Влажность воздуха

Воздух – это смесь газов. Больше всего в нем содержится азота – 78 процентов. Так же, содержится кислород в виде молекул (O_<2>) и (O_<3>) — озона, он составляет 21 процент. Остальные газы, среди них инертные газы и углекислый газ, составляют 1 процент. Давление воздуха складывается из давлений каждого входящего в воздух газа.

Поясним это на простом примере. Рассмотрим емкость, например – обычную трехлитровую стеклянную банку для консервации. Когда в банке нет съестных припасов, ее объем целиком занимает воздух. Давление воздуха в банке будет равно атмосферному давлению. Закупорим банку крышкой. Предположим, у нас имеется возможность отдельно отфильтровать из воздуха каждый газ.

Будем проводить такой опыт:

  1. Вначале измерим давление воздуха в банке.
  2. Затем, откачаем из банки все газы, кроме одного. Этот отдельно взятый газ при той же температуре занимает весь объём, который до этого занимала газовая смесь. С помощью манометра измерим давление, которое создает оставшийся газ. Давление оставшегося газа называется парциальным давлением.
  3. Далее, вернем в банку газы, откачанные ранее.
  4. После этого отфильтруем какой-либо другой газ, оставляя в банке его и, откачивая все остальные газы. Будем измерять манометром парциальное давление оставшегося газа.

Проделав такой опыт несколько раз, мы получим парциальные давления всех газов, из которых состоит воздух.

Примечания:

  • Парциальное от итальянского «парцио» — часть. Имеется ввиду часть чего-то целого.
  • Манометр – прибор для измерения давления (ссылка).
  • Тела в газообразном состоянии занимают весь предложенный им объем. По мере удаления газов, масса вещества в банке будет уменьшаться. Но оставшийся газ будет занимать весь объем банки, создавая давление на ее стенки.

Связь общего давления и парциальных давлений всех газов смеси с помощью математики можно описать так:

(large P_> left(text <Па>right) ) – давление смеси газов (общее давление);

(large P_ <1>left(text <Па>right) ) – парциальное давление первого газа;

(large P_ <2>left(text <Па>right) ) – парциальное давление второго газа;

Каждый газ создает свой вклад в общее давление смеси. Этот вклад называют парциальным давлением газа.

Если сложить парциальные давления всех газов, получим давление воздуха, которое мы измерили в начале эксперимента, перед тем, как начать откачивать газы из банки.

Влажный воздух

Итак, смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. Именно влажный воздух окружает нас повсеместно, именно он сушит бельё после стирки, постепенно опустошает ёмкость с водой, а иногда напоминает о себе запотевшими стеклами и конденсатом на поверхности холодного предмета. Он может способствовать накоплению статического электричества на металлических поверхностях, развитию астмы у людей, иссушать растения, ухудшать наше самочувствие в теплую погоду. Попробуем же разобраться с его свойствами, характеристиками и процессами! Перед нами — влажный воздух!

Влажный воздух, как мы уже определились, это смесь сухого воздуха с водяным паром, причем смесь эта не находится в состоянии равновесия, т.е. постоянно меняется, и именно эта неравновесность представляет огромную сложность в изучении. Без неё книги о влажном воздухе превратились бы в пару абзацев.

Как и у любого вещества, у влажного воздуха есть основные параметры, определяющие его состояние, и достаточно трех независимых из них, чтобы полностью определить его состояние. Однако, из-за сложности ввиду неравновесности, а также для удобства описания процессов обычно выделяют 6 основных параметров влажного воздуха. Перечислим их:

  1. Давление (абсолютное), P, атм;
  2. Температура, t, К или С;
  3. Относительная влажность, φ, %;
  4. Энтальпия, i, кДж/кг*С;
  5. Влагосодержание, d, г/кг;
  6. Парциальное давление водяного пара, pп, Па.

Относительная влажность воздуха, количество теплоты

Насыщенные и ненасыщенные пары

Насыщенный пар

При испарении одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс. Беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, часть молекул, покинувших ее, снова возвращается в жидкость.

Читать еще:  Большой тарантул. Необыкновенный паук тарантул и многообразие его видов. Смотреть что такое "Тарантулы" в других словарях

Если испарение происходит в закрытом сосуде, то сначала число молекул, вылетевших из жидкости, будет больше числа молекул, возвратившихся обратно в жидкость. Поэтому плотность пара в сосуде будет постепенно увеличиваться. С увеличением плотности пара увеличивается и число молекул, возвращающихся в жидкость. Довольно скоро число молекул, вылетающих из жидкости, станет равным числу молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость. С этого момента число молекул пара над жидкостью будет постоянным. Для воды при комнатной температуре это число приблизительно равно $10^<22>$ молекул за $1с$ на $1см^2$ площади поверхности. Наступает так называемое динамическое равновесие между паром и жидкостью.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Это означает, что в данном объеме при данной температуре не может находиться большее количество пара.

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться. Точно так же не изменяется и масса насыщенного пара над этой жидкостью, хотя пар продолжает конденсироваться.

Давление насыщенного пара. При сжатии насыщенного пара, температура которого поддерживается постоянной, равновесие сначала начнет нарушаться: плотность пара возрастет, и вследствие этого из газа в жидкость будет переходить больше молекул, чем из жидкости в газ; продолжаться это будет до тех пор, пока концентрация пара в новом объеме не станет прежней, соответствующей концентрации насыщенного пара при данной температуре (и равновесие восстановится). Объясняется это тем, что число молекул, покидающих жидкость за единицу времени, зависит только от температуры.

Итак, концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объема.

Поскольку давление газа пропорционально концентрации его молекул, то и давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема. Давление $р_0$, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называют давлением насыщенного пара.

При сжатии насыщенного пара большая его часть переходит в жидкое состояние. Жидкость занимает меньший объем, чем пар той же массы. В результате объем пара при неизменной его плотности уменьшается.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Для идеального газа справедлива линейная зависимость давления от температуры при постоянном объеме. Применительно к насыщенному пару с давлением $р_0$ эта зависимость выражается равенством:

Так как давление насыщенного пара не зависит от объема, то, следовательно, оно зависит только от температуры.

Экспериментально определенная зависимость $Р_0(Т)$ отличается от зависимости $p_0=nkT$ для идеального газа. С увеличением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального газа (участок кривой $АВ$). Это становится особенно очевидным, если провести изохору через точку $А$ (пунктирная прямая). Происходит это потому, что при нагревании жидкости часть ее превращается в пар, и плотность пара растет.

Поэтому, согласно формуле $p_0=nkT$, давление насыщенного пара растет не только в результате повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара. Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара заключается в изменении массы пара при изменении температуры при неизменном объеме (в закрытом сосуде) или при изменении объема при постоянной температуре. С идеальным газом ничего подобного происходить не может (МКТ идеального газа не предусматривает фазового перехода газа в жидкость).

После испарения всей жидкости поведение пара будет соответствовать поведению идеального газа (участок $ВС$ кривой).

Ненасыщенный пар

Если в пространстве, содержащем пары какой-либо жидкости, может происходить дальнейшее испарение этой жидкости, то пар, находящийся в этом пространстве, является ненасыщенным.

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

Ненасыщенный пар можно простым сжатием превратить в жидкость. Как только это превращение началось, пар, находящийся в равновесии с жидкостью, становится насыщенным.

Влажность воздуха

Влажность воздуха — это содержание в воздухе водяного пара.

Читать еще:  Профиль автора в ринц функциональные возможности. Российский индекс научного цитирования (ринц). инструкция. Таким образом, ринц позволяет

Окружающий нас атмосферный воздух вследствие непрерывного испарения воды с поверхности океанов, морей, водоемов, влажной почвы и растений всегда содержит в себе водяные пары. Чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения. С другой стороны, чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его насыщения.

В зависимости от количества водяных паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух бывает различной степени влажности.

Количественная оценка влажности

Для того чтобы количественно оценить влажность воздуха, пользуются, в частности, понятиями абсолютной и относительной влажности.

Абсолютная влажность — это количество граммов водяного пара, содержащееся в $1м^3$ воздуха при данных условиях, т. е. это плотность водяного пара $р$, выраженная в г/$м^3$.

Относительная влажность воздуха $φ$ — это отношение абсолютной влажности воздуха $р$ к плотности $р_0$ насыщенного пара при той же температуре.

Относительную влажность выражают в процентах:

Концентрация пара связана с давлением ($p_0=nkT$), поэтому относительную влажность можно определить как процентное отношение парциального давления $р$ пара в воздухе к давлению $р_0$ насыщенного пара при той же температуре:

Под парциальным давлением понимают давление водяного пара, которое он производил бы, если бы все другие газы в атмосферном воздухе отсутствовали.

Если влажный воздух охлаждать, то при некоторой температуре находящийся в нем пар можно довести до насыщения. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться в виде росы.

Точка росы

Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы находящийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения при постоянном давлении и данной влажности воздуха. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара. Точка росы может быть вычислена по значениям температуры и влажности воздуха или определена непосредственно конденсационным гигрометром. При относительной влажности воздуха $φ = 100%$ точка росы совпадает с температурой воздуха. При $φ t_1$ и, следовательно, $Q > 0$. При охлаждении тела $t_2

Влажность воздуха

Воздух, содержащий водяной пар, называется влажным.Чем больше пара находится в воздухе, тем выше влажность воздуха.

Абсолютная влажность — это парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе (т. е. давление, которое водяной пар оказывал бы сам по себе, в отсутствие других газов). Иногда абсолютной влажностью называют также плотность водяного пара в воздухе.

Относительная влажность воздуха — это отношение парциального давления водяного пара в нём к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Как правило, это отношение выражают в процентах:

Из уравнения Менделеева-Клапейрона (1) следует, что отношение давлений пара равно отношению плотностей. Так как само уравнение (1) , напомним, описывает насыщенный пар лишь приближённо, мы имеем приближённое соотношение:

Одним из приборов, измеряющих влажность воздуха, является психрометр. Он включает в себя два термометра, резервуар одного из которых завёрнут в мокрую ткань. Чем ниже влажность, тем интенсивнее идёт испарение воды из ткани, тем сильнее охлаждается резервуар «мокрого» термометра, и тем больше разность его показаний и показаний сухого термометра. По этой разности с помощью специальной психрометрической таблицы определяют влажность воздуха.

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Влажность воздуха»

Как вы знаете, более 70% поверхности Земли занимает вода. Также, различные живые организмы содержат не менее 50% воды. Влажность воздуха влияет на то, насколько интенсивно должен работать организм, чтобы поддерживать постоянную температуру. Водяные пары содержатся в атмосферном воздухе, и это содержание влияет на климат и на погоду в тех или иных регионах.

Недавно мы изучали насыщенный пар и выяснили, что чем больше испарений, тем больше становится плотность водяного пара и тем ближе он становится к насыщенному. Несмотря на то, что на Земле очень много водоемов, водяной пар далеко не всегда является насыщенным. Вместе с тем, в воздухе почти всегда содержится то или иное количество водяного пара. С этим связано понятие влажности воздуха.

Читать еще:  Как запустить производство по изготовления тротуарной плитки. Расклейка объявлений в публичных местах. Производство тротуарной плитки: оценка ниши

Рассмотрим величины, характеризующие влажность воздуха. Одна из таких величин — это абсолютная влажность. Абсолютной влажностью воздуха называется плотность водяного пара в воздухе.

Соответственно, абсолютная влажность, как и любая другая плотность измеряется в кг/м 3 .

Вторая величина, характеризующая влажность воздуха — это парциальное давление водяного пара. Парциальным давлением называют давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали. Атмосферное давление складывается из парциальных давлений всех содержащихся в атмосфере газов. Таким образом, парциальное давление водяного пара является одним из показателей влажности воздуха. Парциальное давление измеряется в паскалях, хотя иногда используют миллиметры ртутного столба.

Миллиметры рутного столба часто используются в метеорологии и медицине. Это связано с тем, что в качестве рабочей жидкости в термометрах и барометрах часто используется ртуть. При нормальном давлении:

1 атм. = 760 мм рт. ст.

1 атм. =101325 Па

Таким образом, мы можем заключить, что

Итак, чтобы определить влажность воздуха, нужно определить, насколько водяной пар, находящийся в воздухе близок к насыщению. Поэтому вводится понятие относительной влажности воздуха. Относительная влажность воздуха — это отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

Также, можно сказать, что относительная влажность воздуха — это отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара, выраженное в процентах:

Конечно же, для измерения влажности нужны приборы. Один из таких приборов — это конденсационный гигрометр.

В специальное отверстие наливают легко испаряющуюся жидкость (например, эфир или спирт). Далее, в это отверстие вставляют термометр. Через жидкость в отверстии прокачивается воздух. Жидкость начинает интенсивно испаряться, вследствие чего, ее температура понижается. В какой-то момент на зеркальце выступят маленькие капельки росы. Это будет означать, что пар стал насыщенным, а температура, которую показывает термометр, является точкой росы. С помощью специальных таблиц определяются плотность и давление насыщенного пара, соответствующие данной температуре.

Например, мы хотим определить относительную влажность воздуха при температуре 18 о С. Допустим, когда зеркальце гигрометра покрылось капельками, термометр показал 9 о С. Берем из таблицы давление насыщенного пара, соответствующее 9 о С и сравниваем его с давлением насыщенного пара, соответствующим 18 о С:

Аналогичным способом можно найти относительную влажность, соотнеся плотности насыщенных паров при различных температурах.

Другой вид гигрометра называется волосным.

Принцип его работы основан на том, что волос меняет свою длину в зависимости от влажности. В результате этого стрелка прибора отклоняется и показывает относительную влажность воздуха. Надо сказать, что волосной гигрометр не является достаточно точным, но, тем не менее, он может показать приблизительное значение относительной влажности воздуха.

Наконец, рассмотрим третий прибор для измерения относительной влажности, который называется психрометром.

Психрометр включает в себя два термометра, которые называют влажным и сухим. Дело в том, что резервуар одного из термометров окружен мокрой тканью. Опять же, при испарении жидкости происходит охлаждение, в результате чего, показания сухого термометра отличаются от показаний влажного. С помощью таблицы, которая называется психрометрической, определяется относительная влажность воздуха. Обратите внимание, что если показания сухого и влажного термометра одинаковы, то это значит, что относительная влажность воздуха достигла 100%. Иными словами, пар, находящийся в воздухе является насыщенным.

Пример решения задачи.

Задача. В некотором закрытом сосуде при температуре 10 ℃ относительная влажность воздуха равна 75%. В этом же сосуде при температуре 25 ℃, относительная влажность воздуха равна 28%. Найдите отношение давления насыщенного пара при температуре 25 ℃ к давлению насыщенного пара при температуре 10 ℃.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector