Как рассчитывать относительную влажность

Относительная влажность воздуха, количество теплоты

Теория к заданию 10 из ЕГЭ по физике

Насыщенные и ненасыщенные пары

Насыщенный пар

При испарении одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс. Беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, часть молекул, покинувших ее, снова возвращается в жидкость.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Это означает, что в данном объеме при данной температуре не может находиться большее количество пара.

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться. Точно так же не изменяется и масса насыщенного пара над этой жидкостью, хотя пар продолжает конденсироваться.

Давление насыщенного пара. При сжатии насыщенного пара, температура которого поддерживается постоянной, равновесие сначала начнет нарушаться: плотность пара возрастет, и вследствие этого из газа в жидкость будет переходить больше молекул, чем из жидкости в газ; продолжаться это будет до тех пор, пока концентрация пара в новом объеме не станет прежней, соответствующей концентрации насыщенного пара при данной температуре (и равновесие восстановится). Объясняется это тем, что число молекул, покидающих жидкость за единицу времени, зависит только от температуры.

Итак, концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объема.

При сжатии насыщенного пара большая его часть переходит в жидкое состояние. Жидкость занимает меньший объем, чем пар той же массы. В результате объем пара при неизменной его плотности уменьшается.

Так как давление насыщенного пара не зависит от объема, то, следовательно, оно зависит только от температуры.

Ненасыщенный пар

Если в пространстве, содержащем пары какой-либо жидкости, может происходить дальнейшее испарение этой жидкости, то пар, находящийся в этом пространстве, является ненасыщенным.

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

Ненасыщенный пар можно простым сжатием превратить в жидкость. Как только это превращение началось, пар, находящийся в равновесии с жидкостью, становится насыщенным.

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.

Относительную влажность выражают в процентах:

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.

Точка росы

Источник

Что такое влажность воздуха? Как правильно измерять влажность? Давление водяного пара. Таблицы и примеры расчета

Измерение влажности

Здесь и далее мы будем говорить о влажности воздуха и газов. В отличие от температуры, с определением и физическим пониманием влажности проблем нет. Это количество воды, содержащееся в единице объёма воздуха. Но мы столкнулись в своей работе с тем, что люди, занимающиеся профессионально измерениями не чувствуют этот физический параметр и соответственно не могут провести элементарные расчёты и объяснить многие явления связанные с влажностью. Связано это во многом с тем, что в отличие от температуры мы не ощущаем влажность так явно (См. статью: Что такое температура? Как правильно измерять температуру? Что выбрать: термосопротивление или термопару? Советы по применению.). Представьте, что вы вышли зимним утром из дома. Какая температура на улице, вы сможете сказать с точностью 3…5⁰С, а вот вопрос, какая сейчас относительная влажность, поставит вас в тупик. В то же время влажность воздуха является очень важным параметром, непосредственно влияющим на самочувствие и работоспособность человека. Очень важно знать и поддерживать определённую влажность во многих отраслях промышленности и сельском хозяйстве.

Что такое влажность воздуха

Из определения вытекает, что над поверхностью воды относительная влажность воздуха равна 100 %. И обратно, при 100%-ой влажности воздуха наблюдается конденсация влаги. Давление насыщенного водяного пара растёт при увеличении температуры. Если в изолированном помещении со 100%-ой влажностью повысить температуру, то относительная влажность резко снизится.

Ниже приведены выражения для расчёта давления насыщенного водяного пара над поверхностью воды Psw и льда Psi в зависимости от температуры:

Значения давления насыщенного пара над поверхностью воды (Рsw) и льда (Рsi)

Т,°C

psw, Па

psi, Па

Т,°C

psw, Па

psi, Па

Т,°C

Источник

Как рассчитать относительную влажность воздуха

Чтобы понять, что такое влажность, нужно рассмотреть ее основные составляющие:

Что такое относительная влажность? Само ее название говорит о том, что это какое-то отношение. Остается понять, что это за отношение, чего и к чему? Для того чтобы рассчитать относительную влажность воздуха, нужно фактическое количество водяного пара, находящегося в данный момент в воздухе, разделить на максимально возможную влажность при этой же температуре, пока не началась конденсация влаги. Соотношение будет представлять собой следующую формулу:

RH (относительная влажность) = АВ (абсолютная влажность) / МВВ (максимально возможная влажность) х 100%.

КАК НАЙТИ ОТНОСИТЕЛЬНУЮ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

Если приобрести специальные приборы, электронные или механические, то определение относительной влажности происходит без участия человека. Приборы сами показывают какая относительная влажность в данный момент в помещении. Такие приборы носят название гигрометров.

Если же нет возможности такие устройства приобрести, или их просто в данный момент нет под руками, а относительную влажность нужно измерить, то сделать это можно с помощью двух термометров и психрометрической таблицы.

Можно прикрепить на дощечку два термометра. Один будет обычно измерять температуру, а у второго головку со ртутью надо обернуть мокрой тканью, ватой, марлей, он будет измерять влажную температуру. Затем производится замер показаний обоих термометров. По психрометрической таблице на пересечении температур сухого и влажного термометров, будет находиться искомая относительная влажность. А сам такой прибор, которым измеряли разные температуры, называется психрометр.

Источник

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;

\(\large \rho_ \left( \frac<\text<кг>><\text<м>^<3>>\right) \) – максимальная плотность водяного пара в воздухе, которая может быть при измеренной температуре, т. е. плотность насыщенного пара;

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:

Источник

Абсолютная влажность воздуха и относительная влажность воздуха

Перевод относительной влажности воздуха в абсолютную влажность воздуха и наоборот при заданной температуре и атмосферном давлении.

Этот калькулятор переводит относительную влажность воздуха в абсолютную влажность воздуха при заданной температуре и атмосферном давлении. Калькулятор под ним выполняет обратную операцию — переводит абсолютную влажность воздуха в относительную. Немного теории и формулы находятся под калькулятором.

Абсолютная влажность воздуха

Относительная влажность воздуха

Начнем с нескольких определений
Относительная влажность воздуха — отношение парциального давления водяного пара к его предельному значению (давлению насыщенного водяного пара) над плоской поверхностью чистой воды, при постоянном давлении и температуре, выраженное в процентах. Относительная влажность показывает соотношение между количеством водяного пара в воздухе и количеством водяного пара в воздухе в состоянии насыщение, то есть максимальным количеством водяного пара, который может содержаться в воздухе при данной температуре и давлении.

Абсолютная влажность воздуха — масса водяного пара в единице объема влажного воздуха. Абсолютная влажность показывает количественное содержание воды в воздухе.

Благодаря Всемирной метеорологической организации, мы можем найти значение давления насыщенного водяного пара при заданной температуре и давлении (подробнее смотри Давление насыщенного водяного пара).
Зная давление насыщения и относительную влажность, мы можем найти соответствующее давление водяного пара.

Перейти к абсолютной влажности поможет известное уравнение Менделеева-Клапейрона.

В нашем случае это будет

где R — универсальная газовая постоянная, равная 8313.6, а Rv — газовая постоянная для водяного пара, равная 461.5

Откуда можно выразить соотношение массы к объему:

Вот так — для температуры 25 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха 60% мы получаем, что в кубометре воздуха содержится примерно 14 грамм воды, что, в общем-то, соответствует тем таблицам перевода относительной влажности в абсолютную, что я находил.

Источник