На Земле много открытых водоемов, с поверхности которых испаряется вода: океаны и моря занимают около 80 % поверхности Земли. Поэтому в воздухе всегда есть водяной пар.
Он легче воздуха, потому что молярная масса воды (18 * 10-3 кг моль-1) меньше молярной массы азота и кислорода, из которых в основном состоит воздух. Поэтому водяной пар поднимается вверх. При этом он расширяется, так как в верхних слоях атмосферы давление ниже,чем у поверхности Земли. Этот процесс приближенно можно считать адиабатическим, потому что за то время, пока он происходит, теплообмен пара с окружающим воздухом не успевает произойти.
1. Объясните, почему при этом пар охлаждается.
Они не падают потому, что парят в восходящих потоках воздуха подобно тому как парят дельтапланы (рис. 45.1). Но когда капли в облаках становятся слишком большими, они начинают все-таки падать: идет дождь (рис. 45.2).
Мы чувствуем себя комфортно, когда давление водяного пара при комнатной температуре (20 ºС) составляет около 1,2 кПа.
2. Какую часть (в процентах) составляет указанное давление от давления насыщенного пара при той же температуре?
Подсказка. Воспользуйтесь таблицей значений давления насыщенного водяного пара при различных значениях температуры. Она была приведена в предыдущем параграфе. Приведем здесь более подробную таблицу.
Вы нашли сейчас относительную влажность воздуха. Дадим ее определение.
Относительной влажностью воздуха φ называют выраженное в процентах отношение парциального давления p водяного пара к давлению pн насыщенного пара при той же температуре:
φ = (p/pн) * 100 %. (1)
Комфортные условия для человека соответствуют относительной влажности 50-60 %. Если относительная влажность существенно меньше, воздух кажется нам сухим, а если больше – влажным. Когда относительная влажность приближается к 100 %, воздух воспринимается как сырой. Лужи при этом не высыхают, потому что процессы испарения воды и конденсации пара компенсируют друг друга.
Итак, об относительной влажности воздуха судят по тому, насколько водяной пар в воздухе близок к насыщению.
Если воздух с находящимся в нем ненасыщенным водяным паром изотермически сжимать, будет увеличиваться как давление воздуха, так и давление ненасыщенного пара. Но давление водяного пара будет увеличиваться только до тех пор, пока он не станет насыщенным!
При дальнейшем уменьшении объема давление воздуха будет продолжать увеличиваться, а давление водяного пара будет постоянным – оно будет оставаться равным давлению насыщенного пара при заданной температуре. Избыток пара сконденсируется, то есть превратится в воду.
3. В сосуде под поршнем находится воздух, относительная влажность которого равна 50 %. Начальный объем под поршнем равен 6 л, температура воздуха 20 ºС. Воздух начинают изотермически сжимать. Примите, что объемом образовавшейся из пара воды можно пренебречь по сравнению с объемом воздуха и пара.
а) Чему будет равна относительная влажность воздуха, когда объем под поршнем станет равным 4 л?
б) При каком объеме под поршнем пар станет насыщенным?
в) Чему равна начальная масса пара?
г) Во сколько раз уменьшится масса пара, когда объем под поршнем станет равным 1 л?
д) Какая масса воды при этом сконденсируется?
2. Как зависит относительная влажность от температуры?
Рассмотрим, как изменяются при повышении температуры числитель и знаменатель в формуле (1), определяющей относительную влажность воздуха.
В числителе стоит давление ненасыщенного водяного пара. Оно прямо пропорционально абсолютной температуре (напомним, что водяной пар хорошо описывается уравнением состояния идеального газа).
4. На сколько процентов увеличивается давление ненасыщенного пара при увеличении температуры от 0 ºС до 40 ºС?
А теперь посмотрим, как изменяется при этом давление насыщенного пара, стоящее в знаменателе.
5. Во сколько раз увеличивается давление насыщенного пара при увеличении температуры 0 ºС до 40 ºС?
Результаты выполнения этих заданий показывают, что при повышении температуры давление насыщенного пара возрастает намного быстрее, чем давление ненасыщенного пара, Следовательно, определяемая формулой (1) относительная влажность воздуха быстро уменьшается с ростом температуры. Соответственно при понижении температуры относительная влажность увеличивается. Ниже мы рассмотрим это подробнее.
При выполнении следующего задания вам поможет уравнение состояния идеального газа и приведенная выше таблица.
6. При 20 ºС относительная влажность воздуха была равна 100 %. Температура воздуха увеличилась до 40 ºС, а масса водяного пара осталась неизменной.
а) Каким было начальное давление водяного пара?
б) Каким стало конечное давление водяного пара?
в) Чему равно давление насыщенного пара при 40 ºС?
г) Чему равна относительная влажность воздуха в конечном состоянии?
д) Как будет этот воздух восприниматься человеком: как сухой или как влажный?
7. В сырой осенний день температура на улице 0 ºС. В комнате температура 20 ºС, относительная влажность 50 %.
а) Где больше парциальное давление водяного пара: в комнате или на улице?
б) В какую сторону будет идти водяной пар, если открыть форточку, – в комнату или из комнаты?
в) Какой стала бы относительная влажность в комнате, если бы парциальное давление водяного пара в комнате стало равным парциальному давлению водяного пара снаружи?
8. Влажные предметы обычно тяжелее сухих: так, промокшее платье тяжелее сухого, а сырые дрова тяжелее сухих. Объясняется это тем, что к собственному весу тела добавляется еще и вес содержащейся в нем влаги. А с воздухом дело обстоит наоборот: влажный воздух легче сухого! Как это объяснить?
3. Точка росы
При понижении температуры относительная влажность воздуха увеличивается (хотя масса водяного пара в воздухе при этом не изменяется).
Когда относительная влажность воздуха достигает 100 %, водяной пар становится насыщенным. (При специальных условиях можно получить перенасыщенный пар. Его используют в камерах Вильсона для детектирования следов (треков) элементарных частиц на ускорителях.) При дальнейшем понижении температуры начинается конденсация водяного пара: выпадает роса. Поэтому температуру, при которой данный водяной пар становится насыщенным, называют точкой росы для этого пара.
9. Объясните, почему роса (рис. 45.3) выпадает обычно в предутренние часы.
Рассмотрим пример нахождения точки росы для воздуха определенной температуры с заданной влажностью. Для этого нам понадобится следующая таблица.
10. Человек в очках вошел с улицы в магазин и обнаружил, что его очки запотели. Будем считать, что температура стекол и прилежащего к ним слоя воздуха равна температуре воздуха на улице. Температура воздуха в магазине равна 20 ºС, относительная влажность 60 %.
а) Является ли водяной пар в слое воздуха, прилежащего к стеклам очков, насыщенным?
б) Чему равно парциальное давление водяных паров в магазине?
в) При какой температуре такое давление водяного пара равно давлению насыщенного пара?
г) Какой может быть температура воздуха на улице?
11. В прозрачном цилиндре под поршнем находится воздух с относительной влажностью 21 %. Начальная температура воздуха 60 ºС.
а) До какой температуры надо охладить воздух при постоянном объеме, чтобы в цилиндре выпала роса?
б) Во сколько раз надо уменьшить объем воздуха при постоянной температуре, чтобы в цилиндре выпала роса?
в) Воздух сначала изотермически сжимают, а затем охлаждают при постоянном объеме. Выпадение росы началось, когда температура воздуха упала до 20 ºС. Во сколько раз уменьшили объем воздуха по сравнению с начальным?
12. Почему сильная жара труднее переносится при высокой влажности воздуха?
4. Измерение влажности
Влажность воздуха измеряют часто психрометром (рис. 45.4). (От греческого «психрос» — холодный. Такое название обусловлено тем, что показания влажного термометра ниже, чем сухого.) Он состоит из сухого и влажного термометров.
Показания влажного термометра ниже, чем сухого, потому что при испарении жидкость охлаждается. Чем меньше относительная влажность воздуха, тем интенсивнее идет испарение.
13. Какой термометр на рисунке 45.4 расположен левее?
Итак, по показаниям термометров можно определить относительную влажность воздуха. Для этого используют психрометрическую таблицу, которую помещают часто на самом психрометре.
Чтобы определить относительную влажность воздуха, надо:
– снять показания термометров (в данном случае 33 ºС и 23 ºС);
– найти в таблице строку, соответствующую показаниям сухого термометра, и столбец, соответствий разности показаний термометров (рис. 45.5);
– на пересечении строки и столбца прочитать значение относительной влажности воздуха.
14. Используя психрометрическую таблицу (рис. 45.5), определите, при каких показаниях термометров относительная влажность воздуха равна 50 %.
Дополнительные вопросы и задания
15. В теплице объемом 100 м3 надо поддерживать относительную влажность не менее 60 %. Рано утром при температуре 15 ºС в теплице выпала роса. Температура днем в теплице поднялась до 30 ºС.
а) Чему равно парциальное давление водяного пара в теплице при 15 ºС?
б) Чему равна масса водяного пара в теплице при этой температуре?
в) Каково минимально допустимое парциальное давление водяного пара в теплице при 30 ºС?
г) Какова при этом масса водяного пара в теплице?
д) Какую массу воды надо испарить в теплице, чтобы поддержать в ней необходимую относительную влажность?
16. На психрометре оба термометра показывают одну и ту же температуру. Чему равна при этом относительная влажность воздуха? Поясните свой ответ.
Слово Влага
Слово Влага в словаре Даля
ж. жидкость вообще: | мокрота, сырость; вода. Волога, жидкость масляная, жир, масло. Без влаги и тепла, нет растительности, нет жизни.
От чего зависит влажность воздуха?
В воздухе ныне туманная влага. Влажный, напоенный влагою, сырой, мокрый, моклый, водянистый. Влажное лето. Влажные луга, пальцы, воздух. Влажное место. Влажность ж. сырость, мокрель, мокрота, состояние влажного. Влажить что, увлажать, делать влажным, поливать или напитывать водою. Влагомер м.
гигрометр, снарядец, показывающий степень влажности воздуха.
Слово Влага в словаре Ожегова
ВЛАГА, -и, ж. Сырость, вода, содержащаяся в чем-н. Воздух, насыщенный влагой.
Слово Влага в словаре Ефремовой
Ударение: вла́га
- Жидкость, вода илиее испарения, содержащиеся в чем-либо
Слово Влага в словаре Фасмера Макса
вла́га
заимств.
из цслав., ср. ст.-слав. влага (Супр.). См. воло́га.
Слово Влага в словаре Д.Н. Ушакова
ВЛА́ГА, влаги, мн. нет, ·жен. (·книж.). Сырость, вода, испарения. Растения требуют много влаги. Воздух насыщен влагой.
Слово Влага в словаре Синонимов
спиртное, вода, мокрота, влажность, жидкость, сырость, сырь
Слово Влага в словаре Синонимы 4
вода, мокрота, сырость
Слово Влага в словаре Полная акцентуированная парадигма по А.
А. Зализня
вла́га,
вла́ги,
вла́ги,
вла́г,
вла́ге,
вла́гам,
вла́гу,
вла́ги,
вла́гой,
вла́гою,
вла́гами,
вла́ге,
вла́гах
Психрометр Августа состоит из двух ртутных термометров, укрепленных на штативе или расположенных в общем футляре.
Шарик одного термометра обернут тонкой батистовой тканью, опущенной в стаканчик с дистиллированной водой.
При пользовании психрометром Августа вычисление абсолютной влажности производят по формуле Ренье:
A = f-a(t-t1)H,
где А - абсолютная влажность; f - максимальное напряжение водяных паров при температуре влажного термометра (см.
таблицу 2); а - психрометрический коэффициент, t - температура сухого термометра; t1 - температура влажного термометра; Н - барометрическое давление в момент определения.
Если воздух совершенно неподвижен, то а=0,00128. При наличии слабого движения воздуха (0,4 м/с) а = 0,00110. Максимальную и относительную влажность рассчитывают, как указано на стр.
Что такое влажность воздуха? От чего она зависит?
| Температура воздуха (°С) | Температура воздуха (°С) | Напряжение водяных паров (мм рт. ст.) | Температура воздуха (°С) | Напряжение водяных паров (мм рт. ст.) | |
| -20 - 15 -10 -5 -3 -4 0 +1 +2,0 +4,0 +6,0 +8,0 +10,0 +11,0 +12,0 |
0,94 1.44 2.15 3.16 3,67 4,256 4,579 4,926 5,294 6,101 7,103 8.045 9,209 9,844 10,518 |
+13,0 +14,0 +15,0 +16,0 +17,0 +18,0 +19,0 +20,0 +21,0 +22,0 +24,0 +25,0 +27,0 +30,0 +32,0 |
11,231 11,987 12,788 13,634 14,530 15,477 16.477 17,735 18,650 19,827 22,377 23,756 26,739 31,842 35,663 |
+35,0 +37,0 +40,0 +45,0 +55,0 +70,0 +100,0 |
42,175 47,067 55,324 71,88 118,04 233,7 760,0 |
Таблица 3.
Определение относительной влажности по показаниям
аспирационного психрометра (в процентах)
Таблица 4. Определение относительной влажности воздуха по показаниям сухого и влажного термометров в психрометре Августа при обычных условиях спокойного и равномерного движения воздуха в комнате со скоростью 0,2 м/с
Для определения относительной влажности существуют специальные таблицы (таблицы 3, 4).
Более точные показания дает психрометр Ассмана (рис. 3). Он состоит из двух термометров, заключенных в металлические трубки, через которые равномерно просасывается воздух с помощью заводного вентилятора, находящегося в верхней части прибора.
Ртутный резервуар одного из термометров обернут кусочком батиста, который перед каждым определением смачивается дистиллированной водой при помощи специальной пипетки. После того как омочили термометр, заводят ключом вентилятор и вешают прибор на штатив.
Через 4-5 мин записывают показания сухого и влажного термометров. Так как с поверхности ртутного шарика, смоченного термометра, происходит испарение влаги и поглощение тепла, то он будет показывать более низкую температуру. Вычисление абсолютной влажности производят по формуле Шпрунга:
где А - абсолютная влажность; f - максимальное напряжение водяных паров при температуре влажного термометра; 0,5 - постоянный психрометрический коэффициент (поправка на скорость движения воздуха); t - температура сухого термометра; t1 - температура влажного термометра; Н - барометрическое давление; 755 - среднее барометрическое давление (определяют по таблице 2).
Максимальную влажность (F) определяют с помощью таблицы 2 по температуре сухого термометра.
Относительную влажность (R) рассчитывают по формуле:
где R - относительная влажность; А - абсолютная влажность; F - максимальная влажность при температуре сухого термометра.
Для определения колебаний относительной влажности во времени пользуются прибором гигрографом.
Прибор устроен аналогично термографу, но воспринимающей частью гигрографа является обезжиренный пучок волос.
Рис. 3. Аспирационный психрометр Ассмана:
1 - металлические трубки;
2 - ртутные термометры;
3 - отверстия для выхода просасываемого воздуха;
4 - зажим для подвешивания психрометра;
5 - пипетка для смачивания влажного термометра.
Прогноз погоды на завтра
По сравнению со вчерашним днём в Москве немного похолодало, температура окружающего воздуха понизилась с 17 °C вчера до 16 °C сегодня.
Прогноз погоды на завтра не обещает существенных изменений температуры, она останется на прежнем уровне от 11 до 22 градусов тепла.
Относительная влажность воздуха увеличилась до 75 процентов и продолжает повышаться. Атмосферное давление за прошедшие сутки несущественно понизилось на 2 мм ртутного столба, и стало ещё более низким.
Фактическая погода сегодня
По данным на 2018-07-04 15:00 в Москве ливень, дует слабый ветер
Погодные нормы и условия в Москве
Особенности погоды в Москве определяются, в первую очередь, местоположением города.
Столица находится на Восточно-Европейской равнине, и теплые и холодные массы воздуха свободно перемещаются над мегаполисом. На погоду в Москве оказывают влияние атлантические и средиземноморские циклоны, вот почему уровень осадков здесь выше, и зимой теплее, чем в городах, находящихся на этой широте.
Погода в Москве отражает все явления, характерные для умеренно-континентального климата. Относительная неустойчивость погоды выражается, к примеру, в холодной зиме, с внезапными оттепелями, резком похолодании летом, выпадении большого количества осадков. Эти и другие погодные явления отнюдь не редкость. Летом и осенью в Москве часто отмечаются туманы, причина которых кроется отчасти и в деятельности человека; грозы, случавшиеся даже зимой.
В июне 1998 года сильный шквал унес жизни восьми человек, 157 человек были ранены. В декабре 2010 года сильный ледяной дождь, обусловленный температурной разницей на высоте и на земле, превратил улицы в каток, а гигантские сосульки и ломающиеся под тяжестью льда деревья падали на людей, строения и машины.
Температурный минимум в Москве был зафиксирован в 1940 году, он составил −42,2°C, максимум — +38,2°C отмечен в 2010 году.
Средняя температура июля в 2010 году – 26,1° — близка к норме Арабских Эмиратов и Каира. И в целом, 2010 год стал рекордсменом по количеству температурных максимумов: за лето было установлено 22 суточных рекорда.
Погода в центре Москвы и на окраинах неодинакова.
От чего и как зависит относительная влажность воздуха?
Температура в центральных районах выше, зимой разница может составлять до 5-10 градусов. Интересно, что официальные данные о погоде в Москве предоставляются с метеостанции на ВВЦ, находящейся на северо-востоке города, а это на несколько градусов ниже температурных значений метеостанции на Балчуге в центре мегаполиса.
Погода в других городах Московского региона›
Сухие вещества и влажность
Вода – одно из самых распространенных веществ на земле, она является необходимым условием жизни и входит в состав всех пищевых продуктов и материалов.
Вода, не являясь собственно питательным веществом, жизненно необходима как стабилизатор температуры тела, переносчик нутриентов (питательных веществ) и пищеварительных отходов, реагент и реакционная среда в ряде химических превращений, стабилизатор конформации биополимеров и, наконец, как вещество, облегчающее динамическое поведение макромолекул, включая проявление ими каталитических (энзиматических) свойств.
Вода – важнейшая составляющая пищевых продуктов.
Она присутствует в разнообразных растительных и животных продуктах как клеточный и внеклеточный компонент, как диспергирующая среда и растворитель, обусловливая консистенцию и структуру. Вода влияет на внешний вид, вкус и устойчивость продукта при хранении. Благодаря физическому взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в структуру пищи.
Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим и биологическим изменениям в продукте.
В обеспечении его устойчивости при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.
Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами – белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей.
Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.
Прямыми методами из продукта извлекают влагу и устанавливают ее количество; косвенными (высушиванием, рефрактометрией, по плотности и электропроводности раствора) – определяют содержание сухих веществ (сухого остатка). К косвенным относят также метод, основанный на взаимодействии воды с определенными реагентами.
Определение содержание влаги высушиванием до постоянной массы (арбитражный метод) основано на выделении гигроскопической влаги из исследуемого объекта при определенной температуре.
Высушивание производят до постоянной массы или ускоренными методами при повышенной температуре в течение заданного.
Высушивание образцов, спекающихся в плотную массу, производят с прокаленным песком, масса которого должна быть в 2-4 раза больше массы навески.
Песок придает навеске пористость, увеличивает поверхность испарения, препятствует образованию на поверхности корочки, затрудняющей удаление влаги. Высушивание производят в фарфоровых чашках, алюминиевых или стеклянных бюксах в течение 30 минут, при определённой температуре, зависящей от вида продукта.
Массовую долю сухих веществ (Х, %) вычисляют по формуле
где m – масса бюксы со стеклянной палочкой и песком, г;
m1 – масса бюксы со стеклянной палочкой, песком и
навеской до высушивания, г;
m2 – масса бюксы со стеклянной палочкой, песком и навеской
после высушивания, г.
Высушивание в аппарате ВЧ производится за счёт инфракрасного излучения в аппарате, состоящем из двух соединённых между собой массивных плит круглой или прямоугольной формы (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Аппарат ВЧ для определения влажности
1 – рукоятка; 2 – верхняя плита; 3 – блок управления; 4 — нижняя плита; 5 – электроконтактный термометр
В рабочем состоянии между плитами устанавливают зазор 2-3 мм.
Температура греющей поверхности контролируется двумя ртутными термометрами. Для поддержания постоянной температуры прибор снабжён контактным термометром, включённым последовательно с реле. На контактном термометре устанавливается заданная температура. Прибор включают в сеть за 20…25 мин до начала высушивания для нагревания до заданной температуры.
Навеску продукта высушивают в пакете из роторной бумаги размером 20х14 см в течение 3 мин при определённой температуре, охлаждают в эксикаторе 2-3 мин и быстро взвешивают с точностью до 0,01 г.
Влажность (Х, %) рассчитывают по формуле
где m – масса пакета, г;
m1 – масса пакета с навеской до высушивания, г;
m2 – масса пакета с высушенной навеской, г.
Рефрактометрический метод применяют для производственного контроля при определении содержания сухих веществ в объектах богатых сахарозой: сладких блюдах, напитках, соках, сиропах.
Метод основан на зависимости между коэффициентом преломления исследуемого объекта или водной вытяжки из него и концентрацией сахарозы.
Влажность воздуха
Коэффициент преломления зависит от температуры, поэтому замер производят после термостатирования призм и исследуемого раствора.
Массу сухих веществ (Х, г) для напитков с сахаром рассчитывают по формуле
где а – массовая для сухих веществ, определённая
рефрактометрическим методом, %;
Р – объём напитка, см3.
для сиропов, плодово-ягодных и молочных киселей и др.
по формуле
где а – массовая доля сухих веществ в растворе, %;
m1 – масса растворённой навески, г;
m – масса навески, г.
Кроме этих распространённых методов определения сухих веществ применяется ещё ряд методов, позволяющих определить содержание как свободной, так и связанной влаги
Дифференциальная сканирующая колориметрия.
Если образецохладить до температуры меньше 0оС, то свободная влага замёрзнет, связанная – нет. При нагревании замороженного образца в колориметре можно измерить тепло, потребляемое при таянии льда.
Незамерзающая вода определяется как разница между общей и замерзающей водой.
Диэлектрические измерения . Метод основан на том, что при 0оС значения диэлектрической проницаемости воды и льда примерно равны. Но если часть влаги связана, то её диэлектрические свойства должны сильно отличаться от диэлектрических свойств объёмной воды и льда.
Измерение теплоёмкости .
Теплоёмкость воды больше, чем теплоёмкость льда, т.к. с повышением температуры в воде происходит разрыв водородных связей. Это свойство используют для изучения подвижности молекул воды.
Значение теплоёмкости, в зависимости от её содержания в полимерах, даёт сведения о количестве связанной воды. Если при низких концентрациях вода специфически связана, то её вклад в теплоёмкость мал. В области высоких значений влажности её в основном определяет свободная влага, вклад которой в теплоёмкость примерно в 2 раза больше, чем льда.
Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). Метод заключается в изучении подвижности воды в неподвижной матрице.
При наличии свободной и связанной влаги получают две линии в спектре ЯМР вместо одной для объёмной воды.
Предыдущая11121314151617181920212223242526Следующая
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Влажность воздуха. Единицы измерения. Влияние на работу авиации.
Вода является веществом, которое может при одной и той же температуре одновременно находиться в различных агрегатных состояниях: газообразном (водяной пар), жидком (вода), твердом (лёд). Эти состояния и называют иногда фазовым состоянием воды.
При определенных условиях вода из одного (фазового) состояния может переходить в другое. Так водяной пар может перейти в жидкое состояние (процесс конденсации), или, минуя жидкую фазу, перейти в твердое состояние – лёд (процесс сублимации).
В свою очередь вода и лёд могут перейти в газообразное состояние – водяной пар (процесс испарения).
Под влажностью понимается одно из фазовых состояний – содержащийся в воздухе водяной пар.
Он поступает в атмосферу путем испарения с водных поверхностей, почвы, снега, растительного покрова.
В результате испарения часть воды переходит в газообразное состояние, образуя над испаряющей поверхностью слой пара.
Относительная влажность
Этот пар воздушными потоками переносится в вертикальном и горизонтальном направлениях.
Процесс испарения продолжается до тех пор, пока над испаряющей поверхностью количество водяного пара не достигнет полного насыщения, то есть максимального количества возможного в данном объёме при неизменных давлении и температуре воздуха.
Количество водяного пара, находящегося в воздухе, характеризуют следующие единицы:
Упругость водяного пара .
Как и всякий другой газ, водяной пар имеет собственную упругость и оказывает давление, которое измеряется в мм.рт.ст или гПа. Количество водяного пара в этих единицах обозначается: фактическое – е , насыщающее — Е. На метеостанциях путем измерения упругости в гПа производят наблюдения за влажностью водяного пара.
Абсолютная влажность . Представляет собой количество водяного пара в граммах, содержащихся в одном кубическом метре воздуха (г/ ).
Буквой а – обозначается фактическое количество, буквой А – насыщающее пространство. Абсолютная влажность по своей величине близка к упругости водяного пара, выражаемой в мм рт ст, но не в гПа, при температуре 16,5 С е и а равны между собой.
Удельная влажность представляет собой количество водяного пара в граммах, содержащихся в одном килограмме воздуха (г/кг).
Буквой q — обозначается фактическое количество, буквой Q — насыщающее пространство. Удельная влажность является удобной величиной для теоретических расчетов, так как она не меняется при нагревании, охлаждении, сжатии и расширении воздуха (если только при этом не происходит конденсация воздуха). Величина удельной влажности применяется для всевозможных расчетов.
Относительная влажность представляет собой процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое насыщало бы данное пространство при одной и той же температуре.
Относительная влажность обозначается буквой r .
Согласно определению
r=e/E*100%
Количество водяного пара, насыщающего пространство, может быть различным, и зависит от того, сколько молекул пара может вылететь из испаряющейся поверхности.
Насыщение воздуха водяным паром зависит от температуры воздуха, чем выше температура, тем больше количество водяного пара, и чем ниже температура, тем оно меньше.
Точка росы – это температура, до которой надо охладить воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг полного насыщения (при r = 100%).
Разность между температурой воздуха и температурой точки росы (Т-Тd) называется дефицитом точки росы.
Он показывает насколько надо охладить воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения.
При малом дефиците насыщение воздуха происходит значительно быстрее, чем при большом дефиците насыщения.
Количество водяного пара зависит так же от агрегатного состояния испаряющей поверхности, от её кривизны.
При одной и той же температуре количество насыщающего пара бывает больше над одной и меньшим надо льдом (лёд имеет прочные молекулы).
При одной и той же температуре количество пара будет большим над выпуклой поверхностью (поверхность капель), чем над ровной испаряющей поверхностью.
Все эти факторы играют большую роль в процессе образования туманов, облаков и осадков.
Понижение температуры приводит к насыщению имеющегося в воздухе водяного пара, а затем и к конденсации этого пара.
Влажность воздуха оказывает существенное влияние на характер погоды, определяя условия полёта. Наличие водяного пара приводит к образованию тумана, дымки, облачности, усложняющие полёт грозы, ледяной дождь.
Один из очень важных показателей в нашей атмосфере. Она может быть как абсолютной, так и относительной. Как измеряется абсолютная влажность и какую формулу нужно для этого применить? Об этом вы сможете узнать, прочитав нашу статью.
Влажность воздуха - что это такое?
Что такое влажность? Это количество воды, которое содержится в каком-либо физическом теле или среде. Этот показатель напрямую зависит от самой природы среды или вещества, а также от степени пористости (если речь идет о твердых телах). Мы же в этой статье будем говорить о конкретном виде влажности - о влажности воздуха.
Из курса химии все мы прекрасно знаем, что атмосферный воздух состоит из азота, кислорода, углекислого газа и некоторых других газов, которые составляют не более 1 % от общей массы. Но кроме этих газов воздух также содержит в себе водяной пар и другие примеси.
Под влажностью воздуха понимают то количество водяного пара, которое на данный момент (и в данном месте) содержится в воздушной массе. При этом метеорологи выделяют две её величины: это абсолютная и относительная влажность.
Влажность воздуха - одна из важнейших характеристик атмосферы Земли, которая влияет на характер местной погоды. Стоит отметить, что величина влажности атмосферного воздуха неодинакова - как в вертикальном разрезе, так и в горизонтальном (широтном). Так, если в приполярных широтах относительные показатели влажности воздуха (в нижнем слое атмосферы) составляют около 0,2-0,5%, то в тропических - до 2,5%. Далее мы выясним, что такое абсолютная и относительная влажность воздуха. Также рассмотрим, какая разница существует между этими двумя показателями.
Абсолютная влажность: определение и формула
В переводе с латыни слово absolutus означает "полный". Исходя из этого, очевидным становится сущность понятия "абсолютная влажность воздуха". Эта величина, которая показывает, сколько граммов водяного пара фактически содержится в одном кубическом метре конкретной воздушной массы. Как правило, этот показатель обозначают латинской литерой F.
Г/м 3 - это единица измерения, в которой исчисляется абсолютная влажность. Формула для её расчёта следующая:
В данной формуле буквой m обозначена масса водяного пара, а буквой V - объем конкретной воздушной массы.
Величина абсолютной влажности зависит от нескольких факторов. В первую очередь это температура воздуха и характер адвекционных процессов.
Относительная влажность
Теперь рассмотрим, что такое относительная влажность воздуха. Это относительная величина, которая показывает, сколько влаги содержится в воздухе по отношению к максимально возможному количеству водяного пара в этой воздушной массе при конкретной температуре. Измеряется относительная влажность воздуха в процентах (%). И именно этот процентный показатель мы часто можем узнать в прогнозах погоды и метеосводках.
Стоит также упомянуть и о таком важном понятии, как точка росы. Это явление максимально возможного насыщения воздушной массы водяным паром (относительная влажность этого момента - 100 %). В таком случае излишек влаги конденсируется, и образуются атмосферные осадки, туман или облака.
Методы измерения влажности воздуха
Женщины знают, что обнаружить повышение влажности в атмосфере можно с помощью своей пышной прически. Однако существуют и другие, более точные, способы и технические приборы. Таковыми являются гигрометр и психрометр.
Первый гигрометр был создан еще в XVII веке. Один из видов этого прибора как раз и основан на свойствах волоса изменять свою длину при изменениях влажности среды. Однако сегодня существуют и электронные гигрометры. Психрометр - это специальный прибор, в котором есть влажный и сухой термометр. По разнице их показателей и определяют влажность воздуха в конкретный момент времени.
Влажность воздуха как важный экологический показатель
Считается, что оптимальной для человеческого организма является относительная влажность воздуха 40-60 %. Показатели влажности весьма влияют и на восприятие человеком температуры воздуха. Так, при низкой влажности нам кажется, что воздух гораздо холоднее, чем в реальности (и наоборот). Вот почему в тропических и экваториальных широтах нашей планеты путешественники так тяжело переживают зной и жару.
Сегодня существуют специальные увлажнители и осушители, которые помогают человеку регулировать влажность воздуха в закрытых помещениях.
В заключение...
Таким образом, абсолютная влажность воздуха - это важнейший показатель, который дает нам представление о состоянии и особенностях воздушных масс. При этом нужно уметь отличать эту величину от относительной влажности. И если последняя показывает долю водяного пара (в процентах), которая присутствует в воздухе, то абсолютная влажность - это фактическое количество водяного пара в граммах в одном кубическом метре воздуха.
На данном уроке, тема которого: «Влажность. Измерение влажности», мы обсудим свойства насыщенного и ненасыщенного водяного пара, который всегда присутствует в атмосфере.
На предыдущем уроке мы с вами познакомились с понятием «насыщенный пар». Как при изучении любых тем и предметов, может возникнуть вопрос: «Где же мы пользуемся этим понятием, как мы его будем применять?». Самое важное применение свойств насыщенного пара мы и обсудим на данном уроке.
Название темы наверняка вам хорошо известно, ведь понятие «влажность воздуха» вы каждый день слышите, когда смотрите или слушаете прогноз погоды. Однако если вас спросят: «Что же понимается под влажностью воздуха?», вы вряд ли сразу дадите точное физическое определение.
Попробуем сформулировать, что же в физике понимается под влажностью воздуха. Прежде всего, что это 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 же 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 является смесью газов, одним из которых и является водяной пар (рис. 1). Он вносит свой вклад в атмосферное давление, этот вклад называется парциальным давлением (а также упругостью) водяных паров.
Рис. 1. Составляющие атмосферного воздуха
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. 2. 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:
Данное соотношение носит название закона Дальтона.
Доказательство закона Дальтона в рамках молекулярно-кинетической теории хотя и не особо сложное, однако достаточно громоздкое, поэтому приводить здесь мы его не будем. Качественно же объяснять этот закон достаточно просто, если учесть тот факт, что мы пренебрегаем взаимодействием между молекулами, т. е. молекулы представляют собой упругие шары, которые могут только сталкиваться друг с другом и со стенками сосуда. На практике модель идеального газа хорошо работает лишь для достаточно разреженных систем. В случае же плотных газов будут наблюдаться отклонения от выполнения закона Дальтона.
Парциальное давление p водяных паров является одним из показателей влажности воздуха, который измеряется в паскалях или миллиметрах ртутного столба.
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 воздуха. Соответственно, единица измерения абсолютной влажности - .
Оба упомянутых показателя влажности связаны уравнением Менделеева-Клапейрона:
- молярная масса водяного пара;
- его абсолютная температура.
То есть, зная один из показателей, например плотность, мы можем легко определить другой, то есть давление.
Мы с вами знаем, что водяной пар может быть как ненасыщенным, так и насыщенным. Пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью того же состава, называется насыщенным. Ненасыщенный пар - пар, не достигший динамического равновесия со своей жидкостью. В этом случае равновесие между процессами конденсации и испарения отсутствуют.
В целом водяной пар в атмосфере, несмотря на наличие большого количества водоемов: океанов, морей, рек, озер и так далее - является ненасыщенным, ведь наша атмосфера не закрытый сосуд. 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. Давление водяного пара (насыщенного) в точке росы обозначим .
Подумайте, почему роса, как правило, выпадает ранним утром? Что в этот момент суток происходит с температурой, а следовательно, и с предельным давлением, с давлением насыщенного пара? Очевидно, что знание абсолютной влажности или парциального давления водяного пара не дает нам никакого представления о том, насколько близок или далек данный пар от насыщения. А ведь именно от этой удаленности или близости к насыщению и зависит скорость процессов испарения и конденсации, т. е. тех процессов, которые и обуславливают жизнедеятельность живых организмов.
Если испарение превалирует над конденсацией, то организмы и почва теряют влагу (рис. 3). Если превалирует конденсация, то становятся невозможными процессы сушки (рис. 4).Перед нами стоит необходимость усовершенствовать понятие влажности; понятие абсолютной влажности, как мы только что убедились, не полностью описывает все необходимые нам явления.
Рис. 3. Испарение превалирует над конденсацией
Рис. 4. Конденсация превалирует над испарением
Еще раз обсудим проблематику. Сделаем это на простом примере. Представьте себе, что в некотором транспортном средстве находится 20 человек. Много это или мало, т. е. вот эта абсолютная величина 20 человек? Естественно, что мы не сможем сказать, много это или мало, до тех пор пока не будем знать максимальную вместимость данного автомобиля или транспортного средства. 20 человек в легковой машине - это, естественно, много, это фактически невозможно, а 20 человек в большом автобусе не так уж и много. Аналогично и в случае с абсолютной влажностью, т. е. с парциальным давлением водяного пара, нам необходимо его с чем-то сравнивать. С чем же сравнивать это парциальное давление? Ответ нам подсказывает прошлый урок. Какое важное, особое значение есть у давления водяного пара? Это давление насыщенного водяного пара. Если мы будем сравнивать парциальное давление водяного пара при данной температуре с давлением насыщенного водяного пара при этой же температуре, мы сможем точнее охарактеризовать ту самую влажность воздуха. Чтобы охарактеризовать удаленность состояния пара от насыщения, ввели специальную величину, называемую относительной влажностью .
Относительной влажностью воздуха называют выраженное в процентах отношение давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению 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 как раз давлению насыщенного водяного пара при данной температуре. Вот таким вот способом мы теперь точно определили, что же такое та самая 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, содержащегося в воздухе, и плотность насыщенного пара при той же температуре.
Давление и плотность пара;
Давление и плотность насыщенного пара при данной температуре ;
Универсальная газовая постоянная.
Формула относительной влажности:
Плотность водяного пара, содержащегося в воздухе;
Плотность насыщенного пара при той же температуре.
Влияние интенсивности испарения и конденсации воды на живые организмы
Люди очень 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 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 - прибор для измерения относительной влажности.
Для расчета относительной влажности, как мы только что убедились, нам необходимо знать значение давления или плотности насыщенного пара при данной температуре.
На прошлом уроке, изучая насыщенный пар, мы говорили об этой зависимости, однако ее аналитический вид весьма сложен, наших математических знаний еще не достаточно. Как же быть в этом случае? Выход очень прост: вместо записи этих формул в аналитическом виде, мы будем пользоваться таблицами значения давления и плотности насыщенного пара при данной температуре (табл. 1). Эти таблицы есть как в учебниках, так и в любом справочнике технических величин.
Табл. 1. Зависимость давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры
Теперь рассмотрим изменение относительной влажности с температурой. Чем выше температура, тем меньше относительная влажность. Почему и как, рассмотрим на примере задачи.
Задача
В некотором сосуде пар становится насыщенным при . Какова будет его относительная влажность при , , ?
Поскольку 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 (табл. 2).
Табл. 2. Зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры
Решение:
Из текста вопроса ясно, что при , , ведь именно при этом значении пар становится насыщенным, т. е. из определения относительной влажности мы имеем:
В числителе стоит плотность имеющегося в сосуде водяного пара, а в знаменателе находится плотность отсутствующего в сосуде насыщенного пара при той же температуре. Что будет происходить с величиной влажности при увеличении температуры? Числитель, с учетом замкнутости сосуда, изменяться не будет. Действительно, поскольку не происходит конденсации и нет обмена веществом с внешним миром, то масса пара, а вместе с ней и его плотность, сохранят свои значения. А знаменатель, как мы знаем из прошлого урока, растет с температурой, поэтому относительная влажность будет уменьшаться. Плотность пара в сосуде при можно вычислить из приведенной формулы:
Эту же плотность пар будет иметь и при всех остальных температурах. Следовательно, для 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 значения в формулу для влажности, получим такие ответы:
Ответ:
Пример решения типичной задачи на определение относительной влажности
При решении таких задач важно знать, что давление насыщенного пара зависит от температуры, но не зависит от объема.
Условие задачи:
В сосуде находится воздух, относительная влажность которого при температуре равна . Какой будет относительная влажность после уменьшения объема сосуда в n раз (n = 3) и нагревания газа до температуры ? Плотность насыщенных водяных паров при температуре равна 
.
Ход решения:
Из определения относительной влажности мы можем записать, что при температуре абсолютная влажность, до сжатия, равна:
А после сжатия:
То есть при уменьшении объема в раз при постоянной массе плотность увеличивается в раз.
После сжатия масса влаги, приходящаяся на единицу объема сосуда, не только в виде паров, но и в виде сконденсировавшееся жидкости, если возникли условия для конденсации, будет равна:
При температуре давление насыщенных водяных паров равно нормальному атмосферному давлению, мы об этом говорили на прошлом уроке, и составляет:
А их плотность, если воспользоваться уравнением Менделеева-Клапейрона, может быть рассчитана по формуле:
Где 
, т. к. в сосуде будет ненасыщенный пар с относительной влажностью:
Выражая эту влажность в процентах, мы получим значение 2,9 %.
Ответ: .
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. 5.
Рис. 5. Гигрометрический психрометр
На стойке закреплены два термометра с одинаковыми шкалами. Ртутный резервуар одного из них обвернут во влажную тряпочку (рис. 8).
Рис. 6. Термометры гигрометрического психрометра
Вода с этой тряпочки испаряется, благодаря чему сам термометр охлаждается, соответственно, термометры носят название сухой и влажный (рис. 7).
Рис. 7. Сухой и влажный термометры 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 ϕ = 100 % вода не будет испаряться, т. к. весь водяной пар является насыщенным, и показания обоих термометров будут совпадать. При 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.
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 сами дали строгое определение понятий «абсолютная влажность» и «относительная влажность». Фактически это физическая величина, относительная влажность показывает, на сколько атмосферный пар отличается от насыщенного.
Список литературы
- Касьянов В.А. Физика 10 класс. - М.: Дрофа, 2010.
- Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Молекулярная физика. Термодинамика. - М.: Дрофа, 2010.
- Интернет-портал WorldOfSchool.ru ()
- Интернет-портал «Физика. Старые учебники» ()
Домашнее задание
- Чем отличаются абсолютная влажность и относительная влажность?
- Что можно измерить с помощью гигрометра психрометрического и каков его принцип действия?
- Из каких парциальных давлений складывается атмосферное давление?
Когда речь идет о нашем здоровье, то знание относительной влажности воздуха и формулы ее определения становится на первое место. Впрочем, точную формулу знать не обязательно, но неплохо хотя бы в общих чертах представлять себе, что это такое, зачем измерять влажность в доме, и какими способами это можно сделать.
Какой должна быть оптимальная влажность
Влажность в помещении, где человек работает, проводит досуг или спит, имеет особое значение. Наши органы дыхания созданы таким образом, что слишком сухой или насыщенный водяными парами воздух для них губителен. Поэтому существуют государственные стандарты, которые регламентируют, какой должна быть влажность воздуха в помещении.
Зона оптимальной влажности
В целом существует с десяток способов проконтролировать влажность воздуха и привести его в норму. Это создаст самые благоприятные условия для учебы, сна, занятий спортом, повысит работоспособность и улучшит самочувствие.
Одной из важнейших характеристик сжатого воздуха, используемого в промышленности, пищевой индустрии, медицине и других отраслях, является влажность . В данной статье даётся определение понятия «влажность воздуха », приводятся таблицы по определению точки росы в зависимости от температуры и относительной влажности, значений давления насыщенного пара над поверхность воды и льда, значений абсолютной влажности. А также, таблица поправочных коэффициентов пересчета относительной влажности воздуха, насыщенного относительно воды, в относительную влажность воздуха , насыщенного относительно льда.
Самое общее определение таково: влажность - это мера, характеризующая содержание водяных паров в воздухе (или другом газе). Данное определение, разумеется, не претендует на "наукоемкость", зато дает физическое понятие влажности.
Для количественной оценки "влажности" газов наиболее часто используют следующие характеристики:
- парциальное давление водяного пара (р) - давление , которое имел бы водяной пар, входящий в состав атмосферного или сжатого воздуха, если бы он один занимал объём, равный объёму воздуха при той же температуре. Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных составляющих этой смеси.
- относительная влажность - определяется как отношение действительной влажности воздуха к его максимально возможной влажности, т. е. относительная влажность показывает, сколько еще влаги не хватает, чтобы при данных условиях окружающей среды началась конденсация. Более «научной» является такая формулировка: относительная влажность это величина определяемая как отношение парциального давления водяного пара (р) к давлению насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.
- температура точки росы (инея), определяется как температура, при которой парциальное давление насыщенного относительно воды (льда) пара равно парциальному давлению водяного пара в характеризуемом газе. Т. е. это температура, при которой начинается процесс конденсации влаги. Практическое значение точки росы заключается в том, что оно показывает, какое максимальное количество влаги может содержаться в воздухе при указанной температуре. Действительно, фактическое количество воды, которое может удерживаться в постоянном объеме воздуха, зависит только от температуры. Понятие точки росы является наиболее удобным техническим параметром. Зная значение точки росы, можно смело утверждать, что количество влаги в заданном объеме воздуха не превысит определенного значения.
- абсолютная влажность , определяемая как массовое содержание воды в единице объема газа. это величина, показывающая, какое количество паров воды содержится в заданном объеме воздуха, это самое общее понятие, оно выражается в г/м3. При очень низкой влажности газа используется такой параметр как влагосодержание , единица измерения которого ppm (parts per million - частей на миллион). Это абсолютная величина, которая характеризует число молекул воды на миллион молекул всей смеси. Она не зависит ни от температуры, ни от давления. Это и понятно количество молекул воды не может увеличиваться или уменьшаться при изменениях давления и температуры.
Зависимости давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда от температуры, полученные теоретически на основании уравнения Клаузиуса - Клапейрона и сверенные с экспериментальными данными многих исследователей, рекомендованы для метеорологической практики Всемирной метеорологической организацией (ВМО):
ln p sw =-6094,4692T -1 +21,1249952-0,027245552 T+0,000016853396T 2 +2,4575506 lnT
ln p si =-5504,4088T -1 - 3,5704628-0,017337458T+ 0,0000065204209T 2 + 6,1295027 lnT,
где p sw - давление насыщенного пара над плоской поверхностью воды (Па);
p si - давление насыщенного пара над плоской поверхностью льда (Па);
Т - температура (К).
Приведенные формулы справедливы для температур от 0 до 100ºC (для p sw) и от -0 до -100ºC (для p si). В то же время ВМО рекомендует первую формулу и для отрицательных температур для переохлажденной воды (до -50ºC).
Очевидно что эти формулы достаточно громоздки и неудобны для практической работы, поэтому в расчётах намного удобнее пользоваться готовыми данными, сведёнными в специальные таблицы. Ниже приведены некоторые из этих таблиц.
Таблица 1. Определения точки росы в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха
| Температура воздуха | Относительная влажность воздуха | |||||||||||||
| 30% | 35% | 40% | 45% | 50% | 55% | 60%& | 65% | 70% | 75% | 80% | 85% | 90% | 95% | |
| -10°С | ;-23,2 | -21,8 | -20,4 | -19,0 | -17,8 | -16,7 | -15,8 | -14,9 | -14,1 | -13,3 | -12,6 | -11,9 | -10,6 | -10,0 |
| -5°С | -18,9 | -17,2 | -15,8 | -14,5 | -13,3 | -11,9 | -10,9 | -10,2 | -9,3 | -8,8 | -8,1 | -7,7 | -6,5 | -5,8 |
| 0°С | -14,5 | -12,8 | -11,3 | -9,9 | -8,7 | -7,5 | -6,2 | -5,3 | -4,4 | -3,5 | -2,8 | -2 | -1,3 | -0,7 |
| +2°С | -12,8 | -11,0 | -9,5 | -8,1 | -6,8 | -5,8 | -4,7 | -3,6 | -2,6 | -1,7 | -1 | -0,2 | -0,6 | +1,3 |
| +4°С | -11,3 | -9,5 | -7,9 | -6,5 | -4,9 | -4,0 | -3,0 | -1,9 | -1,0 | +0,0 | +0,8 | +1,6 | +2,4 | +3,2 |
| +5°С | -10,5 | -8,7 | -7,3 | -5,7 | -4,3 | -3,3 | -2,2 | -1,1 | -0,1 | +0,7 | +1,6 | +2,5 | +3,3 | +4,1 |
| +6°С | -9,5 | -7,7 | -6,0 | -4,5 | -3,3 | -2,3 | -1,1 | -0,1 | +0,8 | +1,8 | +2,7 | +3,6 | +4,5 | +5,3 |
| +7°С | -9,0 | -7,2 | -5,5 | -4,0 | -2,8 | -1,5 | -0,5 | +0,7 | +1,6 | +2,5 | +3,4 | +4,3 | +5,2 | +6,1 |
| +8°С | -8,2 | -6,3 | -4,7 | -3,3 | -2,1 | -0,9 | +0,3 | +1,3 | +2,3 | +3,4 | +4,5 | +5,4 | +6,2 | +7,1 |
| +9°С | -7,5 | -5,5 | -3,9 | -2,5 | -1,2 | +0,0 | +1,2 | +2,4 | +3,4 | +4,5 | +5,5 | +6,4 | +7,3 | +8,2 |
| +10°С | -6,7 | -5,2 | -3,2 | -1,7 | -0,3 | +0,8 | +2,2 | +3,2 | +4,4 | +5,5 | +6,4 | +7,3 | +8,2 | +9,1 |
| +11°С | -6,0 | -4,0 | -2,4 | -0,9 | +0,5 | +1,8 | +3,0 | +4,2 | +5,3 | +6,3 | +7,4 | +8,3 | +9,2 | +10,1 |
| +12°С | -4,9 | -3,3 | -1,6 | -0,1 | +1,6 | +2,8 | +4,1 | +5,2 | +6,3 | +7,5 | +8,6 | +9,5 | +10,4 | +11,7 |
| +13°С | -4,3 | -2,5 | -0,7 | +0,7 | +2,2 | +3,6 | +5,2 | +6,4 | +7,5 | +8,4 | +9,5 | +10,5 | +11,5 | +12,3 |
| +14°С | -3,7 | -1,7 | -0,0 | +1,5 | +3,0 | +4,5 | +5,8 | +7,0 | +8,2 | +9,3 | +10,3 | +11,2 | +12,1 | +13,1 |
| +15°С | -2,9 | -1,0 | +0,8 | +2,4 | +4,0 | +5,5 | +6,7 | +8,0 | +9,2 | +10,2 | +11,2 | +12,2 | +13,1 | +14,1 |
| +16°С | -2,1 | -0,1 | +1,5 | +3,2 | +5,0 | +6,3 | +7,6 | +9,0 | +10,2 | +11,3 | +12,2 | +13,2 | +14,2 | +15,1 |
| +17°С | -1,3 | +0,6 | +2,5 | +4,3 | +5,9 | +7,2 | +8,8 | +10,0 | +11,2 | +12,2 | +13,5 | +14,3 | +15,2 | +16,6 |
| +18°С | -0,5 | +1,5 | +3,2 | +5,3 | +6,8 | +8,2 | +9,6 | +11,0 | +12,2 | +13,2 | +14,2 | +15,3 | +16,2 | +17,1 |
| +19°С | +0,3 | +2,2 | +4,2 | +6,0 | +7,7 | +9,2 | +10,5 | +11,7 | +13,0 | +14,2 | +15,2 | +16,3 | +17,2 | +18,1 |
| +20°С | +1,0 | +3,1 | +5,2 | +7,0 | +8,7 | +10,2 | +11,5 | +12,8 | +14,0 | +15,2 | +16,2 | +17,2 | +18,1 | +19,1 |
| +21°С | +1,8 | +4,0 | +6,0 | +7,9 | +9,5 | +11,1 | +12,4 | +13,5 | +15,0 | +16,2 | +17,2 | +18,1 | +19,1 | +20,0 |
| +22°С | +2,5 | +5,0 | +6,9 | +8,8 | +10,5 | +11,9 | +13,5 | +14,8 | +16,0 | +17,0 | +18,0 | +19,0 | +20,0 | +21,0 |
| +23°С | +3,5 | +5,7 | +7,8 | +9,8 | +11,5 | +12,9 | +14,3 | +15,7 | +16,9 | +18,1 | +19,1 | +20,0 | +21,0 | +22,0 |
| +24°С | +4,3 | +6,7 | +8,8 | +10,8 | +12,3 | +13,8 | +15,3 | +16,5 | +17,8 | +19,0 | +20,1 | +21,1 | +22,0 | +23,0 |
| +25°С | +5,2 | +7,5 | +9,7 | +11,5 | +13,1 | +14,7 | +16,2 | +17,5 | +18,8 | +20,0 | +21,1 | +22,1 | +23,0 | +24,0 |
| +26°С | +6,0 | +8,5 | +10,6 | +12,4 | +14,2 | +15,8 | +17,2 | +18,5 | +19,8 | +21,0 | +22,2 | +23,1 | +24,1 | +25,1 |
| +27°С | +6,9 | +9,5 | +11,4 | +13,3 | +15,2 | +16,5 | +18,1 | +19,5 | +20,7 | +21,9 | +23,1 | +24,1 | +25,0 | +26,1 |
| +28°С | +7,7 | +10,2 | +12,2 | +14,2 | +16,0 | +17,5 | +19,0 | +20,5 | +21,7 | +22,8 | +24,0 | +25,1 | +26,1 | +27,0 |
| +29°С | +8,7 | +11,1 | +13,1 | +15,1 | +16,8 | +18,5 | +19,9 | +21,3 | +22,5 | +24,1 | +25,0 | +26,0 | +27,0 | +28,0 |
| +30°С | +9,5 | +11,8 | +13,9 | +16,0 | +17,7 | +19,7 | +21,3 | +22,5 | +23,8 | +25,0 | +26,1 | +27,1 | +28,1 | +29,0 |
| +32°С | +11,2 | +13,8 | +16,0 | +17,9 | +19,7 | +21,4 | +22,8 | +24,3 | +25,6 | +26,7 | +28,0 | +29,2 | +30,2 | +31,1 |
| +34°С | +12,5 | +15,2 | +17,2 | +19,2 | +21,4 | +22,8 | +24,2 | +25,7 | +27,0 | +28,3 | +29,4 | +31,1 | +31,9 | +33,0 |
| +36°С | +14,6 | +17,1 | +19,4 | +21,5 | +23,2 | +25,0 | +26,3 | +28,0 | +29,3 | +30,7 | +31,8 | +32,8 | +34,0 | +35,1 |
| +38°С | +16,3 | +18,8 | +21,3 | +23,4 | +25,1 | +26,7 | +28,3 | +29,9 | +31,2 | +32,3 | +33,5 | +34,6 | +35,7 | +36,9 |
| +40°С | +17,9 | +20,6 | + 22,6 | +25,0 | +26,9 | +28,7 | +30,3 | +31,7 | +33,0 | +34,3 | +35,6 | +36,8 | +38,0 | +39,0 |
Таблица 2. Значения давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды (p sw) и льда (p si).
| Т, °C | p sw , Па | p si , Па | Т, °C | p sw , Па | p si , Па | Т, °C | p sw , Па | p si , Па |
| -50 | 6,453 | 3,924 | -33 | 38,38 | 27,65 | -16 | 176,37 | 150,58 |
| -49 | 7,225 | 4,438 | -32 | 42,26 | 30,76 | -15 | 191,59 | 165,22 |
| -48 | 8,082 | 5,013 | -31 | 46,50 | 34,18 | -14 | 207,98 | 181,14 |
| -47 | 9,030 | 5,657 | -30 | 51,11 | 37,94 | -13 | 225,61 | 198,45 |
| -46 | 10,08 | 6,38 | -29 | 56,13 | 42,09 | -12 | 244,56 | 217,27 |
| -45 | 11,24 | 7,18 | -28 | 61,59 | 46,65 | -11 | 264,93 | 237,71 |
| -44 | 12,52 | 8,08 | -27 | 67,53 | 51,66 | -10 | 286,79 | 259,89 |
| -43 | 13,93 | 9,08 | -26 | 73,97 | 57,16 | -9 | 310,25 | 283,94 |
| -42 | 15,48 | 10,19 | -25 | 80,97 | 63,20 | -8 | 335,41 | 310,02 |
| -41 | 17,19 | 11,43 | -24 | 88,56 | 69,81 | -7 | 362,37 | 338,26 |
| -40 | 19,07 | 12,81 | -23 | 96,78 | 77,06 | -6 | 391,25 | 368,84 |
| -39 | 21,13 | 14,34 | -22 | 105,69 | 85,00 | -5 | 422,15 | 401,92 |
| -38 | 23,40 | 16,03 | -21 | 115,32 | 93,67 | -4 | 455,21 | 437,68 |
| -37 | 25,88 | 17,91 | -20 | 125,74 | 103,16 | -3 | 490,55 | 476,32 |
| -36 | 28,60 | 19,99 | -19 | 136,99 | 113,52 | -2 | 528,31 | 518,05 |
| -35 | 31,57 | 22,30 | -18 | 149,14 | 124,82 | -1 | 568,62 | 563,09 |
| -34 | 34,83 | 24,84 | -17 | 162,24 | 137,15 | 0 | 611,65 | 611,66 |
Таблица 3. Значения давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды (p sw).
| Т, °C | p sw , Па | Т, °C | p sw , Па | Т, °C | p sw , Па | Т, °C | p sw , Па |
| 0 | 611,65 | 26 | 3364,5 | 52 | 13629,5 | 78 | 43684,4 |
| 1 | 657,5 | 27 | 3568,7 | 53 | 14310,3 | 79 | 45507,1 |
| 2 | 706,4 | 28 | 3783,7 | 54 | 15020,0 | 80 | 47393,4 |
| 3 | 758,5 | 29 | 4009,8 | 55 | 15759,6 | 81 | 49344,8 |
| 4 | 814,0 | 30 | 4247,6 | 56 | 16530,0 | 82 | 51363,3 |
| 5 | 873,1 | 31 | 4497,5 | 57 | 17332,4 | 83 | 53450,5 |
| 6 | 935,9 | 32 | 4760,1 | 58 | 18167,8 | 84 | 55608,3 |
| 7 | 1002,6 | 33 | 5036,0 | 59 | 19037,3 | 85 | 57838,6 |
| 8 | 1073,5 | 34 | 5325,6 | 60 | 19942,0 | 86 | 60143,3 |
| 9 | 1148,8 | 35 | 5629,5 | 61 | 20883,1 | 87 | 62524,2 |
| 10 | 1228,7 | 36 | 5948,3 | 62 | 21861,6 | 88 | 64983,4 |
| 11 | 1313,5 | 37 | 6282,6 | 63 | 22878,9 | 89 | 67522,9 |
| 12 | 1403,4 | 38 | 6633,1 | 64 | 23936,1 | 90 | 70144,7 |
| 13 | 1498,7 | 39 | 7000,4 | 65 | 25034,6 | 91 | 72850,8 |
| 14 | 1599,6 | 40 | 7385,1 | 66 | 26175,4 | 92 | 75643,4 |
| 15 | 1706,4 | 41 | 7787,9 | 67 | 27360,1 | 93 | 78524,6 |
| 16 | 1819,4 | 42 | 8209,5 | 68 | 28589,9 | 94 | 81496,5 |
| 17 | 1939,0 | 43 | 8650,7 | 69 | 29866,2 | 95 | 84561,4 |
| 18 | 2065,4 | 44 | 9112,1 | 70 | 31190,3 | 96 | 87721,5 |
| 19 | 2198,9 | 45 | 9594,6 | 71 | 32563,8 | 97 | 90979,0 |
| 20 | 2340,0 | 46 | 10098,9 | 72 | 33988,0 | 98 | 94336,4 |
| 21 | 2488,9 | 47 | 10625,8 | 73 | 35464,5 | 99 | 97795,8 |
| 22 | 2646,0 | 48 | 11176,2 | 74 | 36994,7 | 100 | 101359,8 |
| 23 | 2811,7 | 49 | 11750,9 | 75 | 38580,2 | ||
| 24 | 2986,4 | 50 | 12350,7 | 76 | 40222,5 | ||
| 25 | 3170,6 | 51 | 12976,6 | 77 | 41923,4 |
Таблица 4. Значения абсолютной влажности газа с относительной влажностью по воде 100% при различных температурах.
| Т,°С | А,г/м 3 | Т,°С | А,г/м 3 | Т,°С | А,г/м 3 | Т,°С | А,г/м 3 |
| -50 | 0,063 | -10 | 2,361 | 30 | 30,36 | 70 | 196,94 |
| -49 | 0,070 | -9 | 2,545 | 31 | 32,04 | 71 | 205,02 |
| -48 | 0,078 | -8 | 2,741 | 32 | 33,80 | 72 | 213,37 |
| -47 | 0,087 | -7 | 2,950 | 33 | 35,64 | 73 | 221,99 |
| -46 | 0,096 | -6 | 3,173 | 34 | 37,57 | 74 | 230,90 |
| -45 | 0,107 | -5 | 3,411 | 35 | 39,58 | 75 | 240,11 |
| -44 | 0,118 | -4 | 3,665 | 36 | 41,69 | 76 | 249,61 |
| -43 | 0,131 | -3 | 3,934 | 37 | 43,89 | 77 | 259,42 |
| -42 | 0,145 | -2 | 4,222 | 38 | 46,19 | 78 | 269,55 |
| -41 | 0,160 | -1 | 4,527 | 39 | 48,59 | 79 | 280,00 |
| -40 | 0,177 | 0 | 4,852 | 40 | 51,10 | 80 | 290,78 |
| -39 | 0,196 | 1 | 5,197 | 41 | 53,71 | 81 | 301,90 |
| -38 | 0,216 | 2 | 5,563 | 42 | 56,44 | 82 | 313,36 |
| -37 | 0,237 | 3 | 5,952 | 43 | 59,29 | 83 | 325,18 |
| -36 | 0,261 | 4 | 6,364 | 44 | 62,25 | 84 | 337,36 |
| -35 | 0,287 | 5 | 6,801 | 45 | 65,34 | 85 | 349,91 |
| -34 | 0,316 | 6 | 7,264 | 46 | 68,56 | 86 | 362,84 |
| -33 | 0,346 | 7 | 7,754 | 47 | 71,91 | 87 | 376,16 |
| -32 | 0,380 | 8 | 8,273 | 48 | 75,40 | 88 | 389,87 |
| -31 | 0,416 | 9 | 8,822 | 49 | 79,03 | 89 | 403,99 |
| -30 | 0,455 | 10 | 9,403 | 50 | 82,81 | 90 | 418,52 |
| -29 | 0,498 | 11 | 10,02 | 51 | 86,74 | 91 | 433,47 |
| -28 | 0,544 | 12 | 10,66 | 52 | 90,82 | 92 | 448,86 |
| -27 | 0,594 | 13 | 11,35 | 53 | 95,07 | 93 | 464,68 |
| -26 | 0,649 | 14 | 12,07 | 54 | 99,48 | 94 | 480,95 |
| -25 | 0,707 | 15 | 12,83 | 55 | 104,06 | 95 | 497,68 |
| -24 | 0,770 | 16 | 13,63 | 56 | 108,81 | 96 | 514,88 |
| -23 | 0,838 | 17 | 14,48 | 57 | 113,75 | 97 | 532,56 |
| -22 | 0,912 | 18 | 15,37 | 58 | 118,87 | 98 | 550,73 |
| -21 | 0,991 | 19 | 16,31 | 59 | 124,19 | 99 | 569,39 |
| -20 | 1,076 | 20 | 17,30 | 60 | 129,70 | 100 | 588,56 |
| -19 | 1,168 | 21 | 18,33 | 61 | 135,41 | ||
| -18 | 1,266 | 22 | 19,42 | 62 | 141,33 | ||
| -17 | 1,372 | 23 | 20,57 | 63 | 147,47 | ||
| -16 | 1,486 | 24 | 21,78 | 64 | 153,83 | ||
| -15 | 1,608 | 25 | 23,04 | 65 | 160,41 | ||
| -14 | 1,739 | 26 | 24,37 | 66 | 167,23 | ||
| -13 | 1,879 | 27 | 25,76 | 67 | 174,28 | ||
| -12 | 2,029 | 28 | 27,22 | 68 | 181,58 | ||
| -11 | 2,190 | 29 | 28,75 | 69 | 189,13 |
Приведём пример использования вышеприведённых таблиц в практической деятельности: производительностью 10 м 3 /мин "всасывает" в минуту 10 кубических метров атмосферного воздуха.
Найдём количество воды содержащееся в 10 кубических метрах атмосферного воздуха с параметрами температура +25 °С, относительная влажность 85%. Согласно таблице 4, в воздухе с температурой +25 °С и стопроцентной влажности содержится 23,04 г/м 3 воды. Значит при 85%-ной влажности в одном кубическом метре воздуха будет содержаться 0,85*23,04=19,584 г. воды, а в десяти - 195,84 г.
В процессе компримирования воздуха объём, занимаемый им, будет уменьшаться. Уменьшенный объем сжатого воздуха при давлении 6 бар можно подсчитать, исходя из закона Бойля -Мариотта (температура воздуха существенно не изменяется):
P1 x V1 = P2 x V2
V2 = (P1 x V1) / P2
где Р1
- атмосферное давление равное 1,013 бар;
V2
= (1,013бар х 10 м 3)/ (6+1,013)бар = 1,44 м 3 .
То есть, 10 кубических метров атмосферного воздуха, в процессе сжатия, "превратились" в 1,44 м 3 сжатого воздуха, с избыточным давлением 6 бар, на выходе из компрессора.