Влажность воздуха и её измерение
⚡ Физика · 8 класс
Абсолютная и относительная влажность, точка росы и приборы для измерения влажности.
Водяной пар в воздухе
В воздухе всегда содержится водяной пар — результат постоянного испарения воды с поверхности морей, рек, почвы и растений. Количество этого пара характеризует влажность воздуха. От влажности зависят самочувствие человека, сохранность книг, картин и точных приборов, рост растений и погода. Поэтому уметь измерять и оценивать влажность важно и в быту, и в технике, и в сельском хозяйстве.
Абсолютная влажность
Абсолютная влажность — это масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха. Измеряется она в граммах на кубический метр (г/м³). Абсолютная влажность показывает, сколько пара есть в воздухе на самом деле, но сама по себе не говорит, насколько воздух близок к насыщению и будет ли выпадать роса.
Относительная влажность
Для водяного пара при данной температуре существует давление насыщения. Насыщение относится к состоянию пара и его равновесию с жидкостью, а не к способности воздуха «удерживать воду». С ростом температуры давление насыщения растёт. Относительная влажность показывает, насколько водяной пар близок к насыщению, и выражается в процентах:
φ = (плотность пара / плотность насыщенного пара) · 100 %Если относительная влажность равна 100%, пар насыщенный. В равновесии испарение и конденсация идут одновременно с одинаковой средней интенсивностью. Чем выше относительная влажность, тем более сырым ощущается воздух и тем медленнее сохнут вещи. Практическую оценку условий помещения проводят с учётом его назначения, температуры и других факторов; одна относительная влажность не описывает их полностью.
Точка росы
Точкой росы называют температуру, при которой пар, имеющийся в воздухе, становится насыщенным и начинает конденсироваться. При охлаждении до точки росы появляются роса, туман, иней или запотевают холодные стёкла и трубы. Чем ближе точка росы к температуре воздуха, тем выше влажность.
Приборы для измерения
Для измерения влажности применяют несколько приборов. Самый распространённый в школе — психрометр.
| Прибор | Принцип работы |
|---|---|
| Конденсационный гигрометр | Определяет точку росы по запотеванию |
| Волосной гигрометр | По удлинению обезжиренного волоса при увлажнении |
| Психрометр | По разности показаний сухого и влажного термометров |
Разбор примера
Психрометр состоит из двух термометров: у одного резервуар обёрнут влажной тканью. Вода с ткани испаряется и охлаждает влажный термометр. Пусть сухой термометр показывает 20 °C, а влажный — 16 °C. Разность составляет 4 °C. По психрометрической таблице этой разности при 20 °C соответствует относительная влажность около 66 %.
сухой 20 °C; влажный 16 °C; разность 4 °C -> φ ≈ 66 %Частые ошибки. Чем суше воздух, тем сильнее испарение и тем больше охлаждается влажный термометр, то есть тем больше разность показаний. Поэтому большая разность означает низкую влажность, а не высокую. Если разность равна нулю, влажность равна 100 %.Насыщение — это динамическое равновесие
В закрытом сосуде с жидкостью одновременно идут испарение и конденсация. При равновесии и одной температуре среднее число молекул, покидающих жидкость, равно числу возвращающихся. Пар при этом насыщенный, но молекулы не остановились. Количество жидкости и пара в среднем постоянно, пока не меняются внешние условия.
Ненасыщенный пар при той же температуре имеет меньшее парциальное давление, чем давление насыщения. Это характеристика пара, а не способность воздуха «держать воду». Насыщенный водяной пар возможен и без воздуха; в смеси с воздухом сравнивают именно парциальное давление воды.
Что происходит при изменении объёма
Пока в сосуде остаётся жидкость, медленное увеличение объёма при постоянной температуре вызывает дополнительное испарение. После установления равновесия давление снова равно pнас(T). При сжатии часть пара конденсируется. Если же вся жидкость испарилась, дальнейшее расширение может сделать пар ненасыщенным; прежняя постоянная величина давления больше не гарантируется.
| Условие | Что можно ожидать |
|---|---|
| T постоянна, жидкость и пар сохраняются | Давление насыщенного пара постоянно, масса пара меняется |
| Масса ненасыщенного пара постоянна, модель близка к идеальной | При T = const приближённо pV = const |
| Температура повышается при наличии жидкости | Давление насыщенного пара увеличивается |
Пример на внимательное чтение условия
В сосуде при одной температуре насыщенный пар занимает 2 л; жидкость остаётся. Объём увеличили до 3 л и дождались равновесия. Давление не обязано упасть в отношении 2/3: испарение добавит молекулы в газовую фазу. При приблизительно постоянной плотности насыщенного пара его масса вырастет в 1,5 раза. Без достаточного запаса жидкости такой вывод невозможен.
При φ = 100% нет обязательного мгновенного выпадения всей воды в капли: равновесные испарение и конденсация продолжаются. Для дальнейшего роста жидкой фазы нужно изменение условий или избыток пара. Равенство показаний психрометра также сначала требует проверки смачивания и исправности прибора.
Справочные материалы: Водяной пар в воздухе — исходная тема; Водяной пар в воздухе — исходная тема. Связанные уроки: Уравнение состояния идеального газа, Что такое влажность воздуха.
Кратко о главном
- В воздухе всегда есть водяной пар; его количество — это влажность.
- Абсолютная влажность измеряется в
г/м³, относительная — в процентах. - Относительная влажность сравнивает имеющийся пар с насыщенным.
- Точка росы — температура начала конденсации пара.
- Влажность измеряют гигрометром и психрометром.