Κορεσμένοι και ακόρεστοι ατμοί
Κορεσμένος ατμός
Κατά την εξάτμιση, ταυτόχρονα με τη μετάβαση των μορίων από υγρό σε ατμό, συμβαίνει και η αντίστροφη διαδικασία. Τυχαία κινούμενοι πάνω από την επιφάνεια του υγρού, μερικά από τα μόρια που το άφησαν επιστρέφουν ξανά στο υγρό.
Εάν η εξάτμιση συμβεί σε ένα κλειστό δοχείο, τότε αρχικά ο αριθμός των μορίων που διαφεύγουν από το υγρό θα είναι περισσότερος αριθμόςμόρια επέστρεψαν στο υγρό. Επομένως, η πυκνότητα ατμών στο δοχείο θα αυξηθεί σταδιακά. Καθώς αυξάνεται η πυκνότητα των ατμών, αυξάνεται και ο αριθμός των μορίων που επιστρέφουν στο υγρό. Πολύ σύντομα, ο αριθμός των μορίων που διαφεύγουν από το υγρό θα είναι ίσο με τον αριθμόμόρια ατμού που επιστρέφουν στο υγρό. Από αυτό το σημείο και μετά, ο αριθμός των μορίων ατμού πάνω από το υγρό θα είναι σταθερός. Για νερό σε θερμοκρασία δωματίου, αυτός ο αριθμός είναι περίπου ίσος με $10^(22)$ μόρια ανά $1c$ ανά $1cm^2$ επιφάνειας. Έρχεται η λεγόμενη δυναμική ισορροπία μεταξύ ατμού και υγρού.
Ο ατμός σε δυναμική ισορροπία με το υγρό του ονομάζεται κορεσμένος ατμός.
Αυτό σημαίνει ότι ένας δεδομένος όγκος σε μια δεδομένη θερμοκρασία δεν μπορεί να περιέχει περισσότερο ατμό.
Σε δυναμική ισορροπία, η μάζα του υγρού σε ένα κλειστό δοχείο δεν αλλάζει, αν και το υγρό συνεχίζει να εξατμίζεται. Ομοίως, η μάζα δεν αλλάζει κορεσμένο ατμόπάνω από αυτό το υγρό, αν και ο ατμός συνεχίζει να συμπυκνώνεται.
Πίεση κορεσμένου ατμού.Όταν συμπιέζεται κορεσμένος ατμός, η θερμοκρασία του οποίου διατηρείται σταθερή, η ισορροπία θα αρχίσει πρώτα να διαταράσσεται: η πυκνότητα του ατμού θα αυξηθεί και ως αποτέλεσμα θα περάσουν περισσότερα μόρια από αέριο σε υγρό παρά από υγρό σε αέριο. αυτό θα συνεχιστεί έως ότου η συγκέντρωση ατμών στον νέο όγκο γίνει η ίδια, που αντιστοιχεί στη συγκέντρωση κορεσμένων ατμών σε μια δεδομένη θερμοκρασία (και αποκατασταθεί η ισορροπία). Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ο αριθμός των μορίων που αφήνουν το υγρό ανά μονάδα χρόνου εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία.
Έτσι, η συγκέντρωση των κορεσμένων μορίων ατμού σε σταθερή θερμοκρασία δεν εξαρτάται από τον όγκο του.
Δεδομένου ότι η πίεση ενός αερίου είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση των μορίων του, η πίεση ενός κορεσμένου ατμού δεν εξαρτάται από τον όγκο που καταλαμβάνει. Η πίεση $p_0$ στην οποία το υγρό βρίσκεται σε ισορροπία με τους ατμούς του ονομάζεται πίεση κορεσμένου ατμού.
Όταν ο κορεσμένος ατμός συμπιέζεται, το μεγαλύτερο μέρος του γίνεται υγρό. Ένα υγρό καταλαμβάνει μικρότερο όγκο από έναν ατμό της ίδιας μάζας. Ως αποτέλεσμα, ο όγκος του ατμού σε σταθερή πυκνότητα μειώνεται.
Εξάρτηση της πίεσης των κορεσμένων ατμών από τη θερμοκρασία.Για ένα ιδανικό αέριο, μια γραμμική εξάρτηση της πίεσης από τη θερμοκρασία ισχύει σε σταθερό όγκο. Όπως εφαρμόζεται σε κορεσμένο ατμό με πίεση $р_0$, αυτή η εξάρτηση εκφράζεται από την ισότητα:
Δεδομένου ότι η πίεση των ατμών κορεσμού δεν εξαρτάται από τον όγκο, επομένως εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία.
Η πειραματικά προσδιορισμένη εξάρτηση $Р_0(Т)$ διαφέρει από την εξάρτηση $p_0=nkT$ για ένα ιδανικό αέριο. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η πίεση των κορεσμένων ατμών αυξάνεται ταχύτερα από την πίεση ενός ιδανικού αερίου (τμήμα της καμπύλης $AB$). Αυτό γίνεται ιδιαίτερα προφανές αν σχεδιάσουμε μια ισοχώρη μέσα από το σημείο $A$ (διακεκομμένη γραμμή). Αυτό συμβαίνει επειδή όταν το υγρό θερμαίνεται, μέρος του μετατρέπεται σε ατμό και η πυκνότητα των ατμών αυξάνεται.
Επομένως, σύμφωνα με τον τύπο $p_0=nkT$, Η πίεση των κορεσμένων ατμών αυξάνεται όχι μόνο ως αποτέλεσμα της αύξησης της θερμοκρασίας του υγρού, αλλά και λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης των μορίων (πυκνότητα) του ατμού.Η κύρια διαφορά στη συμπεριφορά ενός ιδανικού αερίου και κορεσμένου ατμού είναι η αλλαγή της μάζας του ατμού με αλλαγή θερμοκρασίας σε σταθερό όγκο (σε κλειστό δοχείο) ή με αλλαγή όγκου σε σταθερή θερμοκρασία. Τίποτα τέτοιο δεν μπορεί να συμβεί με ένα ιδανικό αέριο (το MKT ενός ιδανικού αερίου δεν προβλέπει τη μετάβαση φάσης ενός αερίου σε ένα υγρό).
Μετά την εξάτμιση όλου του υγρού, η συμπεριφορά του ατμού θα αντιστοιχεί στη συμπεριφορά ενός ιδανικού αερίου (τμήμα της καμπύλης $BC$).
ακόρεστος ατμός
Εάν σε ένα χώρο που περιέχει τον ατμό ενός υγρού, μπορεί να συμβεί περαιτέρω εξάτμιση αυτού του υγρού, τότε ο ατμός σε αυτό το διάστημα είναι ακόρεστα.
Ένας ατμός που δεν βρίσκεται σε ισορροπία με το υγρό του ονομάζεται ακόρεστος.
Οι ακόρεστοι ατμοί μπορούν να μετατραπούν σε υγρό με απλή συμπίεση. Μόλις αρχίσει αυτός ο μετασχηματισμός, ο ατμός που βρίσκεται σε ισορροπία με το υγρό γίνεται κορεσμένος.
Υγρασία αέρα
Η υγρασία είναι η ποσότητα των υδρατμών στον αέρα.
Ο ατμοσφαιρικός αέρας γύρω μας, λόγω της συνεχούς εξάτμισης του νερού από την επιφάνεια των ωκεανών, των θαλασσών, των υδάτινων σωμάτων, του υγρού εδάφους και των φυτών, περιέχει πάντα υδρατμούς. Όσο περισσότεροι υδρατμοί υπάρχουν σε έναν δεδομένο όγκο αέρα, τόσο πιο κοντά είναι ο ατμός στον κορεσμό. Από την άλλη, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αέρα, τόσο περισσότεροι υδρατμοί απαιτούνται για τον κορεσμό του.
Ανάλογα με την ποσότητα των υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα σε μια δεδομένη θερμοκρασία, ο αέρας έχει ποικίλους βαθμούς υγρασίας.
Ποσοτικοποίηση υγρασίας
Για να ποσοτικοποιήσει κανείς την υγρασία του αέρα, χρησιμοποιεί, ειδικότερα, τις έννοιες απόλυτοςκαι σχετική υγρασία.
Η απόλυτη υγρασία είναι ο αριθμός των γραμμαρίων υδρατμών που περιέχονται σε $1m^3$ αέρα υπό δεδομένες συνθήκες, δηλαδή είναι η πυκνότητα υδρατμών $p$ εκφρασμένη σε g/$m^3$.
Η σχετική υγρασία αέρα $φ$ είναι ο λόγος της απόλυτης υγρασίας αέρα $p$ προς την πυκνότητα $p_0$ του κορεσμένου ατμού στην ίδια θερμοκρασία.
Η σχετική υγρασία εκφράζεται ως ποσοστό:
$φ=((p)/(p_0)) 100%$
Η συγκέντρωση ατμού σχετίζεται με την πίεση ($p_0=nkT$), επομένως η σχετική υγρασία μπορεί να οριστεί ως ποσοστό μερική πίεση$p$ ατμός στον αέρα στην πίεση $p_0$ κορεσμένου ατμού στην ίδια θερμοκρασία:
$φ=((p)/(p_0)) 100%$
Υπό μερική πίεσηκατανοούν την πίεση των υδρατμών που θα παρήγαγε εάν όλα τα άλλα αέρια απουσίαζαν στον ατμοσφαιρικό αέρα.
Εάν ο υγρός αέρας ψύχεται, τότε σε μια ορισμένη θερμοκρασία ο ατμός σε αυτόν μπορεί να κορεσθεί. Με περαιτέρω ψύξη, οι υδρατμοί θα αρχίσουν να συμπυκνώνονται με τη μορφή δρόσου.
Σημείο δρόσου
Το σημείο δρόσου είναι η θερμοκρασία στην οποία πρέπει να ψυχθεί ο αέρας προκειμένου οι υδρατμοί σε αυτόν να φτάσουν σε κορεσμό σε σταθερή πίεση και δεδομένη υγρασία αέρα. Όταν το σημείο δρόσου φτάσει στον αέρα ή σε αντικείμενα με τα οποία έρχεται σε επαφή, οι υδρατμοί αρχίζουν να συμπυκνώνονται. Το σημείο δρόσου μπορεί να υπολογιστεί από τις τιμές θερμοκρασίας και υγρασίας αέρα ή να προσδιοριστεί απευθείας υγρόμετρο συμπύκνωσης.Στο σχετική υγρασία$φ = 100%$ το σημείο δρόσου είναι το ίδιο με τη θερμοκρασία του αέρα. Για $φ
Ποσότητα θερμότητας. Ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας
Η ποσότητα της θερμότητας ονομάζεται ποσοτικό μέτρο μεταβολής εσωτερική ενέργειασώμα κατά τη μεταφορά θερμότητας.
Η ποσότητα θερμότητας είναι η ενέργεια που εκπέμπει το σώμα κατά την ανταλλαγή θερμότητας (χωρίς να κάνει εργασία). Η ποσότητα της θερμότητας, όπως και η ενέργεια, μετριέται σε joules (J).
Ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας
Η θερμοχωρητικότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από ένα σώμα όταν θερμαίνεται κατά $1$ βαθμό.
Η θερμοχωρητικότητα ενός σώματος υποδεικνύεται με κεφαλαία γράμματα Λατινικό γράμμαΑΠΟ.
Τι καθορίζει τη θερμοχωρητικότητα ενός σώματος; Πρώτα απ 'όλα, από τη μάζα του. Είναι σαφές ότι η θέρμανση, για παράδειγμα, 1$ κιλό νερού θα απαιτήσει περισσότερη θερμότητα από 200$ γραμμάρια.
Τι γίνεται με το είδος της ουσίας; Ας κάνουμε ένα πείραμα. Ας πάρουμε δύο πανομοιότυπα δοχεία και, αφού ρίξουμε νερό με μάζα 400$ g σε ένα από αυτά και στο άλλο φυτικό λάδιμε βάρος 400$ g, θα αρχίσουμε να τα θερμαίνουμε με τη βοήθεια πανομοιότυπων καυστήρων. Παρατηρώντας τις ενδείξεις των θερμομέτρων, θα δούμε ότι το λάδι θερμαίνεται πιο γρήγορα. Για να ζεστάνετε νερό και λάδι στην ίδια θερμοκρασία, το νερό πρέπει να ζεσταθεί περισσότερο. Αλλά όσο περισσότερο ζεσταίνουμε το νερό, τόσο περισσότερη θερμότητα δέχεται από τον καυστήρα.
Έτσι, για να θερμανθεί η ίδια μάζα διαφορετικών ουσιών στην ίδια θερμοκρασία, απαιτούνται διαφορετικές ποσότητες θερμότητας. Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος και, κατά συνέπεια, η θερμοχωρητικότητα του εξαρτάται από το είδος της ουσίας από την οποία αποτελείται αυτό το σώμα.
Έτσι, για παράδειγμα, για να αυξηθεί η θερμοκρασία του νερού με μάζα $1$ kg κατά $1°$C, απαιτείται ποσότητα θερμότητας ίση με $4200$ J και για να θερμανθεί η ίδια μάζα κατά $1°$C ηλιέλαιοαπαιτείται η ποσότητα θερμότητας ίση με $1700$ J.
Η φυσική ποσότητα που δείχνει πόση θερμότητα απαιτείται για να θερμανθεί $1$ kg μιας ουσίας κατά $1°$C ονομάζεται ειδική θερμότητα αυτής της ουσίας.
Κάθε ουσία έχει τη δική της ειδική θερμοχωρητικότητα, η οποία συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα $c$ και μετράται σε τζάουλ ανά χιλιόγραμμο-βαθμού (J/(kg$·°$C)).
Η ειδική θερμοχωρητικότητα της ίδιας ουσίας σε διαφορετικές αθροιστικές καταστάσεις (στερεό, υγρό και αέριο) είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού είναι $4200$ J/(kg$·°$C), και η ειδική θερμοχωρητικότητα του πάγου είναι $2100$ J/(kg$·°$C). Το αλουμίνιο στη στερεά κατάσταση έχει ειδική θερμότητα $920$ J/(kg$·°$C), και στην υγρή κατάσταση είναι $1080$ J/(kg$·°$C).
Σημειώστε ότι το νερό έχει πολύ υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα. Επομένως, το νερό στις θάλασσες και τους ωκεανούς, που θερμαίνεται το καλοκαίρι, απορροφάται από τον αέρα ένας μεγάλος αριθμός απόθερμότητα. Λόγω αυτού, σε εκείνα τα μέρη που βρίσκονται κοντά σε μεγάλα υδάτινα σώματα, το καλοκαίρι δεν είναι τόσο ζεστό όσο σε μέρη μακριά από το νερό.
Υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη
Από τα προηγούμενα, είναι σαφές ότι η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του σώματος εξαρτάται από τον τύπο της ουσίας από την οποία αποτελείται το σώμα (δηλαδή την ειδική θερμοχωρητικότητα του) και από τη μάζα του σώματος. Είναι επίσης σαφές ότι η ποσότητα της θερμότητας εξαρτάται από το πόσους βαθμούς πρόκειται να αυξήσουμε τη θερμοκρασία του σώματος.
Έτσι, για να προσδιορίσετε την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη, πρέπει να πολλαπλασιάσετε την ειδική θερμότητα του σώματος με τη μάζα του και τη διαφορά μεταξύ της τελικής και αρχικής θερμοκρασίας του:
όπου $Q$ είναι η ποσότητα θερμότητας, $c$ είναι η ειδική θερμότητα, $m$ είναι η μάζα του σώματος, $t_1$ είναι η αρχική θερμοκρασία, $t_2$ είναι η τελική θερμοκρασία.
Όταν το σώμα θερμαίνεται, $t_2 > t_1$ και, κατά συνέπεια, $Q > 0$. Κατά την ψύξη του σώματος $t_2
Εάν είναι γνωστή η θερμοχωρητικότητα ολόκληρου του σώματος $C, το Q$ καθορίζεται από τον τύπο
Ειδική θερμότητα εξάτμισης, τήξης, καύσης
Η θερμότητα της εξάτμισης (θερμότητα της εξάτμισης) είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί σε μια ουσία (σε σταθερή πίεση και σταθερή θερμοκρασία) για την πλήρη μετατροπή μιας υγρής ουσίας σε ατμό.
Η θερμότητα της εξάτμισης είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν ο ατμός συμπυκνώνεται σε υγρό.
Η μετατροπή ενός υγρού σε ατμό σε σταθερή θερμοκρασία δεν οδηγεί σε αύξηση της κινητικής ενέργειας των μορίων, αλλά συνοδεύεται από αύξηση της δυναμικής τους ενέργειας, αφού η απόσταση μεταξύ των μορίων αυξάνεται σημαντικά.
Ειδική θερμότητα εξάτμισης και συμπύκνωσης.Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι πρέπει να δαπανηθούν 2,3 $ MJ ενέργειας για να μετατραπεί πλήρως $1 $ kg νερού (στο σημείο βρασμού) σε ατμό. Για τη μετατροπή άλλων υγρών σε ατμό, απαιτείται διαφορετική ποσότητα θερμότητας. Για παράδειγμα, για το αλκοόλ είναι 0,9 $ MJ.
Η φυσική ποσότητα που δείχνει πόση θερμότητα χρειάζεται για να μετατραπεί ένα υγρό $1 $ kg σε ατμό χωρίς αλλαγή της θερμοκρασίας ονομάζεται ειδική θερμότητα εξάτμισης.
Η ειδική θερμότητα της εξάτμισης συμβολίζεται με το γράμμα $r$ και μετριέται σε τζάουλ ανά κιλό (J/kg).
Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την εξάτμιση (ή που απελευθερώνεται κατά τη συμπύκνωση).Για να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας $Q$ που απαιτείται για την εξάτμιση ενός υγρού οποιασδήποτε μάζας, λαμβανόμενη στο σημείο βρασμού, πρέπει να πολλαπλασιάσετε την ειδική θερμότητα εξάτμισης $r$ με τη μάζα $m$:
Όταν ο ατμός συμπυκνώνεται, απελευθερώνεται η ίδια ποσότητα θερμότητας:
Ειδική θερμότητα σύντηξης
Η θερμότητα της σύντηξης είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί σε μια ουσία σε σταθερή πίεση και σταθερή θερμοκρασία, ίση με τη θερμοκρασίατήξη για να μεταφερθεί πλήρως από στερεά κρυσταλλική κατάσταση σε υγρό.
Η θερμότητα της σύντηξης είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την κρυστάλλωση μιας ουσίας από υγρή κατάσταση.
Κατά τη διάρκεια της τήξης, όλη η θερμότητα που παρέχεται στην ουσία πηγαίνει για να αυξήσει τη δυναμική ενέργεια των μορίων της. Η κινητική ενέργεια δεν αλλάζει επειδή η τήξη γίνεται σε σταθερή θερμοκρασία.
Μελετώντας πειραματικά την τήξη διαφόρων ουσιών της ίδιας μάζας, μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι απαιτούνται διαφορετικές ποσότητες θερμότητας για να μετατραπούν σε υγρό. Για παράδειγμα, χρειάζονται 332$ J ενέργειας για να λιώσει ένα κιλό πάγου και 25$ kJ για να λιώσει 1 kg μολύβδου.
Η φυσική ποσότητα που δείχνει πόση θερμότητα πρέπει να μεταδοθεί σε ένα κρυσταλλικό σώμα με μάζα $1 $ kg προκειμένου να μετατραπεί πλήρως σε υγρή κατάσταση στη θερμοκρασία τήξης ονομάζεται ειδική θερμότητα σύντηξης.
Η ειδική θερμότητα της σύντηξης μετριέται σε τζάουλ ανά κιλό (J/kg) και συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα $λ$ (λάμδα).
Η ειδική θερμότητα της κρυστάλλωσης είναι ίση με την ειδική θερμότητα της σύντηξης, αφού κατά την κρυστάλλωση απελευθερώνεται η ίδια ποσότητα θερμότητας που απορροφάται κατά την τήξη. Έτσι, για παράδειγμα, όταν παγώνει το νερό με μάζα $1 $ kg, απελευθερώνονται τα ίδια $332 $ J ενέργειας που χρειάζονται για να μετατραπεί η ίδια μάζα πάγου σε νερό.
Για να βρείτε την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να λιώσει ένα κρυσταλλικό σώμα αυθαίρετης μάζας, ή θερμότητα σύντηξης, είναι απαραίτητο να πολλαπλασιάσουμε την ειδική θερμότητα σύντηξης αυτού του σώματος με τη μάζα του:
Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται από το σώμα θεωρείται αρνητική. Επομένως, κατά τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την κρυστάλλωση μιας ουσίας με μάζα $m$, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο ίδιος τύπος, αλλά με πρόσημο μείον:
Ειδική θερμότητα καύσης
Η θερμογόνος δύναμη (ή θερμογόνος δύναμη, θερμιδική αξία) είναι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση του καυσίμου.
Για τη θέρμανση των σωμάτων, χρησιμοποιείται συχνά η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την καύση του καυσίμου. Τα συμβατικά καύσιμα (άνθρακας, πετρέλαιο, βενζίνη) περιέχουν άνθρακα. Κατά την καύση, τα άτομα άνθρακα συνδυάζονται με άτομα οξυγόνου στον αέρα, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μορίων διοξειδίου του άνθρακα. Η κινητική ενέργεια αυτών των μορίων αποδεικνύεται μεγαλύτερη από αυτή των αρχικών σωματιδίων. Η αύξηση της κινητικής ενέργειας των μορίων κατά την καύση ονομάζεται απελευθέρωση ενέργειας. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση του καυσίμου είναι η θερμότητα της καύσης αυτού του καυσίμου.
Η θερμότητα της καύσης του καυσίμου εξαρτάται από τον τύπο του καυσίμου και τη μάζα του. Πως περισσότερη μάζακαύσιμα, θέματα περισσότερη ποσότητατη θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση του.
Η φυσική ποσότητα που δείχνει πόση θερμότητα απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση ενός καυσίμου με μάζα $1 $ kg ονομάζεται ειδική θερμότητα καύσης του καυσίμου.
Η ειδική θερμότητα της καύσης συμβολίζεται με το γράμμα $q$ και μετριέται σε τζάουλ ανά κιλό (J/kg).
Η ποσότητα θερμότητας $Q$ που απελευθερώνεται κατά την καύση $m$ kg καυσίμου καθορίζεται από τον τύπο:
Για να βρεθεί η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση ενός καυσίμου αυθαίρετης μάζας, είναι απαραίτητο να πολλαπλασιαστεί η ειδική θερμότητα καύσης αυτού του καυσίμου με τη μάζα του.
Εξίσωση ισοζυγίου θερμότητας
Σε ένα κλειστό (απομονωμένο από εξωτερικά σώματα) θερμοδυναμικό σύστημα, μια αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια οποιουδήποτε σώματος στο σύστημα $∆U_i$ δεν μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια ολόκληρου του συστήματος. Συνεπώς,
$∆U_1+∆U_2+∆U_3+...+∆U_n=∑↙(i)↖(n)∆U_i=0$
Εάν δεν γίνεται εργασία μέσα στο σύστημα από κανένα σώμα, τότε, σύμφωνα με τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο, η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια οποιουδήποτε σώματος συμβαίνει μόνο λόγω της ανταλλαγής θερμότητας με άλλα σώματα αυτού του συστήματος: $∆U_i= Q_i$. Θεωρώντας το ($∆U_1+∆U_2+∆U_3+...+∆U_n=∑↙(i)↖(n)∆U_i=0$), παίρνουµε:
$Q_1+Q_2+Q_3+...+Q_n=∑↙(i)↖(n)Q_i=0$
Αυτή η εξίσωση ονομάζεται εξίσωση ισορροπίας θερμότητας. Εδώ το $Q_i$ είναι η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται ή εκχωρείται από το σώμα $i$-th. Οποιαδήποτε από τις ποσότητες θερμότητας $Q_i$ μπορεί να σημαίνει τη θερμότητα που απελευθερώνεται ή απορροφάται κατά την τήξη ενός σώματος, την καύση του καυσίμου, την εξάτμιση ή τη συμπύκνωση του ατμού, εάν τέτοιες διεργασίες συμβαίνουν σε διαφορετικά σώματα του συστήματος και θα καθοριστεί από το αντίστοιχες αναλογίες.
Η εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας είναι μια μαθηματική έκφραση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας κατά τη μεταφορά θερμότητας.
Η υγρασία είναι η ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα. Αυτό το χαρακτηριστικό καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την ευημερία πολλών ζωντανών όντων και επίσης επηρεάζει τον καιρό και κλιματικές συνθήκεςστον πλανήτη μας. Για κανονική λειτουργία ανθρώπινο σώμαπρέπει να είναι εντός ορισμένου εύρους, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία του αέρα. Υπάρχουν δύο κύρια χαρακτηριστικά της υγρασίας του αέρα - απόλυτη και σχετική:
- Η απόλυτη υγρασία είναι η μάζα των υδρατμών που περιέχεται σε ένα κυβικό μέτρο αέρα. Η μονάδα απόλυτης υγρασίας είναι g/m3. Η σχετική υγρασία ορίζεται ως ο λόγος του ρεύματος και των μέγιστων τιμών της απόλυτης υγρασίας σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία αέρα.
- Η σχετική υγρασία συνήθως μετριέται σε%. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία απόλυτη υγρασίαΟ αέρας αυξάνεται επίσης από 0,3 στους -30°C σε 600 στους +100°C. Η σχετική υγρασία εξαρτάται κυρίως από κλιματικές ζώνεςΓη (μεσαία, ισημερινά ή πολικά γεωγραφικά πλάτη) και εποχές (φθινόπωρο, χειμώνας, άνοιξη, καλοκαίρι).
Υπάρχουν βοηθητικοί όροι για τον προσδιορισμό της υγρασίας. Για παράδειγμα, η περιεκτικότητα σε υγρασία (g/kg), δηλ. βάρος υδρατμών ανά κιλό αέρα. Ή η θερμοκρασία του «σημείου δρόσου», όταν ο αέρας θεωρείται πλήρως κορεσμένος, δηλ. του σχετική υγρασίαισούται με 100%. Στη φύση και στην τεχνολογία ψύξης, αυτό το φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί στις επιφάνειες σωμάτων των οποίων η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του σημείου δρόσου με τη μορφή σταγονιδίων νερού (συμπύκνωμα), παγετού ή παγετού.
Ενθαλπία
Υπάρχει επίσης ένα τέτοιο πράγμα όπως η ενθαλπία. Η ενθαλπία είναι μια ιδιότητα ενός σώματος (ουσίας) που καθορίζει την ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στη μοριακή του δομή, η οποία είναι διαθέσιμη για μετατροπή σε θερμότητα σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση. Δεν μπορεί όμως όλη η ενέργεια να μετατραπεί σε θερμότητα, γιατί. μέρος της εσωτερικής ενέργειας του σώματος παραμένει στην ουσία για να διατηρήσει τη μοριακή της δομή.
Υπολογισμός υγρασίας
Για τον υπολογισμό των τιμών υγρασίας χρησιμοποιούνται απλοί τύποι. Άρα, η απόλυτη υγρασία συνήθως συμβολίζεται με p και ορίζεται ως
p = m υδ. ατμός / V αέρας
όπου μ νερό. ατμός - μάζα υδρατμών (g)
V αέρας - ο όγκος του αέρα (m 3) στον οποίο περιέχεται.
Ο γενικά αποδεκτός συμβολισμός για τη σχετική υγρασία είναι φ. Η σχετική υγρασία υπολογίζεται με τον τύπο:
φ \u003d (p / p n) * 100%
όπου p και p n είναι οι τρέχουσες και οι μέγιστες τιμές της απόλυτης υγρασίας. Η τιμή της σχετικής υγρασίας χρησιμοποιείται συχνότερα, καθώς η κατάσταση του ανθρώπινου σώματος επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό όχι από το βάρος της υγρασίας στον όγκο του αέρα (απόλυτη υγρασία), αλλά από τη σχετική περιεκτικότητα σε νερό.
Η υγρασία είναι πολύ σημαντική για την κανονική λειτουργία σχεδόν όλων των ζωντανών όντων και, ειδικότερα, για τον άνθρωπο. Η τιμή του (σύμφωνα με πειραματικά δεδομένα) θα πρέπει να κυμαίνεται από 30 έως 65%, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία. Για παράδειγμα, η χαμηλή υγρασία το χειμώνα (λόγω της μικρής ποσότητας νερού στον αέρα) οδηγεί σε ξήρανση όλων των βλεννογόνων σε ένα άτομο, αυξάνοντας έτσι τον κίνδυνο κρυολογήματος. Η υψηλή υγρασία, αντίθετα, επιδεινώνει τις διαδικασίες της θερμορύθμισης και της εφίδρωσης μέσω του δέρματος. Αυτό δημιουργεί ένα αίσθημα ασφυξίας. Επιπλέον, η διατήρηση της υγρασίας του αέρα είναι ένας σημαντικός παράγοντας:
- για πολλούς τεχνολογικές διαδικασίεςσε παραγωγή;
- λειτουργία μηχανισμών και συσκευών ·
- ασφάλεια από καταστροφή κτιριακών κατασκευών κτιρίων, εσωτερικών στοιχείων από ξύλο (έπιπλα, παρκέ κ.λπ.), αρχαιολογικά και μουσειακά αντικείμενα.
Υπολογισμός ενθαλπίας
Η ενθαλπία είναι η δυναμική ενέργεια που περιέχεται σε ένα κιλό υγρού αέρα. Επιπλέον, στην κατάσταση ισορροπίας του αερίου, δεν απορροφάται και δεν εκπέμπεται εξωτερικό περιβάλλον. Η ενθαλπία του υγρού αέρα είναι ίση με το άθροισμα των ενθαλπιών των συστατικών του μερών: απολύτως ξηρός αέρας, καθώς και υδρατμοί. Η τιμή του υπολογίζεται σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο:
I = t + 0,001(2500 +1,93t)d
Όπου t είναι η θερμοκρασία του αέρα (°С) και d η περιεκτικότητά του σε υγρασία (g/kg). Η ενθαλπία (kJ/kg) είναι μια συγκεκριμένη ποσότητα.
Θερμοκρασία υγρού λαμπτήρα
Η θερμοκρασία υγρού λαμπτήρα είναι η τιμή στην οποία λαμβάνει χώρα η διαδικασία αδιαβατικού (σταθερής ενθαλπίας) κορεσμού του αέρα με υδρατμούς. Για τον προσδιορισμό της συγκεκριμένης τιμής του, χρησιμοποιείται ένα διάγραμμα I - d. Πρώτον, ένα σημείο που αντιστοιχεί σε μια δεδομένη κατάσταση αέρα εφαρμόζεται σε αυτό. Στη συνέχεια, μια αδιαβατική ακτίνα διασχίζεται από αυτό το σημείο, διασχίζοντας το με τη γραμμή κορεσμού (φ = 100%). Και ήδη από το σημείο της τομής τους, η προβολή χαμηλώνεται με τη μορφή τμήματος με σταθερή θερμοκρασία(ισόθερμο) και πάρτε τη θερμοκρασία του υγρού λαμπτήρα.
Το διάγραμμα I-d είναι το κύριο εργαλείο για τον υπολογισμό / σχεδίαση διαφόρων διεργασιών που σχετίζονται με μια αλλαγή στην κατάσταση του αέρα - θέρμανση, ψύξη, αφύγρανση και ύγρανση. Η εμφάνισή του διευκόλυνε σημαντικά την κατανόηση των διεργασιών που συμβαίνουν σε συστήματα και μονάδες συμπίεσης αέρα, εξαερισμού και κλιματισμού. Αυτό το διάγραμμα δείχνει γραφικά την πλήρη αλληλεξάρτηση των κύριων παραμέτρων (θερμοκρασία, σχετική υγρασία, περιεκτικότητα σε υγρασία, ενθαλπία και μερική πίεση υδρατμών) που καθορίζουν την ισορροπία θερμότητας-υγρασίας. Όλες οι τιμές βρίσκονται σε συγκεκριμένη ατμοσφαιρική πίεση. Συνήθως είναι 98 kPa.
Το διάγραμμα γίνεται στο σύστημα των πλάγιων συντεταγμένων, δηλ. η γωνία μεταξύ των αξόνων του είναι 135°. Αυτό συμβάλλει στην αύξηση της ζώνης του ακόρεστου υγρού αέρα (φ = 5 - 99%) και διευκολύνει σημαντικά τη γραφική σχεδίαση των διεργασιών που συμβαίνουν με τον αέρα. Το διάγραμμα δείχνει τις ακόλουθες γραμμές:
- καμπυλόγραμμη - υγρασία (από 5 έως 100%).
- ευθείες γραμμές - σταθερή ενθαλπία, θερμοκρασία, μερική πίεση και περιεκτικότητα σε υγρασία.
Κάτω από την καμπύλη φ \u003d 100%, ο αέρας είναι πλήρως κορεσμένος με υγρασία, η οποία βρίσκεται σε αυτόν με τη μορφή υγρής (νερό) ή στερεής κατάστασης (πάγος, χιόνι, πάγος). Είναι δυνατός ο προσδιορισμός της κατάστασης του αέρα σε όλα τα σημεία του διαγράμματος, γνωρίζοντας δύο από τις παραμέτρους του (από τις τέσσερις πιθανές). Η γραφική κατασκευή της διαδικασίας αλλαγής της κατάστασης του αέρα διευκολύνεται σημαντικά με τη βοήθεια ενός επιπρόσθετου γραφήματος πίτας. Δείχνει τις τιμές του λόγου θερμότητας-υγρασίας ε σε διαφορετικές γωνίες. Αυτή η τιμή καθορίζεται από την κλίση της δέσμης διεργασίας και υπολογίζεται ως:
όπου Q είναι η θερμότητα (kJ/kg) και W η υγρασία (kg/h) που απορροφάται ή απελευθερώνεται από τον αέρα. Η τιμή του ε διαιρεί ολόκληρο το διάγραμμα σε τέσσερις τομείς:
- ε = +∞ … 0 (θέρμανση + ύγρανση).
- ε = 0 … -∞ (ψύξη + ύγρανση).
- ε = -∞ … 0 (ψύξη + αφύγρανση).
- ε = 0 … +∞ (θέρμανση + αφύγρανση).
Μέτρηση υγρασίας
Τα όργανα μέτρησης για τον προσδιορισμό των τιμών σχετικής υγρασίας ονομάζονται υγρόμετρα. Για τη μέτρηση της υγρασίας του αέρα χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι. Ας εξετάσουμε τρεις από αυτές.
- Για σχετικά ανακριβείς μετρήσεις στην καθημερινή ζωή, χρησιμοποιούνται υγρόμετρα μαλλιών. Σε αυτά, το ευαίσθητο στοιχείο είναι τρίχα αλόγου ή ανθρώπου, τα οποία είναι εγκατεστημένα σε ατσάλινο σκελετό σε τεντωμένη κατάσταση. Αποδείχθηκε ότι αυτή η τρίχα σε μορφή χωρίς λίπος είναι σε θέση να ανταποκρίνεται με ευαισθησία στις παραμικρές αλλαγές στη σχετική υγρασία του αέρα, αλλάζοντας το μήκος της. Όσο αυξάνεται η υγρασία, τα μαλλιά μακραίνουν και όσο μειώνεται, αντίθετα κοντύνονται. Ο ατσάλινος σκελετός, στον οποίο στερεώνονται τα μαλλιά, συνδέεται με το βέλος της συσκευής. Το βέλος αντιλαμβάνεται την αλλαγή στο μέγεθος των μαλλιών από το πλαίσιο και περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του. Ταυτόχρονα, υποδεικνύει τη σχετική υγρασία σε διαβαθμισμένη κλίμακα (σε %).
- Με πιο ακριβείς θερμοτεχνικές μετρήσεις κατά τη διάρκεια επιστημονική έρευναΧρησιμοποιούνται υγρόμετρα και ψυχόμετρα τύπου συμπύκνωσης. Μετρούν τη σχετική υγρασία έμμεσα. Το υγρόμετρο τύπου συμπύκνωσης κατασκευάζεται σε μορφή κλειστού κυλινδρικού δοχείου. Ένα από τα επίπεδα καλύμματά του είναι γυαλισμένο σε φινίρισμα καθρέφτη. Τοποθετείται ένα θερμόμετρο μέσα στο δοχείο και χύνεται λίγο υγρό με χαμηλό σημείο βρασμού, όπως ο αιθέρας. Στη συνέχεια, με μια χειροκίνητη αντλία διαφράγματος από καουτσούκ, ο αέρας αντλείται στο δοχείο, το οποίο αρχίζει να κυκλοφορεί εντατικά εκεί. Εξαιτίας αυτού, ο αιθέρας βράζει, μειώνει τη θερμοκρασία (ψύχει) την επιφάνεια του δοχείου και τον καθρέφτη του, αντίστοιχα. Στον καθρέφτη θα εμφανιστούν σταγόνες νερού που συμπυκνώνονται από τον αέρα. Σε αυτό το χρονικό σημείο, είναι απαραίτητο να καταγραφούν οι ενδείξεις του θερμομέτρου, το οποίο θα δείχνει τη θερμοκρασία του «σημείου δρόσου». Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας έναν ειδικό πίνακα, προσδιορίζεται η αντίστοιχη πυκνότητα κορεσμένου ατμού. Και σύμφωνα με αυτούς, η αξία της σχετικής υγρασίας.
- Ένα ψυχρομετρικό υγρόμετρο είναι ένα ζεύγος θερμομέτρων που είναι τοποθετημένα σε βάση με κοινή κλίμακα. Ένα από αυτά ονομάζεται ξηρό, μετρά την πραγματική θερμοκρασία του αέρα. Το δεύτερο ονομάζεται υγρό. Η θερμοκρασία υγρού λαμπτήρα είναι η θερμοκρασία που παίρνει ο υγρός αέρας όταν φτάσει σε κορεσμένη κατάσταση και διατηρεί σταθερή ενθαλπία αέρα ίση με την αρχική, δηλαδή αυτή είναι η οριακή θερμοκρασία της αδιαβατικής ψύξης. Στο θερμόμετρο υγρού λαμπτήρα, η μπάλα τυλίγεται σε ένα πανί μπατίστ, το οποίο βυθίζεται σε ένα δοχείο με νερό. Στο ύφασμα, το νερό εξατμίζεται, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της θερμοκρασίας του αέρα. Αυτή η διαδικασία ψύξης συνεχίζεται έως ότου ο αέρας γύρω από το μπαλόνι κορεστεί πλήρως (δηλαδή 100% σχετική υγρασία). Αυτό το θερμόμετρο θα δείξει το "σημείο δρόσου". Στην κλίμακα της συσκευής υπάρχει επίσης ένα λεγόμενο. ψυχομετρικός πίνακας. Με τη βοήθειά του, σύμφωνα με τον ξηρό λαμπτήρα και τη διαφορά θερμοκρασίας (ξηρός μείον υγρό), προσδιορίζεται η τρέχουσα τιμή της σχετικής υγρασίας.
Έλεγχος υγρασίας
Οι υγραντήρες χρησιμοποιούνται για την αύξηση της υγρασίας (ύγρανση του αέρα). Οι υγραντήρες είναι πολύ διαφορετικοί, κάτι που καθορίζεται από τη μέθοδο ύγρανσης και σχεδιασμού. Σύμφωνα με τη μέθοδο ύγρανσης, οι υγραντήρες χωρίζονται σε: αδιαβατικούς (στόμιο) και ατμού. Στους υγραντήρες ατμού, σχηματίζονται υδρατμοί όταν θερμαίνεται νερό στα ηλεκτρόδια. Κατά κανόνα, οι υγραντήρες ατμού χρησιμοποιούνται συχνότερα στην καθημερινή ζωή. Στα συστήματα εξαερισμού και κεντρικού κλιματισμού χρησιμοποιούνται υγραντήρες ατμού και ακροφυσίων. Στα βιομηχανικά συστήματα εξαερισμού, οι υγραντήρες μπορούν να τοποθετηθούν τόσο απευθείας στις ίδιες τις μονάδες εξαερισμού, όσο και ως ξεχωριστό τμήμα στον αγωγό εξαερισμού.
Πλέον αποτελεσματική μέθοδοςΗ απομάκρυνση της υγρασίας από τον αέρα πραγματοποιείται με τη χρήση ψυκτικών μηχανών με συμπιεστή. Αφυγραίνουν τον αέρα συμπυκνώνοντας υδρατμούς στην ψυχόμενη επιφάνεια του εναλλάκτη θερμότητας του εξατμιστή. Επιπλέον, η θερμοκρασία του πρέπει να είναι κάτω από το "σημείο δρόσου". Η υγρασία που συλλέγεται με αυτόν τον τρόπο απομακρύνεται με τη βαρύτητα ή με τη βοήθεια μιας αντλίας. σωλήνας αποστράγγισης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι και σκοποί. Ανά τύπο, οι αφυγραντήρες χωρίζονται σε μονομπλόκ και με απομακρυσμένο συμπυκνωτή. Σύμφωνα με τον σκοπό τους, τα στεγνωτήρια χωρίζονται σε:
- οικιακό κινητό?
- επαγγελματίας;
- στάσιμο για πισίνες.
Το κύριο καθήκον των συστημάτων αφύγρανσης είναι να διασφαλίζουν την ευημερία των ανθρώπων στο εσωτερικό και την ασφαλή λειτουργία των δομικών στοιχείων των κτιρίων. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό να διατηρείται το επίπεδο υγρασίας στα δωμάτια με αυξημένη έκκρισηυγρασία, όπως πισίνες, υδάτινα πάρκα, συγκροτήματα λουτρών και SPA. Ο αέρας στην πισίνα έχει υψηλή υγρασία λόγω των εντατικών διεργασιών εξάτμισης του νερού από την επιφάνεια του μπολ. Επομένως, η υπερβολική υγρασία είναι ο καθοριστικός παράγοντας για. Η υπερβολική υγρασία, καθώς και η παρουσία επιθετικών μέσων στον αέρα, όπως οι ενώσεις χλωρίου, έχουν καταστροφική επίδραση στα στοιχεία των κτιριακών κατασκευών και της εσωτερικής διακόσμησης. Η υγρασία συμπυκνώνεται πάνω τους, προκαλώντας ανάπτυξη μούχλας ή ζημιά διάβρωσης σε μεταλλικά μέρη.
Για αυτούς τους λόγους, η συνιστώμενη τιμή σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό της πισίνας θα πρέπει να διατηρείται στο εύρος 50 - 60%. Οι κτιριακές κατασκευές, ιδιαίτερα οι τοίχοι και οι υαλοπίνακες του χώρου της πισίνας, θα πρέπει να προστατεύονται επιπλέον από την υγρασία που πέφτει επάνω τους. Αυτό μπορεί να πραγματοποιηθεί με την παροχή ενός ρεύματος φρέσκου αέρα σε αυτά, και πάντα προς την κατεύθυνση από κάτω προς τα πάνω. Εξωτερικά, το κτίριο πρέπει να έχει ένα στρώμα θερμομόνωσης υψηλής αποτελεσματικότητας. Για να επιτύχετε πρόσθετα οφέλη, συνιστούμε ανεπιφύλακτα τη χρήση μιας ποικιλίας αφυγραντήρων, αλλά μόνο σε συνδυασμό με βέλτιστα υπολογισμένους και επιλεγμένους
Τι είναι ο ατμός και ποιες είναι οι κύριες ιδιότητές του.
Μπορεί ο αέρας να θεωρηθεί αέριο;
Ισχύουν οι νόμοι του ιδανικού αερίου για τον αέρα;
Το νερό καλύπτει περίπου το 70,8% της επιφάνειας την υδρόγειο. Οι ζωντανοί οργανισμοί περιέχουν από 50 έως 99,7% νερό. Μεταφορικά μιλώντας, οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ζωντανό νερό. Υπάρχουν περίπου 13-15 χιλιάδες km3 νερού στην ατμόσφαιρα με τη μορφή σταγόνων, κρυστάλλων χιονιού και υδρατμών. Οι ατμοσφαιρικοί υδρατμοί επηρεάζουν τον καιρό και το κλίμα της Γης.
Υδρατμοί στην ατμόσφαιρα.
Οι υδρατμοί στον αέρα, παρά τις τεράστιες επιφάνειες των ωκεανών, των θαλασσών, των λιμνών και των ποταμών, δεν είναι πάντα κορεσμένοι. κίνηση αέριες μάζεςοδηγεί στο γεγονός ότι σε ορισμένα σημεία του πλανήτη μας μέσα αυτή τη στιγμήΗ εξάτμιση του νερού υπερισχύει της συμπύκνωσης, ενώ σε άλλες, αντίθετα, υπερισχύει η συμπύκνωση. Αλλά σχεδόν πάντα υπάρχει λίγος υδρατμός στον αέρα.
Η πυκνότητα των υδρατμών στον αέρα ονομάζεται απόλυτη υγρασία.
Επομένως, η απόλυτη υγρασία εκφράζεται σε κιλά ανά κυβικό μέτρο (kg / m 3).
Μερική πίεση υδρατμών
Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι ένα μείγμα από διάφορα αέρια και υδρατμούς. Κάθε ένα από τα αέρια συνεισφέρει στη συνολική πίεση που παράγεται από τον αέρα στα σώματα σε αυτό.
Η πίεση που θα παρήγαγε ο υδρατμός αν απουσίαζαν όλα τα άλλα αέρια ονομάζεται μερική πίεση υδρατμών.
Η μερική πίεση των υδρατμών λαμβάνεται ως ένας από τους δείκτες της υγρασίας του αέρα. Εκφράζεται σε μονάδες πίεσης - πασκάλ ή χιλιοστά υδραργύρου.
Δεδομένου ότι ο αέρας είναι ένα μείγμα αερίων, Ατμοσφαιρική πίεσηκαθορίζεται από το άθροισμα των μερικών πιέσεων όλων των συστατικών του ξηρού αέρα (οξυγόνο, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα κ.λπ.) και των υδρατμών.
σχετική υγρασία.
Από τη μερική πίεση των υδρατμών και την απόλυτη υγρασία, είναι ακόμα αδύνατο να κρίνουμε πόσο κοντά είναι οι υδρατμοί στον κορεσμό υπό δεδομένες συνθήκες. Δηλαδή, η ένταση της εξάτμισης του νερού και η απώλεια υγρασίας από τους ζωντανούς οργανισμούς εξαρτώνται από αυτό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο εισάγεται μια τιμή που δείχνει πόσο κοντά είναι οι υδρατμοί σε μια δεδομένη θερμοκρασία στον κορεσμό, - σχετική υγρασία.
Σχετική υγρασίαονομάζεται ο λόγος της μερικής πίεσης p των υδρατμών που περιέχονται στον αέρα σε μια δεδομένη θερμοκρασία προς την πίεση p n. n κορεσμένος ατμός στην ίδια θερμοκρασία, εκφρασμένος ως ποσοστό:
Η σχετική υγρασία είναι συνήθως μικρότερη από 100%.
Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, η μερική πίεση των υδρατμών στον αέρα μπορεί να γίνει ίση με την πίεση των ατμών κορεσμού. Ο ατμός αρχίζει να συμπυκνώνεται και πέφτει δροσιά.
Η θερμοκρασία στην οποία οι υδρατμοί γίνονται κορεσμένοι ονομάζεται σημείο δρόσου.
Το σημείο δρόσου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της σχετικής υγρασίας του αέρα.
Ψυχόμετρο.
Η υγρασία μετριέται με ειδικά όργανα. Θα μιλήσουμε για ένα από αυτά - ψυχόμετρο.
Το ψυχόμετρο αποτελείται από δύο θερμόμετρα (Εικ. 11.4). Η δεξαμενή ενός από αυτά παραμένει στεγνή και δείχνει τη θερμοκρασία του αέρα. Η δεξαμενή του άλλου περιβάλλεται από μια λωρίδα υφάσματος, η άκρη της οποίας κατεβαίνει στο νερό. Το νερό εξατμίζεται, και λόγω αυτού, το θερμόμετρο ψύχεται. Όσο μεγαλύτερη είναι η σχετική υγρασία, τόσο λιγότερο έντονη είναι η εξάτμιση και η θερμοκρασία που δείχνει ένα θερμόμετρο που περιβάλλεται από ένα υγρό πανί είναι πιο κοντά στη θερμοκρασία που δείχνει ένα θερμόμετρο ξηρής λάμπας.
Σε σχετική υγρασία 100%, το νερό δεν θα εξατμιστεί καθόλου και οι ενδείξεις και των δύο θερμομέτρων θα είναι ίδιες. Σύμφωνα με τη διαφορά θερμοκρασίας αυτών των θερμομέτρων, χρησιμοποιώντας ειδικούς πίνακες, μπορείτε να προσδιορίσετε την υγρασία του αέρα.
Τιμή υγρασίας.
Η ένταση της εξάτμισης της υγρασίας από την επιφάνεια του ανθρώπινου δέρματος εξαρτάται από την υγρασία. Και η εξάτμιση της υγρασίας έχει μεγάλης σημασίαςγια να διατηρείται σταθερή η θερμοκρασία του σώματος. ΣΤΟ διαστημόπλοιαδιατηρείται η πιο ευνοϊκή σχετική υγρασία για τον άνθρωπο (40-60%).
Κάτω από ποιες συνθήκες πιστεύετε ότι πέφτει η δροσιά; Γιατί δεν υπάρχει δροσιά στο γρασίδι πριν από μια βροχερή μέρα;
Είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε την υγρασία στη μετεωρολογία - σε σχέση με την πρόγνωση του καιρού. Παρόλο σχετικό ποσόΟι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα είναι σχετικά μικροί (περίπου 1%), ο ρόλος τους σε ατμοσφαιρικά φαινόμενασημαντικός. Η συμπύκνωση των υδρατμών οδηγεί στο σχηματισμό νεφών και στη συνέχεια σε βροχόπτωση. Σε αυτή την περίπτωση, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας. Αντίθετα, η εξάτμιση του νερού συνοδεύεται από την απορρόφηση θερμότητας.
Στην υφαντουργία, τη ζαχαροπλαστική και άλλες βιομηχανίες, μια ορισμένη υγρασία είναι απαραίτητη για την κανονική πορεία της διαδικασίας.
Είναι πολύ σημαντικό να τηρείται το καθεστώς υγρασίας στην παραγωγή στην κατασκευή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και συσκευών, στη νανοτεχνολογία.
Η αποθήκευση έργων τέχνης και βιβλίων απαιτεί τη διατήρηση της υγρασίας του αέρα στο απαιτούμενο επίπεδο. Σε υψηλή υγρασία, οι καμβάδες στους τοίχους μπορεί να κρεμάσουν, γεγονός που θα καταστρέψει το στρώμα βαφής. Ως εκ τούτου, στα μουσεία, μπορείτε να δείτε ψυχρόμετρα στους τοίχους.
Για την ποσοτικοποίηση της υγρασίας του αέρα, χρησιμοποιούνται απόλυτη και σχετική υγρασία αέρα.
Η απόλυτη υγρασία μετριέται από την πυκνότητα των υδρατμών στον αέρα ή την πίεσή του.
Η σχετική υγρασία Β δίνει μια σαφέστερη ιδέα για το βαθμό υγρασίας του αέρα. Η σχετική υγρασία μετριέται με έναν αριθμό που δείχνει πόσο τοις εκατό είναι η απόλυτη υγρασία της πυκνότητας υδρατμών που απαιτείται για να κορεσθεί ο αέρας στην τρέχουσα θερμοκρασία του:
Η σχετική υγρασία μπορεί επίσης να προσδιοριστεί από την τάση ατμών, καθώς η τάση ατμών είναι πρακτικά ανάλογη της πυκνότητάς της. Επομένως, το B μπορεί επίσης να οριστεί ως εξής: η σχετική υγρασία μετράται με έναν αριθμό που δείχνει πόσο τοις εκατό είναι η απόλυτη υγρασία της πίεσης υδρατμών που κορεσμό του αέρα στην τρέχουσα θερμοκρασία του:
Έτσι, η σχετική υγρασία δεν καθορίζεται μόνο από την απόλυτη υγρασία, αλλά και από τη θερμοκρασία του αέρα. Κατά τον υπολογισμό της σχετικής υγρασίας, οι τιμές ή πρέπει να λαμβάνονται από τους πίνακες (βλ. Πίνακα 9.1).
Ας μάθουμε πώς μια αλλαγή στη θερμοκρασία του αέρα μπορεί να επηρεάσει την υγρασία του. Έστω ότι η απόλυτη υγρασία του αέρα είναι στο Δεδομένου ότι η πυκνότητα των κορεσμένων υδρατμών στους 22 ° C είναι (Πίνακας 9.1), τότε η σχετική υγρασία Β είναι περίπου 50%.
Ας υποθέσουμε τώρα ότι η θερμοκρασία αυτού του αέρα πέφτει στους 10°C, ενώ η πυκνότητα παραμένει ίδια. Τότε η σχετική υγρασία του αέρα θα είναι 100%, δηλαδή ο αέρας θα είναι κορεσμένος με υδρατμούς. Εάν η θερμοκρασία πέσει στους 6 ° C (για παράδειγμα, τη νύχτα), τότε ένα κιλό υδρατμών θα συμπυκνωθεί από κάθε κυβικό μέτρο αέρα (θα πέσει δροσιά).
Πίνακας 9.1. Πίεση και πυκνότητα κορεσμένων υδρατμών σε διαφορετικές θερμοκρασίες
Η θερμοκρασία στην οποία ο αέρας γίνεται κορεσμένος με υδρατμούς κατά την ψύξη ονομάζεται σημείο δρόσου. Στο παραπάνω παράδειγμα, το σημείο δρόσου είναι Σημειώστε ότι με ένα γνωστό σημείο δρόσου, η απόλυτη υγρασία του αέρα μπορεί να βρεθεί από τον Πίνακα. 9.1, αφού είναι ίση με την πυκνότητα των ατμών κορεσμού στο σημείο δρόσου.
Όσον αφορά την υγεία μας, η γνώση της σχετικής υγρασίας του αέρα και η φόρμουλα για τον προσδιορισμό της προηγούνται. Ωστόσο, δεν είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την ακριβή φόρμουλα, αλλά δεν είναι κακή τουλάχιστον σε γενικούς όρουςφανταστείτε τι είναι, γιατί να μετρήσετε την υγρασία στο σπίτι και με ποιους τρόπους μπορεί να γίνει.
Ποια πρέπει να είναι η βέλτιστη υγρασία
Η υγρασία στο δωμάτιο όπου ένα άτομο εργάζεται, περνά τον ελεύθερο χρόνο του ή κοιμάται έχει ιδιαίτερο νόημα. Τα αναπνευστικά μας όργανα είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε ο αέρας που είναι πολύ ξηρός ή κορεσμένος με υδρατμούς να είναι επιζήμιος για αυτά. Επομένως, υπάρχουν κρατικά πρότυπα, που ρυθμίζουν ποια πρέπει να είναι η υγρασία στο δωμάτιο.
Ζώνη βέλτιστης υγρασίας
Σε γενικές γραμμές, υπάρχουν περίπου μια ντουζίνα τρόποι για να ελέγξετε την υγρασία του αέρα και να την επαναφέρετε στο φυσιολογικό. Αυτό θα δημιουργήσει τις πιο ευνοϊκές συνθήκες για μελέτη, ύπνο, αθλητισμό, αύξηση της αποτελεσματικότητας και βελτίωση της ευεξίας.