Абсолютная и относительная влажность.

Количество водяного пара в атмосфере характеризуется парциальным давлением (упругостью), абсолютной и относительной влажностью.

ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ водяного пара Р - это давление, которое производил бы пар, если бы все остальные газы, содержащиеся в воздухе, отсутствовали. Измеряется давление в СИ - Н/м²=Ша, в метеорологии - в барах, милибарах и мм рт. Ст.

1Па = 10^-5Б = 10^-2Мб / 1 мм. рт. ст. = 133,3 Па

АБСАЛЮТНАЯ ВЛАЖНОСТЬ - это плотность водяного пара в воздухе, т. е. выраженная в граммах масса водяного пара, содержащаяся в 1 м³ воздуха.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ φ – это отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара Р при этой же температуре, выражается в %.

φ = Р/Р_нас (3)

Величина относительной влажности дает представление о том, насколько водяной пар при данной температуре далек от насыщения. Если при данной температуре водяной пар является насыщенным (туман) то φ=100%.

Парциальное давление и абсолютная влажность (плотность) водяного пара связаны уравнением Менделеева-Клапейрона.

Поэтому, определив с помощью приборов относительную влажность воздуха, можно затем расчитать парциальное давление и плотность водяного пара.

Для измерения относительной влажности существуют приборы: гигрометры и психрометры.

Гигрометры.

1. Конденсационный гигрометр- предназначен для определения точки росы. Конденсационный гигрометр состоит (рис. 3) из небольшой тонкостенной металлической камеры цилиндрической формы, передняя стенка которого отполирована и окружена охранным кольцом 3. В камере есть отверстия 4. В одно из них вставляется термометр 5 и через него же наливается эфир в камеру. В другое отверстие 4 вставляется резиновая трубка 6 с резиновой грушей 7 на конце.

Если камеру заполнить небольшим количеством эфира и затем продувать через нее воздух, то эфир начнет интенсивно испарятся и охлаждаться. Через некоторое время на поверхности камеры появятся капельки росы (поверхность запотевает). Это хорошо заметно по сравнению с зеркальной поверхностью охранного кольца. Температура появления первых капелек воды есть точка росы. Относительная влажность определится по формуле 4.

φ = Р_нас.т.р./ Р_{нас.о.в.} (4)

Где Р_{нас.т.р.} - давление насыщенного пара при температуре, соответствующей точке росы, Р_{нас.о.в.} - давление насыщенного водяного пара при температуре окружающего воздуха. Оба давления определяются из таблиц (описания №40).

2. Волосные гигрометры.

Действие волосных гигрометров основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха. При этом с увеличением влажности длина увеличивается, а с уменьшением влажности -уменьшается.

2а. Волосной гигрометр в круговой оправе «МВК».

Гигрометр состоит из следующих составных частей (см. рис. 4):

• Приемников влажности 1, состоящих из двух равномерно натянутых обезжиренных человеческих волос, соединенных последовательно через рычаг 2. Концы пучков волос закреплены в скрепках и покрыты лаком.

• Передаточного механизма, состоящего из системы двух рычагов, 2 и 3, блока 4 и шелковой нити 5.

• Пружины 6, поддерживающей систему приемников и передаточного механизма в натянутом состоянии, шкалы с делениями в процентах относительной влажности (на рисунке не указана), цена каждого деления шкалы соответствует 1% относительной влажности.

• Стрелки 7, соединенной с передаточным механизмом.

Вся эта система помещена в металлический корпус. Прибор крепится на стене в месте, удаленном от нагревательных приборов. Перед отсчетом показаний следует слегка постучать пальцем по прибору.

26. Волосной метеорологический гигроиетр М-19 состоит (рис. 5):

• Датчика влажности 1 - специально обработанного человеческого волоса, рамы 7 со шкалой 6, стрелки 5 с осью 4, установочного устройства, служащего для перемещения стрелки относительно шкалы. Верхний конец волоса 1 закреплен в ходовом винте 2 установочного устройства, нижний его конец - в полукольце 3, жестко связанном с осью стрелки 4. Полукольцо висит на стержне, имеющем на конце грузик 9, который натягивает волос. На раме 7 укреплена шкала 7, вдоль которой перемещается конец стрелки 5. При помощи ходового винта 2 можно установить стрелку на любом делении шкалы. В рабочем состоянии ходовой винт закреплен специальной гайкой. Изменение длины волоса передается стрелке 5, которая, перемещаясь вдоль шкалы, указывает относительную влажность воздуха в процентах. Диапазон измерения относительной влажности данным гигрометром – от 30% до 100% при температурах от -35°С до 45°С. основная погрешность гигрометра не превышает 15% относительной влажности в диапазоне 30-90% и 5% относительной влажности на точке 100%.

ПСИХРОМЕТРЫ.

Принцип действия психрометра основан на разности показаний сухого и т. н. Смоченного термометров, в зависимости от влажности окружающего воздуха. В данной работе используется аспирационный психрометр МБ-4М. Он состоит из двух одинаковых ртутных термометров 1 и 2 (рис. 6), закрепленных в специальной оправе. Резервуары термометров помещены в двойную трубчатую защиту 12 с воздушным зазором между трубками. Эта защита предохраняет резервуары термометров от нагревания солнцем. Поэтому наружные поверхности трубок полируются и никелируются. Сами трубки изолированы друг от друга. Трубки 12 соединены с пластмассовым тройником воздухопроводной трубки 11. На верхнем конце трубки 11 укреплена аспирационная головка 6. Она состоит из заводного механизма и вентилятора, закрытых колпаком 8. Пружина заводного механизма заводится ключом 3. Термометры защищены с обоих боков от механических повреждений металлическими планками 4. Резервуар правого термометра 2 обернут батистом в один слой и перед работой смачивается чистой водой при помощи груши с пипеткой. Прибор подвешивается на специальном кронштейне.

РАБОТА ПСИХРОМЕТРА.

Вращаясь, вентилятор аспирационной головки всасывает воздух, который обтекая резервуары термометров, проходит по воздухопроводной трубке к вентилятору и выбрасывается наружу через прорези 5. При установлении режима сухой термометр показывает температуру этого потока воздуха. Показания смоченного термометра будут меньше т. к. он охлаждается вследствие испарения воды с поверхности батиста, облегающего его резервуар. Разность t_c-t_CM называется психометрической разностью. Относительную влажность воздуха определяют по специальным психрометрическим таблицам , используя показания сухого и смоченного термометров (см. описание № 40). Парциальное давление водяного пара можно определить по формуле 5, которая называется психрометрической:

P=P_нac-A(t_c-t_CM)H (5)

Где Р – упругость (парциальное давление) водяного пара, Р_нас - упругость насыщенного пара при температуре смоченного термометра, Н - атмосферное давление, t_c-t_CM - психрометрическая разность потока. Тогда относительная влажность воздуха определится по формуле 3, с учетом формулы 5. Вывод формулы 5 смотрите в конце описания.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ПСИХРОМЕТРА МБ-4М.

1. Погрешность определения относительной влажности не должна превышать величин, указанных в таблице 1.

2. Цена деления термометров 0,2°С.

3. Скорость воздушного потока у резервуаров термометров не менее 2 м/с на 4-й минуте и не менее 1,87 на восьмой минуте работы вентилятора.

4. Время действия завода механизма 3-10 минут.

ТАБЛИЦА 1.

Погрешности в определении относительной влажности в % к измеренному значению.

Температура Воздуха.		Относительная влажность
	100	80	20	10
30	1.5	2	5	9
20	2.0	3	7	14
10	3.0	4	11	20

Порядок выполнения работы.

Задание 1. Измерение относительной влажности волосяными гигрометрами.

1. Изучите устройство и принцип действия волосных гигрометров. Подумайте и опешите действие механизмов гигрометров МВК и М – 19, если относительная влажность воздуха а) Увеличивается; б) уменьшается.

2. Снимите показания волосяных гигрометров, укрепленных на приборной диске. Показания запишите с учетом приборной погрешности гигрометров.

3. Рассчитайте парциальное давление и плотность водяного пара, пользуясь полученным значением относительной влажности.

Задание 2. Определение относительной влажности воздуха с помощью конденсационного гигрометра.

1. Изучите устройство конденсационного гигрометра и его принцип действия.

1. Тщательно протрите мягкой тряпочкой полированную поверхность камеры, налейте в нее небольшое количество эфира и вставьте в камеру термометр.

2. С помощью резиновой груши продувайте интенсивно воздух через камеру и внимательно наблюдайте за поверхностью камеры. При первых признаках «запотевания» этой поверхности снимите показания термометра t^’’_i.

3. Прекратите продувание воздуха через камеры и наблюдайте за поверхностью гигрометра. Как только исчезнут следы «запотевания», снова снимите показания термометра t^’’_i.

4. Повторите пункты 3 и 4 несколько раз. Показания термометров запишете в таблицу 2.

5. Определите для каждого опыта точку росы по формуле 8:

(8)

А затем вычислите среднее значение точки росы по формуле 7:

где n число опытов

7. По таблице определите значение Р_НАС. _{т. р.} и Р_НАС – о. в. предварительно измерив температуру окружающей среды.

8. По формуле 4 определите относительную влажность воздуха. Оцените абсолютную и относительную погрешность результатов опытов. Запишите окончательный результат в виде:

9. По полученным значениям относительной влажности рассчитайте парциальное давление и плотность водяного пара.

ТАБЛИЦА 2.

№ п/п	t'i	t'’i	Ticp0C	tcp °С	Δt0C	Σ%
1 2 3

Задание 3. Измерение относительной влажности воздуха аспирационным

психрометром МВ-4М.

1. Осторожно выньте психрометр из футляра и подвесьте его на приборной доске.

2. Смочите батист резервуара правого термометра дистиллированной водой. Для этого наберите в пипетку воды, введите ее до отказа во внутреннюю трубку защиты термометра 2 и смочите батист на резервуаре. Выждите некоторое время и, не вынимая пипетку из трубки вберите излишнюю воду в пипетку. После этого выньте ее из трубки.

3. В присутствии преподавателя или лаборанта заведите вентилятор ключом 3 почти до отказа. Заводить вентилятор надо осторожно, чтобы не сорвать пружину.

4. На четвертой минуте после пуска вентилятора снимите показания смоченного и сухого термометров. Данные запишите.

5. По психрометрической таблице определите относительную влажность воздуха. Используя данные таблицы 1, оцените погрешность результата.

6. Используя формулу 5, определите постоянную прибора А. Атмосферное давление определите с помощью барометра.

Задание 4.

1. Сравните значения относительной влажности, измеренной гигрометрами со значением, полученным с помощью психрометра (последнее значение является наиболее точным). Попробуйте объяснить причины расхождения в значениях относительной влажности, если расхождения будут.

2. Данные эксперимента обобщите и запишите вывод по работе.

Решите контрольные задачи.

1-й тип. Во сколько раз плотность насыщенного пара при температуре t₁ больше плотности насыщенного водяного пара при температуре t₂ ?

2-й тип. Какова масса водяного пара в 1м³ воздуха в летний день при температуре t и относительной влажности φ ?

3-й тип. Вечером при температуре воздуха t^ относительная влажность воздуха равна φ₁ . Выпадет ли ночью роса, если температура почвы снизится до + t°C (до - t°C).

4-й тип. На море при температуре t_l относительная влажность воздуха равна φ. При какой температуре воздуха t₂ можно ожидать появление тумана?

5-й тип. В подвале при температуре t₁ относительна влажность воздуха фь Насколько надо изменить температуру воздуха в подвале, чтобы относительная влажность воздуха уменьшилась (увеличилась) до φ₂ ?

6-й тип. Температура комнаты t₁ , относительная влажность φ₁ . в металический чайник налили холодную воду. Какова должна быть температура t₂ воды, при которой чайник перестанет запотевать?