Абсолютная влажность воздуха и ее измерение

Абсолютная влажность воздуха не является характеристикой состояния воздуха с точки зрения  степени его комфортности для всего живого. Всем знакомо ощущение излишней "сырости", появившейся в воздухе летним вечером после захода солнца, хотя абсолютная влажность, то есть плотность водяного пара в нем, еще не успела измениться. Дело в том, что мы ощущаем не количество водяного пара в воздухе, а степень его удаленности от состояния насыщения. А удаленность от насыщения зависит от температуры пара. Пар с давлением  при температуре  будет казаться более влажным (точка  А на рис.), чем тот же пар с тем же давлением  при температуре  (точка D).

По этой причине для характеристики влажности воздуха ввели еще одну физическую величину, называемую относительной влажностью, ее обозначили буквой  и приняли равной отношению (выраженному в процентах) абсолютной влажности к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре (см.рис.):

%  -- относительная влажность, соответствующая точке А.

Комфортная для человека относительная влажность воздуха находится в пределах от 50 % до 70 %. Но измерение влажности необходимо не только для создания хороших условий жизни человеку, но и для многих технологических процессов, и в метеорологии для предсказания погоды.

Наиболее точное измерение влажности осуществляют прибором, который называется психрометром. Психрометр (фото слева) состоит из двух термометров, один называют "сухим", другой - "влажным". Колбу "влажного" термометра обертывают кусочком гигроскопичной ткани (обычно батистовой), нижний конец которой опускают в пробирку с водой, чтобы поддерживать ткань в мокром состоянии. При точных измерениях эту ткань обдувают потоком воздуха для постоянного испарения влаги. Так как испарение воды понижает температуру воды, то влажный термометр показывает более низкую температуру, чем сухой. Если водяной пар в воздухе стал насыщенным (то есть количество молекул, вылетающих из мокрой ткани влажного термометра, равно количеству молекул, возвращающихся обратно), то понижения температуры влажного термометра не будет, мокрый термометр будет показывать такую же температуру, что и сухой. Влажность воздуха в этом случае будет равна 100 %.

Определив с помощью психрометра температуру сухого термометра и разность показаний сухого и влажного термометров, по специальным психрометрическим таблицам   находят относительную влажность воздуха.  

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Одной из важнейших характеристик сжатого воздуха, используемого в промышленности, пищевой индустрии, медицине и других отраслях, является влажность. Самое общее определение таково: влажность - это мера, характеризующая содержание водяных паров в воздухе (или другом газе). Данное определение, разумеется, не претендует на "наукоемкость", зато дает физическое понятие влажности.

На практике используются специальные параметры, характеризующие влажность воздуха: относительная влажность, точка росы, абсолютная влажность.

Абсолютная влажность - это величина, показывающая, какое количество паров воды содержится в заданном объеме воздуха. Это самое общее понятие, оно выражается в г/м3.

При очень низкой влажности газа используется такой параметр как влагосодержани, единица измерения которого ppm (parts per million частей на миллион). Это абсолютная величина, которая характеризует число молекул воды на миллион молекул всей смеси. Ppm - более универсальная величина, она не зависит ни от температуры, ни от давления. Это и понятно количество молекул воды не может увеличиваться или уменьшаться при изменениях давления и температуры.

Относительная влажность - это понятие, используемое, как правило, в метеорологии. Оно

определяется как отношение действительной влажности воздуха к его максимально возможной влажности. Другими словами, относительная влажность показывает, сколько еще влаги не хватает, чтобы при данных условиях окружающей среды началась конденсация. Данная величина характеризует степень насыщения воздуха водяным паром. Однако, относительная влажность неудобна для работы, так как она привязана к давлению, и к температуре газа. Более часто используется величина, называемая температурой точки росы.

Точка росы - это температура, при которой начинается процесс конденсации влаги. Практическое значение точки росы заключается в том, что оно показывает, какое максимальное количество влаги может содержаться в воздухе при указанной температуре. Действительно, фактическое количесгво воды, которое может удерживаться в постоянном объеме воздуха, зависит только от температуры. Понятие точки росы является наиболее удобным техническим параметром. Зная значение точки росы, мы можем утверждать, что количество влаги в заданном объеме воздуха не превысит определенного значения. Так, например, для точки росы +5°С количество влаги будет меньше или равно 6,86 г/ Влажность воздуха. Точка росы. Психрометр. Гигрометр

В результате испарения воды с многочисленных водоемов (морей, озер, рек и др.), а также с растительных покровов в атмосферном воздухе всегда содержится водяной пар. От количества водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит погода, самочувствие человека, функционирование многих его органов, жизнь растений, а также сохранность технических объектов, архитектурных сооружений, произведений искусств. Поэтому очень важно следить за влажностью воздуха, уметь измерять ее.

Водяной пар в воздухе обычно является ненасыщенным. Перемещение воздушных масс, обусловленное в конечном счете излучением Солнца, приводит к тому, что в одних местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация.

Воздух, содержащий водяные пары, называют влажным. Для характеристики содержания водяного пара в воздухе вводят ряд величин: абсо лютную влажность, упругость водяного пара и относительную влажность.

Абсолютной влажностью ρ воздуха называют величину, численно равную массе водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха (т.е. плотность водяного пара в воздухе при данных условиях).

Упругость водяного пара p -- это парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе.

В СИ единицами абсолютной влажности и упругости являются соответственно килограмм на кубический метр (кг/м3) и паскаль (Па).

Иногда используются внесистемные единицы грамм на кубический метр (г/м3) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

Абсолютная влажность и упругость водяного пара связаны между собой уравнением состояния

~pV = \frac mM RT \Rightarrow p = \frac{\rho}{M} RT

Если известна только абсолютная влажность или упругость водяного пара, еще нельзя судить, насколько сух или влажен воздух. Для определения степени влажности воздуха необходимо знать, близок или далек водяной пар от насыщения.

Относительной влажностью воздуха φ называют выраженное в процентах отношение абсолютной влажности к плотности ρ0 насыщенного пара при данной температуре (или отношение упругости водяного пара к давлению p0 насыщенного пара при данной температуре):

~\varphi = \frac{\rho}{\rho_0} \cdot 100% ; \varphi = \frac{p}{p_0} \cdot 100% .

Чем меньше относительная влажность, тем дальше пар от насыщения, тем интенсивнее происходит испарение. Давление насыщенного пара p0 при заданной температуре. Упругость водяного пара (а значит, и абсолютную влажность) определяют по точке росы.

Пусть при температуре t1 упругость водяного пара p1 Состояние пара на диаграмме р, t изобразится точкой А