Вологість повітря. Методи вимірювання вологості повітря

Вологість повітря. Методи вимірювання вологості повітря

Як відомо, вода займає близько 70,8 % поверхні земної кулі; живі організми містять від 50 до 99,7% води, в атмосфері міститься 13-15 тис. км3 води у вигляді крапель, кристалів снігу і водяної пари.

Атмосферна водяна пара впливає на клімат Землі, Важливе значення вологість повітря має у метеорології для передбачення погоди. Підтримання сталої вологості — обов'язкова умова для ткацького, кондитерського, фармацевтичного виробництв, для музеїв та бібліотек. Від вологості повітря залежить самопочуття людини, що пов'язане з випаровуванням вологи і підтриманням сталої температури тіла.

Отже, вимірювання вологості є однією з необхідних і важливих навичок як для виробничих цілей, так і для побутового життя.

1. Водяна пара. Парціальний тиск

У повітрі завжди є водяна пара, але вона не є насиченою. Переміщення повітряних мас призводить до того, щов одних місцях нашої планети випаровування переважає над конденсацією, в інших — навпаки.

Вміст водяної пари в повітрі, тобто його вологість можна охарактеризувати парціальним тиском, абсолютною і відносною вологістю.

 

Атмосферний тиск являє собою суміш різних газів і водяної пари. Кожний із газів робить свій внесок у сумарний тиск, який чинить повітря на тіла.

Тиск, який чинила б тільки водяна пара за відсутності інших газів, називається парціальним тиском водяної пари.

Парціальний тиск — один із показників вологості повітря; вимірюється в паскалях (Па) або міліметрах ртутного стовпчика (мм рт. ст.).

2. Абсолютна і відносна вологість

Для характеристики вологості ввели ще й такі поняття, як абсолютна і відносна вологість.

 

Абсолютна вологість

Абсолютна вологість — це маса водяної пари, яка міститься в одному кубічному сантиметрі повітря за даної температури. Інше кажучи, абсолютна вологість — це густина  водяної пари за даної температури.

Одиниця абсолютної вологості в СІ — кілограм на метр у кубі (кг/м3).

Оскільки ж маса водяної пари в 1 см3 невелика, то часто для вимірювання абсолютної вологості використовують позасистемну одиницю грам на метр у кубі (г/см3):

1г/см3 = 0,001 кг/м3.

Отже, якщо за температури 16 °С водяна пара становить 4 г/м3 , то це означає, що за даної температури кожний кубічний метр повітря містить 4 г водяної пари.

На підставі величини абсолютної вологості повітря не можна скласти об'єктивної картини про ступінь вологості повітря, бо за однакової маси водяної пари, але більшої температури, повітря буде більш сухим, а за меншої температури — більш вологим.

 

 

 

 

Відносна вологість

Щоб визначити ступінь вологості повітря, необхідно розуміти, наскільки водяна пара близька до насичення. Для цього вводять поняття відносної вологості.

Відносна вологість — це відношення абсолютної вологості повітря за деякої температури до густини насиченої водяної пари за тієї ж температури:

Відносну вологість зазвичай визначають у відсотках; вона не може бути більшою, ніж 100 %. Складено таблиці, у яких наведено густину насичених водяних парів рн за різних температур.

 

Означення відносної вологості можна сформулювати й інакше.

Відносна вологість повітря — це відношення тиску водяної пари в ній за деякої температури (парціального тиску) до тиску насиченої водяної пари за цієї самої температури:

Величину тиску насиченої пари рн за даної температури також можна знайти в таблиці.

 

Для вимірювання відносної вологості повітря необхідно:

1)    виміряти температуру повітря і за таблицею знайти тиск насиченої пари, який відповідає даній температурі;

2)    визначити точку роси і за таблицею знайти тиск водяних парів, що відповідає цій же температурі;

3)    обчислити відносну вологість повітря за формулою.

 

 

Таблиця 2

Густина і тиск насиченої водяної пари за температури від 0 до 30 °С

Таблиця 3

Психрометрична таблиця

 

3. Точка роси

Відносна вологість повітря залежить не тільки від абсолютної вологості, а й від температури. Якщо кількість водяної пари у повітрі не змінюється, то зі зниженням температури відносна вологість зростає, оскільки чим нижча температура, тим ближче водяна пара до насичення. Для обчислення відносної вологості користуються відповідними таблицями (див. табл. 2), де подано значення  (або ).

Задача. Нехай абсолютна вологість повітря за 28 °С дорівнює 13,6 г/м3. Оскільки густина насиченої водяної пари  за цієї температури дорівнює 27,2 г/м3 (див. табл. 2), то відносна вологість становить

Припустимо, що температура повітря знизилась до 16 0С, а абсолютна вологість не змінилась. За цієї температури відносна вологість повітря

тобто повітря буде насиченим водяною парою. Якщо ж температура знизиться до 10 °С, то з кожного кубічного метра повітря сконденсується по 13,6 г - 9,4 г = 4,2 г водяної пари.

Таким чином, знижуючи температуру, можна довести відносну вологість повітря до 100 %, не змінюючи кількість пари, яка є в ньому.

Точкою роси називають температуру, за якої відносна вологість повітря становить 100 % (повітря виявляється насиченим водяною парою).

В розглянутому вище прикладі точка роси дорівнює 16 °С. Якщо температура повітря стане хоча б трохи нижчою за точку роси, пара почне конденсуватися, з'являться туман і краплі роси на різних предметах.

3. Гігрометр. Психрометр

Для визначення точки роси водяних парів, які містяться в повітрі, створені спеціальні прилади — гігрометри.

Найбільш простими є металевий гігрометр Ламберта і волосяний гігрометр.

Основною частиною металевого гігрометра Ламберта (рис. 1) є металева посудина в формі циліндра 3, вісь якого займає горизонтальне положення. Одна основа циліндра зовні блискуча. В середину циліндра входить трубка 2, яка приєднується до гумової груші — повітродувного пристрою 1. У циліндр наливають ефір. Продуваючи через цей циліндр повітря, прискорюють його випаровування. Випаровуючись, ефір охолоджується й охолоджує циліндр. Коли температура циліндра стає рівною температурі точки роси, його поверхня «пітніє». Для вимірювання температури всередину циліндра вставляють термометр 4, а щоб момент випадання роси був помітнішим, на циліндр надівають блискуче кільце 5, ізольоване від нього теплоізоляційною прокладкою.

Дія волосяцого гігрометра знежиреної волосини людини заснована на тому, щоби зменшувати довжину, якщо рівень вологості знижується, чи видовжуватись у разі його збільшення. Розтягнену за допомогою підвісу волосину розміщують вертикально і прикріпляють до шкали, проградуйованої в одиницях вологості. До самої волосини прикріпляється стрілка-показчіїк. яка під час вимірювання вологості зміщується за шкалою вгору чи вниз.

Відносну вологість можна знайти не тільки за допомогою визначення точки роси, а й за допомогою спеціального приладу — психрометра (від грец. «психрос»—холодний).

 

Психрометр Августа складається з двох термометрів (рис. 2), один з яких сухий, а другий — вологий, бо знизу він обгорнутий марлевою тканиною, нижнім кінцем зануреною у відкриту посудину з рідиною (водою або спиртом). Коли рідина випаровується з марлі, її температура знижується, і вологий термометр показує нижчу температуру, ніж сухий. Різниця температур між показанням: сухого і вологого термометра називається психрометричною різницею температур. Користуючись нею, молена скласти судження про вологість повітря. Складено спеціальні психрометричні таблиці, в яких кожній психрометричний різниці температур відповідає певна відносна вологість (розглянути таблицю та правила її користування).

 Задача 1. У цех заводу треба подати V = 20 000 м3 повітря за температури t1 = 18 °С і відносної вологості φ1 = 50 %. Температура повітря надворі t2 = 10 °С, а відносна вологість φ2 = 60 % . Скільки води треба додатково випарити, щоб повітря, яке надходить знадвору, набуло необхідних температур і вологості?

Розв'язання.

За таблицею 2 знаходимо густину насиченої пари (тобто масу водяної пари в 1 м3) за , . Отже,  повітря за  і відносній вологості , яку можна виразити так:  має містити  водяної пари. За цією ж таблицею знаходимо густину насиченої пари за .

Аналогічно у тому самому об'ємі повітря за температури  і відносної вологості , яку можна виразити так:  знаходилося  водяної пари. Отже, додатково треба випарити води.

 

Задача 2. Температура повітря увечері була 18 °С, а відносна вологість 65 %. Вночі температура знизилася до 4 °С. Чи випала вночі роса? Якщо так, то скільки водяної пари сконденсувалося з 1 м3повітря?

Розв'язання

За таблицею 2 знайдемо густину насиченої пари за  (). Тоді абсолютна вологість повітря 

4262