I. Характеристики концентрации водяного пара:

1) абсолютная влажность f - масса водяного пара, содержащегося в единичном объёме воздуха. Абсолютная влажность имеет тот же смысл, что и плотность водяного пара и измеряется в граммах на кубический метр: [f] = г/м³.

2) упругость (или парциальное давление) водяного пара p_В; обычно измеряется в миллиметрах ртутного столба: [p_В] = мм рт. ст. При данной температуре 0 < p_В < р₀ , где р₀ - максимальная упругость (давление насыщенного пара). Для пересыщенного пара возможно и р_В > р₀.

II. Температура точки росы:

Температурой точки росы называется температура, до которой должен охладиться воздух с тем, чтобы находящийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения (при данной влажности воздуха и неизменном давлении).

III. Характеристики влажностных отношений:

1) влагосодержание d - отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха, содержащегося в том же объёме;

2) объёмное влагосодержание _0 или _^- отношение объёма водяного пара к объёму воздуха (соответственно сухого или влажного)¹;

3) молярная доля водяного пара s - отношение числа молей водяного пара к общему числу молей влажного воздуха.

4) Относительной влажностью воздуха  называется отношение его абсолютной влажности f к максимально возможной F при данной температуре; измеряется в процентах или в относительных единицах. Таким образом, относительная влажность вычисляется по формуле

^(f / F) 100 % . (5)

Иногда это выражение записывается в виде

^(p_В / p₀) 100 % . (6)

Действительно, используя уравнение Клапейрона-Менделеева применительно к водяному пару, имеющему парциальное давление р_В, массу m и молярную массу , получаем:

f  m / V  ( p_В) / (R T), (7)

F  m₀ / V  ( p₀) / (R T) (8)

(здесь m₀ - масса насыщенного пара при той же температуре). Таким образом, оказывается, что

^{}^(f / F) 100 %  (p_В / p₀) 100 % . (9)

З

37

аметим, что поскольку величинаF зависит от температуры, то при изменении Т меняется и относительная влажность ^ даже если абсолютная влажность f остаётся неизменной. Так, при охлаждении влажного воздуха (при f = const) до температуры точки росы его относительная влажность F повышается, достигая 100 %.

На практике, кроме уже упомянутых гигрометрических характеристик, применяются и другие. Таким образом, влажность принято описывать различным образом; это вызывает существенные неудобства, препятствуя унификации шкал приборов, предназначенных для измерения влажности - психрометров и гигрометров.

Метод измерения и описание аппаратуры

Измерения влажности воздуха проводятся при помощи аспирационного психрометра М-34. В переводе с греческого языка термин психрометр означает прибор, измеряющий охлаждение. Психрометры, в конструкции которых используется вентилятор, называются аспирационными.

Принцип работы психрометра основан на измерении показаний сухого и влажного термометров, которая зависит от влажности окружающего воздуха.

Психрометр (рис. 2) содержит два одинаковых ртутных термометра 1, закреплённых в термодержателе, который состоит из защитных трубок 2, аспирационной чашки 3, воздуходувной трубки 4 и термозащиты 5. Резервуары ртутных термометров помещены в защитные трубки; между трубками имеется воздушный зазор. Назначение защитных трубок - предохранять резервуары термометров от нагревания солнцем, для чего наружная поверхность трубок тщательно полируется и никелируется. Сами трубки изолированы друг от друга теплоизоляционными шайбами.

Защитные трубки соединены с воздухопроводной трубкой, на верхнем конце которой укреплена аспирационная головка 6, состоящая из мотора и вентилятора. Вращением вентилятора в психрометр всасывается воздух, который, обтекая резервуары термометров, проходит по воздухопроводной трубке к вентилятору и выбрасывается наружу через прорези в аспирационной головке. Постоянный поток воздуха, проходящего через психрометр, необходим для того, чтобы влажность воздуха вокруг смоченного резервуара одного из термометров (обычно этот резервуар оборачивается полоской влажной ткани) оставалась неизменной, несмотря на непрерывное испарение влаги. Во время измерений сухой термометр показывает температуру воздуха в комнате, а показания смоченного термометра будут меньше из-за постоянного охлаждения, обусловленного испарением воды с поверхности влажной ткани.

В результате испарения, происходящего со скоростью , влажный термометр за единицу времени теряет с единицы площади количество теплоты

Q₁  , (10)

где - коэффициент пропорциональности.

В то же время протекающий поток воздуха сообщает этой же площади смоченного термометра количество теплоты

Q₂ = (t_С  t_В), (11)

где  - коэффициент пропорциональности, t_С - t_В - разность температур сухого и влажного термометров.

В состоянии теплового равновесия (которое наступает спустя некоторое время после начала измерений) выполняется условие Q₁ = Q₂, или

 (t_С  t_В). (12)

Скорость испарения  прямо пропорциональна разности между упругостью насыщенного пара p₁ при температуре смоченного термометра и парциальным давлением р_В пара в окружающем воздухе, а также обратно пропорциональна величине атмосферного давления p. Для единичной поверхности резервуара термометра можно записать условие вида

p₁  p_В) / p, (13)

где  - коэффициент пропорциональности, зависящий, в частности, от скорости потока обтекающего термометры воздуха.

Из выражений (12) и (13) следует, что

р_В  р₁  А  р  ( t_С  t_В ), (14)

где А  /().

К

38

оэффициентА называется психрометрическим; его величина зависит от целого ряда различных факторов: от размера, формы, материала и состояния фитиля, облегающего влажный резервуар термометра, теплопроводности защитной оболочки, скорости обтекания потока воздуха и т. д. С ростом скорости обтекания увеличивается испарение и уменьшается искажающее влияние потоков тепла (связанных с теплопроводностью и излучением) для смоченного термометра.

Величина А быстро падает с ростом скорости воздушного потока, приближаясь к насыщению при скоростях обтекания больших 2,5 м/с (в реальных аспирационных приборах скорость воздушного потока составляет обычно 3 4 м/с). Размеры резервуара термометра также сказываются на величине А: чем меньше чувствительная головка (например, при использовании не ртутного термометра, а термопары), тем скорость потока воздуха может быть меньше для того, чтобы этот коэффициент остался тем же самым.

Из уравнения (6) получаем выражение для относительной влажности:

^{}^(p_В / p₀)100 % [p₁ /p₀  А р (t_С  t_В)/p₀100 %, (15)

где р₀ - упругость насыщенного пара при температуре t₀.