Лабораторная работа N09

Определение абсолютной и относительной влажности воздуха

Атмосферный воздух содержит некоторое количество водяных паров. Количество этих паров может меняться как по абсолютной величине, так и по степени насыщения, что характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютная влажность - количество водяного пара, содержащегося в 1м3 воздуха, выраженное в граммах. Кроме того, важно знать, близок или далек водяной пар, находящийся в воздухе, от состояния насыщения. Для этого вводится понятие относительной влажности.

Относительной влажностью воздуха r называется отношение абсолютной влажности к тому количеству пара, которое необходимо для насыщения 1 м3 воздуха при данной температуре. Эта величина равна отношению давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению Р насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:
(9.1)

Таким образом, относительная влажность характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Психрометрический метод определения абсолютной и относительной влажности

Оборудование: психрометр Августа, барометр, психрометрическая таблица, таблица насыщающих паров воздуха.

Обоснование метода

При испарении жидкость покидают самые быстрые молекулы, т.к. им легче всего преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия. В результате жидкость охлаждается. На поверхности жидкости всегда одновременно идут два процесса: испарение и конденсация. В насыщенном паре они уравновешены, и число молекул, покидающих жидкость, равно числу молекул, возвращающихся в нее.

Психрометр Августа состоит из двух термометров: одного - смоченного водой, другого - сухого. Определение влажности при помощи такого прибора основано на наблюдении скорости, с которой вода испаряется в окружающее пространство. Пусть температура влажного термометра t°1, а сухого, измеряющего температуру воздуха, t°2. Понижение температуры смоченного термометра, будет продолжаться до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие, при котором на испарение будет расходоваться столько теплоты, сколько ее будет получаться от окружающей среды. Для небольших разностей температур количество теплоты, полученное шариком смоченного термометра, пропорционально его поверхности s, разности температур между ним и окружающей средой (t°2 - t°1) , и времени , в течение которого происходит получение тепла, т.е.
(9.2)

Количество теплоты Q2, отдаваемое смоченным термометром, пропорционально скорости испарения v, и времени τ:

(9.3)

Скорость испарения v зависит от дефицита влажности окружающего воздуха и его динамического состояния. Дальтон получил формулу для подсчета скорости испарения:
(9.4)

где s- площадь поверхности, с которой происходит испарение, H - атмосферное давление в мм.рт.ст., Р - давление насыщенного пара при температуре испарения жидкости (см. табл.1), р - упругость паров, действительно находящихся в воздухе, с1- коэффициент пропорциональности, зависящий от динамического состояния воздуха.

Когда понижение температуры смоченного термометра не происходит, количество теплоты, отдаваемой шариком термометра, равно количеству теплоты, получаемого им за то же время, т.е.
(9.5)

Откуда
(9.6)

где c/c1к=А - постоянная, называемая постоянной психрометра. Для психрометра Августа А=0.0032, если t°1>0.
Таким образом:
(9.7)

Для вычисления р необходимо определить Р, которое находится по таблицам зависимости давления насыщенного пара от температуры.

Таблица 1

Зависимость давления насыщенного пара от температуры

t, C° P,мм.рт.ст. t, C° P,мм.рт.ст. t, C° P,мм.рт.ст.
-20 0.77 4 6.10 19 16.48
-10 1.95 5 6.54 20 17.54
-9 2.13 6 7.01 21 18.65
-8 2.32 7 7.51 22 19.83
-7 2.53 8 8.05 23 21.07
-6 2.76 9 8.61 24 22.38
-5 3.01 10 9.21 25 23.76
-4 3.28 11 9.84 26 25.21
-3 3.57 12 10.52 27 26.74
-2 3.88 13 11.23 28 28.35
-1 4.22 14 11.99 29 30.04
0 4.58 15 12.79 30 31.82
1 4.93 16 13.63 100 760
2 5.29 17 14.53 200 15.3 атм
3 5.69 18 15.48 374 219 атм

Ход работы

  1. Смочить водой марлю, которой обернут шарик термометра, и поставить под термометр чашечку с водой.
  2. Когда уровень ртути смоченного термометра перестанет опускаться, отсчитать показания термометра: t°1 - смоченного и t°2 - сухого. По барометру определить атмосферное давление Н, давление насыщенного пара Р определить по таблице 2. Полученные данные подставить в формулу (9.7) и найти упругость пара р. Отношение р/Р дает относительную влажность воздуха r. Умножив это отношение на 100, получим относительную влажность в % - см. формулу (9.1).
  3. Результаты опыта занести в таблицу:

Таблица 2

Результаты измерений влажности воздуха

Температура смоченного термометра
t°1, °C		 Температура сухого термометра
t°2, °C		 Давление насыщенного пара
P,мм.рт.ст.		 Атмосферное давление
H,мм.рт.ст.		 Упугость пара
p,мм.рт.ст.		 Относительная влажность
r, %
           

Контрольные вопросы

  1. Что такое абсолютная и относительная влажность, упругость паров?
  2. Как меняется температура жидкости при испарении. Почему?
  3. Какой пар называется насыщенным? Указать по изотерме реального газа области с насыщенным паром. Как зависит давление насыщенного пара от температуры?
  4. Как меняется масса жидкости, находящейся в контакте с паром, с течением времени, если пар а) насыщенный, в) ненасыщенный. Как меняется температура жидкости в этом случае?
  5. Что такое скрытая теплота испарения? Как она зависит от температуры?
  6. Как зависит температура смоченного термометра от относительной влажности? Почему?