в чем выражается влажность воздуха

Молекулярная физика. Влажность воздуха.

Влажность воздуха — это содержание в воздухе водяного пара.

Окружающий нас атмосферный воздух вследствие непрерывного испарения воды с поверхности океанов, морей, водоемов, влажной почвы и растений всегда содержит в себе водяные пары. Чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения. С другой стороны, чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его насыщения.

В зависимости от количества водяных паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух бывает различной степени влажности.

Количественная оценка влажности.

Для того чтобы количественно оценить влажность воздуха, пользуются, в частности, поняти­ями абсолю­тной и относительной влажности.

Относительная влажность воздуха φ — это отношение абсолютной влажности воздуха ρ к плотности ρ₀ насыщенного пара при той же температуре. Относительную влажность выражают в процентах:

.

Концентрация пара связана с давлением (p₀ = nkT), поэтому относительную влажность можно определить как процентное отношение парциального давления p пара в воздухе к давлению p₀ насыщенного пара при той же температуре:

.

Под парциальным давлением понимают давление водяного пара, которое он производил бы, если бы все другие газы в атмосферном воздухе отсутствовали.

Если влажный воздух охлаждать, то при некоторой температуре находящийся в нем пар мож­но довести до насыщения. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться в виде росы.

Источник

Влажность воздуха

В воздухе всегда содержится водяной пар, даже при отрицательных температурах. Измеряя количество пара, мы будем получать информацию о влажности воздуха.

Чем выше температура, тем больше паров воды сможет удерживать воздух. Конечно, если добавить в воздух этот водяной пар.

Используют два показателя влажности — абсолютную и относительную влажность.

Что такое парциальное давление

Воздух – это смесь газов. Больше всего в нем содержится азота – 78 процентов. Так же, содержится кислород в виде молекул \(O_<2>\) и \(O_<3>\) — озона, он составляет 21 процент. Остальные газы, среди них инертные газы и углекислый газ, составляют 1 процент. Давление воздуха складывается из давлений каждого входящего в воздух газа.

Поясним это на простом примере. Рассмотрим емкость, например – обычную трехлитровую стеклянную банку для консервации. Когда в банке нет съестных припасов, ее объем целиком занимает воздух. Давление воздуха в банке будет равно атмосферному давлению. Закупорим банку крышкой. Предположим, у нас имеется возможность отдельно отфильтровать из воздуха каждый газ.

Будем проводить такой опыт:

Проделав такой опыт несколько раз, мы получим парциальные давления всех газов, из которых состоит воздух.

Примечания:

Связь общего давления и парциальных давлений всех газов смеси с помощью математики можно описать так:

\(\large P_<\text<общ>> \left(\text <Па>\right) \) – давление смеси газов (общее давление);

\(\large P_ <1>\left(\text <Па>\right) \) – парциальное давление первого газа;

\(\large P_ <2>\left(\text <Па>\right) \) – парциальное давление второго газа;

Каждый газ создает свой вклад в общее давление смеси. Этот вклад называют парциальным давлением газа.

Если сложить парциальные давления всех газов, получим давление воздуха, которое мы измерили в начале эксперимента, перед тем, как начать откачивать газы из банки.

В каких единицах измеряют абсолютную влажность

Каждая молекула имеет массу. Чем больше молекул пара, тем больше масса пара в каждом кубометре воздуха.

Масса в объеме – это плотность. Поэтому, абсолютную влажность указывают с помощью плотности водяного пара.

Плотность пара связана с его парциальным давлением. Чем больше плотность пара, тем больше его парциальное давление. Поэтому, абсолютную влажность можно указывать, так же, с помощью парциального давления водяного пара.

Чем больше молекул пара в каждом кубометре воздуха, тем больше абсолютная влажность.

В каких единицах измеряют относительную влажность

Степень увлажненности воздуха зависит от того, близок или далек водяной пар, находящийся в воздухе, от состояния насыщения. Если пар близок к насыщению, относительная влажность высокая. А если пар от насыщения далек – относительная влажность низкая.

Относительную влажность принято измерять в процентах, так как относительные величины мы описываем с помощью дроби.

Важно! Измерьте сначала температуру воздуха, а затем измеряйте его относительную влажность!

Примечание: Относительная величина – значит, дробная. Процент – это дробь, у которой в знаменателе находится число 100.

Формула для вычисления относительной влажности воздуха

В числителе – плотность пара, которая имеется в момент измерения.

В знаменателе – максимальная плотность пара, соответствующая имеющейся температуре (то есть, плотность насыщенного пара).

Если плотность пара максимальная – то пар называют насыщенным. Чем выше температура, тем больше максимальная плотность пара.

\( \large \varphi \) – относительная влажность;

\(\large \rho_ <0>\left( \frac<\text<кг>><\text<м>^<3>>\right) \) – измеренная плотность водяного пара в воздухе, т. е. абсолютная влажность;

\(\large \rho_ \left( \frac<\text<кг>><\text<м>^<3>>\right) \) – максимальная плотность водяного пара в воздухе, которая может быть при измеренной температуре, т. е. плотность насыщенного пара;

Иногда формулу удобнее записывать в таком виде:

\[\large \boxed < \rho_<0>= \varphi \cdot \rho_ >\]

Что такое точка росы

Если охлаждать влажный воздух, то можно довести пар, находящийся в воздухе до насыщения. При этом, можно заметить, как на гладких поверхностях появится роса. Появление росы будет происходить при некоторой температуре. Такую температуру называют точкой росы.

Точка росы – это температура, при которой относительная влажность становится равна 100%. При этой температуре из воздуха конденсируется влага: выпадает роса, идет дождь, или, к примеру, запотевает стекло.

Приборы для измерения влажности

Приборы, с помощью которых можно измерять влажность, называют гигрометрами. Есть несколько типов таких приборов: волосные, конденсационные, психрометрические.

Волосной гигрометр

В волосном гигрометре используют свойство волоса изменять свою длину при изменении влажности. Чем больше влажность воздуха, тем длиннее становится волос. Обычно используют волосок из конской гривы, либо длинный человеческий волос. Один конец волоса закреплен на корпусе прибора, а другой прикрепляется к стрелке (рис. 1). По шкале прибора можно определить относительную влажность воздуха.

Конденсационный гигрометр

Конденсационный гигрометр по точке росы помогает определить абсолютную влажность воздуха.

Сначала определяют точку росы с помощью встроенного в прибор термометра. Затем, по таблице, содержащей плотность и парциальное давление водяного пара при различных температурах, определяют абсолютную влажность воздуха.

При известной температуре воздуха и абсолютной влажности можно дополнительно вычислить относительную влажность воздуха.

Устройство конденсационного гигрометра представлено на рисунке 2.

В небольшую металлическую коробку, встроена трубка с грушей и термометр. Передняя тонкая стенка коробки отполирована, чтобы на ней удобнее было наблюдать конденсацию капелек воды. Металлическое кольцо, придающее жесткость тонкой передней стенке, прикреплено через прокладку для теплоизоляции.

Используют прибор так: Наливают в коробку быстро испаряющуюся жидкость (спирт, эфир и т. п.), и продувают грушей воздух через коробку. Тем самым, вызывают быстрое испарение жидкости и понижение температуры в коробке. При этом на полированной передней стенке коробки появляется роса. А термометр позволяет измерить температуру, при которой роса конденсировалась. Появление росы говорит о том, что пар стал насыщенным.

Абсолютную влажность воздуха определяют по таблице, в которой содержится плотность и парциальное давление водяного пара при различных температурах.

Психрометрический гигрометр

Такой прибор для измерения относительной влажности сокращенно называют психрометром. Он состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных на держателе (рис. 3). Нижняя часть одного из термометров погружена в небольшую емкость, содержащую несколько миллилитров воды. Обычно на корпус этого прибора наносят психрометрическую таблицу. Благодаря этой таблице, считав показания двух термометров, можно определить относительную влажность воздуха.

Самодельный психрометр

Чтобы изготовить самодельный психрометр, нужно взять два одинаковых бытовых спиртовых термометра.

В нижней части каждого термометра присутствует шарик с жидкостью. Эта жидкость расширяется при возрастании температуры. Излишки жидкости из шарика поднимаются по тонкой трубке, рядом с которой нанесены деления температурной шкалы. Обычно в качестве такой жидкости используют подкрашенный спирт (спиртовой термометр), или ртуть (ртутный термометр).

Шарик одного из термометров нужно обернуть кусочком ваты, или небольшой тряпочкой, смоченной водой комнатной температуры. Этот термометр договоримся называть «влажным».

Со вторым термометром ничего делать не нужно. Этот термометр будем называть «сухим».

Расположим эти термометры неподалеку один от другого. Спустя несколько минут самодельный психрометр будет готов к измерениям влажности.

Нам известно, что температура жидкости уменьшается при испарении (ссылка). Поэтому, показания влажного термометра всегда будут меньше показаний сухого термометра. Чем суше воздух, тем больше будет разница между показаниями термометров. Потому, что в сухом воздухе скорость испарения (ссылка) воды возрастает.

Запишем показания сухого и влажного термометров. Относительную влажность воздуха можно найти с помощью психрометрической таблицы.

Что такое психрометрическая таблица

В психрометрической таблице (рис. 4. и рис. 5) содержатся значения относительной влажности воздуха. Эти значения связаны с показаниями сухого термометра и разностью показаний сухого и мокрого термометров.

Наличие водяного пара в воздухе влияет на скорость испарения. Чем выше температура и чем меньше пара в воздухе, — тем быстрее испаряется вода, — тем больше разница между показаниями сухого и мокрого термометров.

Таблица — зависимость плотности насыщенного пара от температуры

В этой таблице (рис. 6 и рис. 7) содержатся плотность и парциальное давление водяного пара при различных значениях температуры. С помощью такой таблицы, зная абсолютную влажность и температуру воздуха, можно вычислить относительную влажность.

Абсолютную влажность воздуха обычно указывают с помощью плотности водяного пара.

Сказка о маленьком волшебнике и волшебном ведерке

Понятие влажности воздуха легко пояснить с помощью сказки.

В некотором царстве жил да был маленький волшебник. Звали его Воздухом. И было у него волшебное ведерко.

Волшебство заключалось в том, что размеры ведерка зависели от температуры. Чем выше температура, тем больше становилось ведерко, увеличиваясь в размерах.

Примечание: При такой аналогии абсолютная влажность – это количество воды, налитой в ведерко. А относительная влажность – это доля, которую занимает налитая вода по отношению ко всему объему ведерка.

Предположим, что при некоторой температуре объем ведра — 10 литров. Нальем в ведерко 5 литров воды. Это половина ведра, то есть, относительная влажность составит 50%. Так как 5/10 = 0,50 = 50%

Количество налитой воды не изменяем, значит, масса и объем воды не изменяется.

Допустим, температура возросла. Размеры ведерка будут увеличиваться с ростом температуры. Предположим, что ведерко увеличилось настолько, что теперь его объем составляет 15 литров.

Значит, теперь относительная влажность будет равна

Если абсолютная влажность не изменяется, когда температура растет, относительная влажность уменьшается.

Предположим теперь, что температура понизилась. Значит, объем (размеры) ведерка уменьшится. Если, например, объем ведерка уменьшится до 8 литров, то относительная влажность составит

То есть, абсолютная влажность не изменилась, а относительная возросла.

Если абсолютная влажность не изменяется, когда температура падает, относительная влажность растет.

При дальнейшем понижении температуры объем ведерка продолжит уменьшаться. При некоторой температуре может случиться так, что объем уменьшившегося ведерка совпадет с объемом налитой воды.

Предположим, объем ведерка уменьшится до 5 литров. И количество воды в ведерке – так же, равняется 5 литрам. Относительная влажность при этом составит 100%.

Температура, при которой размеры ведерка будут совпадать с количеством налитой воды, называется точкой росы.

Если температура продолжит падать, волшебное ведерко продолжит уменьшаться. Излишки воды при этом будут проливаться. Мы говорим в таких случаях: «выпадают осадки», или «идет дождь».

Примечание: Относительная влажность не может превышать 100%. Когда относительная влажность равна 100%, излишки водяного пара из воздуха конденсируются, при этом выпадают осадки – дождь, или роса.

Для чего контролировать влажность воздуха

Измерять и контролировать уровень влажности воздуха необходимо в самых разнообразных ситуациях:

Источник

Что такое влажность воздуха? Как правильно измерять влажность? Давление водяного пара. Таблицы и примеры расчета

Измерение влажности

Здесь и далее мы будем говорить о влажности воздуха и газов. В отличие от температуры, с определением и физическим пониманием влажности проблем нет. Это количество воды, содержащееся в единице объёма воздуха. Но мы столкнулись в своей работе с тем, что люди, занимающиеся профессионально измерениями не чувствуют этот физический параметр и соответственно не могут провести элементарные расчёты и объяснить многие явления связанные с влажностью. Связано это во многом с тем, что в отличие от температуры мы не ощущаем влажность так явно (См. статью: Что такое температура? Как правильно измерять температуру? Что выбрать: термосопротивление или термопару? Советы по применению.). Представьте, что вы вышли зимним утром из дома. Какая температура на улице, вы сможете сказать с точностью 3…5⁰С, а вот вопрос, какая сейчас относительная влажность, поставит вас в тупик. В то же время влажность воздуха является очень важным параметром, непосредственно влияющим на самочувствие и работоспособность человека. Очень важно знать и поддерживать определённую влажность во многих отраслях промышленности и сельском хозяйстве.

Что такое влажность воздуха

Из определения вытекает, что над поверхностью воды относительная влажность воздуха равна 100 %. И обратно, при 100%-ой влажности воздуха наблюдается конденсация влаги. Давление насыщенного водяного пара растёт при увеличении температуры. Если в изолированном помещении со 100%-ой влажностью повысить температуру, то относительная влажность резко снизится.

Ниже приведены выражения для расчёта давления насыщенного водяного пара над поверхностью воды Psw и льда Psi в зависимости от температуры:

Значения давления насыщенного пара над поверхностью воды (Рsw) и льда (Рsi)

Т,°C

psw, Па

psi, Па

Т,°C

psw, Па

psi, Па

Т,°C

Источник

Абсолютная и относительная влажность воздуха — как их рассчитать и как влажность влияет на погоду и самочувствие

Влажность воздуха (ВВ) — показатель, который определяет количество воды в воздухе.

Влажность воздуха

Абсолютно сухого воздуха в природе практически не встречается. В воздухе всегда присутствует некая толика воды, которая, как правило, находится в газообразном состоянии.

Водяной пар попадает в воздух через испарение воды с различных поверхностей. Большая часть влаги в атмосферу испаряется с поверхности океанов, морей … и растений.

Влажность воздуха — это величина определяющая количество воды в воздухе. Влажность воздуха может быть выражена как в абсолютных величинах — Абсолютная влажность воздуха или Absolute humidity (AH), так и в относительных — Относительная влажность воздуха или Relative humidity (RH).

Состав сухого воздуха

Вначале разберёмся с составом сухого воздуха, т. е. с воздухом который не содержит влаги вообще.

Сухой воздух, в большей своей части, содержит азот (N₂) 72% и кислород (O₂) 21%. Остальная часть содержит разнообразные газы в относительно небольших объёмах.

Абсолютная влажность воздуха или Absolute humidity (AH) — что это …

Влажный воздух получается в результате попадания в сухой воздух влаги в виде водяного пара.

Так например, для температуре 30 °C абсолютная ВВ может колебаться от 0 до 30 грамм на метр кубический.

Формула абсолютной влажности — как рассчитывается AH воздуха

Как вы уже могли догадаться абсолютная ВВ рассчитывается по такой формуле:

AH = M / V

Где, AH — абсолютная влажность, M – масса водяного пара, V – объём воздуха.

Единицы измерения абсолютной влажности: СИ — кг/м³ ; СГС — г/см³.

Где, СИ — международная система измерений, а СГС — абсолютная физическая система единиц (сантиметр-грамм-секунда), которая активно использовалась до утверждения СИ.

Количество воды в объёме воздуха имеет свои предельные значения. При достижении предельных значений происходит насыщение и водяной пар переходит в жидкое состояние воды — водяной пар конденсируется в малые капельки воды. Этот процесс в природе мы можем наблюдать, например, в виде тумана или росы на поверхности каких либо тел.

Момент конденсации, после достижения предельных значений, называется точкой росы. Предельные значения массы воды в воздухе зависит от температуры окружающей среды. Чем ниже температура воздуха, тем меньше воды он может содержать до момента насыщения или точки росы.

Относительная влажность воздуха или Relative humidity (RH) — что это …

Как было сказано выше, количество воды, которое воздух способен поглощать и удерживать зависит от температуры воздуха. Т. е. каждой конкретной температуре воздуха соответствует определённое максимальное количество водяного пара которое может в нём присутствовать. Эта величина называется — плотность насыщенного пара, воздух соответственно называется насыщенным.

Относительная влажность воздуха — это величина, которая определяется как отношение абсолютной влажности к её максимально возможному значению при той же температуре — предельное значение абсолютной влажности (точка росы). Чем ниже относительная влажность, тем воздух более сухой.

Формула относительной влажности воздуха — как рассчитывается RH воздуха

Относительная влажность воздуха рассчитывается по такой формуле, и измеряется в процентах:

RH = AH / maxAH x100%

Где, RH — относительная влажность воздуха, AH — абсолютная влажность воздуха, maxAH – предельная абсолютная ВВ для определённой температуры (точка росы).

Точка росы

Ещё раз остановимся на таком важном значении как точка росы.

Точка росы — это определённое соотношение температуры и влажности воздуха, когда вода переходит из газообразного состояния в жидкое — или, иначе говоря, водяной пар конденсируется. При этом выделяется тепло, которое замедляет понижение температуры, если таковое происходит.

Это значение весьма важно для многих аспектов жизни человека и в том числе в метеорологии. Напомним, что метеорология — это наука изучающая погоду. Метеорологам её важно знать, в том числе, для прогнозирования осадков. Метеорологи, зная прогнозируемую температуру воздуха для определённого региона и другие необходимые метеорологические параметры, могут прогнозировать вероятность осадков. При этом необходимо понимать — 100% относительная влажность ещё не означает, что обязательно будут осадки.

Влажность и метеорология — несколько простых примеров

Приведем несколько простых примеров, которые покажут как ВВ может помочь нам ориентироваться в окружающем мире.

Влажность воздуха и погода в народных приметах

Влажность воздуха и самочувствие человека

Отметим, что ВВ является весьма важным фактором для самочувствия и комфортности окружающей среды для человека.

Например, существует такой термин — ИНДЕКС ТЕПЛА, который говорит о том, что одна и та же температура может ощущаться человеком по разному в зависимости от параметров окружающей среды. То есть, при одной и той же температуре, человеку может быть, по ощущениям, или холоднее или теплее, в зависимости от других метеорологических параметров. Чем выше ВВ тем выше по ощущению температура окружающей среды, чем ниже влажность тем ниже.

Заключение

Исходя из выше сказанного, можем сказать, что каждый человек должен понимать суть абсолютной и относительной влажности. Это поможет принимать более правильные решения при прогнозировании погоды, создавать комфортный микроклимат у себя дома и заботиться о своём здоровье.

Источник

Влажность воздуха

Влажность воздуха.

Влажность воздуха – это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли. Это одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата, влияющих на человека, другие живые организмы и технологические процессы.

Влажность воздуха:

Влажность воздуха – это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли.

Влажность воздуха – это одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата, влияющих на человека, другие живые организмы и технологические процессы.

Основными характеристиками влажного воздуха являются:

– абсолютная влажность воздуха (или плотность водяного пара в воздухе).

– относительная влажность воздуха .

Абсолютная влажность воздуха:

Абсолютная влажность воздуха (f) – это количество водяного пара (в единицах массы), фактически содержащегося в 1 м³ воздуха.

Иными словами, абсолютная влажность воздуха – это плотность водяного пара в воздухе.

Обычно используемая единица абсолютной влажности – грамм на метр кубический, г/м³.

Абсолютная влажность воздуха определяется по формуле:

m – масса водяного пара, содержащегося в определенном объёме воздуха,

Количество водяного пара измеряется в единицах массы – в килограммах или граммах. Но для удобства определения абсолютной влажности воздуха и небольшого количества содержащегося в воздухе пара количество водяного пара измеряется в граммах.

Содержание водяного пара у земной поверхности в среднем колеблется между сотыми долями процента по массе в полярных широтах и до 2,6% у экватора.

Относительная влажность воздуха:

Относительная влажность воздуха (φ) – это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре.

Относительная влажность обычно выражается в процентах.

Относительная влажность воздуха – величина, показывающая насколько далек пар от насыщения.

Относительная влажность воздуха – это также отношение фактического давления водяного пара, содержащегося в воздухе (т.н. парциальное давление водяного пара или упругость водяного пара), к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, выраженное в процентах

Относительная влажность воздуха определяется по формуле:

f – плотность водяного пара (абсолютная влажность) при данной температуре в г/м³,

f_max – плотность насыщенного водяного пара (максимальная абсолютная влажность) при данной температуре в г/м³.

Относительная влажность воздуха очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85 % и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы. Низкие значения относительной влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50 % и ниже).

Максимальная абсолютная влажность:

Максимальная абсолютная влажность воздуха для различных температур составляет:

Максимальная абсолютная влажность воздуха показывает максимальное возможное (предельное) количество водяного пара, которое может содержаться в единице объема воздуха при определенной температуре.

Из представленной таблицы видно, что при более высокой температуре воздух способен содержать больше водяного пара, чем при низкой.

Источник