
)P , |
|
(2.9.18) |
|||
|
A /c – |
п |
В |
c |
|
a |
|
|
||
де |
психометрична |
стала |
яка |
визначається |
||||||
експериментально |
( для |
стандартного |
статичного |
психрометра |
||||||
(психрометра Августа) |
А 7,9 10 4 К 1 , |
а для |
стандартного |
|||||||
аспіраційного |
психрометра |
|
(психрометра |
Асмана) |
||||||
А 6,62 10 4 К 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Відносна вологість повітря складає: |
|
|
|
|
|||||
|
. |
|
|
Pп |
100% |
|
|
(2.9.20) |
||
|
|
PН |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
де: РСН тиск насиченої пари для „сухого термометра” |
|
|||||||||
|
Величини РВН |
і РСН визначають по таблиці тиску насичених |
||||||||
водяних парів (табл. |
9.1). Величина |
атмосферного тиску |
||||||||
Ра визначається за допомогою лабораторного барометра.
Відносну вологість повітря, якщо відомі покази термометрів психрометрів наближено визначають за психометричними графіками (рис. 9.11 ). Для цього по вертикальних лініях відкладають покази „сухого термометра „ а по похилих – „вологого”. Точка їх перетину характеризує відносну вологість повітря. Крім того,
65
відносну вологість повітря також можна визначити за психрометричними таблицями (табл.9.2)
Таблиця 9.1
Тиск насиченої водяної пари, (мм.рт.ст.)
toC |
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
5 |
6.54 |
6.59 |
6.64 |
6.68 |
6.73 |
6.78 |
6.82 |
6.87 |
6.92 |
6.97 |
6 |
7.01 |
7.06 |
7.11 |
7.16 |
7.21 |
7.26 |
7.31 |
7.36 |
7.41 |
7.46 |
7 |
7.51 |
7.57 |
7.62 |
7.67 |
7.72 |
7.78 |
7.83 |
7.88 |
7.94 |
7.99 |
8 |
8.05 |
8.10 |
8.16 |
8.21 |
8.27 |
8.32 |
8.38 |
8.44 |
8.50 |
8.55 |
9 |
8.61 |
8.67 |
8.73 |
8.79 |
8.85 |
8.91 |
8.97 |
9.03 |
9.09 |
9.15 |
10 |
9.21 |
9.27 |
9.33 |
9.40 |
9.46 |
9.52 |
9.59 |
9.65 |
9.72 |
9.78 |
11 |
9.85 |
9.91 |
9.98 |
10.04 |
10.11 |
10.18 |
10.25 |
10.31 |
10.38 10.45 |
|
1210.52 10.59 10.66 10.73 10.80 10.87 10.94 11.02 11.09 11.16
1311.23 11.31 11.38 11.46 11.53 11.61 11.68 11.76 11.84 11.91
1411.99 12.07 12.15 12.23 12.30 12.38 12.46 12.55 12.63 12.71
1512.79 12.87 12.96 13.04 13.12 13.21 13.29 13.38 13.46 13.55
1613.64 13.72 13.81 13.90 13.99 14.08 14.17 14.26 14.35 14.44
1714.53 14.63 14.72 14.81 14.91 15.00 15.10 15.19 15.29 15.38
1815.48 15.58 15.68 15.78 15.87 15.97 16.07 16.18 16.28 16.38
1916.48 16.59 16.69 16.79 16.90 17.00 17.11 17.22 17.32 17.43
2017.54 17.65 17.76 17.87 17.98 18.09 18.20 18.31 18.43 18.54
2118.66 18.77 18.89 19.00 19.12 19.24 19.35 19.47 19.59 19.71
2219.83 19.95 20.08 20.20 20.32 20.45 20.57 20.70 20.82 20.95
2321.07 21.20 21.33 21.46 21.59 21.72 21.85 21.98 22.12 22.25
2422.38 22.52 22.65 22.79 22.93 23.07 23.20 23.34 23.48 23.62
2523.76 23.91 24.05 24.19 24.34 24.48 24.63 24.77 24.92 25.07
66
Рис.9.11. Психрометричний графік
Порядок виконання роботи
1. Змочити батист мокрого термометра аспіраційного психрометра, звернувши при цьому увагу на те, щоб вода не потрапила в сухий термометр і на внутрішню поверхню трубки. Включити психрометр
67
в мережу ,стежити за показами термометрів. Після стабілізації їх показів (через 8 – 10 хв.), записати значения tc , tB . та значення атмосферного тиску Ра . Знімаючи покази термометрів, спочатку
відрахувати десяті частки градуса і записати їх, а потім цілі значення. 2. У кожному випадку дослід повторити не менше 3 разів і порівняти результати.
3.За таблицями визначити РВн , РСн , (табл. 9.1) , за психрометричним графіком (рис. ) визначити відносну вологість повітря . 4.Обчислити абсолютний тиск водяної пари у повітрі за рівнянням (2.9. 18) та відносну вологість повітря (рівняння 2.9.20). 5.Порівняти результати пунктів 4 і 5.
6.Оцінити похибки
7.Розрахувати густину пари в лабораторії, використовуючи отримані Вами експериментальні результати.
8.Розрахувати з експериментальних даних, яка маса води має випаруватися, щоб водяна пара в приміщенні лабораторії стала насиченою.
9.Розрахувати, скільки молекул водяної пари міститься в приміщенні лабораторії на підставі експериментальних даних.
10.Сформулювати висновки відносно методики і результатів вимірювання вологості повітря, температури, тиску.
Контрольні питання
1. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеальних газів. Параметри стану P, V,T , методи і прилади для вимірювання тиску і температури. Тиск. . Атмосферний тиск. Барометрична формула.
Одиниці вимірювання тиску. Методи вимірювання атмосферного тиску. Абсолютна температура, температурні шкали та співвідношення між ними. Рівняння стану для ідеального газу. Закон Дальтона для суміші газів.
2.Вологе повітря. Основні характеристики вологого повітря. Що називається абсолютною і відносною вологістю? Яку пару називають ненасиченою; насиченою? Що таке точка роси? Прилади для вимірювання вологості повітря та принцип їх роботи..
3.Як формулюється закон Дальтона для випаровування? Виведіть формулу для абсолютної вологості.
68
4.Для чого термометри в аспіраційному психрометрі вміщено в нікельовані металеві трубки?
5.Яка розмірність психрометричного коефіцієнта?
6.Що таке дефіцит вологості?
7.Яке практичне значення має вимірювання вологості повітря? 8.Як зміниться різниця показів сухого й вологого термометрів психрометра при зниженні температури повітря, якщо абсолютна вологість незмінна?
9.Обидва термометри психрометра показують однакову температуру. Якою є відносна вологість?
10.Реальні гази. Охарактеризуйте основні елементи ізотерм Ван - дер - Ваальса Кипіння рідини. Крива кипіння. Критичні параметри.
69
Список рекомендованої літератури
1.Дущенко В. П., Кучерук І. М. Загальна фізика. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика та термодинаміка. – К.: Вища школа, 1993
2.Савельев Й. В. Курс общей физики. Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1986.–Т. 1
3.Крутов В. Й., Исаев. С. Й.. Кожинов И. Д., и др. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа, 1991
4.Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989
5.Кузьмичев В. Е. Законы и формулы физики. Справочник. – К.: Наукова думка, 1989. – 864 с.
6.Кухлинг Х. Справочник по физике. – М.: Мир, 1985. – 520 с.
7.Сена Л. А. Единицы физических величин и их размерности.
–М.: Наука, 1988. – 432 с.
8.Кучерук І. М., Дущенко В. П., Андріанов В. М. Обробка результатів фізичних досліджень. – К.: Вища школа, 1981
9.MATHCAD 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. – М.: Филин, 1997. – 698 с.
10.Очков В. Ф. MATHCAD 7 Pro– для студентов и инженеров.
–М.: Компьютер Пресс, 1998. – 380 с.
11.Электронные справочные книги: “MATHCAD–6”, “MATHCAD–7”, “MATHCAD–8”
12.Очков В. Ф. MATHCAD 8 Pro– для студентов и инженеров.
–М.: Компьютер Пресс, 1999. – 380 с.
13.Дьяконов В. П. Абраменкова И. В. MATHCAD–8 в математике, физике и в Internet.
70