Влажность воздуха

На прошлом уроке мы с вами изучали процессы парообразования и, в частности, процесс испарения жидкостей. Давайте вспомним, что испарением, называется процесс парообразования, происходящий со свободной поверхности жидкости.

А обратный процесс, то есть процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое, называют конденсацией.

Очевидно, что если в открытом сосуде процесс испарения идёт быстрее, чем процесс конденсации, то масса жидкости в сосуде уменьшается. Однако если мы с вами возьмём плотно закрытый сосуд, то сколько бы времени ни прошло, уровень жидкости в нём остаётся неизменным. Но это не означает, что в закрытом сосуде жидкость не испаряется. Испаряется, конечно. Просто из закрытого сосуда молекулы жидкости вылететь не могут.

Поэтому, полетав над жидкостью, многие из них возвращаются обратно в жидкость. То есть одновременно с испарением жидкости происходит и конденсация пара. А то, что уровень жидкости в закрытом сосуде остаётся неизменным, означает, что в таком сосуде процессы парообразования и конденсации идут с одинаковой скоростью. Говорят, что в этом случае наступает динамическое равновесие между жидкостью и паром.

Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называют насыщенным паром.

Как показали многочисленные опыты, давление и плотность насыщенного пара при данной температуре — это максимальные давление и плотность, которое может иметь пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью при этой температуре.

Если давление (или плотность) пара меньше давления (или плотности) насыщенного пара при той же температуре, то пар называют ненасыщенным.

Итак, как мы уже отмечали, процесс испарения может происходить при любой температуре. Это приводит к тому, что в атмосфере нашей планеты всегда присутствуют водяные пары.

И несмотря на огромные поверхности океанов, морей, озёр и рек (а вы только представьте: на Земле за год испаряется около 4,25 ∙ 10¹⁴ тонн воды), далеко не всегда водяной пар, находящийся в воздухе, является насыщенным. Перемещение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация. Но в воздухе практически всегда имеется некоторое количество водяного пара.

Так вот, воздух, содержащий водяной пар, называют влажным воздухом.

Для количественной характеристики содержания водяного пара в воздухе используется абсолютная и относительная влажность.

Абсолютной влажностью воздуха называют физическую величину, равную массе водяного пара, содержащегося в одном кубометре воздуха (по сути, это плотность водяного пара в воздухе при данных условиях).

Единицей абсолютной влажности воздуха в СИ является килограмм, делённый на кубический метр:

Например, когда говорят, что абсолютная влажность воздуха равна 5 г/м³, то имеют в виду, что масса водяного пара, содержащегося в одном кубическом метре воздуха равна 5 граммам.

Однако абсолютная влажность воздуха не позволяет нам судить о сухости или влажности воздуха в данных условиях (то есть насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению). Для оценки этого параметра и вводится понятие «относительная влажность».

Относительной влажностью воздуха называют величину, равную отношению плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного водяного пара при этой температуре:

Чем меньше относительная влажность, тем дальше пар от насыщения и тем интенсивнее происходит испарение. Значения плотности насыщенного водяного пара при разной температуре приведены в таблице.

Когда плотность водяного пара в воздухе равна плотности насыщенного пара при той же температуре, то говорят, что воздух насыщен водяными парами.

А температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.

Если количество водяного пара в воздухе больше, чем в насыщенном паре при данной температуре, то говорят, что воздух пересыщен водяными парами. Такое состояние воздуха является неустойчивым, поскольку в нём не может содержаться такое количество воды. Поэтому при малейшей возможности избыток воды конденсируется. Этот процесс лежит в основе образования тумана, облаков и дождя.

Для определения влажности воздуха и точки росы используются специальные приборы: гигрометры (от греческого слова «гигрос» — влажный) и психрометры (от греческого слова «психрос» — холодный).

Предположительно, первый гигрометр был изобретён геологом и ботаником швейцарского происхождения Орасом Бенедиктом де Соссюром в 1783 году. Его основным элементом был обезжиренный человеческий волос.

Один его конец крепился к раме, а второй — оборачивался вокруг ролика и соединялся с грузом, который поддерживал волос в натянутом состоянии. Когда повышалась влажность воздуха волос удлинялся, что приводило к вращению ролика, к которому крепилась стрелка прибора. Шкала такого гигрометра была проградуирована так, что по положению стрелки можно было определить относительную влажность воздуха.

А первый психрометр был изобретён в 1828 году немецким физиком Эрнстом Августом. Психрометр Августа состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них остаётся сухим, и он показывает температуру окружающего воздуха. Второй же термометр называется влажным, так как его резервуар окружён тканью, конец которой опущен в воду.

Чем ниже влажность воздуха, тем интенсивнее происходит испарение с поверхности влажного термометра. А мы уже знаем, что при испарении жидкости её температура понижается. Разность показаний сухого и влажного термометров служит мерой относительной влажности, которая определяется по специальным психрометрическим таблицам.

Так, например, пусть показание сухого термометра равно 15 ^оС, а влажного — 12 ^оС. Значит разность показаний равна 3 ^оС. В таблице находим строку, соответствующую показанию сухого термометра, и столбец, соответствующий разности температур.

Их пересечение и есть значение относительной влажности воздуха. В нашем случае она равна 71 %.

Вблизи поверхности Земли относительная влажность воздуха колеблется от 100 % (например, в тропических лесах), до 0,00002 % в Антарктиде.

Отметим, что наиболее комфортная влажность воздуха для человека колеблется в пределах 40—60 %. Если влажность воздуха опускается ниже 40 %, то воздух считает сухим. А если превышает 80 % — то влажным.