Как изменится абсолютная и относительная влажность воздуха в помещении: Как изменится абсолютная и относительная влажность воздуха в помещении при

Содержание

Понятие абсолютной и относительной влажности. Влияние влажности на здоровье человека

Главная / Энциклопедия / Абсолютная и относительная влажность

Для примера возьмем кубометр воздуха. Этот кубометр будем насыщать водяным паром до тех пор, пока воздух сможет удерживать воду в газообразном состоянии. Вот это и есть абсолютная влажность — показатель предельного количества жидкости, которую может удерживать воздух.

Понятно, что воздух не может быть максимально насыщен водяным паром постоянно. В действительности же воды в воздухе содержится меньше, чем говорят показатели абсолютной влажности. Величина, показывающая нам действительное содержание водяного пара в воздухе, и называется относительной влажностью. Показания относительной влажности указывают в процентах — сколько процентов влаги содержится в воздухе относительно показаний абсолютной влажности.

Возможность воздуха удерживать в себе воду не безгранична и зависит от температуры. Например, при 20 °С в одном кубометре воздуха будет примерно 17 г воды. А при 0 °С — всего 5 г. То есть чем ниже температура, тем меньше способность воздуха удерживать воду.

Если воздух нагреть, то абсолютная влажность не изменится — сколько было воды в воздухе, столько и останется. А вот способность впитывать воду сильно возрастет.

Из-за этого уменьшается относительная влажность. Так она указывает на долю воды в воздухе по сравнению с максимально возможной. Получается, что вода из воздуха при нагревании никуда не исчезает, но показатель относительной влажности сильно падает.

Влияние влажности на здоровье

Самочувствие человека напрямую зависит от влажности воздуха. И главный показатель — это относительная влажность. Именно от относительной влажности зависит скорость испарения влаги с нашей кожи и со слизистых оболочек.

Скорость испарения в разы увеличивается при низкой относительной влажности.

Что происходит, когда мы вдыхаем воздух?

Чтобы легкие нормально работали, воздух в дыхательных путях увлажняется. Как мы говорили выше, в холодную погоду воздух имеет низкую абсолютную влажность. В холодном состоянии он не может удерживать достаточное для нормальной жизни человека количество воды.

Когда мы вдыхаем холодный воздух, он резко нагревается в нашем организме. И тут же резко падает относительная влажность вдыхаемого воздуха. Чтобы поддержать необходимый уровень влажности, поверхности дыхательных путей начинают выделять слизь.

Замечали, что на морозе нос начинает «течь»? Это нормальная реакция здорового организма на вдыхание холодного воздуха.

А вот в теплом помещении ситуация иная. Воздух, который подогрели батареи, сохраняет низкое уличное влагосодержание. Дополнительную воду получить негде. В результате в комнатах наблюдается низкая влажность — обычно 10–20%. А в норме должна быть не ниже 40%!

Казалось бы, и здесь наш организм сможет сам доувлажнить вдыхаемый воздух. Однако это не так. Рефлекторное увлажнение дыхательных путей работает только при низких температурах. А в домах мы вдыхаем уже нагретый воздух — в помещении поверхности дыхательных путей начинают пересыхать. 

Механизм самоувлажнения не включается.

Для поддержания влажности воздуха в нормальном диапазоне 40–60% в жилых помещениях используется система увлажнения воздуха. Самая лучшая на сегодня система увлажнения — форсуночная. Она тратит минимум энергии, в ней не развивается микрофлора, она незаметна и полностью автоматизирована. Эта технология в ближайшие годы заменит устаревшие изотермические и ультразвуковые системы, так же как смартфоны постепенно заменили кнопочные телефоны.

Посмотрите ролик, где известнейший детский врач Евгений Комаровский объясняет, что такое абсолютная и относительная влажность.

 

Абсолютная влажность воздуха и относительная влажность воздуха

Этот калькулятор переводит относительную влажность воздуха в абсолютную влажность воздуха при заданной температуре и атмосферном давлении. Калькулятор под ним выполняет обратную операцию — переводит абсолютную влажность воздуха в относительную. Немного теории и формулы находятся под калькулятором.

Абсолютная влажность воздуха

Относительная влажность воздуха, процентов

Температура воздуха, градусов Цельсия

Единицы измерения давлениямм рт.ст.гектопаскальТочность вычисления

Знаков после запятой: 3

Абсолютная влажность воздуха, кг/м3

 

Ссылка Сохранить Виджет

Относительная влажность воздуха

Температура воздуха, градусов Цельсия

Единицы измерения давлениямм рт.ст.гектопаскаль

Относительная влажность воздуха, %

 

Ссылка Сохранить Виджет

Начнем с нескольких определений
Относительная влажность воздуха — отношение парциального давления водяного пара к его предельному значению (давлению насыщенного водяного пара) над плоской поверхностью чистой воды, при постоянном давлении и температуре, выраженное в процентах. Относительная влажность показывает соотношение между количеством водяного пара в воздухе и количеством водяного пара в воздухе в состоянии насыщение, то есть максимальным количеством водяного пара, который может содержаться в воздухе при данной температуре и давлении.

Абсолютная влажность воздуха — масса водяного пара в единице объема влажного воздуха. Абсолютная влажность показывает количественное содержание воды в воздухе.

Благодаря Всемирной метеорологической организации, мы можем найти значение давления насыщенного водяного пара при заданной температуре и давлении (подробнее смотри Давление насыщенного водяного пара).
Зная давление насыщения и относительную влажность, мы можем найти соответствующее давление водяного пара.

Перейти к абсолютной влажности поможет известное уравнение Менделеева-Клапейрона.

В нашем случае это будет

где R — универсальная газовая постоянная, равная 8313.6, а Rv — газовая постоянная для водяного пара, равная 461.5

Откуда можно выразить соотношение массы к объему:

Вот так — для температуры 25 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха 60% мы получаем, что в кубометре воздуха содержится примерно 14 грамм воды, что, в общем-то, соответствует тем таблицам перевода относительной влажности в абсолютную, что я находил.

Абсолютная и относительная влажность.

Задача 1. Какую массу воды следует налить в сосуд емкостью 2 л, чтобы она, полностью испарившись при температуре , создала давление 100 кПа?


 

Решение: Используем уравнение Менделеева-Клапейрона для решения. Предварительно выразим температуру в Кельвинах, молярную массу в килограммах, давление – в Паскалях: К, 2 л – 0,002 м, 100кПа – это давление Па, г/моль, или кг/моль.

   

   

Ответ: масса воды – 1,1 г.

 

Задача 2. В комнате при температуре   влажность воздуха равна 40%. В это же время на улице при температуре   влажность воздуха равна 80%. В каком направлении пойдут водяные пары, если открыть форточку: с улицы в комнату или обратно?


Решение:

Для того чтобы ответить на вопрос задачи, надо понять, где давление будет больше: в комнате или снаружи. Определяем давление из уравнения Менделеева-Клапейрона:

   

   

   

   

   

Так как относительная влажность – это отношение текущей плотности водяного пара к плотности насыщенного пара при данной температуре, то  вместо плотности водяного пара в комнате подставим  , а вместо плотности на улице можно подставить . Возьмем отношение давлений в комнате и на улице:

   

 

   

Так как отношение больше 1, то давление в комнате больше, чем на улице, и пары будут выходить из комнаты наружу.

 

Задача 3. Определите абсолютную влажность воздуха, если парциальное давление пара в нем равно 14 кПа, а температура 333 К?


Решение:

Переведем абсолютную температуру в градусы Цельсия – потому что так удобнее будет пользоваться таблицей давлений насыщенного пара от температуры:

   

По таблице определяем, что при такой температуре давление насыщенного пара составляет 19,92 кПа, а его плотность 129,5 г/м.

Абсолютная влажность воздуха – это плотность водяного пара.  Выражается она, как любая плотность, в г/м. Найдем отношение парциального давления при данной температуре к давлению насыщенного пара, тогда и плотности паров будут относиться так же:

   

   

   

Ответ: 90,7 г/м.

 

Задача 4. Относительная влажность в комнате при температуре    составляет 65%. Как изменится она при понижении температуры воздуха на 4 К, если упругость водяного пара останется прежней?


Решение:

Упругостью водяного пара называют еще парциальное давление пара. Относительная влажность – это отношение текущей плотности водяного пара к плотности насыщенного пара при данной температуре, то есть отношение парциального давления пара к давлению насыщенного пара. Раз относительная влажность составляет 65%, то это значит, что парциальное давление пара равно . При понижении температуры на 4К изменится давление насыщенного пара, которое мы определяем по таблице. Так как плотность (упругость) пара не меняется, то относительную влажность найдем как отношение плотности при   к плотности насыщенного пара при

   

По таблице найдем парциальное давление пара при обеих температурах: при оно равно 1,82 кПа, при – 1,4 кПа. Тогда:

   

Ответ:  влажность возрастет на

 

Задача 5. Какова плотность насыщенного водяного пара при температуре   и нормальном давлении?


 

Эта задача решения не требует, так как плотность насыщенного пара определяется по таблице – г/м кг/м

 

Задача 6. Для осушения воздуха, находящегося в баллоне емкостью 10 л, туда ввели кусок хлористого кальция, который поглотил 0,13 г воды. Какова была относительная влажность воздуха в баллоне, если его температура равна ?


Решение:

Если хлористый кальций поглотил всю воду, значит, ее масса в сосуде была равна 0,13 г и приходилась на объем в 10 л. Тогда плотность водяного пара была равна , при подстановке желательно выразить массу в килограммах, а объем – в метрах кубических. Тогда:

   

Мы получили плотность в кг/м, в таблице она в г/м, выразим и мы в граммах: 13 г/м. Теперь определяем плотность насыщенного пара при температуре – она равна 17,3 г/м. Найдем относительную влажность:

   

Ответ: 75%.

Задача 7. В сосуде объемом 1 л при   находится воздух с относительной влажностью  30%. Какой будет относительная влажность воздуха в сосуде, если в него ввести 1 г воды?


Решение:

По условию задачи понимаем, что плотность водяного пара составляла 30% от плотности насыщенного пара при этой температуре. Найдем эту плотность:

   

Это плотность в г/м. Тогда в сосуде объемом 1 л, то есть 0,001 м, будет содержаться 0,009 г воды. Добавим к этому количеству 1 г  – воды станет 1,009 г. Тогда относительная влажность будет равна

   

Конечно, расчет дает более 100 %, но такой относительная влажность не бывает, следовательно, излишек воды останется водой при 100% влажности.

 

Задача 8. В комнате объемом 50 м относительная влажность воздуха 40%.  Если испарить дополнительно воду массой 60 г, то относительная влажность будет  50%. Какой при этом будет абсолютная влажность воздуха, если температура остается постоянной?


Решение:

Плотность (упругость) водяного пара вначале равна 40% от плотности насыщенного пара при этой температуре, то есть . После добавления 60 г воды она становится равной , то есть добавление 60 г воды на 50 м меняет влажность на 10 %. То есть 6 г – это 1 %. Тогда 50% – это 300 г воды на такой объем комнаты, или плотность равна кг/м, или 6 г/м.

Ответ: 6 г/м.

 

 

Задача 9. При сухой и влажный термометры психрометра давали одинаковые показания. Что покажет влажный термометр, если: а)  температура повысилась до  ; б)если она повысилась до ? Считать, что упругость водяного пара остается неизменной.


Решение:

Плотность пара неизменна. Значит, и давление тоже не меняется.   – точка росы, пар насыщен. Если температура повысится до , то относительная влажность будет равна

   

Если температура повысится до , то относительная влажность станет:

   

По психрометрической таблице определяем, что разность показаний сухого и влажного термометров при температуре  и влажности 66% равна , а при температуре  и влажности 44,5% равна . Сухой термометр показывает истинную температуру, а влажный – дает показания ниже, за счет охлаждения водой, поэтому при он покажет , а при – .

Ответ: а) ,

 

Задача 10. Найти относительную влажность воздуха в комнате при , если точка росы ?


Решение:

При влажность воздуха становится 100-ной, то есть пар становится насыщенным. Иными словами, плотность пара равна плотности при . Можно воспользоваться как плотностями, так и давлениями паров при данных температурах.  При  давление насыщенных паров равно 2,06 кПа, при – 1,23 кПа. Тогда относительная влажность воздуха равна:

   

Или 59%.

Ответ: 59%

 

Задача 11. Днем при относительная влажность воздуха была 60%. Сколько воды в виде росы выделится из каждого кубического метра воздуха, если температура ночью понизилась до ?


Решение:

При  плотность насыщенного пара равно 8,3 г/м. Так как при этом выпадает роса, то это точка росы, или температура, при которой влажность равна 100%. Поскольку влажность была 60%, то плотность паров  составляла г/м.

Влажность не может быть более 100%, поэтому все, что свыше 8,3 г/м – плотности в точке росы – конденсируется. Тогда в виде росы выпадет г/м воды.

Ответ: 2,1 г

 

Задача 12. Два баллона объемами 1 и 2 м соединены трубкой с краном. В первом баллоне находится воздух с влажностью 20%, во втором – 40%.  Температура в обоих баллонах равна 350 К, давление соответственно и Па. Кран открывают, и пар перемешивается. Определите относительную влажность воздуха и давление влажного воздуха.


Решение:

Температура в градусах Цельсия в обоих сосудах равна . При такой температуре плотность насыщенного пара  г/м, а давление кПа. То есть в первом сосуде, где влажность равна 20%, плотность пара равна   г/м, а раз его объем 1 /м, то и масса воды тогда 51,7 г.

Во втором сосуде плотность пара равна   г/м, а раз его объем 2 /м, то  масса воды тогда 206,8 г.

Общая масса воды в обоих сосудах тогда равна г. Так как общий объем сосуда при открытии крана станет равным трем метрам кубическим, то вся эта масса пара распределится  по данному объему, и плотность пара тогда найдем по классической формуле,  масса на объем (г/м):

   

Отношение парциального давления пара к давлению насыщенного пара при данной температуре – это относительная влажность:

   

Теперь определим давление. Из уравнения Менделеева-Клапейрона можно записать для обоих сосудов:

   

   

Выразим отсюда объемы:

   

   

Объемы при открывании крана объединятся:

   

Давление в таком объединенном сосуде будет согласно Менделееву-Клапейрону:

   

   

Или:

   

   

   

   

   

   

   

   

Ответ: относительная влажность 33%,  

Влажность и увлажнение воздуха

Чтобы разобраться, почему при изменении температуры на улице меняется влажность в помещении, нужно понять, что такое вообще влажность воздуха.

Абсолютная влажность:

 

  1. В одной единице объема воздуха (1м³), при заданной температуре (°C) может раствориться строго определённая масса водяных паров (грамм).
  2. Количество водяных паров (грамм) содержащегося в единице объема воздуха (1м³) называют абсолютной влажностью (г/м³).
  3. С повышением температуры количество водяных паров, которое можно растворить в единице объема — растет.
  4. С понижением температуры количество водяных паров, которое можно растворить в единице объема — падает.

 

С относительной влажностью чуть сложнее:

 

  1. Если содержание водяных паров 0 грамм, то относительная влажность составляет 0%.
  2. Максимальное количество водяных паров которое можно растворить в воздухе при заданной температуре — называется равновесное давление насыщенных паров. Относительная влажность при этом составляет 100%.
  3. Относительная влажность — это отношение фактического содержания в воздухе водяных паров к максимально возможному при заданной температуре.

 

Точка росы:

 

Так как абсолютная влажность не зависит от изменения температуры, то уровень содержания водяных паров при повышении или понижении температуры в единице объема воздуха будет сохраняться. Однако, будет изменяться относительная влажность, а она не может превысить 100%.*

  1. Если понижать температуру воздуха, то относительная влажность будет расти.
  2. Когда относительная влажность достигнет 100%, начинается выпадение конденсата.
  3. При дальнейшем понижении температуры выпадение конденсата усилится, а относительная влажность будет сохраняться на уровне 100%.

*В некоторых случаях, когда отсутствуют центры конденсации, относительная влажность может быть более 100%.

Высокая влажность

Предположим:

  1. Температура на улице -10°C
  2. Влажность в помещении 60%
  3. Температура в помещении 25°C

Если ремонт был сделан недавно, или плохо работает естественная вентиляция, то в помещении сохраняется высокий уровень влажности. Точка росы при таких параметрах внутреннего воздуха наступает уже при +16…+17°C

Чем это грозит?
Если окно или часть стены, углы и стыки остынут настолько, что температура внутренней части опустится до +16…+17°C на них начнет выпадать конденсат.
А это ведёт к активному размножению грибков, порче ремонта и сопутствующим проблемам со здоровьем.

Низкая влажность

Предположим:

  1. Температура на улице -10°C
  2. Влажность на улице 70%
  3. Температура в помещении 25°C

Когда уличный воздух попадает в дом, его температура повышается и достигает комнатной 25°C, абсолютная влажность воздуха не изменится, а вот относительная влажность упадет до  7%.

Чем это грозит?
Мебель, отделка и т.д. — рассыхаются и трескаются.
Цветы — кончики листьев желтеют и сморщиваются, цветки и бутоны высыхают и опадают, чувствительные растения теряют листья или погибают.
Люди — пересыхание слизистых оболочек глаз и носа, что приводит к снижению сопротивляемости болезнетворным бактериям, увеличивается риск простудных и инфекционных заболеваний. Особенно этому подвержены дети, которым влажный и чистый воздух необходим для поддержания иммунитета

Таблица изменения относительной влажности воздуха в приточной установке:

Как видно из таблицы, при температурах ниже нуля воздух в попадет в помещение излишне сухой, а когда он догреется в помещении до комнатных 25°C, относительная влажность еще уменьшится.

Тут следует понимать, что уровень влажности в помещении определяется не только влажностью приточного воздуха. В помещениях всегда есть влагопритоки: люди, цветы, даже мебель и т.д., но это слишком малые влагопритоки, чтобы внести существенные изменения в относительную влажность внутри помещения при работе системы вентиляции.

Влияние вентиляции на влажность в помещении.

 

Влажность при естественной вентиляции:

 

  • Данный тип вентиляции имеет очень низкую кратность воздухообмена, и процесс вымывания влаги происходит медленно, однако в зимнее время влажность в помещении всё равно падает ниже 20%.
  • Естественная вентиляция — это постоянное балансирование между нехваткой воздуха, если воздухообмен чересчур малый и с низким уровнем влажности, если воздухообмен более-менее нормальный.

 

Чтобы поддерживать приемлемый уровень влажности, при использовании малоэффективной естественной вентиляции требуется использовать бытовой увлажнитель.

 

Влажность с приточной вентиляцией:

 

  • Данный тип вентиляции обычно имеет кратность воздухообмена равную 1.
  • Процесс вымывания влаги идет очень активно.
  • Бытовые увлажнители не обладают достаточной производительностью, чтобы поддерживать комфортный уровень влажности с работающей приточной вентиляцией.

 

 

Единственный способ поддерживать комфортный уровень влажности при использовании приточной вентиляционной установки без рекуператора — устанавливать канальный увлажнитель.

 

Влажность с приточно-вытяжной вентиляцией с алюминиевым перекрестным или противоточным рекуператором:

— Данный тип вентиляции обычно имеет кратность воздухообмена, равную 1.
— Алюминиевые перекрестные и противоточные рекуператоры не могут осуществлять возврат влаги, только возврат тепла, поэтому процесс вымывания влаги соответствует уровню приточной вентиляции.
— При рекуперации температура комнатного воздуха на рекуператоре понижается до точки росы — начинает выпадать конденсат, на этот процесс тратится существенное количество тепловой энергии вытяжного воздуха, поэтому и КПД таких рекуператоров сравнительно низкий.
— Данный тип рекуператора не может работать при сверхнизких температурах из-за постоянного обмерзания рекуператора и существенного снижения КПД.

 

Единственный способ поддерживать приемлемый уровень влажности, при использовании вентиляционной установки с алюминиевым перекрестным или противоточным рекуператором — устанавливать канальный увлажнитель.

 

Влажность с приточно-вытяжной вентиляцией с роторным рекуператором с гигроскопичным покрытием:

— Данный тип вентиляции обычно имеет кратность воздухообмена равную 1.
— Роторный рекуператор с гигроскопичным покрытием позволяет вернуть до 60% влаги в помещение. (Ротор без гигроскопичного покрытия влагу не рекуперирует)
— При рекуперации температура комнатного воздуха на рекуператоре понижается, и влага абсорбируется в сухой гигроскопичный материал на стенках ротора.
— Температура же приточного воздуха растет, и с этих же стенок влага активно испаряется в приточный воздух, высушивая покрытие ротора и увеличивая влажность приточного воздуха.
— При низких температурах ротор замедляет вращение чтобы не допустить обмерзания влаги на стенках теплообменника.
— Замедление вращения, значительно уменьшает КПД роторного рекуператора.
— Данный тип рекуператора не может работать при сверхнизких температурах.

Применение вентиляционной установки с роторным рекуператором позволит без использования увлажнителя поддерживать в зимний период уровень влажности в помещении 20-30%. Применение канального увлажнителя позволит поддерживать более комфортный уровень влажности.

 

Влажность с приточно-вытяжной вентиляцией с энтальпийным рекуператором:


— Данный тип вентиляции обычно имеет кратность воздухообмена равную 1.
— Энтальпийный рекуператор позволяет вернуть до 70% влаги в помещение.
— При рекуперации водяные пары вытяжного воздуха начинают переходить через полимерную мембрану в менее насыщенный водяными парами приточный воздух (диффузия).
— При низких температурах и высокой влажности потребуется периодическая двухминутная продувка рекуператора.
— Влага передается в приточный воздух только за счет диффузии, поэтому процесс может происходить даже при сверхнизких температурах.*

Применение вентиляционной установки с энтальпийным рекуператором позволит без использования увлажнителя позволяет поддерживать в зимний период уровень влажности в помещении 20-30%. Применение канального увлажнителя позволит поддерживать более комфортный уровень влажности.

Поделиться в социальных сетях:


Урок на тему «Влажность воздуха»

На данном уроке будет введено понятие абсолютной и относительной влажности воздуха, будут обсуждаться термины и величины, связанные с этими понятиями. Также мы познакомимся со способами измерения влажности воздуха.

1. Абсолютная влажность

Попробуем сформулировать, что в физике понимается под влажностью воздуха. Прежде всего, что за вода содержится в воздухе? Ведь таковой, например, является туман, дождь, облака и прочие атмосферные явления, проходящие с участием воды в том или ином агрегатном состоянии. Если все эти явления учитывать при описании влажности, то как проводить измерения? Уже из таких простых рассуждений становится ясно, что интуитивными определениями здесь не обойтись. На самом деле речь идет, прежде всего, о парах воды, которые содержатся в нашей атмосфере.

Атмосферный воздух – это смесь газов, одним из которых и является водяной пар. Он вносит свой вклад в атмосферное давление, этот вклад называется парциальным давлением (а также упругостью) водяных паров.

Парциальное давление p водяных паров является одним из показателей влажности воздуха, который измеряется в паскалях или миллиметрах ртутного столба.

2. Закон Дальтона

Основные закономерности, которые мы с вами получали в рамках изучения молекулярно-кинетической теории, относятся к так называемым чистым газам, т. е. газам, состоящим из атомов или молекул одного сорта. Однако очень часто приходится иметь дело со смесью газов. Самым простым и распространенным примером такой смеси является атмосферный воздух, который окружает нас. Как мы знаем, он на 78 % состоит из азота, на 21 % с лишним – из кислорода, а оставшийся процент занимают водяные пары и другие газы (рис. 1).

Рис. 1. Состав атмосферного воздуха

Каждый из газов, который входит в состав воздуха или любой другой смеси газов, безусловно, вносит свой вклад в общее давление данной смеси газов. Вклад каждого отдельного такого компонента носит название парциальное давление газа, т. е. то давление, которое оказывал бы данный газ в отсутствии других компонент смеси.
Английский химик Джон Дальтон экспериментальным путем установил, что для разреженных газовых смесей общее давление есть простая сумма парциальных давлений всех компонент смеси:

P = P1 + P2 + …

Данное соотношение носит название закона Дальтона.

3. Определения

Ознакомимся с рядом понятий, неразрывно связанных с понятием влажности воздуха:

Давление водяного пара зависит от концентрации его молекул в воздухе, а также от абсолютной температуры последнего. Чаще за характеристику влажности принимают плотность ρ водяного пара, содержащегося в воздухе, она называется абсолютной влажностью.

Абсолютная влажность показывает, сколько граммов водяного пара содержится в 1м3 воздуха. Соответственно, единица измерения абсолютной влажности – 1Г/м3.

Оба упомянутых показателя влажности связаны уравнением Менделеева – Клапейрона.

М – молярная масса водяного пара;
Т – его абсолютная температура.

То есть, зная один из показателей, например плотность, мы можем легко определить другой, то есть давление. 

4. Влияние интенсивности испарения и конденсации воды на живые организмы.

Мы с вами знаем, что водяной пар может быть как ненасыщенным, так и насыщенным. В целом водяной пар в атмосфере, несмотря на наличие большого количества водоемов (океаны, моря, реки, озера и так далее), является ненасыщенным, ведь наша атмосфера не является закрытым сосудом. Однако перемещение воздушных масс (ветра, ураганы и так далее) приводят к тому, что в разных точках Земли в каждый момент времени наблюдается разное соотношение между скоростями конденсации и испарением воды, вследствие чего в отдельных местах пар может достигать насыщения. К чему это приводит? К тому, что в такой местности пар начинает конденсироваться, ведь мы помним, что насыщенный пар всегда контактирует со своей жидкостью. Как результат, может образоваться туман или облака, выпасть роса.
Температура, при которой пар становится насыщенным, называется точкой росы.

5. Значение влажности

Люди восприимчивы к значению относительной влажности, от нее зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи. При высокой влажности, особенно в жаркий день, это испарение уменьшается, вследствие чего нарушается нормальный теплообмен организма с окружающей средой. В сухом воздухе, наоборот, происходит быстрое испарение влаги с поверхности кожи, от чего высыхают, например, слизистые оболочки дыхательных путей. Наиболее благоприятной для человека является относительная влажность в интервале 40–60 %.
Важна также роль водяного пара в формировании погодных условий. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и к последующему выпадению осадков, что, безусловно, имеет значение для любых аспектов нашей жизни и для народного хозяйства. Во многих производственных процессах поддерживаются искусственные режимы влажности. Примером таких процессов являются ткацкие, кондитерские, фармацевтические цеха и многие другие. В библиотеках и музеях для сохранения книг и экспонатов также важно поддерживать определенное значение относительной влажности, поэтому в таких учреждениях во всех помещениях обязательно на стене висит психрометр.

6. Относительная влажность

Чтобы охарактеризовать удаленность состояния пара от насыщения, ввели специальную величину, называемую относительной влажностью.
Относительной влажностью  воздуха называют выраженное в процентах отношение давления P водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению P0 насыщенного пара при той же температуре:

Теперь ясно, что чем меньше относительная влажность, тем дальше тот или иной пар от насыщения. Так, например, если значение относительной влажности равно 0, то фактически водяного пара в воздухе нет. Т. е. у нас невозможна конденсация, а при значении относительной влажности 100 % весь водяной пар, который находится в воздухе, является насыщенным, т. к. его давление равно давлению насыщенного водяного пара при данной температуре. Таким способом мы теперь точно определи, что такое та влажность, значение которой нам каждый раз сообщают в прогнозах погоды.
Воспользовавшись уравнением Менделеева – Клапейрона, мы можем получить для относительной влажности альтернативную формулу, в которую входит теперь значение плотности водяного пара, содержавшегося в воздухе, и плотность насыщенного пара при той же температуре.

7. Формула относительной влажности

 – плотность водяного пара, содержавшегося в воздухе;
 – плотность насыщенного пара при той же температуре.

Для расчета относительной влажности, как мы только что убедились, нам необходимо знать значение давления или плотности насыщенного пара при данной температуре. 

8. Зависимость влажности от температуры

Теперь рассмотрим изменение относительной влажности с температурой. Чем выше температура, тем меньше является относительная влажность. Почему и как – рассмотрим на примере задачи.
В некотором сосуде пар становится насыщенным при 0oC. Какова будет его относительная влажность при 10oC, 20oC, 50oC?
Ответить на поставленный вопрос легко, если учесть, что речь идет о паре в сосуде, то объем пара остается неизменным при изменении температуры. Кроме этого, нам необходима таблица зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры, которая представлена на рис. 2.

Рис. 2. Зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры

Решение
Из текста вопроса ясно, что при t = 0oC, = 100oC, ведь именно при этом значении пар становится насыщенным, т. е. из определения относительной влажности мы имеем:

Эту же плотность пар будет иметь и при всех остальных температурах. Следовательно, из вычисления влажности нам будет достаточно знать значение плотности насыщенного пара при всех заданных температурах и мы сразу можем получить ответы. Значение плотности насыщенного пара возьмем из таблицы.
Подставляя поочередно данные значения в формулу для влажности, получим такие ответы.

9. Измерения относительной влажности

А теперь поговорим не только о том, что такое влажность, но и о том, как эту самую влажность можно измерять. Наиболее распространенным инструментом для таких измерений служит так называемый гигрометрический психрометр, который представлен на рис. 3.

Рис. 3. Гигрометрический психрометр

На стойке закреплены два термометра с одинаковыми шкалами. Ртутный резервуар одного из них обернут влажной тряпочкой (рис. 4).


Рис. 4. Термометры гигрометрического психрометра

Вода с этой тряпочки испаряется, благодаря чему сам термометр охлаждается, соответственно, термометры носят название сухой и влажный (рис. 5).

Рис. 5. Сухой и влажный термометр гигрометрического психрометра

Чем больше относительная влажность окружающего воздуха, тем менее интенсивно, слабее идет испарение воды с влажной тряпочки, тем меньше разность в показаниях сухого и влажного термометров. Т. е. при = 100 % вода не будет испаряться, т. к. весь водяной пар является насыщенным и показания обоих термометров будут совпадать. При = 0% разность показаний термометров будет максимальной. Таким образом, по разности показаний термометров с помощью специальных психометрических таблиц (чаще всего такая таблица сразу размещена на корпусе самого прибора) и определяют значение относительной влажности.

10. Итоги

Как мы знаем, большая часть поверхности нашей планеты покрыта мировым океаном, поэтому вода и все процессы, происходящие с ней, в частности испарение и конденсация, играют важнейшую роль во всех процессах нашей жизнедеятельности. Мы с вами дали строгое определение понятий «абсолютная влажность» и «относительная влажность». Фактически, это физическая величина, относительная влажность показывает, на сколько атмосферный пар отличается от насыщенного.

11. Пример решения типичной задачи на определение относительной влажности

В замкнутом сосуде объёмом V = 1 м3 находится вода массой m = 12 г и насыщенный пар; плотность и давление пара при данной температуре равны соответственно л = 8 * 10–3 кг/м3 и p = 1,1 кПа. Какое давление установится при увеличении объема в k = 5 раз? Считать, что температура при увеличении объёма не изменяется.

Решение: в сосуде первоначально содержался насыщенный пар массой m1 = лV = 8 * 10–3 кг (объёмом, занимаемым водой, можно пренебречь).
Масса воды и пара была равна m + m1 = 2 * 10–2 кг. Для насыщения объёма, равного kV, необходим пар массой m2 = лkV = 4 * 10–2 кг. Так как m + m1 < m2, то после увеличения объёма пар станет ненасыщенным. Его плотность л1= m + m1/kV . Давление пара при данной температуре прямо пропорционально плотности. Поэтому 1 = * л1 / л = (m + m1)/лkV = 550 Па.

12. Тест

1 вопрос:

Определить, какова была относительная влажность воздуха в баллоне емкостью 10 л при температуре 20oC, если для осушки воздуха в баллоне в него ввели кусок хлористого калия, который поглотил 0,13 г воды:

Варианты ответа:

2 вопрос:

Укажите соотношение, которое описывает Закон Дальтона

Варианты ответа:

3 вопрос:

В запаянном сосуде емкостью 1000 л находится 10 г ненасыщенного водяного пара. Укажите давление, при котором пар становится насыщенным:

Варианты ответа:

л = m/v = 10г / 1м3 (1000л = 1м3) = 10г/м3 по таблице

4 вопрос:

Определите объем помещения, если при относительной влажности 50 % и температуре 11oC масса водяного пара в этом помещении составляет 400 г:

Варианты ответа:

5 вопрос:

На улице моросит осенний холодный дождь, в кухне для просушки вывесили белье. Быстрее ли это белье высохнет и высохнет ли вообще, если открыть форточку?

Варианты ответа:

  • Ничего не изменится;
  • Медленнее;
  • Не высохнет полностью;
  • Быстрее.

Приложение 1

Приложение 2

Влажность воздуха. Методы измерения влажности воздуха

Как известно, вода занимает около 70,8% поверхности земного шара; живые организмы содержат от 50 до 99,7% воды, в атмосфере содержится 13-15 тыс. км 3 воды в виде капель, кристаллов снега и водяного пара.

Атмосферная водяной пар влияет на климат Земли, Важное значение влажность воздуха имеет в метеорологии для предсказания погоды. Поддержание постоянной влажности — обязательное условие для ткацкого, кондитерского, фармацевтического производства, для музеев и библиотек. От влажности воздуха зависит самочувствие человека, что связано с испарением влаги и поддержанием постоянной температуры тела.

Итак, измерения влажности является одним из необходимых и важных навыков как для производственных целей, так и для бытовой жизни.

1. Водяной пар. парциальное давление

В воздухе всегда есть водяной пар, но она не является насыщенной. Перемещение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах нашей планеты испарения преобладает над конденсацией, в других — наоборот.

Содержание водяного пара в воздухе, то есть его влажность можно охарактеризовать парциальным давлением, абсолютной и относительной влажностью.

 

Атмосферное давление представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, которое оказывает воздуха на тела.

Давление, которое оказывала бы только водяной пар при отсутствии других газов, называется парциальным давлением водяного пара.

Парциальное давление — один из показателей влажности воздуха; измеряется в паскалях (Па) или миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).

2. Абсолютная и относительная влажность

Для характеристики влажности ввели еще и такие понятия, как абсолютная и относительная влажность.

 

абсолютная влажность

Абсолютная влажность — это масса водяного пара, который содержится в одном кубическом сантиметре воздуха при данной температуре. Иначе говоря, абсолютная влажность — это плотностьводяного пара при данной температуре. 

Единица абсолютной влажности в СИ — килограмм на метр в кубе (кг / м 3 ).

Поскольку масса водяного пара в 1 см 3 небольшая, то часто для измерения абсолютной влажности используют внесистемная единица грамм на метр в кубе (г / см 3 ) :

1 г / см 3 = 0,001 кг / м 3 .

Итак, если при температуре 16 ° С водяной пар составляет 4 г / 3 , то это означает, что при данной температуре каждый кубический метр воздуха содержит 4 г водяного пара.

На основании величины абсолютной влажности воздуха нельзя составить объективную картину о степени влажности воздуха, так как при одинаковой массы водяного пара, но большей температуры, воздух будет более сухим, а по меньшей температуры — более влажным.

 

 

 

 

относительная влажность

Чтобы определить степень влажности воздуха, необходимо понимать, насколько водяной пар близка к насыщению. Для этого вводят понятие относительной влажности.

Относительная влажность — это отношение абсолютной влажности воздуха при некоторой температуре до густоты насыщенного водяного пара при той же температуре:

Относительную влажность обычно определяют в процентах; она не может быть больше, чем 100%. Составлены таблицы, в которых приведены плотность насыщенных водяных паров г. н при различных температурах.

 

Определение относительной влажности можно сформулировать и иначе.

Относительная влажность воздуха — это отношение давления водяного пара в ней с некоторой температуры (парциального давления) до давления насыщенного водяного пара при этом самой температуры:

Величину давления насыщенного пара р н при данной температуре можно найти в таблице.

 

Для измерения относительной влажности воздуха необходимо:

1)     измерить температуру воздуха и по таблице найти давление насыщенного пара, который соответствует данной температуре

2)     определить точку росы и по таблице найти давление водяных паров, соответствует этой же температуре

3)     вычислить относительную влажность воздуха по формуле.

 

 

Таблица 2

Плотность и давление насыщенного водяного пара при температуре от 0 до 30 ° С

Таблица 3

психрометрические таблица

 

3. Точка росы

Относительная влажность воздуха зависит не только от абсолютной влажности, но и от температуры. Если количество водяного пара в воздухе не изменяется, то с понижением температуры относительная влажность возрастает, поскольку чем ниже температура, тем ближе водяной пар к насыщению. Для вычисления относительной влажности пользуются соответствующими таблицами (см. Табл. 2), где приведены значения (или ). 

Задача. Пусть абсолютная влажность воздуха 28 ° С равна 13,6 г / 3 . Поскольку плотность насыщенного водяного пара при этой температуре равна 27,2 г / 3 (см. Табл. 2), то относительная влажность составляет 

Предположим, что температура воздуха снизилась до 16 0 С, а абсолютная влажность не изменилась. При этой температуре относительная влажность воздуха

то есть воздух будет насыщенным водяным паром. Если же температура снизится до 10 ° С, то с каждого кубического метра воздуха сконденсируется по 13,6 г — 9,4 г = 4,2 г водяного пара.

Таким образом, снижая температуру, можно доказать относительную влажность воздуха до 100%, не изменяя количество пара, которая в нем.

Точкой росы называют температуру, при которой относительная влажность воздуха составляет 100 % (воздух оказывается насыщенным водяным паром) .

В рассмотренном выше примере точка росы равна 16 ° С. Если температура воздуха станет хотя бы немного ниже точки росы, пара начнет конденсироваться, появятся туман и капли росы на различных предметах.

3. гигрометр. психрометр

Для определения точки росы водяных паров, содержащихся в воздухе, созданы специальные приборы — гигрометры .

Наиболее простыми являются металлический гигрометр Ламберта и волосяной гигрометр .

Основной частью металлического гигрометра Ламберта (рис. 1) является металлический сосуд в форме цилиндра 3, ось которого занимает горизонтальное положение. Одна основание цилиндра снаружи блестящая. В середину цилиндра входит трубка 2, которая присоединяется к резиновой груши — воздуходувка 1. В цилиндр наливают эфир. Продувая через этот цилиндр воздуха, ускоряют его испарения. Испаряясь, эфир охлаждается и охлаждает цилиндр. Когда температура цилиндра становится равной температуре точки росы, его поверхность «потеет». Для измерения температуры внутрь цилиндра вставляют термометр 4, а чтобы момент выпадения росы был заметным на цилиндр надевают блестяще кольцо 5, изолированное от него теплоизоляционной прокладкой.

Действие волосяцого гигрометра обезжиренной волоса человека основана на том, чтобы уменьшать длину, если Риве нь влажности снижается, или видовжуватись в случае его увеличения. Растянутую с помощью подвеса волос размещают вертикально и прикрепляют к ш калы, проградуированный в единицах влажности . До самой волоса прикрепляется стрелка-показчиик. которая п ид время измерения влажности смещается по шкале вверх или вниз.

Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе

Ермакова Елена Владимировна,кандидат педагогических наук, доцент кафедры теории и методики преподавания физики, технологии и предпринимательства ФГБОУ ВПО «Ишимский государственный педагогический институт им. П. П. Ершова, г. Ишим[email protected]

Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе

Аннотация.В статье рассматривается применение задач при проведении лабораторных занятий по физике в вузе.Ключевые слова:лабораторные занятия, физическая задача, задачи сопровождения, этапы проведения лабораторных занятий.

Изучение физики невозможно без лабораторных занятий. На лабораторном занятии лучше всего решаются вопросы интеграции знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков, формируются такие важные профессиональные и личностные качества студентов, как самостоятельность, активность, умение аналитически мыслить, переносить усвоенные способы действий в новые ситуации и т.п. Распространены следующие методы организации лабораторных занятий в вузах: фронтальные (когда все студенты выполняют одну и ту же работу), циклические (когда согласно графику студенты выполняют работы, разные по содержанию, но одной тематики), поточные, индивидуальные (система отдельных работ). Изучение литературы позволяет утверждать, что процесс выполнения лабораторной работы разделяют на три, четыре, пять или шесть действий (стадий или этапов) [1, 2]. Мы будем придерживаться процесса выполнения лабораторной работы, состоящего из четырех действий.1.Предварительная подготовка.2.Эксперимент.3.Обработка результатов эксперимента, оценка погрешностей, обобщение результатов с целью получения выводов по работе, составление и написание краткого отчета.4.Защита лабораторной работы. Каждое действие деятельности по выполнению лабораторных работ есть отдельная совокупность операций, подчиненная определенной цели.Остановимся подробнее на предварительной подготовке к лабораторным занятиям.Подготовка является важнейшим этапом лабораторного занятия, как и любой деятельности студентов в учебном процессе. Чтобы исследовать какоелибо явление или провести его опытную проверку, необходимо четко представлять себе поставленную задачу, взаимосвязь с другими явлениями и измеряемыми величинами; знать, какие величины и при помощи каких приборов можно получить опытным путем, какие ‬путем расчетов и вычислений, а какие взять из таблиц. Студент должен составить образ той деятельности, которую ему предстоит осуществить при выполнении эксперимента. Результативность выполнения экспериментов определяется глубиной и осознанностью представления о той работе, которую он планирует для осуществления эксперимента, т.е. умения прогнозировать результаты, составлять план предстоящей деятельности, план верификации результатов и т.д.При подготовке деятельности, направленной на решение какойлибо задачи, выполнение работы, как минимум, необходимы либо опыт в решении (выполнении) аналогичных задач (действий), либо знакомство с примерами решения такого типа задач. В большинстве случаев студенты, готовящиеся дома самостоятельно к проведению лабораторных работ, ничего этого не имеют. Хотя в пособиях для лабораторных занятий и утверждается, что на занятиях предоставляется максимальная самостоятельность, в действительности рекомендуемая в них методика выполнения предполагает работу по готовым инструкциям и студентам остается лишь строго следовать имеющимся указаниям.По нашему мнению, инструкции к лабораторным занятиям должны быть различными по содержанию. Студент должен понимать, что методическое описание ‬это только основа для выполнения работы, что навыки экспериментирования зависят не от качества описания, а от отношения студента к работе и что формально, бездумно проведенные измерения ‬это потраченное впустую время.Относительно того, когда следует спрашивать теоретический материал, существует несколько точек зрения. Первая предлагает во время предварительного опроса студента выяснить теоретические знания по содержанию лабораторной работы со всеми математическими выкладками, а по окончании работыпроверить результат, задать один‬два вопроса по методике работы, устройству и действию приборов и считать работу законченной. Другая точка зрения состоит в том, что предварительный опрос может касаться только смысла работы, методики ее проведения, а после выполнения экспериментальной работы студент должен отвечать по теории с предоставлением результата.И в том, и в другом случае приходится сталкиваться с тем фактом, что при нефронтальном ведении лабораторных занятий студенту может быть незнаком теоретический материал, используемый для толкования физического явления. Поэтому более эффективен первый метод. Заметим, что когда студент отчитывается в знании теоретического материала до выполнения лабораторной работы, а не после, у него не появляется стремления затянуть ее сдачу.Теоретическую подготовку студентов к лабораторному занятию чаще проводят путем устной кратковременной беседы. Студенту задается до пяти вопросов по устройству приборов, установке и выполнению работы. По нашему мнению, за такой короткий срок нельзя выявить степень подготовки каждого студента к работе, тем более двух‬трех человек. Некоторые преподаватели практикуют собеседования со студентами во время выполнения работы. В таких случаях часто бывает, что студент уже успел выполнить часть работы, пока преподаватель обнаружил, что он не подготовлен. В результате подобного выполнения работ студент лишь поверхностно знакомится с устройством приборов, их достоинствами и техникой эксперимента.На этапе подготовке к лабораторному занятию предлагаемиспользовать задачи.Доказано, что решение задач составляет неотъемлемую часть полноценного изучения предмета (в частности, физики) на любом уровне. В процессе решения задач проявляются основные закономерности мыслительной деятельности. При введении новыхпонятий постановка задач способствует возникновению потребности в знаниях и в усвоении способов их добывания. О степени усвоения физических понятий можно судить по умению сознательно их применять для анализа конкретных физических явлений в процессе решения задач.Решение задач позволяет лучше понять и запомнить основные законы физики, воспитывает способность применять общие теоретические закономерности к отдельным конкретным случаям. В этом случае решение задач ‬один из методов обучения физике, на которомидет не изучение законов, формул, графических зависимостей, расчетов и т.п., но активное применение их, обучение анализу в конкретных физических ситуациях.Задачамисопровождениямибудем называть задачи, ориентированные на понимание сущности лабораторнойработы, приближенные как можно ближе к реальной практической деятельности на лабораторном занятии. Это задачи, в процессе решения которых предполагается выявление физической сущности объектов, явлений (процессов) лабораторной работы, их взаимосвязи и взаимодействия.Учитывая, что деятельность студентов на лабораторном занятии состоит из четырех основных действий, задачисопровождения можно разделить на следующие основные группы:задачи по предварительной подготовке к лабораторной работе;задачи по проведению эксперимента;задачи по обработке результатов эксперимента;задачи контроля и самоконтроля.Задачи по предварительной подготовке, на наш взгляд, организуют познавательную деятельность студентов, готовящихся к лабораторной работе. Они помогают студентам из большого объема теоретического материала выделить необходимый. Задачи, предлагаемые здесь, воспроизводят ту физическую ситуацию, которая потом создается в эксперименте. Решение этих задач поможет студентам сделать вывод рабочей формулы, установить теоретически зависимость между величинами, подвергающуюся экспериментальной проверке.Среди них можно выделить:

задачи, позволяющие подойти к изучаемому явлению, помогающие вскрыть исследуемые закономерности;

задачи на воспроизведение или получение расчетной формулы;

задачи, на объяснение явлений и процессов, наблюдаемых в ходе работы;

задачи по проверке теоретического материала.Например, к данной группе относим следующую задачу, предлагаемую в работе «Определение удельной теплоты парообразования воды калориметрическим методом»:Для определения удельной теплоты парообразования воды пар при температуре 373К ввели в алюминиевый калориметр массой 52 г, содержащий 0,25кг воды при температуре 282 К. После пропускания пара в калориметре оказалось 0,259кг воды стемпературой 303 К. Вычислить по полученным данным удельную теплоту парообразования воды. Эта задача дает студенту расчетную формулу, используемую в работе и порядок действий по определению удельной теплоты парообразования воды.К этой группе отнесем и задачи, которые требуют объяснить некоторые явления, наблюдаемые в ходе работы, например, в этой же лабораторной работе предлагается задача: «Стоящую на горячей плитке колбу с небольшим количеством кипящей воды закрывают резиновой пробкой с трубкой, опущенной в стакан с холодной водой. Затем горячую плитку заменяют холодной. Примерно через полминуты холодная вода из стакана с шумом устремляется в колбу и заполняет ее. Объясните, почему».Задачи на объяснение явлений, наблюдаемых в ходе работы, чаще всего качественные, т.е. не всегда требуют знания математических зависимостей.Задачи по проведению эксперимента (вторая группа) позволяют:осмыслить метод измерения;спланировать эксперимент;наметить порядок проведения измерений;обосновать применение соответствующих приборов и устройств.Задачи третьей группы ‬задачисопровождения по обработке результатов эксперимента ‬дают возможности для уточнения результатов измерений; для оценки погрешности физических измерений; для представления результатов измерений в удобной для восприятия форме. Они позволяют сравнительно быстро и своевременно исправлять допущенные в вычислениях ошибки. Четвертая группа задач ‬самая объемная группа задачсопровождения ‬используется для контроля знаний студентов и для самоконтроля. Это и задачи, активизирующие поиск новых путей для решения проблемы; и задачи, устанавливающие связь между разделами курса физики; задачи иллюстрирующие применение изучаемых явлений, процессов в технике, медицине и т.д.Задачи контроля и самоконтроля помогают дифференцировать знания каждого студента, углублять их. Студент обнаруживает связи между элементами задачи и лабораторной работы, чему способствует активизация необходимых знаний.Например, лабораторная работа «Проверка законов колебания математическогомаятника и определение ускорения силы тяжести с помощью математического маятника» содержит задачу: Задача:«Как можно использовать график экспериментальной зависимости между периодом колебаний математического маятника и его длиной для определения ускорения свободного падения?»Задачи для защиты лабораторных работ более сложные, требуют использования знаний нескольких тем курса физики. Их решение направлено на формирование у студентов важных мыслительных функций (анализ, синтез, обобщение и т.д.)Таким образом, инструкция к лабораторной работе может выглядеть следующим образом (самый подробный вариант)[3].

Определение абсолютной и относительнойвлажности воздуха разными способами

Цель работы:научиться определять абсолютную и относительную влажность воздуха с помощью психрометра Ассмена.Приборы и материалы:термометр, психрометр Ассмена.Вопросы для самоконтроля1.

Дать определения: влажности воздуха, абсолютной влажности воздуха, относительной влажности воздуха, точки росы, парообразования, насыщенного пара, температуры, термодинамического равновесия.2.

Какое давление называется парциальным? Сформулируйте закон Дальтона.3.

Что означает выражение «Относительная влажность воздуха 45 %?»4.

Какие физические явления наблюдаются в работе? Объясните ход работы.5.

Как повысить влажность в комнате?6.

Объясните механизм выпадения росы, образования инея.7.

Почему сильная жара труднее переносится в болотистых местностях?8.

Объясните причину появления тумана по вечерам вблизи водоемов.Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов, происходящих в атмосфере. Оно оказывает большое значение и влияние на жизнь растений и животных.Водяной пар, находящийся в воздухе, изменяется как по количеству содержания его в воздухе, так и посостоянию насыщения.Содержание водяного пара в воздухе‬его влажность‬характеризуется рядом величин.Абсолютная влажность е‬количество водяного пара, находящегося в 1 м3воздуха в момент наблюдения.Абсолютной влажностью называют также давление (упругость или плотность) водяного пара в момент наблюдения.

Относительная влажность r‬есть отношение количества водяного пара, действительно находящегося в воздухе к максимально возможному количеству водяного пара при данной температуре.

,(1)где r‬относительная влажность, е‬абсолютная влажность (упругость водяного пара, находящегося в воздухе), Е‬максимально возможная упругость пара при данной температуре.Или, относительная влажность‬это отношение давления (или плотности) водяного пара при данной температуре к давлению (плотности) насыщенного пара при той же температуре:

.(2)Относительная влажность дает представление о степени насыщения воздуха водяными парами.Задачи для подготовкиКак изменяется абсолютная и относительная влажность воздуха при его нагревании? От каких факторов зависит точность определения относительной влажности?Найти массу воздуха, содержащегося в комнате объемом 200 м3при температуре 25ºС, если относительная влажность воздуха 50%,r0= 23·10‬3кг/м3.Относительная влажность воздуха 80%, а температура 17ºС. Какова абсолютная влажность воздуха? Относительная влажность воздуха при температуре 22°С составляет 100%. Какое количество водяного пара содержится в 1 м3воздуха при этом условии?В комнате объемом 50 м3содержится 0,606 кг водяного пара при температуре 30°С. Какова относительная влажность воздуха? При каком условии относительная влажность воздуха может увеличиться, несмотря на уменьшение абсолютной влажности?

Ход работыПсихрометр Ассмена состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных в специальной оправе. Шарик одного из термометров обвязан батистом, который смачивают дистиллированной водой. Со смоченной поверхности батиста на термометре идет испарениеводы, интенсивность которого зависит от влажности окружающего воздуха. Чем больше недостаток насыщения водяными парами в окружающем воздухе, тем интенсивнее будет происходить испарение с батиста, и тем ниже будет показание смоченного термометра, так как на испарение затрачивается тепло. Следовательно, разность показаний сухого и влажного термометров зависит от относительной влажности воздуха.В психрометре скорость обтекания воздуха около смоченного шарика термометра всегда постоянна. Это достигается при помощи вентилятора. Кроме того, в психрометре Ассмена оба термометра укреплены в особой металлической оправе, предохраняющей термометры от действия солнечной радиации. Смачивание термометра проводят с помощью резиновой груши или пипетки. Это нужно делать так, чтобы вода не попала на левый термометр. 1.Смочить влажный термометр и завести вентилятор на 3‬4 оборота.2.Снять показания влажного и сухого термометров на 3‬4 минуте после включения вентилятора.3.Найти разность между показаниями сухого и влажного термометров.4.Опыт повторить не менее 4х раз. С помощью таблицы 2найти относительную влажность. Результаты занести в таблицу 1.Таблица 1

№t1, 0C(сух)t2, 0CDt=t1‬t2,0Cr,%rср, %1

2

3

Таблица 2Таблица для определения относительной влажности

Показания сухого термометраРазность показаний сухого и влажного термометровК°С0123456789101127301008263452811

11008365483216

21008468513620

3100846954392410

4100857056422814

27851008672584532196

610086736047352310

710087746149372614

8100877563514028187

91008876645342312111

2831010088766554443424144

1110088776656463626178

12100897868574838292011

131008979695949403123146

141009079706051423325179

288151009080716152443627125

16100908171625445373022158

171009081726455473932241710

181009182736456484134262013

191009182746558504335292215293201009183746659514437302418

211009183756760524639322620

221009283766861544740342822

231009284766961554842363024

241009284776962564943373126298251009284777063575044383327

261009285787164585145403429

271009285787165595247413630

281009385787265595348423732

291009386797266605449433833303301009386797367615550443934

Задачи по проведению эксперимента и обработке результатов экспериментаКакова влажность воздуха, если сухой и смоченный термометры психрометра показывают одинаковую температуру? Влажный термометр психрометра показывает 10°С, а сухой 14°С. Найти относительную влажность и давление насыщенного пара. Пользуясь психрометрической таблицей, укажите, при каком условии могут совпадать показания влажного и сухого термометра? Как будут изменяться показания влажного термометрапсихрометра при уменьшении влажности? Задачи по проведению эксперимента и обработке результатов экспериментаНайти относительную влажность воздуха по показаниям сухого и влажного термометра психрометра, равных соответственно 29 и 22°С; 15 и 9°С; 25 и 21°С; 20 и 18°С. Сравнить полученные значения относительной влажности с результатами отсчетов по гигрометру Ламбрехта, если указываемые им значения температуры точек росы в те же моменты и в том же месте соответственно равны 18; 2; 19; 17°С. Какую конструкцию гигрометра вы могли бы предложить и изготовить самостоятельно вместо гигрометра, используемого в настоящей работе?Найти относительную влажность воздуха в комнате при температуре 180С, если точка росы 100С. В каком случае «точка росы»становится «точкой инея»?Задачи контроля и самоконтроляПо данным лабораторной работы определите массу водяного пара в помещении кабинета. Используя комнатный бытовой термометр, кусочек льда и стакан с водой, определите относительную влажность воздуха в помещении. Объясните наблюдаемые во время опытов явления.Определите массу водяного пара в помещении, имея психрометр, метровую линейку и справочник.Относительная влажность в комнате при температуре 16°С составляет 65%. Как она изменится при понижении температуры воздуха на 4 К, если давление насыщенного водяного пара останется прежним? При 20°С относительная влажность воздуха составила 60%. Сколько воды в виде росы выделится из каждого кубического метра воздуха, если температура понизилась до 8°С? Смешали V1=1м3 воздуха с относительной влажностью r1=20% и V2=2 м3 воздуха с относительной влажностью r2=30%. При этом обе порции были взяты при одинаковых температурах. Смесь занимает объем V=3 м3. Определить относительную влажность.Смешали V1=1м3 воздуха с относительной влажностью r1=20% и V2=2 м3 воздуха с относительной влажностью r2=30%. При этом обе порции были взяты при одинаковых температурах. Смесь занимает объем V=3 м3. Определить относительную влажность.В комнате объемом 50 м3 относительная влажность воздуха 40%. Если испарить дополнительную воду массой 60 г, то относительная влажность будет равной 50%. Какой при этом будет абсолютная влажность воздуха?

Лабораторные занятия делают знания студентов более глубокими, знакомят их с экспериментальным методом исследования в науке, помогают формированию измерительных навыков и умений. Задачи же помогут при подготовке к лабораторной работе, помогут углубить знания студента, полученные им на лабораторных занятиях.

Ссылка на источники1.Темиркулова Н.И. Методические основы применения ЭВТ на лабораторных и практических занятиях курса общей физики (на примере технического вуза): ‬дис…. канд. пед. наук. ‬Челябинск: ЧГПИ, 1992. ‬227с.2.Мелешина А.М., Гарунов М.Г., Семакова А.Г. Как изучать физикоматематические дисциплины в вузе: советы студентам младших курсов. ‬Воронеж: Издво ВГУ, 1988. ‬208 с.3.Ермакова Е.В. Методические рекомендации к лабораторным занятиям по курсу общей физики (молекулярная физика и термодинамика).‬Ишим: ИздвоИГПИим. П.П. Ершова, 2003.‬60 с.

ErmakovaElena,theCandidateofScience(Pedagogics), theassociateprofessoroftheChairofTheoryandMethodsofTeachingPhysics, Technology and Business of the Ishim Ershov State Teachers Training Institute, [email protected] in preparation for laboratory studies in physics at the Pedagogical UniversAbstract.In the artibe the tasks application in laboratory studies in physics at the Univers.Keywords:laboratory studies, physical task,maintenance tasks, phasec of the laboratory exercises.

Рекомендовано к публикации: Горевым П. М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»

Что такое относительная влажность, абсолютная влажность и точка росы? — Air Solutions

Влажность можно измерить несколькими способами: относительной влажностью, абсолютной влажностью или точкой росы. Ниже мы попытаемся объяснить различные способы измерения влажности.

Абсолютная влажность:

Относительная влажность является наиболее распространенным измерением. Однако, чтобы понять относительную влажность, полезно сначала понять абсолютную влажность. Абсолютная влажность — это влажность воздуха.Другими словами, масса водяного пара, деленная на массу сухого воздуха в объеме воздуха. Не учитывает температуру. Абсолютная влажность в атмосфере колеблется от почти нуля до примерно 30 граммов на кубический метр, когда воздух насыщен при 30 ° C. Чем горячее воздух, тем больше воды в нем может содержаться . Абсолютная влажность измеряется в г / кг. Если взять средний летний день 22 ° C и относительную влажность 55%, абсолютная влажность будет 9 г / кг.

Относительная влажность:

Относительная влажность, выраженная в процентах, измеряет текущую абсолютную влажность относительно максимальной для данной температуры (которая зависит от текущей температуры воздуха).Относительная влажность 100 процентов означает, что воздух полностью насыщен водяным паром и больше не может удерживаться, что создает возможность дождя в атмосфере и конденсации на заводе. Кроме того, когда содержание влаги остается постоянным, а температура увеличивается, относительная влажность уменьшается. Например, если у нас есть воздух с температурой 22 ° C и 55%, у нас будет уровень абсолютной влажности 9 г / кг. Более теплый воздух может удерживать больше влажности. Таким образом, если мы увеличим температуру до 30 ° C, но сохраним абсолютную влажность на том же уровне (9 г / кг), относительная влажность теперь будет 34%.Точно так же, если мы уменьшим температуру с 22 ° C до 12 ° C и сохраним абсолютную влажность на том же уровне, у нас теперь будет относительная влажность 100%.

Точка росы:

Точка росы — это температура насыщения воды в воздухе. Точка росы связана с относительной влажностью. Высокая относительная влажность означает, что точка росы ближе к текущей температуре воздуха. Относительная влажность 100% указывает на то, что точка росы равна текущей температуре и что воздух максимально насыщен водой.Например, при температуре 22 ° C и относительной влажности 100% у воздуха также будет точка росы 22 ° C. Точно так же, чтобы взять наш предыдущий пример, воздух с температурой 22 и относительной влажностью 55% имеет точку росы 12 ° C. Таким образом, при охлаждении этого воздуха 12 ° C — это температура, при которой влага будет выделяться из воздуха и конденсироваться на окружающих поверхностях.

Какое измерение мне следует использовать?

Для разных приложений используются разные измерения. Относительная влажность является наиболее распространенным вариантом и обычно используется для большинства приложений.Если у вас меняющиеся температуры, более подходящей может быть абсолютная влажность. Это измерение используется для распылительной сушки и нагнетания воздуха. Точка росы обычно используется, когда пытаются предотвратить образование конденсата или льда на холодной поверхности, которая работает в более теплой зоне.

Расскажите нам о своем применении, и мы сможем обсудить с вами правильное измерение.

Тел. 0800 433 486

Важность баланса влажности вашего дома

Когда вы думаете о влажности, это, вероятно, вызывает в памяти душные, липкие летние походы в кемпинг или сухой горный воздух во время лыжного сезона.Когда речь заходит о домашнем комфорте, большинство людей редко говорят о влажности. Однако это реальная проблема, которая затрагивает практически все аспекты вашего дома, от здоровья семьи до деревянных полов. Если вы никогда не задумывались о его важности в своем доме, самое время начать. Вот некоторые из причин, по которым необходимо сбалансировать влажность в вашем доме в Колумбии, штат Мэриленд.

Абсолютная влажность и абсолютная влажность. Относительная влажность

Чтобы понять, какое влияние влажность оказывает на ваш дом, важно понимать, что влажность является ее сутью.Основным показателем влажности является абсолютная влажность, которая измеряет количество водяного пара в воздухе, в то время как относительная влажность описывает количество воды в воздухе относительно температуры. Поскольку горячий воздух может содержать больше влаги, чем холодный, относительная влажность при высокой температуре гораздо более заметна, чем при более низких температурах.

Когда вы смотрите вечерние новости или читаете газету, влажность, выраженная в процентах, на самом деле является относительной влажностью. Следует помнить, что абсолютная влажность и относительная влажность не взаимозаменяемые термины, а относительная влажность оказывает более сильное влияние на качество воздуха в помещении.

Влияние влажности на качество воздуха в помещении

Качество воздуха в помещении является наиболее важным фактором, когда речь идет о воздухопроницаемости воздуха в вашем доме. Если он упадет ниже определенного уровня, у вас обязательно появятся респираторные проблемы. Настоящая проблема здесь заключается в том, что большинство домовладельцев приписывают плохое качество воздуха пыльце, пыли и другим загрязнителям, игнорируя роль влажности.

Низкая влажность — одна из основных причин болезней, возникающих в доме.Сухая, потрескавшаяся кожа, кровавые носы, потрескавшиеся губы и сухие носовые пазухи — это лишь некоторые из проблем со здоровьем, которые могут возникнуть при низкой влажности. Кроме того, могут обостриться уже существующие состояния, такие как астма или бронхит.

В условиях высокой влажности на первый план выходят другие риски. Это увеличение влажности позволяет процветать ряду микроорганизмов, включая пылевых клещей, бактерии и плесень. Пылевые клещи могут усилить воздействие респираторных заболеваний, особенно если они размножаются в постельных принадлежностях и мебели.Плесень и бактерии, такие как та, которая вызывает болезнь легионеров, также потенциально смертельны, если они размножаются и попадают в воздуховоды, которые в конечном итоге переносят их в жилые помещения.

Значение влажности в вашем доме

Хотя здоровье вашей семьи является главной заботой о влажности в помещении, влажность также оказывает негативное влияние на ваш дом. А именно, влажность наносит ущерб деревянным поверхностям в вашем доме. Когда влажность слишком низкая, древесине не хватает влаги для сохранения формы.Каждое волокно или кольцо в древесине по-разному реагируют на влажность, и когда она не достигает нужного уровня, начинают появляться трещины и трещины (то есть раскалывание древесины вдоль волокон). Это не только разрушает паркет, мебель и музыкальные инструменты, но и требует дорогостоящего ремонта.

Чтобы починить мебель или деревянные полы в сухом состоянии, обычно требуется полная замена, хотя иногда возможен трудоемкий ремонт. Проблема здесь в том, что вы не всегда можете определить, отсутствует ли у вас относительная влажность, до тех пор, пока она уже не повредит деревянные поверхности в вашем доме.

Когда влажность в вашем доме становится слишком высокой, это также оказывает пагубное воздействие. Однако, в отличие от низкой влажности, его легче идентифицировать. Если вы заметили скопление избыточной влаги на поверхностях, а также образование воды на окнах и стенах, влажность в вашем доме слишком высока. Избыточная влажность заставляет древесину коробиться или коробиться, поскольку она не может удерживать влагу, разрушая как инженерные, так и натуральные паркетные полы. Помимо разрушения древесины, высокая влажность может проникать в стены и под пол, что со временем способствует гниению.Когда это происходит, единственным выходом будет новый пол, гипсокартон или карнизы для стен.

И снова есть явные признаки того, что влажность отрицательно влияет на ваш дом, однако влагу внутри стен обнаружить трудно, что делает еще более важным мониторинг уровня влажности в вашем доме.

Определение уровня влажности в доме с плохой атмосферой

Хотя избыток влаги на стенах и окнах обнаружить относительно легко, в других случаях это не так просто. Некоторые из наиболее очевидных признаков плохого уровня влажности в доме включают отслаивание обоев или вздутие краски, пятна от воды на стене, видимый рост плесени в обычных местах с низкой влажностью и даже затхлый запах в ползунках, подвале или при поворотах. на вашем кондиционере.

Интересным признаком низкой влажности в доме является увеличение статического электричества, а также частые проблемы с бытовой техникой и другой бытовой электроникой.

Какая идеальная влажность в доме?

Не всегда легко определить идеальную влажность в доме, поскольку она зависит от личных предпочтений и температуры наружного воздуха. В идеале влажность в доме должна составлять от 30 до 40 процентов в зимние месяцы, в то время как летом допускается немного более высокий уровень от 40 до 60 процентов, хотя попасть в верхний эшелон этого диапазона не всегда легко.Эту проблему усугубляет то, что вам нужно постоянно следить за своей влажностью при изменении температуры наружного воздуха.

Как контролировать и регулировать влажность в доме

Мониторинг влажности в доме — не всегда самая простая задача, особенно если в вашем доме устаревшее оборудование. Самый простой способ проверить уровень влажности в доме — использовать умный термостат. Эти удобные устройства содержат датчики, которые определяют относительную влажность в вашем доме, а некоторые даже вносят коррективы при использовании с совместимыми системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Если вы только что установили термостат без датчика влажности или уже довольны своим термостатом, есть способы проверить уровень влажности в вашем доме. Гигрометр — это устройство, которое использует механические или цифровые средства для определения влажности в определенной области, и предлагается в двух вариантах. Более простой вариант — цифровой или электрический гигрометр. Хотя они более дорогие, для правильной работы им требуются только батарейки. Затем вам нужно только разместить устройство в комнатах по всему дому.

Второй вариант — это механический гигрометр, требующий гораздо более сложной настройки. Хотя это дает более точные показания, это не так практично. Однако, если у вас есть теплица или вам нужна определенная влажность для экзотических пород древесины или тропических растений, неплохо было бы попробовать механическую версию.

Как добиться идеальной влажности в помещении

Даже при внешней погоде, отрицательно влияющей на влажность вашего дома, поддерживать идеальную влажность в помещении намного проще, чем вы думаете.В зависимости от влажности на улице иногда достаточно просто открыть окна на короткое время. Однако это часто непоследовательный способ управления влажностью.

Чтобы добиться идеального баланса влажности в помещении во всем доме, лучше всего выбрать увлажнитель или осушитель. Оба имеют относительно простую установку и работают без особого взаимодействия. Первый выбор, который вам нужно сделать в отношении этих устройств, — это центральный блок или портативный. Переносные устройства — хороший выбор, если у вас есть комната, в которой требуется постоянный уровень влажности, например детская или музыкальная.Для портативного увлажнителя вам нужно только заботиться о поддержании уровня воды в резервуаре и регулярно менять или очищать воздушный фильтр. Осушителям требуется только очистка фильтра.

Для больших домов наиболее важным решением является увлажнитель для всего дома. При подключении к интеллектуальному термостату это устройство становится надежным при домашнем уровне влажности. Кроме того, вам не нужно беспокоиться о постоянном контроле уровня влажности. Хотя этот вариант более дорогой, он дает вам удобство и универсальность, которых нет в портативном устройстве.

Когда дело доходит до влажности в вашем доме, обеспечение идеального баланса — единственный способ обеспечить целостность вашего дома и здоровье вашей семьи. После того, как вы решите сделать шаг вперед и установить увлажнитель, вам понадобится команда экспертов, которая обеспечит быстрое и профессиональное обслуживание. Тогда вы позвоните в Griffith Energy Services по телефону 888-474-3391. Ваша система заработает в кратчайшие сроки, и вы будете наслаждаться идеальным качеством воздуха в помещении круглый год.

Изображение предоставлено Shutterstock

Влажность, испарение и кипение | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните взаимосвязь между давлением водяного пара и способностью воздуха удерживать водяной пар.
  • Объясните взаимосвязь между относительной влажностью и парциальным давлением водяного пара в воздухе.
  • Рассчитайте плотность пара, используя давление пара.
  • Рассчитайте влажность и точку росы.

Рис. 1. Подобные капли росы на банановом листе, сфотографированном сразу после восхода солнца, образуются, когда температура воздуха опускается до или ниже точки росы. В точке росы воздух больше не может удерживать весь водяной пар, который он удерживал при более высоких температурах, и часть воды конденсируется с образованием капель.(Источник: Аарон Эскобар, Flickr)

Выражение «дело не в жаре, а во влажности» имеет значение. Мы сохраняем прохладу в жаркую погоду, испаряя пот с кожи и воду из дыхательных путей. Поскольку испарение сдерживается высокой влажностью, нам становится жарче при заданной температуре, когда влажность высокая. С другой стороны, низкая влажность может вызвать дискомфорт из-за чрезмерного высыхания слизистых оболочек и может привести к повышенному риску респираторных инфекций.

Когда мы говорим о влажности, мы на самом деле имеем в виду относительную влажность .Относительная влажность говорит нам, сколько водяного пара содержится в воздухе по сравнению с максимально возможным. В максимуме, обозначенном как насыщение , относительная влажность составляет 100%, и испарение подавлено. Количество водяного пара, которое может удерживать воздух, зависит от его температуры. Например, относительная влажность повышается вечером по мере снижения температуры воздуха, иногда достигая точки росы . При температуре точки росы относительная влажность составляет 100%, и в результате конденсации капель воды может образоваться туман, если они достаточно малы, чтобы оставаться во взвешенном состоянии.И наоборот, если вы хотите что-то высушить (например, волосы), более эффективно обдувать их горячим, а не холодным воздухом, потому что, помимо прочего, горячий воздух может удерживать больше водяного пара.

Способность воздуха удерживать водяной пар основана на давлении водяного пара. Жидкая и твердая фазы непрерывно выделяют пар, потому что некоторые молекулы имеют достаточно высокие скорости, чтобы войти в газовую фазу; см. рисунок 2а. Если закрыть контейнер крышкой, как на рисунке 2b, испарение продолжается, увеличивая давление, пока не накопится достаточно пара для конденсации, чтобы сбалансировать испарение.Тогда равновесие было достигнуто, и давление пара равно парциальному давлению воды в емкости. Давление пара увеличивается с ростом температуры, потому что скорости молекул возрастают с увеличением температуры. В таблице 1 приведены репрезентативные значения давления водяного пара для диапазона температур.

Рис. 2. (a) Из-за распределения скоростей и кинетической энергии некоторые молекулы воды могут переходить в паровую фазу даже при температурах ниже обычной точки кипения.(b) Если контейнер запечатан, испарение будет продолжаться до тех пор, пока плотность пара не станет достаточной для скорости конденсации, равной скорости испарения. Эта плотность пара и создаваемое парциальное давление являются значениями насыщения. Они увеличиваются с температурой и не зависят от присутствия других газов, например воздуха. Они зависят только от давления водяного пара.

Относительная влажность связана с парциальным давлением водяного пара в воздухе. При 100% влажности парциальное давление равно давлению пара, и вода больше не может попасть в паровую фазу.Если парциальное давление меньше давления пара, происходит испарение, так как влажность меньше 100%. Если парциальное давление больше, чем давление пара, происходит конденсация. Способность воздуха «удерживать» водяной пар определяется давлением водяного пара и не имеет ничего общего со свойствами воздуха.

Таблица 1. Плотность насыщенного пара воды
Температура (ºC) Давление пара (Па) Плотность насыщенного пара (г / м 3 )
−50 4.0 0,039
−20 1,04 × 10 2 0,89
−10 2,60 × 10 2 2,36
0 6,10 × 10 2 4,84
5 8,68 × 10 2 6,80
10 1,19 × 10 3 9,40
15 1.69 × 10 3 12,8
20 2,33 × 10 3 17,2
25 3,17 × 10 3 23,0
30 4,24 × 10 3 30,4
37 6,31 × 10 3 44,0
40 7,34 × 10 3 51,1
50 1.23 × 10 4 82,4
60 1,99 × 10 4 130
70 3,12 × 10 4 197
80 4,73 × 10 4 294
90 7,01 × 10 4 418
95 8,59 × 10 4 505
100 1.01 × 10 5 598
120 1,99 × 10 5 1095
150 4,76 × 10 5 2430
200 1,55 × 10 6 7090
220 2,32 × 10 6 10 200

Пример 1. Расчет плотности с использованием давления пара

В таблице 1 показано давление пара воды при 20.0ºC как 2,33 × 10 3 Па Используйте закон идеального газа для расчета плотности водяного пара в г / м 3 , которая создаст парциальное давление, равное этому давлению пара. Сравните результат с плотностью насыщенного пара, приведенной в таблице.

Стратегия

Чтобы решить эту проблему, нам нужно разбить ее на два этапа. Парциальное давление подчиняется закону идеального газа: PV = nRT , где n — количество молей. Если мы решим это уравнение для n / V , чтобы вычислить количество молей на кубический метр, мы можем затем преобразовать это количество в граммы на кубический метр, как требуется.Для этого нам нужно использовать молекулярную массу воды, которая указана в периодической таблице.

Решение

1. Определите известные и преобразуйте их в правильные единицы:

температура T = 20ºC = 293 K

Давление паров P воды при 20ºC составляет 2,33 × 10 3 Па

Молекулярная масса воды составляет 18,0 г / моль

2. Решите закон идеального газа для

[латекс] \ frac {n} {V} \\ [/ latex]: [латекс] \ frac {n} {V} = \ frac {P} {RT} \\ [/ latex]

3.3 \ [/ латекс]

Обсуждение

Плотность рассчитывается исходя из давления, равного давлению водяного пара при 20,0ºC. Найденная плотность идентична значению в таблице 1, что означает, что плотность пара 17,2 г / м 3 при 20,0 ° C создает парциальное давление 2,33 × 10 3 Па, равное давлению пара воды при эта температура. Если парциальное давление равно давлению пара, то жидкая и паровая фазы находятся в равновесии, а относительная влажность составляет 100%.Таким образом, может быть не более 17,2 г водяного пара на 1 м 2 3 при 20,0 ° C, так что это значение является плотностью насыщенного пара при этой температуре. Этот пример показывает, как водяной пар ведет себя как идеальный газ: давление и плотность соответствуют закону идеального газа (при условии, что плотность в таблице верна). Плотность насыщенного пара, указанная в таблице 1, представляет собой максимальное количество водяного пара, которое воздух может удерживать при различных температурах.

Относительная влажность в процентах

Мы определяем относительную влажность процента как отношение плотности пара к плотности насыщенного пара, или

[латекс] \ displaystyle \ text {относительная влажность в процентах} = \ frac {\ text {плотность пара}} {\ text {насыщенная плотность пара}} \ times100 \\ [/ latex]

Мы можем использовать это и данные в таблице 1 для выполнения множества интересных вычислений, имея в виду, что относительная влажность основана на сравнении парциального давления водяного пара в воздухе и льду.

Пример 2. Расчет влажности и точки росы

1. Вычислите относительную влажность в процентах в день, когда температура составляет 25,0 ° C, а воздух содержит 9,40 г водяного пара на 1 м 2 3 .

2. При какой температуре этот воздух достигнет 100% относительной влажности (плотности насыщения)? Эта температура и есть точка росы.

3. Какова влажность при температуре воздуха 25,0 ° C и точке росы –10,0 ° C?

Стратегия и решение

1.3} \ times100 = 40.9 \% \ [/ латекс]

3. Воздух содержит 9,40 г / м 3 3 водяного пара. Относительная влажность будет 100% при температуре, где 9,40 г / м 3 — плотность насыщения. Изучение таблицы 1 показывает, что это имеет место при 10,0 ° C, когда относительная влажность составляет 100%. Эта температура называется точкой росы для воздуха с такой концентрацией водяного пара.

Здесь температура точки росы равна –10,0 ° C. Из таблицы 1 видим, что плотность пара равна 2.3} \ times100 = 10,3 \% \ [/ латекс]

Обсуждение

Важность точки росы заключается в том, что температура воздуха не может опускаться ниже 10,0 ° C в части (b) или –10,0 ° C в части (c) без конденсации водяного пара из воздуха. Если происходит конденсация, происходит значительный перенос тепла (обсуждается в разделе «Методы тепло- и теплопередачи»), что предотвращает дальнейшее падение температуры. Когда точка росы ниже 0ºC, вероятность замерзания выше, что объясняет, почему фермеры следят за точкой росы.Низкая влажность в пустынях означает низкие температуры точки росы. Таким образом, конденсация маловероятна. При понижении температуры пар не конденсируется в жидких каплях. Поскольку в воздух не выделяется тепло, температура воздуха падает быстрее, чем в воздухе с более высокой влажностью. Точно так же при высоких температурах капли жидкости не испаряются, поэтому тепло не отводится от газа к жидкой фазе. Этим объясняется большой диапазон температур в засушливых регионах.

Почему вода кипит при 100ºC? Из Таблицы 1 вы заметите, что давление пара воды при 100ºC равно 1.01 × 10 5 Па, или 1,00 атм. Таким образом, он может испаряться без ограничений при этой температуре и давлении. Но почему при кипении образуются пузыри? Это связано с тем, что вода обычно содержит значительное количество растворенного воздуха и других примесей, которые наблюдаются как маленькие пузырьки воздуха в стакане с водой. Если пузырек появляется на дне контейнера при 20ºC, он содержит водяной пар (около 2,30%). Давление внутри пузыря зафиксировано на уровне 1,00 атм (мы игнорируем небольшое давление, оказываемое водой вокруг него).При повышении температуры количество воздуха в пузырьке остается неизменным, но количество водяного пара увеличивается; пузырек расширяется, чтобы поддерживать давление на уровне 1,00 атм. При 100ºC водяной пар постоянно входит в пузырек, так как парциальное давление воды в равновесии равно 1,00 атм. Однако он не может достичь этого давления, поскольку в пузырьке также содержится воздух, а общее давление составляет 1,00 атм. Пузырек увеличивается в размерах и тем самым увеличивает выталкивающую силу. Пузырь отрывается и быстро поднимается на поверхность — мы называем это кипением! (См. Рисунок 3.)

Рис. 3. (a) Пузырь воздуха в воде вначале насыщается водяным паром при 20ºC. (б) При повышении температуры водяной пар попадает в пузырек, потому что его давление пара увеличивается. Пузырь расширяется, сохраняя давление на уровне 1,00 атм. (c) При 100ºC водяной пар постоянно входит в пузырь, потому что давление водяного пара превышает его парциальное давление в пузырьке, которое должно быть менее 1,00 атм. Пузырь растет и поднимается на поверхность.

Проверьте свое понимание

Сублимационная сушка — это процесс, при котором вещества, такие как пищевые продукты, сушат, помещая их в вакуумную камеру и понижая атмосферное давление вокруг них.Как пониженное атмосферное давление ускоряет процесс сушки и почему снижает температуру продуктов?

Решение

Понижение атмосферного давления приводит к снижению парциального давления воды и, следовательно, к более низкой влажности. Так, например, испарение воды из пищи будет усилено. Молекулы воды, которые, скорее всего, оторвутся от пищи, будут иметь наибольшую скорость. Таким образом, оставшиеся имеют более низкую среднюю скорость и более низкую температуру.Это может (и приводит) к замораживанию и сушке пищи; отсюда процесс удачно назван сублимационной сушкой.

Исследования PhET: состояния вещества

Посмотрите, как различные типы молекул образуют твердое тело, жидкость или газ. Добавьте или уберите огонь и наблюдайте за изменением фазы. Измените температуру или объем контейнера и посмотрите график зависимости давления от температуры в реальном времени. Свяжите потенциал взаимодействия с силами между молекулами.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию.Запускать на Java.

Сводка раздела

  • Относительная влажность — это доля водяного пара в газе по сравнению со значением насыщения.
  • Плотность насыщенного пара может быть определена по давлению пара для данной температуры.
  • Относительная влажность в процентах определяется как [латекс] \ text {относительная влажность в процентах} = \ frac {\ text {плотность пара}} {\ text {плотность насыщенного пара}} \ times100 \\ [/ latex].
  • Точка росы — это температура, при которой воздух достигает 100% относительной влажности.

Концептуальные вопросы

  1. Поскольку влажность зависит только от давления и температуры водяного пара, допустимы ли плотности насыщенного пара, указанные в таблице 1, в атмосфере гелия при давлении 1,01 × 10 5 Н / м 2 , а не в воздухе? На эти значения влияет высота на Земле?
  2. Почему стакан с водой 40,0ºC, помещенный в вакуумную камеру, начинает закипать, когда из камеры откачивается воздух (из камеры откачивается воздух)? При каком давлении начинается кипение? Будет ли пища готовиться в таком стакане быстрее?
  3. Почему медицинский спирт испаряется намного быстрее, чем вода при стандартной температуре и давлении?

Задачи и упражнения

  1. Сухой воздух 78.1% азота. Каково парциальное давление азота при атмосферном давлении 1,01 × 10 5 Н / м 2 ?
  2. (а) Какое давление пара у воды при 20,0 ° C? б) Какому проценту атмосферного давления это соответствует? (c) Какой процент воздуха при 20,0 ° C составляет водяной пар, если его относительная влажность 100%? (Плотность сухого воздуха при 20,0 ° C составляет 1,20 кг / м3.)
  3. Скороварки увеличивают скорость приготовления за счет повышения температуры кипения воды выше значения, равного атмосферному давлению.а) Какое давление необходимо для повышения температуры кипения до 120,0 ° C? б) Какому манометрическому давлению это соответствует?
  4. (a) При какой температуре вода закипает на высоте 1500 м (около 5000 футов) в день, когда атмосферное давление составляет 8,59 × 10 4 Н / м 2 ? (b) Как насчет высоты 3000 м (около 10 000 футов), когда атмосферное давление составляет 7,00 × 10 4 Н / м 2 ?
  5. Какое атмосферное давление на вершине Эвереста в день, когда вода там кипит с температурой 70?0ºC?
  6. В одном месте в высоких Андах вода закипает до 80,0 ° C, что значительно снижает скорость приготовления, например, картофеля. Какое атмосферное давление в этом месте?
  7. Какова относительная влажность в день 25,0 ° C, когда воздух содержит 18,0 г / м 2 3 водяного пара?
  8. Какова плотность водяного пара в г / м 3 в жаркий засушливый день в пустыне при температуре 40,0 ° C и относительной влажности 6,00%?
  9. Глубоководный дайвер должен дышать газовой смесью с таким же парциальным давлением кислорода, что и на уровне моря, где в сухом воздухе содержится 20.9% кислорода и имеет общее давление 1,01 × 10 5 Н / м 2 . а) Какое парциальное давление кислорода на уровне моря? (b) Если дайвер дышит газовой смесью с давлением 2,00 × 10 6 Н / м 2 , какой процент кислорода должен быть в нем, чтобы иметь такое же парциальное давление кислорода, как на уровне моря?
  10. Давление паров воды при 40,0ºC составляет 7,34 × 10 3 Н / м 2 . Используя закон идеального газа, вычислите плотность водяного пара в г / м 3 , который создает парциальное давление, равное этому давлению пара.Результат должен быть таким же, как плотность насыщенного пара при этой температуре 51,1 г / м 3 .
  11. Воздух в легких человека имеет температуру 37,0ºC и плотность насыщенного пара 44,0 г / м. 3 . (а) Если выдыхается 2,00 л воздуха и вдыхается очень сухой воздух, какова максимальная потеря водяного пара человеком? (b) Рассчитайте парциальное давление водяного пара, имеющего эту плотность, и сравните его с давлением пара 6,31 × 10 3 Н / м 2 .
  12. Если относительная влажность 90.0% душным летним утром при температуре 20,0ºC, что будет позже днем ​​при температуре 30,0ºC, если плотность водяного пара останется постоянной?
  13. Поздно, в осенний день, относительная влажность 45,0% и температура 20,0 ° C. Какой будет относительная влажность в тот вечер, когда температура упадет до 10,0 ° C, при условии постоянной плотности водяного пара?
  14. Атмосферное давление на вершине Эвереста составляет 3,30 × 10 4 Н / м 2 .а) Какое там парциальное давление кислорода, если он составляет 20,9% от воздуха? б) Какой процент кислорода должен вдыхать альпинист, чтобы его парциальное давление было таким же, как на уровне моря, где атмосферное давление составляет 1,01 × 10 5 Н / м 2 ? (c) Одна из самых серьезных проблем для тех, кто поднимается на очень высокие горы, — это чрезмерное высыхание дыхательных путей. Почему происходит это высыхание?
  15. Какова точка росы (температура, при которой будет иметь место относительная влажность 100%) в день, когда относительная влажность равна 39.0% при температуре 20,0ºC?
  16. В определенный день температура составляет 25,0 ° C, а относительная влажность составляет 90,0%. Сколько граммов воды должно конденсироваться из каждого кубического метра воздуха, если температура упадет до 15,0ºC? Таким образом, при таком падении температуры может образоваться густая роса или туман.
  17. Интегрированные концепции. Температура кипения воды увеличивается с глубиной, потому что давление увеличивается с глубиной. На какой глубине пресная вода будет иметь точку кипения 150ºC, если поверхность воды находится на уровне моря?
  18. Интегрированные концепции. (a) На какой глубине в пресной воде достигается критическое давление воды, учитывая, что поверхность находится на уровне моря? б) При какой температуре закипит эта вода? (c) Требуется ли значительно более высокая температура для кипячения воды на большей глубине?
  19. Интегрированные концепции. Чтобы получить представление о небольшом влиянии температуры на принцип Архимеда, вычислите долю веса медного блока, которая поддерживается выталкивающей силой в воде 0 ° C, и сравните эту долю с долей, поддерживаемой в 95.ºC воды.
  20. Интегрированные концепции. Если вы хотите готовить в воде при 150ºC, вам понадобится скороварка, способная выдержать необходимое давление. а) Какое давление требуется, чтобы температура кипения воды была такой высокой? б) Если крышка скороварки представляет собой диск диаметром 25,0 см, какую силу он должен выдерживать при таком давлении?
  21. Необоснованные результаты. (а) Сколько молей в кубическом метре идеального газа при давлении 1.00 × 10 14 Н / м 2 и при 0ºC? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какая предпосылка или предположение ответственны?
  22. Необоснованные результаты. (a) Автомеханик утверждает, что алюминиевый стержень свободно входит в отверстие на алюминиевом блоке двигателя, потому что двигатель горячий, а стержень холодный. Если диаметр отверстия на 10,0% больше диаметра стержня 22,0 ° C, при какой температуре стержень будет такого же размера, как и отверстие? б) Что неразумного в этой температуре? (c) Какая предпосылка ответственна?
  23. Необоснованные результаты. Температура внутри взрыва сверхновой составляет 2,00 × 10 13 К. (а) Какова будет средняя скорость v среднеквадратичная атомов водорода? б) Что неразумного в этой скорости? (c) Какая предпосылка или предположение ответственны?
  24. Необоснованные результаты. Предположим, что относительная влажность составляет 80% в день при температуре 30,0 ° C. а) Какой будет относительная влажность, если воздух остынет до 25,0 ° C, а плотность пара останется постоянной? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какая предпосылка ответственна?

Глоссарий

точка росы: температура, при которой относительная влажность составляет 100%; температура, при которой вода начинает конденсироваться из воздуха

насыщение: состояние 100% относительной влажности

Относительная влажность процентов: отношение плотности пара к плотности насыщенного пара

относительная влажность: количество воды в воздухе относительно максимального количества, которое воздух может удерживать

Избранные решения проблем и упражнения

1.7,89 × 10 4 Па

3. (а) 1.99 × 10 5 Па; (б) 0,97 атм

5. 3,12 × 10 4 Па

7. 78,3%

9. (а) 2,12 × 10 4 Па; (б) 1.06%

11. (а) 8.80 × 10 −2 г; (б) 6,30 × 10 3 Па; два значения почти идентичны.

13. 82,3%

15. 4,77ºC

17. 38,3 м

19. [латекс] \ displaystyle \ frac {\ frac {F _ {\ text {B}}} {w _ {\ text {Cu}}}} {\ frac {F _ {\ text {B}}} {w_ { \ text {Cu}} {\ prime}}} = 1.02 \ [/ латекс]. Выталкивающая сила поддерживает почти одинаковую силу на медном блоке в обоих случаях.

21. (а) 4.41 × 10 10 моль / м 3 ; б) оно неоправданно велико; (c) При таких высоких давлениях закон идеального газа больше не может применяться. В результате при его использовании возникают необоснованные ответы.

23. (а) 7,03 × 10 8 м / с; б) скорость слишком велика — она ​​больше скорости света; (c) Предположение, что водород внутри сверхновой ведет себя как идеальный газ, является ответственным из-за высокой температуры и плотности в ядре звезды.Более того, когда достигается скорость, превышающая скорость света, классическая физика должна быть заменена теорией относительности, которая еще не раскрыта.

EGEE 102: Энергосбережение и защита окружающей среды

Воздух представляет собой смесь нескольких газов, включая азот, кислород и водяной пар.

  • Общее давление воздуха , оказываемое объемом воздуха в данном контейнере на этот контейнер, является суммой индивидуальных (парциальных) давлений этих газов.
  • Давление пара — это индивидуальное или парциальное давление водяного пара.

Чем теплее воздух, тем больше влаги он может удерживать. Таким образом, его влагоудерживающая способность изменяется в зависимости от температуры.

Психометрическая диаграмма (изображенная ниже) представляет содержание влаги в воздухе при различных температурах. Эта диаграмма показывает, что с повышением температуры воздуха количество влаги, которое может удерживаться в сухом воздухе, также увеличивается.

  • Температура по сухому термометру: Температура без влажности воздуха; известен как «абсолютный воздух».”
  • Точка росы Температура: Полное насыщение — максимальное количество водяного пара, которое может удерживать воздух. Учтите, что водяной пар может переносить больше тепла, чем воздух.

Психометрическая диаграмма

Как мы знаем, в воздухе присутствует разное количество влаги (в газообразной или парообразной форме). Абсолютная влажность — это фактическое количество влаги, содержащейся в воздухе. Он представлен в следующей формуле:

Абсолютная влажность = Масса водяного пара (фунт) Масса сухого воздуха (фунт)

Относительная влажность, в отличие от , — это отношение количества влаги в воздухе к максимальному количеству влаги, которое воздух может удерживать при данной температуре.Он представлен в следующей формуле:

Пример 1

Рассчитайте относительную влажность воздуха, если воздух содержит 0,002 фунта влаги на фунт сухого воздуха, в то время как максимальная влажность, которую воздух может удерживать при этой температуре, составляет 0,005 фунта на фунт сухого воздуха.

Относительная влажность = фунт влаги на фунт сухого воздуха Макс. фунтов влаги на фунт сухого воздуха при этой температуре.

= 0,002 фунта сухого воздуха (0,005 фунта сухого воздуха) при этой температуре × 100 = 40%

Воздух называется насыщенным , когда количество водяного пара в воздухе максимально возможное при существующей температуре и давлении.

  • Считается, что воздух является насыщенным при 100% относительной влажности , если он содержит максимальное количество влаги, возможное при данной температуре.
  • Воздух, содержащий половину максимального количества влаги при данной температуре, имеет относительную влажность , равную 50 процентам.

Когда относительная влажность достигает 100 процентов или насыщается, влага конденсируется , что означает, что водяной пар превращается в жидкий пар.

Таким образом, степень насыщения воздуха связана с температурой воздуха.При повышении температуры воздуха (или повышении температуры) в газовой фазе остается больше воды. По мере того, как температура снижается (или становится холоднее), молекулы воды замедляются, и более вероятно, что они будут конденсироваться на близлежащих поверхностях.

Точка росы — это температура, при которой воздух достигает 100-процентной относительной влажности. Если воздух охлаждается ниже точки росы, влага в воздухе конденсируется.

Влага будет конденсироваться на поверхности, температура которой ниже температуры точки росы воздуха рядом с ней.Для воздуха с заданной абсолютной влажностью, чем холоднее поверхность, тем выше относительная влажность рядом с этой поверхностью. Таким образом, самая холодная поверхность в комнате — это место, где, вероятно, сначала произойдет конденсация (так называемая первая поверхность конденсации).

Насыщенность — это максимальное количество водяного пара в воздухе при существующей температуре и давлении. Считается, что воздух насыщен при 100-процентной относительной влажности, когда он содержит максимальное количество влаги, возможное при данной температуре.

Точка росы — это температура, при которой воздух достигает 100% относительной влажности.

Влажность и конденсация

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание мероприятия «Точка росы в подвале»

Влажность и конденсация

Подвал с окном, выходящим наружу на уровне земли, содержит нормальный прохладный воздух. Когда в летний день открывается окно, теплый, насыщенный влагой воздух проникает в подвал и смешивается с прохладным воздухом.Это вызывает скопление влаги на стенах и полу, а также на остальных поверхностях подвала.

Вопросы:

1) В каком воздухе больше всего влаги?

  1. Теплый наружный воздух
  2. Холодный внутренний воздух
  3. Комбинированный внутренний и внешний воздух

2) Что происходит после того, как теплый наружный воздух смешивается с холодным внутренним воздухом?

  1. Насыщенность
  2. Конденсация
  3. Конвекция

3) Что из следующего является первой поверхностью уплотнения в анимации?

  1. Стены и пол
  2. Земля
  3. Окно

4) Температура первой поверхности конденсации:

  1. В точке росы
  2. Ниже точки росы
  3. Выше точки росы

Ответы:

  1. Теплый наружный воздух
  2. Конденсация
  3. Стены и пол
  4. Ниже точки росы

Графики погоды: температура и относительная влажность

Единичная цель

Для наблюдения за взаимосвязью между температурой и относительной влажностью.

Фон

Относительная влажность — это мера содержания водяного пара в воздухе при заданной температуре. Количество влаги в воздухе сравнивается с максимальным количеством, которое воздух может содержать при той же температуре, и выражается в процентах.

На графике справа показаны почасовые значения температуры (° C) и относительной влажности (%) для Гамильтона за последнюю неделю мая.

Используйте свои ответы на следующие вопросы, чтобы изучить взаимосвязь между температурой и относительной влажностью и четко и кратко опишите свой вывод.

Расшифровка графиков:

  1. Что обычно происходит с температурой ночью?
  2. Была ли относительная влажность выше ночью или днем?
  3. Когда обычно самое теплое время дня?
  4. Относительная влажность в это время обычно выше или ниже по сравнению с остальной частью дня? Используйте приведенное выше определение относительной влажности, чтобы объяснить свой ответ.

Понимание изменений, связанных со временем:

  1. Опишите, как относительная влажность обычно менялась в течение дня, с полуночи до полуночи.
  2. Объясните, как температура менялась в течение дня от полуночи до полуночи.
  3. Были ли резкие перепады температуры в течение недели?
  4. Опишите относительную влажность в течение недели и то, как она менялась изо дня в день.

Сообщение выводов:

  1. Опишите словами связь между двумя переменными в течение этой недели?

Погодные графики: опыт учителя

Целей:

В значимом контексте учащиеся смогут:
Интерпретировать графики, которые представляют повседневные ситуации.[A5.3]
Сделайте заявления о вариациях, связанных со временем. [S5.7]
Определение долгосрочных и краткосрочных характеристик данных временных рядов. [S6.6]
Математика в учебной программе Новой Зеландии

Местные почасовые данные об относительной влажности и температуре могут быть предоставлены для этого упражнения и графики, построенные учащимися до исследования взаимосвязи между двумя переменными.

Ответов на вопросы:

  1. Обычно ночью температура понижается.
  2. Относительная влажность ночью обычно выше.
  3. Ранний полдень. Около 2 часов.
  4. Понижайте при высокой температуре.
    Теплый воздух может содержать больше водяного пара, чем холодный.
    R.H. = (количество влаги) / (максимальное количество, которое может удерживаться) x 100%
    Если влажность в воздухе остается неизменной и температура повышается, максимальное количество влаги, которое может удерживать воздух, увеличивается. Числитель остался прежним, а знаменатель увеличился, поэтому итоговый процент будет меньше.
  5. Относительная влажность обычно высокая в полночь, а ранним утром быстро падает после восхода солнца, пока не станет самой низкой сразу после полудня. Затем он снова увеличивается до полуночи, быстро к вечеру и раннему вечеру и стабилизируется около полуночи.
  6. Температура обычно низкая в полночь, снижается в ранние утренние часы, а затем быстро повышается сразу после полудня. Затем он уменьшается в течение ночи.
  7. Нет. Ночные температуры немного понизились в течение недели.
    Ночью и ранним утром 29 числа температура была ниже, чем обычно.
  8. Относительная влажность немного снизилась в течение недели. Есть суточный цикл. Относительная влажность на этой неделе колеблется от 63 до 95%.
  9. При повышении температуры относительная влажность обычно уменьшается или наоборот.

Ресурс подготовлен Лесли Макинтош
Научный сотрудник RSNZ 2001, NIWA

Отношение

Воздух — Влажность

Отношение влажности влажного воздуха можно выразить через

  • массу водяного пара во влажном воздухе — к массе сухого воздуха или через
  • парциальное давление пара в воздух — к парциальному давлению сухого воздуха

Отношение влажности по массе

Отношение влажности по массе может быть выражено как

  • отношение реальной массы водяного пара, присутствующего во влажном воздухе, к массе сухого воздух

Коэффициент влажности обычно выражается в килограммах (или фунтах) водяного пара на килограмм (или фунт) сухого воздуха.

Коэффициент влажности, выраженный массой:

x = m w / m a (1)

где

x = соотношение влажности (кг вода / кг dry_air , фунт вода / фунт dry_air )

м w = масса водяного пара (кг, фунт)

м a = масса сухого воздуха (кг, фунт)

Соотношение влажности по парциальному давлению пара

На основании закона идеального газа соотношение влажности может быть выражено как

x = 0.62198 p w / (p a — p w ) (2)

где

p w = парциальное давление водяного пара во влажном воздухе (Па, фунт / кв. Дюйм)

p a = атмосферное давление влажного воздуха (Па, фунт / кв. Дюйм)

Максимальное количество водяного пара в воздухе достигается, когда p w = p ws давление насыщения воды пар при фактической температуре.(2) можно изменить на:

x s = 0,62198 p ws / (p a — p ws ) (3)

где

x s = максимальный коэффициент насыщения и влажности воздуха (кг вода / кг воздух , фунт вода / фунт dry_air )

p ws = давление насыщения водяного пара

Давление водяного пара мала по отношению к атмосферному давлению, а соотношение между отношением влажности и давлением насыщения почти линейно.

Примечание! — будьте осторожны с этими уравнениями при более высоких температурах — как указано в разделе «Температура и влагоудерживающая способность воздуха».

Максимальная удельная влажность при некоторых распространенных температурах:

Температура
( o C )
Водяной пар
Давление насыщения
( Па )
Максимальное насыщение
Отношение влажности 37 9093 x
( кг w / кг a )
0 609.9 0,003767
5 870 0,005387
10 1225 0,007612
15 1701
15 1701 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014
25 3130 0,019826
30 4234 0,027125

Обратите внимание, , что давление насыщения водяного пара, — и максимальная влажность, резко возрастают. .Это важно для производительности процессов сушки.

Пример — коэффициент влажности влажного воздуха

Коэффициент влажности насыщенного влажного воздуха при 20 o C с парциальным давлением водяного пара 2333 Па при атмосферном давлении 101325 Па ( 1013 мбар, 760 мм рт. ) можно рассчитать как:

x = 0. 62198 (2333 Па) / ((101325 Па) — (2333 Па))

= 0.0147 (кг / кг)

= 14,7 (г / кг)

Определения влажности: концентрация пара

Концентрация пара (абсолютная влажность)

Концентрация пара или абсолютная влажность смеси водяного пара и сухого воздуха определяется как отношение массы водяного пара M w к объему V, занимаемому смесью.

D v = M w / V выражено в граммах / м 3 или в гранах / куб футов

Значение D v может быть получено следующим образом из уравнения PV = nRT

M w = n w x mw где
n w = количество молей водяного пара, присутствующего в объеме V
m w = молекулярная масса воды

D v = M w / V = ​​n w x m v / V = ​​m w x p / RT, где
м ш = 18.016 грамм
p = парциальное давление водяного пара [Па]
R = 8,31436 Па x м 3 / K x моль
T = температура газовой смеси в K

Dv = p / 0,4615 x T [г / м 3 ]
1 г (зерно) = 0,0648 г (грамм)
1 куб. Фут = 0,0283168 м 3

Dv [гр / куб фут] = 0,437 x Dv [г / м 3 ]

Удельная влажность

Удельная влажность — это отношение массы водяного пара M w к массе (M w + M a ) влажного воздуха.

Q = M w / (M w + M a )

Q = p m w w / (p m w + (P b — p) m a a)

Q = 1000 p / (1,6078 P b — 0,6078 p) [г / кг]

1 г (зерно) = 0,0648 г (грамм)
1 фунт = 0,4535923 кг

Q [гр / фунт] = 7 x Q [г / кг]

Пропорция смешивания

Коэффициент смешивания влажного воздуха r представляет собой отношение массы M w водяного пара к массе M a сухого воздуха, с которым связан водяной пар:

r = M w / M a

M w = nw x M w = M w x p V / RT
M a = n a x m a = m a x pa V / RT = m a x (Pb — p) V / RT, где:
N w = количество молей водяного пара, присутствующего в объеме V
n a = количество молей сухого воздуха в объеме V
M w = 18.016 грамм = 28,966 гра
м a = парциальное давление водяного пара [Па]
p = парциальное давление водяного пара [Па]
p a = парциальное давление сухого воздуха [Па]
P b = общее или барометрическое давление [Па]
R = 8,31436 P a x м 3 / K x моль
T = температура газовой смеси в K
V = объем, занимаемый паровоздушной смесью

r = M w п / ма (P b — p)

r = 621.97 x p / (Pb — p) [г / кг]

1 г (зерно) = 0,0648 г (грамм)
1 фунт = 0,4535923 кг

r [гр / фунт] = 7 x r [г / кг]

Соотношение объема при смешивании

Объемный коэффициент смешения — это отношение количества молей водяного пара N w к количеству молей сухого воздуха na, с которым связан водяной пар.

Обычно это выражается в миллионных долях:
PPMv = 106 x N w / n a

N w = p V / RT
n a = p a V / RT = ma x (P b — p) V / RT, где:
p = парциальное давление водяного пара [Па]
p a = парциальное давление сухого воздуха [Па]
P b = общее или барометрическое давление [Па]
R = 8.31436 P a x м 3 / K x моль
T = температура газовой смеси в K
V = объем, занимаемый паровоздушной смесью

PPMv = 106 x p / (P b — p)

Относительная влажность (rh)

Относительная влажность — это соотношение двух давлений:

% относительной влажности = 100 x p / p s

, где p — фактическое парциальное давление водяного пара, присутствующего в окружающей среде, а p s — давление насыщения воды при температуре окружающей среды.
Датчики относительной влажности обычно калибруются при нормальной комнатной температуре (значительно выше нуля). Следовательно, общепринято, что этот тип датчика показывает относительную влажность по отношению к воде при всех температурах (в том числе ниже нуля). Как уже отмечалось, лед производит более низкое давление пара, чем жидкая вода. Следовательно, когда присутствует лед, насыщение происходит при относительной влажности менее 100%.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*