Что такое влажность воздуха кратко
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.
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:
Абсолютная и относительная влажность воздуха
В процессе проведения опыта будем использовать закрытый сосуд с жидкостью, а значение температуры поддерживать постоянным. Спустя некоторое время в данном сосуде возникнет явление термодинамического равновесия процессов испарения и конденсации. Другими словами, число молекул, которые покинут жидкость, будет эквивалентно числу молекул, вернувшихся обратно в жидкость.
Газообразное вещество, которое находится состоянии равновесия со своей жидкостью, носит название насыщенного пара.
Ненасыщенным паром называют такой пар, давление и плотность которого уступает значениям давления и плотности насыщенного пара.
Давление насыщенного пара в процессе повышения температуры возрастает. В окружающем нас воздухе в любой момент времени присутствует некоторая масса водяного пара. Что же такое влажность воздуха? Воздух, который включает в себя водяной пар, определяется как влажный. В воздухе атмосферы быстрота испарения воды основывается на величине отличия давления паров воды от давления насыщенных паров при существующей температуре.
Абсолютная и относительная влажность воздуха
Свое применение часто находят понятия об абсолютной и относительной влажности.
Абсолютной влажностью считают массу водяного пара, которая находится в одном кубометре воздуха.
а полное давление равно сумме давлений компонент:
Максимальной абсолютной влажностью при приведенной температуре является масса насыщенного водяного пара на один кубометр воздуха.
Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при заданной температуре.
Данная величина выражается в процентах:
T r представляет собой температуру термодинамического равновесия пара и жидкости в газе, конкретно в воздухе.
Примеры
В качестве основы решения применим закон Дальтона, который в случае смеси газов, а в нашей задачи имеет место быть смесь сухого воздуха с водяным паром, будет выглядеть следующим образом:
где p v определяет собой давление сухого воздуха, а p H 2 O является давлением паров воды. При этом масса смеси равна:
где p n p обозначает величину давления насыщенного пара. Из формулы β = p H 2 O p n p · 100 % выразим давление насыщенного пара, получим:
Из p = p v + p H 2 O выразим давление сухого воздуха, благодаря чему получим:
В задаче необходимо найти изменение, другими словами разность β2−β1, относительных влажностей в конечном и начальном состояниях:
применяя определение относительной влажности запишем следующее выражение:
Так как по условию задачи нам известны температуры состояний системы, то давления насыщенного пара ( p n p 1 и p n p 2 ) мы можем определить как известные в приведенном случае, по той причине, что всегда можем получить их из соответствующих справочных таблиц. Для нахождения давлений p 1 и p 2 применим уравнение Менделеева — Клайперона, обратим внимание на то, что количество вещества в процессах, которые происходят в системе не претерпевает никаких изменений, в этом случае запишем:
Исходя из условий задачи, можно заявить, что объем уменьшили в n раз, соответственно:
Что такое влажность воздуха
Влажность является одной из самых важных характеристик при анализе погоды и климата. Влажность воздуха настолько сильно влияет на здоровье людей, что изучением ее свойств и характеристик занимаются профильные институты, и на эту тему написан большой объем работ. С целью, охарактеризовать влажность более детально, употребляют такие термины, как абсолютная и относительная влажность воздуха.
Что же такое абсолютная влажность? Иначе можно назвать влагосодержание, которое показывает, сколько грамм водяного пара содержится в одном килограмме воздуха. И хотя, абсолютную влажность реально можно представить, все равно это не дает полного понимания влажности или сухости воздуха. Поэтому, чтобы определить сухость воздуха введено такое понятие, как относительная влажность.
Относительная влажность дает более реальную картину влагосодержания. Она показывает в процентном отношении, насыщение окружающего воздуха водяным паром. То есть, относительная влажность – это масса влаги, находящейся в воздухе в данный момент, деленная на максимальную массу, которая вообще может находиться в этом объеме при данной температуре. Когда говорят о влажности воздуха, например, в сводках метеопрогноза, всегда имеют в виду относительную влажность воздуха.
ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА
Сухость воздуха, а также его влажность, находятся в прямой зависимости от того, насколько водяной пар близок к насыщению. Охлаждая влажный воздух, можно довести находящийся в нем пар до такого состояния, что он начинает конденсироваться. Такое явление проявляется в появлении капель сконденсировавшейся жидкости – росы. Температура, при которой происходит перенасыщение пара, находящегося в воздухе, и при этом появляются конденсирующиеся капли, называется точкой росы.
Точка росы представляет собой одну из характеристик влажности воздуха.
Существует еще одна, очень важная характеристика влажности воздуха, которая носит название дефицит влажности.
Когда человек продолжительное время пребывает в помещении с низкой влажностью, это начинает пагубно сказываться на его здоровье. Появляются заболевания слизистых оболочек дыхательных путей, страдает кожа, теряющая свою упругость и эластичность.
Самый простой способ определения влажности воздуха с помощью хранящейся соли. При большой влажности соль сыреет, иногда даже «течет». В пересушенном воздухе она слеживается в твердый комок.
ЧТО ТАКОЕ УВЛАЖНЕНИЕ ВОЗДУХА
Для поддержания оптимальной относительной влажности в помещениях, служат увлажнители воздуха. В их состав входят гигрометры, измеряющие влажность и датчики, дающие команды на включение и отключение увлажнителя.
Наиболее популярными и востребованными являются ультразвуковые промышленные увлажнители воздуха, которые эстетичные, надежные и эффективные.