Теория работы и описание прибора

Такие явления, как быстрота испарения, высыхание различных веществ, тканей, увядание растений, состояние организма человека, и т.д. зависят от степени насыщения воздуха водяным паром.

Атмосферный воздух всегда содержит пары, образующиеся при испарении воды с водоемов, с растительного покрова и при дыхании. Поэтому в атмосфере имеется смесь сухого воздуха и водяных паров. К этой смеси применим закон Дальтона: «давление смеси газов (или паров) равно сумме парциальных давлений, т.е. давлений каждого газа в отдельности». Следовательно, атмосферное давление есть сумма парциальных давлений сухого воздуха и находящегося в нем водяного пара.

Давление водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, определяется количеством водяного пара в килограммах, содержащегося в 1 м³ воздуха, и называется абсолютной влажностью или упругостью водяного пара.

Абсолютная влажность выражается обычно в миллиметрах ртутного столба. В системе СИ давление выражается в паскалях

Воздух может насыщаться водяными парами не беспредельно. Давление водяного пара будет максимальным при полном насыщении им воздуха. Дальнейшее увеличение концентрации водяного пара в воздухе при данной температуре приводит к концентрации паров и выпадении их в виде капель жидкости.

Относительной влажностью воздуха называется отношение абсолютной влажности к тому давлению паров, которые насыщали бы воздух при данной температуре, то есть к максимальной влажности при данной температуре.

Относительная влажность выражается в процентах

(1)

где а — абсолютная влажность,

— максимально возможная влажность воздуха при данной температуре или давление насыщенного водяного пара при дан­ной температуре.

Давление насыщенного водяного пара зависит от температу­ры. Эта зависимость тщательно изучена (табл. 2).

Непосредственно измерить можно только атмосферное дав­ление, т.е. суммарное давление сухого воздуха и пара. Парциаль­ное же давление водяного пара можно определить только косвенным путём. Одно и то же количество водяных паров в зависимо­сти от температуры может либо насыщать воздух, либо не насы­щать. Понижая температуру воздуха, можно довести его до со­стояния насыщения водяным паром.

Температура, при которой водяные пары, находящиеся в воздухе, становятся насыщенными, называется точкой росы.

Абсолютная влажность определяется гигрометром или пси­хрометром. На практике для определения абсолютной влажности чаще применяют психрометр. Он состоит из двух термометров и закрепленных в специальном держателе. Шарик термо­метра обёрнут марлей, смачиваемой водой. Часовой механизм М,заводящийся при помощи ключа К, вращает маленький вен­тилятор, помещённый в верхней части прибора, и создаёт равно­мерно восходящий поток воздуха по каналам и мимо шариков термометра к вентилятору (рис. 1). Сухой термометр, соприкасающийся с воздухом окружающей среды, имеет температуру этой среды. Влажный термометр вследствие испарения воды с поверхности марли будет охлаждаться и его температура будет ниже температуры .

 

Рисунок 1

 

 

Охлаждение влажного термометра и понижение его температуры прекращается. Когда приток тепла Q из окружающей среды за промежуток времени будет равен расходу тепла. Идущего на испарение воды с поверхности марли за тот же промежуток времени.

Количество теплоты Q, передающего протекающим воздухом шарику влажного термометра. Можно определить по формуле

(2)

где - коэффициент теплопередачи. Зависящей от рода поверхности тела и окружающей среды;

- разность температур сухого и влажного термометров;

S – площадь поверхности испарения.

Количество теплоты Q. Необходимое для испарения. Пропорционально скорости испарения V и времени

(3)

где - коэффициент пропорциональности.

Скорость испарения может быть найдена по формуле

(4)

где - коэффициент зависящий от скорости протекающего воздуха;

P – атмосферное давление;

- давление насыщенных паров при температуре испаряющейся жидкости;

а – абсолютная влажность воздуха.

Подставив значения из (4) в (3), получим:

(5)

Если температура влажного термометра не изменяется, то количество теплоты Q, притекающее из воздуха, равно количеству теплоты , идущего на испарение . Тогда, приравнивая правые части уравнений (2) и (5), получим

откуда, произведя соответствующие преобразования, получим

отсюда

В этой формуле величины зависят только от прибора (скорости работы вентилятора, смачивающей жидкости и поверхности марли).

Обозначая формулу абсолютной влажности можем записать так:

(6)

где А – постоянная психрометра.