что такое влажность воздуха кратко
Что такое влажность воздуха кратко
В воздухе всегда содержится водяной пар, являющийся продуктом испарения воды. Содержание водяного пара в воздухе характеризует влажность воздуха.
Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью.
Относительная влажность воздуха ( ϕ ) – это величина, равная отношению плотности водяного пара (р), содержащегося в воздухе (абсолютной влажности), к плотности насыщенного водяного пара (р0) при этой температуре:
Обычно относительную влажность выражают в процентах.
Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.
Для измерения влажности воздуха используют гигрометры (конденсационные и волосные) или психрометры.
Психрометр состоит из двух термометров, один из которых сухой, а другой — влажный. Термометры прикреплены к таблице, в которой по вертикали указана температура, которую показывает сухой термометр, а по горизонтали — разность показаний сухого и влажного термометров. Определив показания термометров, по таблице находят значение относительной влажности воздуха.
Например, температура, которую показывает сухой термометр, 20 °С, показание влажного термометра 15 °С. Разность показаний 5 °С. По таблице находим значение относительной влажности ϕ = 59%.
Влажность воздуха
В воздухе всегда содержится водяной пар, даже при отрицательных температурах. Измеряя количество пара, мы будем получать информацию о влажности воздуха.
Чем выше температура, тем больше паров воды сможет удерживать воздух. Конечно, если добавить в воздух этот водяной пар.
Используют два показателя влажности — абсолютную и относительную влажность.
Что такое парциальное давление
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:
Проделав такой опыт несколько раз, мы получим парциальные давления всех газов, из которых состоит воздух.
Примечания:
Связь общего давления и парциальных давлений всех газов смеси с помощью математики можно описать так:
\(\large P_<\text<общ>> \left(\text <Па>\right) \) – 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.
В каких единицах измеряют абсолютную влажность
Каждая молекула имеет массу. Чем больше молекул пара, тем больше масса пара в каждом кубометре воздуха.
Масса в объеме – это плотность. Поэтому, абсолютную влажность указывают с помощью плотности водяного пара.
Плотность пара связана с его парциальным давлением. Чем больше плотность пара, тем больше его парциальное давление. Поэтому, абсолютную влажность можно указывать, так же, с помощью парциального давления водяного пара.
Чем больше молекул пара в каждом кубометре воздуха, тем больше абсолютная влажность.
В каких единицах измеряют относительную влажность
Степень увлажненности воздуха зависит от того, близок или далек водяной пар, находящийся в воздухе, от состояния насыщения. Если пар близок к насыщению, относительная влажность высокая. А если пар от насыщения далек – относительная влажность низкая.
Относительную влажность принято измерять в процентах, так как относительные величины мы описываем с помощью дроби.
Важно! Измерьте сначала температуру воздуха, а затем измеряйте его относительную влажность!
Примечание: Относительная величина – значит, дробная. Процент – это дробь, у которой в знаменателе находится число 100.
Формула для вычисления относительной влажности воздуха
В числителе – плотность пара, которая имеется в момент измерения.
В знаменателе – максимальная плотность пара, соответствующая имеющейся температуре (то есть, плотность насыщенного пара).
Если плотность пара максимальная – то пар называют насыщенным. Чем выше температура, тем больше максимальная плотность пара.
\( \large \varphi \) – относительная влажность;
\(\large \rho_ <0>\left( \frac<\text<кг>><\text<м>^<3>>\right) \) – измеренная плотность водяного пара в воздухе, т. е. абсолютная влажность;
\(\large \rho_
Иногда формулу удобнее записывать в таком виде:
\[\large \boxed < \rho_<0>= \varphi \cdot \rho_
Что такое точка росы
Если охлаждать влажный воздух, то можно довести пар, находящийся в воздухе до насыщения. При этом, можно заметить, как на гладких поверхностях появится роса. Появление росы будет происходить при некоторой температуре. Такую температуру называют точкой росы.
Точка росы – это температура, при которой относительная влажность становится равна 100%. При этой температуре из воздуха конденсируется влага: выпадает роса, идет дождь, или, к примеру, запотевает стекло.
Приборы для измерения влажности
Приборы, с помощью которых можно измерять влажность, называют гигрометрами. Есть несколько типов таких приборов: волосные, конденсационные, психрометрические.
Волосной гигрометр
В волосном гигрометре используют свойство волоса изменять свою длину при изменении влажности. Чем больше влажность воздуха, тем длиннее становится волос. Обычно используют волосок из конской гривы, либо длинный человеческий волос. Один конец волоса закреплен на корпусе прибора, а другой прикрепляется к стрелке (рис. 1). По шкале прибора можно определить относительную влажность воздуха.
Конденсационный гигрометр
Конденсационный гигрометр по точке росы помогает определить абсолютную влажность воздуха.
Сначала определяют точку росы с помощью встроенного в прибор термометра. Затем, по таблице, содержащей плотность и парциальное давление водяного пара при различных температурах, определяют абсолютную влажность воздуха.
При известной температуре воздуха и абсолютной влажности можно дополнительно вычислить относительную влажность воздуха.
Устройство конденсационного гигрометра представлено на рисунке 2.
В небольшую металлическую коробку, встроена трубка с грушей и термометр. Передняя тонкая стенка коробки отполирована, чтобы на ней удобнее было наблюдать конденсацию капелек воды. Металлическое кольцо, придающее жесткость тонкой передней стенке, прикреплено через прокладку для теплоизоляции.
Используют прибор так: Наливают в коробку быстро испаряющуюся жидкость (спирт, эфир и т. п.), и продувают грушей воздух через коробку. Тем самым, вызывают быстрое испарение жидкости и понижение температуры в коробке. При этом на полированной передней стенке коробки появляется роса. А термометр позволяет измерить температуру, при которой роса конденсировалась. Появление росы говорит о том, что пар стал насыщенным.
Абсолютную влажность воздуха определяют по таблице, в которой содержится плотность и парциальное давление водяного пара при различных температурах.
Психрометрический гигрометр
Такой прибор для измерения относительной влажности сокращенно называют психрометром. Он состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных на держателе (рис. 3). Нижняя часть одного из термометров погружена в небольшую емкость, содержащую несколько миллилитров воды. Обычно на корпус этого прибора наносят психрометрическую таблицу. Благодаря этой таблице, считав показания двух термометров, можно определить относительную влажность воздуха.
Самодельный психрометр
Чтобы изготовить самодельный психрометр, нужно взять два одинаковых бытовых спиртовых термометра.
В нижней части каждого термометра присутствует шарик с жидкостью. Эта жидкость расширяется при возрастании температуры. Излишки жидкости из шарика поднимаются по тонкой трубке, рядом с которой нанесены деления температурной шкалы. Обычно в качестве такой жидкости используют подкрашенный спирт (спиртовой термометр), или ртуть (ртутный термометр).
Шарик одного из термометров нужно обернуть кусочком ваты, или небольшой тряпочкой, смоченной водой комнатной температуры. Этот термометр договоримся называть «влажным».
Со вторым термометром ничего делать не нужно. Этот термометр будем называть «сухим».
Расположим эти термометры неподалеку один от другого. Спустя несколько минут самодельный психрометр будет готов к измерениям влажности.
Нам известно, что температура жидкости уменьшается при испарении (ссылка). Поэтому, показания влажного термометра всегда будут меньше показаний сухого термометра. Чем суше воздух, тем больше будет разница между показаниями термометров. Потому, что в сухом воздухе скорость испарения (ссылка) воды возрастает.
Запишем показания сухого и влажного термометров. Относительную влажность воздуха можно найти с помощью психрометрической таблицы.
Что такое психрометрическая таблица
В психрометрической таблице (рис. 4. и рис. 5) содержатся значения относительной влажности воздуха. Эти значения связаны с показаниями сухого термометра и разностью показаний сухого и мокрого термометров.
Наличие водяного пара в воздухе влияет на скорость испарения. Чем выше температура и чем меньше пара в воздухе, — тем быстрее испаряется вода, — тем больше разница между показаниями сухого и мокрого термометров.
Таблица — зависимость плотности насыщенного пара от температуры
В этой таблице (рис. 6 и рис. 7) содержатся плотность и парциальное давление водяного пара при различных значениях температуры. С помощью такой таблицы, зная абсолютную влажность и температуру воздуха, можно вычислить относительную влажность.
Абсолютную влажность воздуха обычно указывают с помощью плотности водяного пара.
Сказка о маленьком волшебнике и волшебном ведерке
Понятие влажности воздуха легко пояснить с помощью сказки.
В некотором царстве жил да был маленький волшебник. Звали его Воздухом. И было у него волшебное ведерко.
Волшебство заключалось в том, что размеры ведерка зависели от температуры. Чем выше температура, тем больше становилось ведерко, увеличиваясь в размерах.
Примечание: При такой аналогии абсолютная влажность – это количество воды, налитой в ведерко. А относительная влажность – это доля, которую занимает налитая вода по отношению ко всему объему ведерка.
Предположим, что при некоторой температуре объем ведра — 10 литров. Нальем в ведерко 5 литров воды. Это половина ведра, то есть, относительная влажность составит 50%. Так как 5/10 = 0,50 = 50%
Количество налитой воды не изменяем, значит, масса и объем воды не изменяется.
Допустим, температура возросла. Размеры ведерка будут увеличиваться с ростом температуры. Предположим, что ведерко увеличилось настолько, что теперь его объем составляет 15 литров.
Значит, теперь относительная влажность будет равна
Если абсолютная влажность не изменяется, когда температура растет, относительная влажность уменьшается.
Предположим теперь, что температура понизилась. Значит, объем (размеры) ведерка уменьшится. Если, например, объем ведерка уменьшится до 8 литров, то относительная влажность составит
То есть, абсолютная влажность не изменилась, а относительная возросла.
Если абсолютная влажность не изменяется, когда температура падает, относительная влажность растет.
При дальнейшем понижении температуры объем ведерка продолжит уменьшаться. При некоторой температуре может случиться так, что объем уменьшившегося ведерка совпадет с объемом налитой воды.
Предположим, объем ведерка уменьшится до 5 литров. И количество воды в ведерке – так же, равняется 5 литрам. Относительная влажность при этом составит 100%.
Температура, при которой размеры ведерка будут совпадать с количеством налитой воды, называется точкой росы.
Если температура продолжит падать, волшебное ведерко продолжит уменьшаться. Излишки воды при этом будут проливаться. Мы говорим в таких случаях: «выпадают осадки», или «идет дождь».
Примечание: Относительная влажность не может превышать 100%. Когда относительная влажность равна 100%, излишки водяного пара из воздуха конденсируются, при этом выпадают осадки – дождь, или роса.
Для чего контролировать влажность воздуха
Измерять и контролировать уровень влажности воздуха необходимо в самых разнообразных ситуациях:
Молекулярная физика. Влажность воздуха.
Влажность воздуха — это содержание в воздухе водяного пара.
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.
Относительная влажность воздуха φ — это отношение абсолютной влажности воздуха ρ к плотности ρ0 насыщенного пара при той же температуре. Относительную влажность выражают в процентах:
.
Концентрация пара связана с давлением (p0 = nkT), поэтому относительную влажность можно определить как процентное отношение парциального давления p пара в воздухе к давлению p0 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.
Влажность воздуха.
Понятие влажности воздуха. Относительная и абсолютная влажность.
Окружающий нас атмосферный воздух вследствие непрерывного испарения воды с поверхности водоемов и растительных покровов всегда содержит в себе водяные пары. Чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения. В зависимости от количества паров, находящихся при данной температуре в атмосфере. Воздух бывает различной степени влажности. Абсолютная влажность показывает сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом 1 м в кубе при данных условиях. То есть плотность водяного пара. Чтобы судить о влажности воздуха, важно знать, близок или далек водяной пар находящийся в воздухе к состоянию насыщения. Для этого вводится понятие относительной влажности.
Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженной в процентах.
Температура, при которой пар находящийся в воздухе становится насыщенным, называют точкой росы.
Формулы относительной влажности
Приборы, при помощи которых определяют влажность воздуха.
Для определения влажности воздуха используют такие приборы, как гигрометр и психрометр. Гигрометры бывают двух видов конденсационные и волосные.
Кондиционный гигрометр имеет следующее устройство:
1) Металлическая коробка, её передняя стенка отполирована.
2) В коробке есть отверстие, куда наливают испаряющуюся жидкость.
3) Термометр, вставляют в отверстие.
4) Резиновая груша, при помощи которой продувают воздух, ускоряющий испарение жидкости.
Испаряющаяся жидкость вызывает охлаждение коробки. На полированной поверхности появляются капельки росы. Это и есть точка росы. Значит пар стал насыщенным. По таблице насыщенного пара определяют относительную влажность воздуха. Действия волосного гигрометра основано на свойстве человеческого волоса. При увеличении влажности воздуха длина волоса увеличивается. А при уменьшении влажности его длина уменьшается. При этом стрелка по шкале указывает относительную влажность воздуха.
Прибор для определения влажности воздуха психрометр состоит из двух термометров. Один термометр показывает температуру воздуха, а другой обмотан тканью. Конец которой опущен в воду. Так как вода испаряется, то термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем меньше идет испарение. Следовательно, разность показаний термометров будет меньше. По этой разности показаний температур с помощью специальной таблицы и определяют относительную влажность.
Норма и учет влажности воздуха
Нормальная влажность воздуха в помещениях 60%.
Влажность учитывается:
1) При самочувствии людей.
2) В музеях, где хранятся различные документы.
3) В пищевой промышленности.
4) В мебельной промышленности.
5) В авиации и в космосе.
6) При изготовлении железобетонных конструкций.
Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха
Содержание
Вещества могут переходить из твёрдого состояния в жидкое, а из жидкого – в газообразное. Последнее превращение называют парообразованием, которое может проходить путем испарения или кипения.
Кипение происходит при определённой температуре для каждой жидкости. А вот испарение жидкости, напротив, происходит при любой ее температуре.
Значит, испарение на нашей планете происходит непрерывно: испаряется вода с поверхностей озер, океанов, рек, различной растительности и т. д. Вследствие этого воздух в нашей атмосфере всегда содержит в себе водяные пары.
Влажность – это понятие, которое характеризует содержание водяного пара в атмосфере. В данном уроке мы разберем понятия абсолютной и относительной влажности воздуха, точки росы, познакомимся с приборами для измерения влажности воздуха.
Абсолютная и относительная влажность
Количество водяных паров в воздухе при определенной температуре определяет степень влажности. Но как эту степень оценить? В этом нам помогут два новых определения: абсолютная влажность и относительная влажность.
Степень влажности определяется фактором того, насколько водяной пар близок или далек от состояния насыщения.
Вспомним: насыщенным называют пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Число молекул, вылетающих из жидкости, становится равно числу молекул, возвращающихся в нее.
Соответственно, зная только абсолютную влажность, нельзя сказать сухой это воздух или влажный, насколько он близок к состоянию насыщения.
Чаще всего водяной пар, содержащийся в воздухе, является ненасыщенным. Если бы водяной пар в воздухе был всегда насыщенным, то все, что находится на земной поверхности, никогда бы не высыхало.
Точка росы
В любом случае в воздухе находится водяной пар. Если мы будем понижать температуру воздуха, то при определенной температуре сможем довести пар, содержащийся в нем, до состояния насыщения.
Если после этого продолжать снижать температуру, то пар начнет конденсироваться. В итоге, образуется туман, и выпадают капельки росы. Здесь у нас появляется еще одна новая величина, которая тоже характеризует влажность воздуха, – точка росы.
Точка росы – это температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным.
Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов: конденсационных и волосных гигрометров и психрометров.
Конденсационный гигрометр
Рассмотрим устройство и принцип работы конденсационного гигрометра (рисунок 1). С помощью него можно определить абсолютную влажность воздуха по точке росы.
В его основе – небольшая металлическая коробка 1. Ее передняя стенка 2 окружена кольцом 3. Поверхности этих элементов хорошо отполированы. Между ними помещена теплоизолирующая прокладка 4. К самой коробке присоединена резиновая груша 5. Внутрь коробки вставлен термометр 6.
Заполним коробку, например, эфиром. Вы уже знаете, что эта жидкость достаточно быстро испаряется. Начнём продувать воздух через коробку с помощью груши. Так мы ускорим испарение эфира, коробка быстро охладится. Вскоре на полированной поверхности появятся капельки росы.
Отметим температуру, которая наблюдается в данный момент. Так мы определили точку росы. Именно в этот момент пар стал насыщенным.
Далее, используя специальные таблицы, можно определить абсолютную влажность воздуха.
Вид обычного лабораторного гигрометра представлен на рисунке 2.
Волосной гигрометр
Из названия этого прибора можно догадаться, что где-то в его устройстве присутствует волос. И, действительно, действие волосного гигрометра (рисунок 3) основано на одном интересном свойстве человеческого волоса. Дело в том, что при увеличении относительной влажности воздуха волос удлиняется.
На шкале этого прибора уже отмечены величины относительной влажности воздуха. При увеличении относительной влажности волос удлиняется, а при уменьшении – укорачивается. При этом стрелка двигается вдоль шкалы, указывая на величину относительной влажности воздуха.
Психрометр
Психрометр (от латинского психрос – холодный, метрио – измерять) представлен на рисунке 4.
Этот прибор состоит из двух термометров. Конец одного из них обмотан тканью и опущен в воду. Вода испаряется, термометр охлаждается. Термометры будут показывать разные значения.
Испарение проходит менее интенсивно при большой относительной влажности, и более интенсивно при малой относительной влажности. Чтобы оценить ее, нужно зафиксировать разность температур на термометрах. Для них также существуют специальные таблицы, из которых можно узнать величину относительной влажности воздуха.
Влажность в окружающем мире
Влажность воздуха важна как в природе, так и в быту человека. Изначально, наше самочувствие часто зависит от этого показателя. Ведь интенсивность испарения влаги с нашего кожного покрова определяется влажностью воздуха. Низкая влажность может приводить к пересыханию слизистых оболочек, проблемам с кожей и волосами, а очень высокая – к ухудшению общего физического состояния.
Влажность воздуха влияет на теплообмен многих организмов с окружающей средой, на жизнь животных и растений. Когда люди выращивают растения в теплицах или оранжереях, им необходимо знать и контролировать влажность воздуха. Таким образом поддерживается нужный режим для их роста и жизнедеятельности.
Значение влажности воздуха играет большую роль в метеорологи для прогнозов погоды. При работе различной техники важно учитывать влажность – при высоких показателях быстрее возникает коррозия. При хранении важных произведений искусств и книг также следят за влажностью.