Влажность воздуха

Как вы знаете, более 70% поверхности Земли занимает вода. Также, различные живые организмы содержат не менее 50% воды. Влажность воздуха влияет на то, насколько интенсивно должен работать организм, чтобы поддерживать постоянную температуру. Водяные пары содержатся в атмосферном воздухе, и это содержание влияет на климат и на погоду в тех или иных регионах.

Недавно мы изучали насыщенный пар и выяснили, что чем больше испарений, тем больше становится плотность водяного пара и тем ближе он становится к насыщенному. Несмотря на то, что на Земле очень много водоемов, водяной пар далеко не всегда является насыщенным. Вместе с тем, в воздухе почти всегда содержится то или иное количество водяного пара. С этим связано понятие влажности воздуха.

Рассмотрим величины, характеризующие влажность воздуха. Одна из таких величин — это абсолютная влажность. Абсолютной влажностью воздуха называется плотность водяного пара в воздухе.

Соответственно, абсолютная влажность, как и любая другая плотность измеряется в кг/м³.

Вторая величина, характеризующая влажность воздуха — это парциальное давление водяного пара. Парциальным давлением называют давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали. Атмосферное давление складывается из парциальных давлений всех содержащихся в атмосфере газов. Таким образом, парциальное давление водяного пара является одним из показателей влажности воздуха. Парциальное давление измеряется в паскалях, хотя иногда используют миллиметры ртутного столба.

Миллиметры рутного столба часто используются в метеорологии и медицине. Это связано с тем, что в качестве рабочей жидкости в термометрах и барометрах часто используется ртуть. При нормальном давлении:

1 атм. = 760 мм рт. ст.

1 атм. =101325 Па

Таким образом, мы можем заключить, что

 Итак, чтобы определить влажность воздуха, нужно определить, насколько водяной пар, находящийся в воздухе близок к насыщению. Поэтому вводится понятие относительной влажности воздуха. Относительная влажность воздуха — это отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

Также, можно сказать, что относительная влажность воздуха — это отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара, выраженное в процентах:

Конечно же, для измерения влажности нужны приборы. Один из таких приборов — это конденсационный гигрометр.

В специальное отверстие наливают легко испаряющуюся жидкость (например, эфир или спирт). Далее, в это отверстие вставляют термометр. Через жидкость в отверстии прокачивается воздух. Жидкость начинает интенсивно испаряться, вследствие чего, ее температура понижается. В какой-то момент на зеркальце выступят маленькие капельки росы. Это будет означать, что пар стал насыщенным, а температура, которую показывает термометр, является точкой росы. С помощью специальных таблиц определяются плотность и давление насыщенного пара, соответствующие данной температуре.

Например, мы хотим определить относительную влажность воздуха при температуре 18 ^оС. Допустим, когда зеркальце гигрометра покрылось капельками, термометр показал 9 ^оС. Берем из таблицы давление насыщенного пара, соответствующее 9 ^оС и сравниваем его с давлением насыщенного пара, соответствующим 18 ^оС:

Аналогичным способом можно найти относительную влажность, соотнеся плотности насыщенных паров при различных температурах.

Другой вид гигрометра называется волосным.

Принцип его работы основан на том, что волос меняет свою длину в зависимости от влажности. В результате этого стрелка прибора отклоняется и показывает относительную влажность воздуха. Надо сказать, что волосной гигрометр не является достаточно точным, но, тем не менее, он может показать приблизительное значение относительной влажности воздуха.

Наконец, рассмотрим третий прибор для измерения относительной влажности, который называется психрометром.

Психрометр включает в себя два термометра, которые называют влажным и сухим. Дело в том, что резервуар одного из термометров окружен мокрой тканью. Опять же, при испарении жидкости происходит охлаждение, в результате чего, показания сухого термометра отличаются от показаний влажного. С помощью таблицы, которая называется психрометрической, определяется относительная влажность воздуха. Обратите внимание, что если показания сухого и влажного термометра одинаковы, то это значит, что относительная влажность воздуха достигла 100%. Иными словами, пар, находящийся в воздухе является насыщенным.

Пример решения задачи.

Задача. В некотором закрытом сосуде при температуре 10 ℃ относительная влажность воздуха равна 75%. В этом же сосуде при температуре 25 ℃, относительная влажность воздуха равна 28%. Найдите отношение давления насыщенного пара при температуре 25 ℃ к давлению насыщенного пара при температуре 10 ℃.