Влажность воздуха в физике: буква и формулы
⚡ Физика · 10 класс
Влажность воздуха характеризуется абсолютной влажностью ρ и относительной φ = ρ/ρ_нас · 100 %. Точка росы, психрометр, гигрометр, таблица и задачи для 10 класса.
Что такое влажность воздуха
Влажность воздуха характеризует содержание водяного пара в атмосфере. В воздухе всегда присутствует некоторое количество водяного пара, образующегося при испарении воды с поверхности водоёмов, почвы и растений.
Влажность важна для самочувствия человека, работы техники, хранения продуктов и в метеорологии. Слишком сухой воздух вызывает пересыхание кожи и слизистых, а слишком влажный затрудняет испарение пота и переносится тяжело. Для описания влажности используют несколько величин.
Абсолютная влажность
Абсолютная влажность — это масса водяного пара, содержащегося в одном кубическом метре воздуха. Её обозначают буквой rho и измеряют в граммах на кубический метр. По сути это плотность водяного пара в воздухе.
Относительная влажность
Относительная влажность phi показывает, насколько водяной пар близок к насыщению. Это отношение абсолютной влажности к той плотности пара, при которой он становится насыщенным при данной температуре:
phi = (rho / rho_0) * 100%где rho_0 — плотность насыщенного пара при данной температуре. Относительную влажность можно также выразить через давление: phi = (p / p_0) * 100%, где p — парциальное давление пара, p_0 — давление насыщенного пара.
Точка росы и насыщение
Насыщенный пар — это пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью. При понижении температуры плотность насыщенного пара уменьшается. Температуру, при которой имеющийся в воздухе пар становится насыщенным, называют точкой росы. При охлаждении до точки росы избыток пара конденсируется в виде росы, тумана или инея.
| Температура | Плотность насыщенного пара rho_0, г/м^3 |
|---|---|
| 0 градусов | 4,8 |
| 10 градусов | 9,4 |
| 20 градусов | 17,3 |
| 30 градусов | 30,3 |
Измерение влажности
Влажность измеряют психрометром, состоящим из сухого и влажного термометров. Чем суше воздух, тем сильнее испаряется вода с влажного термометра, и тем больше разность показаний. По этой разности и психрометрической таблице определяют относительную влажность.
Пример: если абсолютная влажность rho = 8,65 г/м^3, а при данной температуре 20 градусов rho_0 = 17,3 г/м^3, то относительная влажность равна:
phi = (8,65 / 17,3) * 100% = 50%Частые ошибки
Не путайте абсолютную и относительную влажность. Абсолютная измеряется в граммах на кубометр, а относительная — в процентах. При нагревании в постоянном объёме без добавления или удаления водяного пара его абсолютная влажность сохраняется, а относительная уменьшается. Для открытой системы эти условия нужно проверять.
Практикум: измеряем влажность психрометром
Используйте исправный учебный психрометр с его таблицей и инструкцией. Для разных конструкций и условий обдува таблицы могут отличаться. Опыт выполняют под руководством учителя; ртутные термометры и самодельный нагрев для него не нужны.
- Поставьте прибор вдали от прямого солнца, батареи и источника пара. Проверьте цену деления и допустимый диапазон.
- Подготовьте увлажняющий фитиль по инструкции, обеспечьте требуемое смачивание и обдув. Не держите резервуар рукой: это изменяет показание.
- Дождитесь устойчивых показаний, одновременно запишите температуры сухого и влажного термометров.
- Найдите Δt = tсух − tвлаж. В таблице прибора выберите строку сухой температуры и столбец разности; прочитайте φ.
- Повторите отсчёт, не меняя место прибора. Запишите не только результат, но и условия.
| Опыт | t сухого, °C | t влажного, °C | Δt, °C | φ по таблице прибора, % |
|---|---|---|---|---|
| 1 | измерить | измерить | вычислить | прочитать |
| 2 | измерить | измерить | вычислить | прочитать |
Учебный пример обработки: tсух = 22 °C, tвлаж = 18 °C, значит Δt = 4 °C. Это ещё не ответ в процентах: его нужно взять из подходящей таблицы. Нельзя по самой разности уверенно написать «влажность 4%» или подставить случайную таблицу из другого опыта.
Как проверить результат
При испарительном охлаждении исправного прибора влажный термометр обычно показывает не выше сухого. Необычный результат — повод проверить смачивание, отсчёт и стабилизацию. Равные показания в подходящих условиях соответствуют близости к насыщению, но могут быть вызваны и высохшим фитилём. Погрешность связана с обоими отсчётами, таблицей и условиями обдува; не записывайте лишние десятичные знаки.
Нагревание само по себе сохраняет абсолютную влажность лишь при постоянном объёме и неизменной массе пара. В открытом помещении или при испарении эти условия могут нарушаться.
Справочные материалы: Что такое влажность воздуха — исходная тема. Связанные уроки: Уравнение состояния идеального газа, Основы молекулярно-кинетической теории.
Кратко о главном
- Влажность — мера содержания водяного пара в воздухе.
- Абсолютная влажность — масса пара в кубометре.
- Относительная влажность:
phi = (rho / rho_0) * 100%. - Точка росы — температура, при которой пар становится насыщенным.
- Влажность измеряют психрометром.