Влажность воздуха
На прошлом уроке мы с вами изучали процессы испарения и кипения. Давайте вспомним, что кипением называется процесс парообразования, происходящий по всему объёму жидкости. При этом в данных условиях жидкости кипят при строго определённых температурах.
В отличие от кипения испарение — это процесс парообразования, происходящий только со свободной поверхности жидкости. Он может происходить при любой температуре. Это приводит к тому, что в атмосфере нашей планеты всегда присутствуют водяные пары.
И несмотря на огромные поверхности океанов, морей, озёр и рек, далеко не всегда водяной пар, находящийся в воздухе, является насыщенным. Перемещение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация. Но в воздухе практически всегда имеется некоторое количество водяного пара.
Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным воздухом.
Основными количественными характеристиками такого воздуха являются его абсолютная и относительная влажности, а также упругость водяного пара.
Упругостью водяного пара называют парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе.
Упругость водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления — паскалях или миллиметрах ртутного столба.
Абсолютной влажностью воздуха называют физическую величину, равную массе водяного пара, содержащегося в одном кубометре воздуха (то есть плотность водяного пара в воздухе при данных условиях).
Из определения следует, что единицей абсолютной влажности воздуха в СИ является килограмм, делённый на кубический метр:
Например, если говорят, что влажность воздуха равна 0,009 г/м3, то это значит, что в одном кубометре воздуха содержится водяной пар массой 9 грамм.
Однако, зная абсолютную влажность воздуха и парциальное давление водяного пара, нельзя судить о том, насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению (то есть нельзя сказать, сухой это воздух или влажный). Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью.
Относительной влажностью воздуха называют величину, равную отношению плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного водяного пара при этой температуре (или отношение упругости водяного пара к давлению насыщенного пара при данной температуре):
Чем меньше относительная влажность, тем дальше пар от насыщения и тем интенсивнее происходит испарение.
Значения плотности насыщенного водяного пара при разной температуре приведены в таблице.
Давайте с её помощью определим относительную влажность воздуха при –10 оС, если абсолютная влажность воздуха при этой температуре равна 1,81 г/м3.
Когда парциальное давление водяного пара в воздухе равно давлению насыщенного пара при той же температуре, говорят, что воздух насыщен водяными парами.
Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.
При понижении температуры ниже точки росы происходит конденсация водяного пара. Этот процесс лежит в основе образования тумана, росы, облаков и дождя.
Для определения влажности воздуха и точки росы используются специальные приборы: гигрометры и психрометры.
Предположительно гигрометр был изобретён швейцарским геологом Орасом де Соссюром в 1783 году.
Основным его элементом был обезжиренный человеческий волос. Один его конец крепился к раме, а второй — оборачивался вокруг ролика и соединялся с грузом. Груз поддерживал волос в натянутом состоянии. Повышение влажности воздуха вызывало увеличение длины волоса и ролик начинал вращаться. Это приводило в движение стрелку прибора. Шкала такого гигрометра проградуирована так, что по положению стрелки можно определить относительную влажность воздуха.
Первый психрометр был создан в 1828 году немецким физиком Эрнстом Августом.
Психрометр Августа состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них остаётся сухим, и он показывает температуру окружающего воздуха. Второй термометр называется влажным, так как его резервуар окружён тканью, конец которой опущен в воду. Чем ниже влажность воздуха, тем интенсивнее происходит испарение с поверхности влажного термометра, вследствие чего его температура понижается. Разность показаний термометров служит мерой относительной влажности, которая определяется по специальным психрометрическим таблицам.
Вблизи поверхности Земли относительная влажность воздуха колеблется почти от 100 % во влажных тропических лесах, до 0,00002 % в Антарктиде.
Наиболее комфортно люди чувствуют себя при влажности в 40—60 % процентов. Если влажность воздуха ниже 40 %, то он считает сухим. И влажным, если его относительная влажность превышает 80 %.
Контроль влажности воздуха важен для сохранности произведений искусства. В теплицах и оранжереях — для поддержания нужного режима растениям. Также контроль влажности важен при проектировании сооружений, машин и различных механизмов, электронных схем и приборов, в нанотехнологии.
Для закрепления материала решим с вами несколько задач. Вечером при температуре 22 оС относительная влажность воздуха составляла 60 %. Выпадет ли роса, если ночью температура понизится до 12 оС?
Задача 3. Смешали один кубометр воздуха влажностью 30 % и два кубометра влажностью 45 %, имеющих одинаковую температуру. Смесь заняла объем в 3,0 м3. Определите её относительную влажность.
