Лабораторная работа № 3 Определение влажности воздуха

Цель и задача работы: освоить метод измерения влажности воздуха, измерить абсолютную и относительную влажность воздуха в лаборатории.

1 Общие сведения

Для количественной оценки влажности воздуха используют абсолютную и относительную влажность. Абсолютной влажностью воздуха ρ_а называется масса водяных паров, содержащихся в 1м³ воздуха при данных условиях. Значение ρ_а оценивается по плотности водяного пара в воздухе. Обычно на практике ее выражают в г/м³:

.

Абсолютная влажность оценивается также по давлению (упругости) водяного пара Р_а, выраженному в миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.): 1 мм. рт. ст. = 133 Па.

Связь между давлением и плотностью следует из уравнения Менделеева – Клапейрона:

.

При комнатных температурах численные значения давления водяного пара в мм. рт. ст. примерно равны значениям плотности в г/м³ (приложение Б).

Для характеристики степени влажности водяного пара недостаточно знать его абсолютную влажность, т.е. его плотность, так как воздух, имеющий одну и ту же абсолютную влажность _а, при высокой температуре будет сухим, а при низкой - сырым. Например, в летний полдень воздух на морском побережье является сухим, так как температура его высока, а ночью он становится сырым, так как его температура упала, хотя количество водяного пара в 1 м³ воздуха, т.е. его абсолютная влажность не изменилась.

Поэтому для более ясного представления о степени влажности воздуха вводят понятие относительной влажности В. Относительной влажностью воздуха В называется отношение абсолютной влажности к тому количеству водяного пара, которое необходимо для насыщения 1 м³ воздуха при данной температуре, выраженное в %.

Относительную влажность аналогично абсолютной можно определить и по давлению паров. Она измеряется числом, показывающим, сколько процентов составляет давление водяных паров, находящихся в воздухе р_а от давления насыщающих водяных паров р_н при такой же температуре:

или . (1)

Таким образом, относительная влажность зависит не только от абсолютной влажности, но и от температуры воздуха. При вычислении относительной влажности необходимо пользоваться таблицами и значениями ρ_н или р_н (приложение Б).

2 Описание установки и вывод расчетной формулы

Для выполнения лабораторной работы используется гигрометр психрометрический типа ВИТ. Он состоит из двух одинаковых термометров (рисунок 1). Метод измерения относительной влажности на нем основан на зависимости между влажностью воздуха и психрометрической разностью – разностью показаний «сухого» и «увлажненного» термометров, находящихся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Сняв показания термометров и введя поправки в их показания, определяют разность показаний термометров. Затем по показанию «сухого» и «увлажненного» термометров определяют относительную влажность воздуха по психрометрической таблице (пример определения относительной влажности приведен в приложении В). Если при р = const снижается температура воздуха, относительная влажность увеличивается. Для данного значения абсолютной влажности существует такая температура, ниже которой часть паров воды будет конденсироваться. В атмосфере при этом образуется туман или выпадает роса. Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, называется точкой росы. Отметим, что при известной точке росы абсолютную влажность воздуха ρ_а можно найти по приложению Б, так как она равна плотности насыщающего пара ρ_н при точке росы. Определив затем по этой таблице ρ_н для данной температуры воздуха, можно по формуле (1) вычислить относительную влажность В.

Рисунок 1 Гигрометр психрометрический типа ВИТ

При отсутствии центров конденсации пар может стать пересыщенным. Поэтому чистый воздух может охладиться ниже точки росы, а находящийся в нем пар конденсироваться не будет.

Выясним, как изменение температуры воздуха может отражаться на его влажности.

Пусть абсолютная влажность воздуха ρ_а= 0,0094 кг/м³ при 22ºС. Так как при 22ºС плотность насыщающего водяного пара ρ_н=0,01914 кг/м³, то относительная влажность В составляет около 50%.

Допустим теперь, что температура воздуха упадет до 10ºС, а плотность останется прежней. Тогда относительная влажность воздуха будет 100%, т.е. воздух окажется насыщенным водяными парами. Если же температура понизится до 6ºС (например, ночью), то из каждого кубического метра воздуха сконденсируется 0,01914-0,0073=0,01184 (кг) водяного пара (выпадет роса).