Основные теоретические сведения. В состав атмосферы входит водяной пар

В состав атмосферы входит водяной пар. Для количественной характеристики влажности воздуха пользуются понятиями абсолютной и относительной влажности.

Абсолютной влажностью воздуха называется физическая величина, численно равная массе водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха при данной температуре. Обычно абсолютную влажность обозначают ρ и выражают в граммах на метр кубический (г/м³). В зависимости от условий, абсолютная влажность воздуха может принимать значения от 0 до ρ_н, где ρ_н – абсолютная влажность воздуха, насыщенного при данной температуре водяным паром. Водяной пар, находящийся в атмосфере, создает определенное давление. Поэтому об абсолютной влажности воздуха можно судить по величине парциального давления пара, находящегося в воздухе. Абсолютная влажность воздуха измеряется в этом случае в паскалях (Па). Массу водяного пара, насыщающего 1 м³ воздуха (ρ_н), и соответствующее парциальное давление при некоторых температурах можно отыскать в справочниках по физике.

Под относительной влажностью (r) понимают отношение абсолютной влажности (ρ) к количеству пара в 1 м³, насыщающего воздух при данной температуре, т.е.

(1)

Относительную влажность воздуха можно выразить и через парциальное давление (упругость):

(2)

где p – парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре;

p_н – парциальное давление насыщенного пара.

Парциальное давление – это давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре.

Влажность воздуха измеряется приборами, которые называются гигрометрами и психрометрами.

Обоснование метода

Психрометрический метод определения влажности основан на зависимости скорости испарения воды от влажности окружающего воздуха. Практически это осуществляется так: берутся два совершенно одинаковых термометра – «сухой» и «влажный», которые закреплены на одном основании. Резервуар «влажного» термометра обертывается кусочком батиста, который смачивается водой. Благодаря хорошей гигроскопичности батиста, вся его поверхность становится увлажненной. Этим достигается то, что с поверхности резервуара термометра будет происходить непрерывное испарение воды. Чем суше воздух, тем интенсивнее испаряется вода из влажной ткани и тем ниже ее температура. Зная показания «сухого» (t) и «влажного» (t₁) термометров, можно оценить относительную влажность воздуха по специальным психрометрическим таблицам.

Подсчитаем приход и расход тепла для резервуара «влажного» термометра. Очевидно, что количество тепла Q₁, теряемого резервуаром термометра за единицу времени, будет равно

Q₁ = ∙М, (4)

где – удельная теплота испарения воды;

М – масса воды, испаряющейся в течение одной секунды с поверхности резервуара термометра, которая может быть определена по формуле Дальтона:

(5)

где S – площадь испаряющей поверхности;

p_н – парциальное давление насыщающего водяного пара при температуре испаряющейся жидкости (т.е. при температуре «влажного» термометра t₁);

p – парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе;

H – величина атмосферного давления;

k – коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от скорости движения воздуха вблизи резервуара термометра.

Подставляя формулу (5) в уравнение (4) получим:

(6)

С другой стороны, благодаря возникшей разности температур между резервуаром «влажного» термометра и окружающей его средой, к резервуару термометра в течение 1 секунды будет поступать количество тепла Q₂, которое можно подсчитать по формуле Ньютона:

(7)

где а – коэффициент пропорциональности;

S – площадь поверхности термометра, обернутая батистом;

t – температура окружающей среды;

t₁ – температура «влажного» термометра.

Рис. Психрометр Августа

В случае теплового равновесия Q₁ будет равно Q₂, а температура «влажного» термометра не изменяется, несмотря на продолжающееся испарение. В этом случае

(8)

Отсюда, обозначая , получим так называемую психрометрическую формулу Реньо: (9)

Подставляя найденное выражение для р в уравнение (2), находим формулу для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометра: (10)

Имеется несколько разновидностей психрометров. Наиболее часто используется психрометр Августа (стационарный) и психрометр Ассмана (вентиляционный или аспирационный). Принцип действия обоих психрометров один и тот же.

Психрометр Августа состоит из двух одинаковых термометров (рис.) Т₁ и Т₂, резервуар одного из которых обмотан батистом М и помещен в стеклянную трубку С. Для определения относительной влажности воздуха по формуле (10) достаточно измерить температуру t «сухого» термометра, температуру t₁ «влажного» термометра и величину атмосферного давления H. Величина p_н может быть найдена для температуры t₁ по специальной таблице(прил. 11).

Поиск по сайту: