Лабораторна робота №8 (12)

Вміст водяної пари в повітрі може бути різним, а значить і вологість буває різною. Оскільки від величини вологості залежить хід багатьох процесів у фізичних тілах, в тому числі й живих, то важливо вміти вимірювати її.

Для оцінки вологості повітря користуються поняттями абсолютної, максимальної та відносної вологості.

Абсолютною вологістю а називають кількість водяної пари в одиниці об'єму повітря. Вимірюють абсолютну вологість в г/м³. Очевидно, що кількість водяної пари в одиниці об'єму можна оцінювати також за величиною парціального тиску води в повітрі, і тоді абсолютну вологість визначають в паскалях. Парціальним тиском газу, що входить в газову суміш, називають тиск, який мав би цей газ, якби він один займав весь об'єм, в якому знаходиться суміш. Парціальний тиск водяної пари в повітрі називають пружністю водяної пари і вимірюють її в паскалях (1 Па = 1 Н/м²).

Зв'язок між абсолютною вологістю а в г/м³ і пружністю водяної пари в паскалях має вигляд:

. (1)

При даній температурі абсолютна вологість (пружність водяної пари) не може бути більшою деякого граничного максимального значення.

Максимальною вологістю Е при даній температурі називають кількість водяної пари в одиниці об'єму повітря, при якій пара стає насиченою і конденсується. При підвищенні температури чисельне значення максимальної вологості зростає, що зумовлено збільшенням кінетичної енергії молекул водяної пари. Максимальна вологість, як і абсолютна, може виражатися в г/м³ або Па. В даній роботі використовують значення максимальної вологості (максимальної пружності водяної пари), виражене в Па (табл. 2). Максимальна вологість повітря при кімнатній температурі (20˚) становить 17 г/м³.

Відносною вологістю f називають виражене у відсотках відношення абсолютної вологості а до максимальної вологості Е.

%. (2)

Чисельне значення f впливає на інтенсивність випаровування поту шкіряного покрову живих організмів, що відіграє суттєву роль у процесах терморегуляції організмів. Оптимальною для життєдіяльності організмів людей, тварин і рослин вважають відносну вологість 60 – 70 %.

При зниженні температури до певного значення ненасичена пара стає насиченою і починається процес конденсації. Це пояснюється тим, що при зниженні температури зменшується кінетична енергія молекул, якої не вистачає, щоб переборювати сили притягання між молекулами води, коли вони зштовхуються між собою. Тому після зштовхування вони залишаються одна біля одної і через деякий час в повітрі утворюються крапельки води, які можна бачити неозброєним оком, і випадає роса.

Точкою роси називається температура, при якій водяна пара, що знаходиться у повітрі, стає насиченою і починається конденсація (утворюється роса). Очевидно, що точка роси залежить від наявної кількості водяної пари в повітрі (абсолютної вологості). Чим менша вологість повітря, тим при нижчій температурі починається конденсація і випадає роса.

Методи вимірювання вологості повітря

Вологість повітря визначають двома методами: гігрометричним і психрометричним.

Гігрометричний метод вимірювання вологості повітря базується на використанні властивості обезжиреної людської волосини змінювати свою довжину при зміні вологості повітря.

Психрометричний метод вимірювання вологості повітря базується на використанні аспіраційного психрометра з електровентилятором (або механічним вентилятором). Цей прилад складається з двох однакових термометрів 1 і 2 (рис. 8.1.) і аспіраційної головки 3, в якій розміщений електродвигун з вентилятором, що обдуває повітрям резервуари термометрів. Термометри розміщені в циліндричних захисних металевих оправах 4 і 5, з’єднаних у верхній частині розширенням (аспіраційна головка). Для підключення двигуна вентилятора до електромережі слугує електрошнур з вилкою. Резервуар робочої рідини одного з термометрів обмотують батистовою тканиною, яку змочують водою за допомогою резинового балончика з піпеткою. При проходженні повітря біля резервуарів термометрів „сухий” термометр показує температуру оточуючого повітря, а „змочений” термометр показує нижчу температуру внаслідок процесу випаровування. Зниження температури відбувається до тих пір, доки не встановиться динамічна рівновага між втра- Рис. 8.1.

тами теплоти і її притоком із зовнішнього середовища.

Із рівності цих теплот не важко отримати робочу формулу для визначення абсолютної вологості повітря:

а , (3)

де а – абсолютна вологість повітря;

Е₁ – максимальна вологість повітря при температурі, яку показує „змочений” термометр;

А – стала психрометра (А = 6,63·10^-4), її значення залежить від швидкості руху повітря біля резервуара термометра та від конструкції приладу;

– температура „сухого” термометра;

– температура „змоченого” термометра;

р – атмосферний тиск.

Чим нижча вологість повітря, тим інтенсивніше відбувається випаровування і тим нижчу температуру показує „змочений” термометр, тобто тим більша різниця . Із формули (3) видно, що при цьому отримуємо менше значення а.

Чим більша вологість повітря, тим менша інтенсивність випаровування і менше зниження температури „змоченого” термометра, тобто менша різниця . В цьому випадку отримане за формулою (3) значення „ а ” більше.

При максимальній вологості випаровування не відбувається і температура змоченого термометра не знижується, тобто = 0. В цьому випадку із формули (3) маємо:

а = Е₁.