Конспект уроку: Вологість повітря. Методи вимірювання вологості повітря

Кількість водяних парів, що міститься у повітрі, має важливе значення для процесів, що відбуваються в атмосфері, для функціонування рослин і тварин. Вона періодично змінюється і є досить невеликою. У нижніх шарах повітря над океаном кількість водяних парів досягає 4 % від об’єму повітря у спекотну погоду, і знижується майже до 0 % при сильній холоднечі. Кількість водяних парів у повітрі може бути оцінена за допомогою такої величини як вологість повітря.

Найбільш поширеною характеристикою вологості повітря є абсолютна вологість, яка визначається кількістю водяної Кажучи іншими словами, абсолютну вологість оцінюють за густиною водяної пари в повітрі. Позначається абсолютна вологість літерою f, а за одиницю м вимірювання приймається г/см3:

Оскільки виміряти кількість пари, котра міститься у 1 м3 повітря досить важко, то у метеорології абсолютна вологість оцінюється за тиском водяної пари, вираженим у міліметрах ртутного стовпа (так числове значення абсолютної вологості майже не відрізняється від тиску водяної пари за цих же умов, але тиск вимірюється значно простіше):

Проте абсолютна вологість не визначає, сухим чи вологим є повітря, оскільки це залежить і від температури. При низькій температурі водяна пара в повітрі може виявитися близькою до насичення - повітря буде вологим. При високій температурі така ж кількість водяної пари не зможе наблизитись до стану насичення, що зумовить сухість повітря. Очевидно, що для оцінювання ступеню сухості або вологості повітря необхідно визначити, наскільки водяна пара у ньому наближується до стану насичення. Для цього вводиться поняття відносної вологості повітря.

Відносною вологістю повітря називається відношення абсолютної вологості до кількості водяної пари, яка необхідна для насичення 1 м3 повітря за певної температури.

Очевидно, що відносну вологість визначити можна як відношення тиску водяної пари, котра міститься в повітрі, до тиску насиченої водяної пари за певної температури:

де- відповідно густина й тиск водяної пари, котра міститься у повітрі;

- густина і тиск насиченої водяної пари за цієї ж температури.

Відносна вологість менше 1 і виражається у відсотках. Відносна вологість змінюється зі зміною температури, якщо навіть абсолютна вологість залишається незмінною. Із зниженням температури відносна вологість зростає, тому що водяна пара при цьому наближується до стану насичення. Таким чином, зниженням температури можна довести відносну вологість до 100 % при сталій кількості водяної пари в повітрі.

Температуру, при котрій пара, що міститься у повітрі, стає насичуючою, називається точкою роси. Відповідно, відносна вологість повітря за цього дорівнює 100 %. Подальше зниження температури призводить до конденсації водяної пари: виникає туман, «потіють» вікна, на різних предметах осідають краплі роси.

Визначивши точку роси при відомій температурі повітря, можна розрахувати тиск водяних парів та абсолютну й відносну вологість. При цьому використовується таблиця тиску насиченої водяної пари за різних температур.

Вологість найближчого до земної поверхні шару повітря є одною з найбільш суттєвих характеристик клімату, яка визначає кількість атмосферних опадів. Велике значення має вологість при деяких технологічних процесах, лікуванні певних хвороб, зберіганні творів мистецтва, книг тощо. Гігієнічне значення вологості повітря виявляється у її впливі на теплообмін організму людини з оточуючим середовищем. Наприклад, при високих температурах вологість повітря є фактором, який впливає на процес випаровування води з поверхні шкіри: чим більша відносна вологість повітря, тим менша можливість теплопередачі шляхом потовиділення. Це призводить до затримання тепла у тілі людини, тобто до його перегріву. Наближено можна вважати, що при температурах повітря від + 15°С до + 25°С коливання відносної вологості у межах ЗО - 60% не здійснюють помітного впливу, тому ці показники вологості приймаються як гігієнічна норма. При температурах повітря вищих за + 25°С сприятливою для теплообміну організму є відносна вологість біля 20%.

При більш низьких температурах (при морозі) різниця у відчутті відносної вологості відсутня, оскільки кількість водяних парів у повітрі зі зниженням температури сильно зменшується і не заважає теплообміну організму.

З метою визначення вологості повітря використовуються гігрометри й психрометри.

Волосяний гігрометр призначений для вимірювання відносної вологості повітря. Принцип його дії ґрунтується на властивості знежиреної людської волосини видовжуватись внаслідок збільшення вологості повітря і скорочуватись при її зменшенні. Основи теорії волосяного гігрометра розроблені російським вченим Борисом Срезневським у 1882 р.

Рис. Будова волосяного гігрометра.
Волосина 1 накручена на ролик 2 і утримується у натягнутому стані за допомогою вантажу 3. При зміні вологості змінюється довжина волосини, ролик обертається і рухає стрілку 4, яка передає зміну довжини на градуйовану шкалу 5. За цією шкалою здійснюється відлік, причому волосяний гігрометр дозволяє вимірювати вологість повітря не лише при додатних (нижня шкала), але й при від’ємних (верхня шкала) температурах повітря. Проте точність вимірювання за допомогою цього приладу невисока (±10-15 %).

Психрометр складається із двох ртутних термометрів - сухого й змоченого. У змочуваного термометра резервуар зі ртуттю в процесі вимірювань підтримується зволоженим. Внаслідок випаровування води із зволоженої поверхні термометра, його покази температури будуть нижчими від показів сухого термометра. Різниця показів сухого й зволоженого термометрів залежна від відносної вологості повітря, оскільки покази зволоженого термометра будуть нижчими у більш сухому повітрі. Обчислюючи цю різницю, за психрометричною таблицею визначити можна відносну вологість повітря.

Рис. Аспіраційний психометр

Одним з найбільш поширених типів психрометрів є аспіраційний психрометр. Перевагою цього психрометра є те, що у ньому для запобігання впливу швидкості повітря на покази зволоженого термометра використовується штучна

вентиляція із сталою швидкістю біля 2 м/с. Термометри 3 закріплені у металеву оправу 1: їх резервуари розміщені у трубках, які з’єднані з вентилятором 2. Вентилятор приводиться у рух за допомогою електродвигуна або годинникового механізму з пружним заводом. Для захисту від нагрівання сонячними променями на трубки, у яких розміщені резервуари, надіваються трубки більшого діаметру. Металеві частини приладу нікельовані. Змочування влітку здійснюється за 4 хвилини до відліку. Якщо швидкість вітру перебільшує 4 м/с, на вентилятор надівається спеціальний захист. Ціна поділки психрометра залежить від його моделі і становить від 0,2°С до 1 °С.

Вимірювання відносної вологості за допомогою психрометра бажано здійснювати при додатних температурах повітря, оскільки при від’ємних температурах (особливо нижче від -5°С) визначення вологості стає ненадійним: відносна похибка може досягати 50 - 70% фактичного значення відносної вологості.

Рис. Прилади для вимірювання вологості