Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха
Сегодняшний урок мы посвятим обсуждению такого понятия, как влажность воздуха, и методам ее измерения. Основным явлением, влияющим на влажность воздуха, будет процесс испарения воды, о котором мы уже говорили ранее, а важнейшим понятием, которое мы будем использовать, будет насыщенный и ненасыщенный пар.
Если выделять различные состояния пара, то они будут определяться тем, в каком взаимодействии пар находится со своей жидкостью. Если представить, что некоторая жидкость находится в закрытом сосуде и происходит процесс ее испарения, то рано или поздно этот процесс придет к состоянию, когда испарение в равные промежутки времени будет компенсироваться конденсацией и наступит так называемое динамическое равновесие жидкости со своим паром (рис. 1).
Рис. 1. Насыщенный пар
Определение.Насыщенный пар – это пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью. Если же пар не насыщенный, то такого термодинамического равновесия нет (рис. 2).
Рис. 2. Ненасыщенный пар
С помощью этих двух понятий мы и будем описывать такую важную характеристику воздуха, как влажность.
Определение.Влажность воздуха – величина, указывающая на содержание в воздухе водяного пара.
Возникает вопрос: почему же понятие влажности является важным для рассмотрения и каким образом водяные пары попадают в воздух? Известно, что большую часть поверхности Земли занимает вода (Мировой океан), с поверхности которой непрерывно происходит испарение (рис. 3). Безусловно, в различных климатических зонах интенсивность этого процесса различна, что зависит от среднесуточной температуры, наличия ветров и т. п. Эти факторы обуславливают тот факт, что в определенных местах процесс парообразования воды более интенсивен, чем ее конденсация, а в некоторых – наоборот. В среднем же можно утверждать, что пар, который образуется в воздухе, не является насыщенным, и его свойства необходимо уметь описывать.
Рис. 3. Испарение жидкости (Источник)
Для человека величина влажности является очень важным параметром окружающей среды, т. к. наш организм очень активно реагирует на ее изменения. Например, такой механизм регуляции функционирования организма, как потоотделение, напрямую связан с температурой и влажностью окружающей среды. При высокой влажности процессы испарения влаги с поверхности кожи практически компенсируются процессами ее конденсации и нарушается отвод тепла от организма, что приводит к нарушениям терморегуляции. При низкой влажности процессы испарения влаги превалируют над процессами конденсации и организм теряет слишком много жидкости, что может привести к обезвоживанию.
Величина влажности важна не только для человека и других живых организмов, но и для протекания технологических процессов. Например, из-за известного свойства воды проводить электрический ток ее содержание в воздухе может серьезно влиять на корректную работу большинства электроприборов.
Кроме того, понятие влажности является важнейшим критерием оценивания погодных условий, что всем известно из прогнозов погоды. Стоит отметить, что если сравнивать влажность в различные времена года в привычных для нас климатических условиях, то она выше летом и ниже зимой, что связано, в частности, с интенсивностью процессов испарения при различных температурах.
Основными характеристиками влажного воздуха являются:
- плотность водяного пара в воздухе;
- относительная влажность воздуха.
Воздух является составным газом, в нем содержится множество различных газов, в том числе водяной пар. Для оценивания его количества в воздухе необходимо определить, какую массу имеют водяные пары в определенном выделенном объеме – такую величину характеризует плотность. Плотность водяного пара в воздухе называют абсолютной влажностью.
Определение.Абсолютная влажность воздуха – количество влаги, содержащейся в одном кубическом метре воздуха.
Обозначениеабсолютной влажности: 
Единицы измеренияабсолютной влажности: 
(в СИ) или 
(для удобства измерения небольшого содержания паров воды в воздухе).
Формула вычисления абсолютной влажности:
Обозначения:
объем воздуха, в котором указанная масса пара содержится, 
.
С одной стороны, абсолютная влажность воздуха является понятной и удобной величиной, т. к. дает представление о конкретном содержании воды в воздухе по массе, с другой стороны, эта величина неудобна с точки зрения восприимчивости влажности живыми организмами. Оказывается, что, например, человек ощущает не массовое содержание воды в воздухе, а именно ее содержание относительно максимально возможного значения.
Для описания такого восприятия введена такая величина, как относительная влажность.
Определение.Относительная влажность воздуха – величина, показывающая насколько далек пар от насыщения.
Т. е. величина относительной влажности, простыми словами, показывает следующее: если пар далек от насыщения, то влажность низкая, если близок – высокая.
Обозначениеотносительной влажности: 
Единицы измеренияотносительной влажности: %.
Формула вычисления относительной влажности:
Обозначения:
плотность водяного пара (абсолютная влажность), (в СИ) или
плотность насыщенного водяного пара при данной температуре, (в СИ) или .
Как видно из формулы, в ней фигурируют абсолютная влажность, с которой мы уже знакомы, и плотность насыщенного пара при той же температуре. Возникает вопрос, каким образом определять последнюю величину? Для этого существуют специальные приборы. Мы рассмотрим
Определение.Точка росы – температура, при которой пар становится насыщенным.
Рис. 4. Конденсационный гигрометр (Источник)
Внутрь емкости прибора наливается легкоиспаряющаяся жидкость, например, эфир, вставляется термометр (6) и с помощью груши (5) через емкость прокачивается воздух. В результате усиленной циркуляции воздуха начинается интенсивное испарение эфира, температура емкости из-за этого понижается и на зеркале (4) выступает роса (капельки сконденсировавшегося пара). В момент появления на зеркале росы с помощью термометра замеряется температура, вот эта температура и является точкой росы.
Что же делать с полученным значением температуры (точки росы)? Существует специальная таблица, в которой занесены данные – какая плотность насыщенного водяного пара соответствует каждой конкретной точке росы. Следует отметить полезный факт, что при увеличении значения точки росы растет и значение соответствующей ей плотности насыщенного пара. Иными словами, чем теплее воздух, тем большее количество влаги он может содержать, и наоборот, чем воздух холоднее, тем максимальное содержание в нем пара меньше.
Рассмотрим теперь принцип действия других видов гигрометров, приборов для измерения характеристик влажности (от греч. hygros – «влажный» и metreo – «измеряю»).
Волосной гигрометр (рис. 5) – прибор для измерения относительной влажности, в котором в качестве активного элемента выступает волос, например человеческий.
Рис. 5. Волосной гигрометр (Источник)
Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха (при увеличении влажности длина волоса увеличивается, при уменьшении – уменьшается), что позволяет измерять относительную влажность. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передается стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. При этом следует помнить, что волосной гигрометр дает не точные значения относительной влажности, и используется преимущественно в бытовых целях.
Более удобен в использовании и точен такой прибор для измерения относительной влажности, как психрометр (от др.-греч. ψυχρός – «холодный») (рис. 6).
Рис. 6. Психрометр (Источник)
Психрометр состоит из двух термометров, которые закреплены на общей шкале. Один из термометров называется влажным, т. к. он обмотан батистовой тканью, которая погружена в резервуар с водой, расположенный на тыльной стороне прибора. С влажной ткани испаряется вода, что приводит к охлаждению термометра, процесс снижения его температуры длится до достижения этапа, пока пар вблизи влажной ткани не достигнет насыщения и термометр не начнет показывать температуру точки росы. Таким образом, влажный термометр показывает температуру меньше либо равную реальной температуре окружающей среды. Второй термометр называется сухим и показывает реальную температуру.
На корпусе прибора, как правило, изображена еще так называемая психрометрическая таблица (табл. 2). С помощью этой таблицы по значению температуры, которую показывает сухой термометр, и по разности температур между сухим и влажным термометрами можно определить относительную влажность окружающего воздуха.
Однако даже не имея под рукой такой таблицы, можно примерно определить величину влажности, пользуясь следующим принципом. Если показания обоих термометров близки друг к другу, то испарение воды с влажного практически полностью компенсируется конденсацией, т. е. влажность воздуха высокая. Если, наоборот, разность показаний термометров большая, то испарение с влажной ткани превалирует над конденсацией и воздух сухой, а влажность низкая.
Обратимся к таблицам, которые позволяют определять характеристики влажности воздуха.
|
Температура, |
Давление, мм. рт. ст. |
Плотность пара, |
|
-10 |
1,95 |
2,14 |
|
-8 |
2,32 |
2,54 |
|
-6 |
2,76 |
2,09 |
|
-4 |
3,28 |
3,51 |
|
-2 |
3,88 |
4,13 |
|
0 |
4,58 |
4,84 |
|
2 |
5,3 |
5,6 |
|
4 |
6,1 |
6,4 |
|
6 |
7,0 |
7,3 |
|
8 |
8,0 |
8,3 |
|
10 |
9,2 |
9,4 |
Табл. 1. Плотность и давление насыщенных водяных паров
Еще раз отметим, что, как указывалось ранее, значение плотности насыщенного пара растет с его температурой, то же самое относится и к давлению насыщенного пара.
Табл. 2. Психометрическая таблица
Напомним, что относительная влажность определяется по значению показаний сухого термометра (первый столбец) и разности показаний сухого и влажного (первая строка).
На сегодняшнем уроке мы познакомились с важной характеристикой воздуха – его влажностью. Как мы уже говорили, влажность в холодное время года (зимой) понижается, а в теплое (летом) повышается. Важно уметь регулировать эти явления, например при необходимости повысить влажность располагать в помещении в зимнее время несколько резервуаров с водой, чтобы усилить процессы испарения, однако такой способ будет эффективен только при соответствующей температуре, которая выше, чем на улице.
На следующем уроке мы рассмотрим, что такое работа газа, и принцип действия двигателя внутреннего сгорания.
Список литературы
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Интернет-портал «dic.academic.ru» (Источник)
- Интернет-портал «baroma.ru» (Источник)
- Интернет-портал «femto.com.ua» (Источник)
- Интернет-портал «youtube.com» (Источник)
Домашнее задание
- Стр. 48: вопросы № 1-5. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Если дуть на горячий чай, он быстрее остынет. Почему?
- Почему во влажном воздухе зной переносить труднее, чем в сухом?
- В закрытом сосуде объемом 2 л находится водяной пар массой 12 г. До какой температуры надо охладить сосуд, чтобы в нем выпала роса?
- При температуре
относительная влажность воздуха в помещении равна 70 %. Какова масса росы, выпавшей из воздуха после понижения температуры до ?
относительная влажность воздуха в помещении равна 70 %. Какова масса росы, выпавшей из 
воздуха после понижения температуры до 
?описание явления, как образуется, какая бывает, точка росы
Природа нашей планеты каждый день удивляет разнообразными явлениями. Какие-то из них встречаются крайне редко, а какие-то регулярно. К последним можно отнести утреннюю росу на траве. С точки зрения науки есть понятное объяснение на счет того, почему появляются росы и что представляет из себя данное природное явление.
Описание явления
Осевшие мелкие капли влаги на растениях и иных приземных предметах принято называть выпадением росы. Ее образование происходит преимущественно в ночное время и обусловлено преобразованием насыщенного влагой воздуха в жидкое состояние при понижении температуры окружающей среды.
Наблюдать, как на поверхности земли выпадает роса, чаще всего можно в летние и осенние периоды года.
Как образуется
Физический процесс образования явления определяется термодинамическими особенностями воздушных масс и содержащихся в них водяных паров. Появление капель воды на растениях и приземных поверхностях происходит из-за попадания теплого насыщенного влагой воздуха на более холодную поверхность (почва, растительность). Данные объекты остывают быстрее воздуха, отдавая накопленное во время дневного нагрева тепло в атмосферу и «подогревая» ее нижние слои. По законам физики более теплые воздушные массы в атмосфере поднимаются вверх с одновременным увеличением относительной влажности. Процесс происходит до тех пор, пока воздух, охладившись, не окажется перенасыщенным водяными парами.
Для дальнейшего рассмотрения процесса формирования явления потребуется понятие “точка росы”.
Что называется точкой росы
Температура, при которой содержащийся в воздушной среде пар достигает насыщения и начинает конденсироваться, называется точкой росы.
Состояние насыщения характеризуется невозможностью дальнейшего растворения воды в воздухе, вследствие чего происходит ее выпадение в виде осадка. Данный процесс называется конденсацией водяных паров.
Зная относительную влажность и температуру воздуха можно с помощью специальных таблиц определить точку росы. При этом померить температуру и влажность воздуха можно специальным прибором – психрометром.
Стоит отметить, что наиболее интенсивно появление росы происходит после жаркого дня на поверхностях, легко отдающих тепло в атмосферу (к примеру, трава).
Наличие ветра, в свою очередь, препятствует образованию данного явления природы.
На выпадение данного вида осадков влияет и относительная влажность воздуха. С ростом влажности воздуха повышается и точка росы. Это происходит вплоть до уравнивания с температурой окружающей среды при стопроцентной влажности. В случае низкой влажности картина обратная – образование конденсата будет происходить при температуре, ниже фактической.
Обильное выпадение конденсата проявляется преимущественно в тропических широтах, где в нижних слоях атмосферы содержится большое количество водяных паров. Кроме того, на интенсивность образования конденсата в тропиках влияет долгая продолжительность ночей и значительная обильность растительного покрова, интенсивное остывание которого приводит к быстрому наступлению точки росы, и, как следствие, образованию конденсата в большом количестве.
Капли воды могут образоваться как на поверхности земли, так и в ее толще. При внутрипочвенном конденсатообразовании более теплый влажный слой располагается ниже более холодного слоя. После испарения с нижнего слоя пар начинает осаждаться на поверхности вышестоящего слоя.
Какая бывает
В привычном виде роса на траве представляет собой мелкие капли, количество которых определяется насыщенностью водяными парами атмосферы и грунта – чем больше насыщение, тем большее количество капель появится на поверхности.
Рассматриваемое явление встречается и в других состояниях.
При температуре ниже 0°С утренний конденсат образуется в виде замерзшей росы:
Если в привычном состоянии явление может появляться как летом, так и осенью, то замерзший вид встречается только в осенний период года.
К разновидностям явления можно отнести поземный туман. По мере охлаждения воздуха до состояния, когда он больше не в состоянии продолжать насыщение паром, происходит выделение капель. Изначально они конденсируются в нижних слоях атмосферы, осаждаясь на охлажденных поверхностях, к примеру, на растениях. При дальнейшем понижении температуры атмосферы образовавшаяся влага перемещается в верхние слои атмосферы и начинают накапливать мелкие частицы пыли, формируя поземный туман.
Определяем точку росы
- От чего зависит точка росы?
- Номограмма определения точки росы
Точка росы – это температура, при которой водяные пары из воздуха начинают конденсироваться на поверхностях. Случается так, что в отопительный сезон мы можем наблюдать конденсирование влаги на окнах и иногда стенах. В последнем случае конденсат может привести даже к образованию плесени.
В этой статье мы попробуем разобрать такое понятие как «точка росы» и научимся определять температуру выпадения конденсата на поверхностях.
От чего зависит точка росы?
Принято считать, что для определения точки росы нужно знать две переменные:
- Влажности воздуха в помещении
- Температуры воздуха
Рассмотрим простой пример для понимания: воздух внутри помещения имеет температуру +20°C и при влажности воздуха 60% на поверхности с температурой ниже +12°C будет образовываться конденсат.
Благодаря номограмме ниже температуру точки росы можно будет определить более точно.
Номограмма определения точки росы
Чтобы рассчитать температуру точки росы достаточно иметь дома точный спиртовой градусник и гигрометр. Последний бывает двух типов:
- Гигрометр обычный — показывает относительную влажность воздуха в процентах. Достаточно просто снять его показания.
- Гигрометр психометрический — имеет два спиртовых термометра с ценой деления 0,1-0,5°C. Один термометр сухой, второй имеет устройство увлажнения.Для удобства определения относительной влажности воздуха в помещении используют психометрическую таблицу.
Измерив эти значения, далее на номограмме с помощью линейки прокладываем луч от шкалы температуры в помещении к известной влажности воздуха, в том месте, где луч пересечет шкалу «Температура точки росы» и будет нужным значением температуры поверхности для вашего случая.
Кликните по номограмме определения точки росы, чтобы увеличить ее до полного размераДля определения уровня влажности в помещении полезно будет купить гигрометр.
Что такое точка росы и где она используется?
Это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу. Точку росы нельзя отрегулировать. Ее нет на окнах или в стеклопакетах. Ее можно увидеть только на графиках, где жирная черная линия, наискосок проведенная между осями температуры и влажности, разделяет две зоны: зону сухую и зону, в которой начинается выпадение конденсата. С точкой росы, тем не менее, мы сталкиваемся ежедневно. Мы поднимаем стеклянную крышку со сковородки, на которой готовим, — с крышки обильно стекает вода. В ванной комнате после принятия горячего душа обнаруживаем, что зеркало запотело. Мы входим зимой с улицы в теплый магазин — очки мгновенно запотевают. Это все — шутки точки росы. Главное, о чем надо помнить, что надо четко понимать — что на конденсирование в равной степени влияют оба фактора: температура и влажность. Если в помещение внесен с улицы холодный предмет — его температура и влажность помещения могут в совокупности привести к образованию конденсата. Если просто при постоянной влажности опустить температуру — та же история, конденсирование начнется прямо в воздухе, образуется любимый всеми водителями туман на трассах — в низинах и в районах водоемов. Оконные фирмы сплошь и рядом сталкиваются с точкой росы — вечная проблема зимнего конденсата (окна «текут», «плачут» в мороз, обильно выпадает конденсат на стеклах, на рамах) никому не дает покоя. Особенно сильно эта проблема волнует тех, кто еще не поставил себе окна и очень боится столкнуться с этой проблемой в будущем.. . Дело в том, что в любом случае поверхность оконных стекол и самих окон — это самая холодная поверхность в квартире, поэтому при повышенной влажности (а она должна составлять не более 40%) конденсат будет неизбежно выпадать и на окнах, и на всех внесенных с улицы холодных предметах. На конденсат влияют два фактора температура и влажность. Борьба с влажностью. Ее надо понижать. Но надо помнить, что повышенная влажность никогда не может быть следствием нормальной жизни в квартире, например, при наличии аквариума, вечно кипящего чайника и моря цветов. Дело, скорее всего, в нарушенной квартирной вытяжке. Если дом старый — это вероятнее всего. Если дом новый — возможно, кто-то из жильцов «удачно» провел перепланировку и врезал свой холодильник в вытяжной шкаф, такие истории тоже бывают. Проверьте и отремонтируйте вытяжку — это поможет. Вам не приходилось замечать, что на поверхности окон и внешних стен со стороны помещения образуется конденсат? Рассмотрим простой пример: оставьте в комнате на некоторое время открытую миску с водой. Вы вскоре заметите, что вода постепенно испаряется. Точка росы определяется относительной влажностью воздуха. Чем выше относительная влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре воздуха. Чем ниже относительная влажность, тем точка росы ниже фактической температуры. Если относительная влажность составляет 100 %, то точка росы совпадает с фактической температурой. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/8675294b782cf2e026ffc39eb3a95915_i-1517.jpg» > Человек при высоких значениях точки росы чувствует себя некомфортно. В континентальном климате условия с точкой росы между 15 и 20 °C доставляют некоторый дискомфорт, а воздух с точкой росы выше 21 °C воспринимается как душный. Точка росы воздуха — важнейший параметр при антикоррозионной защите, говорит о влажности и возможности конденсации. Если точка росы воздуха выше, чем температура подложки (субстрат, как правило поверхность металла) , то на подложке будет иметь место конденсация влаги.
Возможно для кого-то будет полезно: #Приложение_для_Android. Calculation Air Oxygen #Calculation_Air_Oxygen . Данное приложение позволяет оценить уменьшение кислорода в воздухе из-за паров воды. Производится расчёт точки росы, парциального давления кислорода и паров воды. Расчёт доступен для следующих условий: — температура от -60 до + 83 градусов цельсия, — атмосферное давление от 600 до 860 мм. рт. ст., — относительная влажность от 0 до 100% <a rel=»nofollow» href=»https://play.google.com/store/apps/details?id=com.bolshakovdenis.calculationairoxygen» target=»_blank»>https://play.google.com/store/apps/details?id=com.bolshakovdenis.calculationairoxygen</a> P.S.В приложении присутствует реклама. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/45140622_75f399c3f7c41cee31694c6975f777bb_800.png» alt=»» data-lsrc=»//otvet.imgsmail.ru/download/45140622_75f399c3f7c41cee31694c6975f777bb_120x120.png» data-big=»1″>