Движение / КП 1 / Физика для 1 и 2 курса / Лаб.раб_физика / Лаб.раб_13

2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА ПСИХРОМЕТРОМ

Цель работы: определить абсолютную и относительную влажности воздуха с помощью психрометра.

Оборудование: 1) психрометр.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

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

Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называется парциальным давлением.

Нa Земле идет непрерывное образование водяных паров: происходит испарение воды из всех водоемов, с растительного покрова. Так как плотность водяного пара меньше плотности сухого воздуха (она равна 0,62 плотности сухого воздуха при одинаковых температуре и давлении), то пар поднимается вверх от поверхности Земли, распределяясь в атмосфере.

Атмосферное давление слагается из давления сухого воздуха и давления находящегося в нем пара. Давление водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, называется упругостью водяного пара е. Упругость водяного пара выражается обычно в миллиметрах ртутного столба.

Наряду с упругостью водяного пара влажность воздуха характеризуют величиной, называемой абсолютной влажностью а.

Абсолютная влажность—это количество водяного пара в граммах, содержащегося в одном кубическом метре воздуха. Иначе говоря, абсолютная влажность — плотность водяного пара, но выраженная во внесистемных единицах. Иногда абсолютной влажностью называют также упругость водяного пара, выраженную в миллиметрах ртутного столба, т.е.

a ≈ e.

Это соотношение справедливо, только если упругость водяных паров е выражена в миллиметрах ртутного столба, а абсолютная влажность а — в граммах на кубический метр.

Вода может находиться в атмосфере в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом (лед). При комнатных температурах и обычных давлениях вода может существовать только в виде пара и жидкости. Между жидкостью и находящимся над ней паром равновесие осуществляется лишь при определенном для каждой температуры значении давления. Если упругость паров над жидкостью меньше того давления, при котором устанавливается равновесие, жидкость будет испаряться, если оно больше — пар конденсируется.

Когда количество испаряющейся за какое-то время жидкости равно количеству конденсирующего за то же время пара, наступает равновесие. Давление, при котором при данной температуре достигается равновесие между жидкостью и паром, называют давлением насыщенных паров. Давление насыщенных паров, выраженное в миллиметрах ртутного столба, будем обозначать Е.

Зависимость давления насыщенных паров от температуры обычно выражают эмпирической формулой Магнуса:

b + t

где t — температура в градусах Цельсия; E0 = 4,58 мм.рт.ст., а постоянные для пара над водой равны:

Большинство явлений, связанных с влажностью, например, быстрота испарения, высыхание строительных материалов и т. д., зависит не от количества пара, находящегося в атмосфере, а от того, насколько близко это количество от насыщения. Для характеристики влажности воздуха, кроме абсолютной, вводится еще относительная влажность r.

Относительной влажностью называется выраженное в процентах отношение упругости водяных паров е к давлению Е пара насыщающего воздух при данной температуре:

где r – относительная влажность; e – абсолютная влажность; E – парциальное давление паров, насыщающих воздух при температуре «сухого» термометра.

Для определения относительной влажности обычно пользуются специальным психрометрическим таблицам (прилож. 3) или графиками-номограммами (прилож. 2), а температура воздуха – по показаниям сухого термометра.

Для определения влажности пользуются прибором, называемым психрометром.

ОПИСАНИЕ ПРИБОРА.

Психрометр аспирационный служит для измерения влажности и температуры воздуха в стационарных и походных условиях.

Принцип действия психрометра основан на разности показаний сухого и смоченного термометров в зависимости от влажности окружающего воздуха.

Прибор состоит из двух одинаковых ртутных термометров 5 и 6 (рис.1), закрепленных в специальной оправе, имеющей заводной механизм с вентилятором, нагнетающим воздух вокруг резервуаров термометров.

Резервуары термометров помещены в трубки защиты 1 с воздушным зазором между ними. Назначение их – предохранять резервуары термометров от нагревания солнцем, для чего наружная поверхность трубок тщательно полируется и никелируется. Сами трубки изолированы между собой теплоизоляционными шайбами.

Трубки защиты соединены аспирационной чашкой с воздухопроводной трубкой 2, на верхнем конце которой укреплена аспирационная головка 7, состоящая из заводного механизма и вентилятора, закрытых колпаком.

Пружина заводного механизма заводится ключом 8.Термометры защищены с боков от механических повреждений

Перед работой резервуар правого термометра обертывается батистом в один слой и смачивается чистой дистиллированной водой при помощи резинового баллона с пипеткой 9.

Для подвешивания прибора имеется крюк 11. К прибору прилагается ветровая защита 10.

4

Прибор работает следующим образом. При вращении вентилятора в прибор всасывается воздух, который, обтекая резервуары термометров, проходит по воздухопроводной трубке к вентилятору и выбрасывается им наружу через прорези. Благодаря протеканию потока воздуха вокруг резервуаров термометров сухой термометр будет показывать температуру этого потока, а показания смоченного термометра будут меньше, т.к. он будет охлаждаться вследствие испарения воды с поверхности батиста, облегающего резервуар.

Психрометр аспирационный можно использовать для определения влажности и температуры воздуха в помещении влажности и на открытом воздухе. При наблюдении на открытом воздухе психрометр подвешивается на специальном столбе так, чтобы резервуары термометров были на высоте 2м над почвой.

Абсолютную влажность воздуха можно определить по показаниям сухого и смоченного термометров по формуле:

Коэффициент А называется постоянной психрометра.

ХОД РАБОТЫ.

1.Смочить правый термометр психрометра.

2.Завести вентилятор ключом, сделав три-четыре оборота.

3.Следить за температурой влажного термометра. Отметить и записать то его показание, при котором дальнейшее понижение температуры прекратиться.

4.Записать показания сухого термометра.

5.Повторить все операции пунктов 2-4 три раза.

6.Взять среднее трех измерений tв и tc , найти разность tc − tв .

7.Определить по барометру атмосферное давление Н.

температуре «влажного» термометра) находится по приложению 1.

9.Пользуясь формулой (1), определить относительную влажность. Е (давление насыщенных паров, соответствующее температуре «сухого» термометра) определяется по приложению 1.

10.Определить относительную влажность по номограмме (приложение 2).

11.Определить относительную влажность по психрометрической таблице (приложение 3).

12.Сравнить относительную влажность, полученную в пунктах 10, 11 с результатом, рассчитанным по формуле (1).

Таблица для записи опытных и расчетных данных.

5

Контрольные вопросы к лабораторной работе

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА ПСИХРОМЕТРОМ»

1.Идеальный газ, уравнение Менделеева – Клапейрона.

2.Парциальное давление, закон Дальтона.

3.Насыщенный и ненасыщенный пар.

4.Абсолютная и относительная влажность.

7

Приложение 2

Определение относительной влажности по показаниям психрометра производится по графику-номограмме в следующем порядке:

•по вертикальным линиям отмечают показания сухого термометра, а по наклонным показания – смоченного термометра;

•на пересечении этих линий получают значение относительной влажности, выраженное в процентах. Линии, соответствующие десяткам процентов, обозначены на графике цифрами:20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90.

Номограмма

Пример. Температура сухого термометра= 21,7° С, температура смоченного термометра=14,3°С. На графике находим точку пересечения вертикальной и наклонной линий, соответствующих данным температурам, она находится выше 42, но ниже 44%. Следовательно, относительная влажность будет 43%.

8

Приложение 3

Психрометрическая таблица относительной влажности воздуха.

Пример. Пусть сухой термометр показывает 220, влажный – 160, разность их показаний 60, тогда относительная влажность (в процентах) найдется на пересечении строки, в начале которой стоит 220, и столбца в заголовке которого стоит 60; в данном случае относительная влажность равна 54%.