Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха

1. Насыщенный пар, влажность воздуха

Се­го­дняш­ний урок мы по­свя­тим об­суж­де­нию та­ко­го по­ня­тия, как влаж­ность воз­ду­ха, и ме­то­дам ее из­ме­ре­ния. Ос­нов­ным яв­ле­ни­ем, вли­я­ю­щим на влаж­ность воз­ду­ха, будет про­цесс ис­па­ре­ния воды, о ко­то­ром мы уже го­во­ри­ли ранее, а важ­ней­шим по­ня­ти­ем, ко­то­рое мы будем ис­поль­зо­вать, будет яв­лять­ся на­сы­щен­ный и нена­сы­щен­ный пар.

Если вы­де­лять раз­лич­ные со­сто­я­ния пара, то они будут опре­де­лять­ся тем, в каком вза­и­мо­дей­ствии пар на­хо­дит­ся со своей жид­ко­стью. Если пред­ста­вить, что неко­то­рая жид­кость на­хо­дит­ся в за­кры­том со­су­де и про­ис­хо­дит про­цесс ее ис­па­ре­ния, то рано или позд­но этот про­цесс при­дет к со­сто­я­нию, когда ис­па­ре­ние в рав­ные про­ме­жут­ки вре­ме­ни будет ком­пен­си­ро­вать­ся кон­ден­са­ци­ей и на­сту­пит так на­зы­ва­е­мое ди­на­ми­че­ское рав­но­ве­сие жид­ко­сти со своим паром.

Опре­де­ле­ние. На­сы­щен­ный пар – это пар, на­хо­дя­щий­ся в тер­мо­ди­на­ми­че­ском рав­но­ве­сии со своей жид­ко­стью. Если же пар не на­сы­щен­ный, то та­ко­го тер­мо­ди­на­ми­че­ско­го рав­но­ве­сия нет.

С по­мо­щью этих двух по­ня­тий мы и будем опи­сы­вать такую важ­ную ха­рак­те­ри­сти­ку воз­ду­ха, как влаж­ность.

Опре­де­ле­ние. Влаж­ность воз­ду­ха – со­дер­жа­ние в воз­ду­хе во­дя­но­го пара.

Воз­ни­ка­ет во­прос, по­че­му же по­ня­тие влаж­но­сти яв­ля­ет­ся важ­ным для рас­смот­ре­ния, и каким об­ра­зом во­дя­ные пары по­па­да­ют в воз­дух? Из­вест­но, что боль­шую часть по­верх­но­сти Земли за­ни­ма­ет вода (Ми­ро­вой океан), с по­верх­но­сти ко­то­рой непре­рыв­но про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние (рис. 1). Без­услов­но, в раз­лич­ных кли­ма­ти­че­ских зонах ин­тен­сив­ность этого про­цес­са раз­лич­на, что за­ви­сит от сред­не­су­точ­ной тем­пе­ра­ту­ры, на­ли­чия вет­ров и т. п. Эти фак­то­ры обу­слав­ли­ва­ют тот факт, что в опре­де­лен­ных ме­стах про­цесс па­ро­об­ра­зо­ва­ния воды более ин­тен­си­вен, чем ее кон­ден­са­ция, а в неко­то­рых – на­о­бо­рот. В сред­нем же, можно утвер­ждать, что пар, ко­то­рый об­ра­зу­ет­ся в воз­ду­хе, не яв­ля­ет­ся на­сы­щен­ным, и его свой­ства необ­хо­ди­мо уметь опи­сы­вать.

Рис. 1.

Для че­ло­ве­ка ве­ли­чи­на влаж­но­сти яв­ля­ет­ся очень важ­ным па­ра­мет­ром окру­жа­ю­щей среды, т. к. наш ор­га­низм очень ак­тив­но ре­а­ги­ру­ет на ее из­ме­не­ния. На­при­мер, такой ме­ха­низм ре­гу­ля­ции функ­ци­о­ни­ро­ва­ния ор­га­низ­ма, как по­то­от­де­ле­ние, на­пря­мую вза­и­мо­свя­зан с тем­пе­ра­ту­рой и влаж­но­стью окру­жа­ю­щей среды: при вы­со­кой влаж­но­сти про­цес­сы ис­па­ре­ния влаги с по­верх­но­сти кожи прак­ти­че­ски ком­пен­си­ру­ют­ся про­цес­са­ми ее кон­ден­са­ции и на­ру­ша­ет­ся отвод тепла от ор­га­низ­ма, что при­во­дит к на­ру­ше­ни­ям тер­мо­ре­гу­ля­ции; при низ­кой влаж­но­сти про­цес­сы ис­па­ре­ния влаги пре­ва­ли­ру­ют над про­цес­са­ми кон­ден­са­ции и ор­га­низм те­ря­ет слиш­ком много жид­ко­сти, что может при­ве­сти к обез­во­жи­ва­нию.

Ве­ли­чи­на влаж­но­сти важна не толь­ко для че­ло­ве­ка и дру­гих живых ор­га­низ­мов, но и для про­те­ка­ния тех­но­ло­ги­че­ских про­цес­сов. На­при­мер, из-за из­вест­но­го свой­ства воды про­во­дить элек­три­че­ский ток, ее со­дер­жа­ние в воз­ду­хе может се­рьез­но вли­ять на кор­рект­ную ра­бо­ту боль­шин­ства элек­тро­при­бо­ров.

Кроме того, по­ня­тие влаж­но­сти яв­ля­ет­ся важ­ней­шим кри­те­ри­ем оце­ни­ва­ния по­год­ных усло­вий, что всем из­вест­но из про­гно­зов по­го­ды. Стоит от­ме­тить, что если срав­ни­вать влаж­ность в раз­лич­ные вре­ме­на года в при­выч­ных для нас кли­ма­ти­че­ских усло­ви­ях, то она выше летом и ниже зимой, что свя­за­но, в част­но­сти, с ин­тен­сив­но­стью про­цес­сов ис­па­ре­ния при раз­лич­ных тем­пе­ра­ту­рах.

2. Абсолютная влажность воздуха

Чем же ха­рак­те­ри­зу­ет­ся влаж­ность воз­ду­ха? Эта ве­ли­чи­на, пре­жде всего, ха­рак­те­ри­зу­ет­ся плот­но­стью во­дя­но­го пара, ко­то­рый в нем со­дер­жит­ся. Воз­дух яв­ля­ет­ся со­став­ным газом, в нем со­дер­жит­ся мно­же­ство раз­лич­ных газов и в том числе во­дя­ной пар. Для оце­ни­ва­ния его ко­ли­че­ства в воз­ду­хе необ­хо­ди­мо опре­де­лить, какую массу имеют во­дя­ные пары в опре­де­лен­ном вы­де­лен­ном объ­е­ме – такую ве­ли­чи­ну ха­рак­те­ри­зу­ет плот­ность. Плот­ность во­дя­но­го пара в воз­ду­хе на­зы­ва­ют аб­со­лют­ной влаж­но­стью.

Опре­де­ле­ние. Аб­со­лют­ная влаж­ность воз­ду­ха – ко­ли­че­ство влаги, со­дер­жа­щей­ся в одном ку­би­че­ском метре воз­ду­ха.

Обо­зна­че­ние аб­со­лют­ной влаж­но­сти:  (как и обык­но­вен­ное обо­зна­че­ние плот­но­сти).

Еди­ни­цы из­ме­ре­ния аб­со­лют­ной влаж­но­сти:  (в СИ) или  (для удоб­ства из­ме­ре­ния неболь­шо­го со­дер­жа­ния паров воды в воз­ду­хе).

Фор­му­ла вы­чис­ле­ния аб­со­лют­ной влаж­но­сти:

Обо­зна­че­ния:

 масса пара (воды) в воз­ду­хе, кг (в СИ) или г;

 объем воз­ду­ха, в ко­то­ром ука­зан­ная масса пара со­дер­жит­ся, .

С одной сто­ро­ны, аб­со­лют­ная влаж­ность воз­ду­ха яв­ля­ет­ся по­нят­ной и удоб­ной ве­ли­чи­ной, т. к. дает пред­став­ле­ние о кон­крет­ном со­дер­жа­нии воды в воз­ду­хе по массе, с дру­гой сто­ро­ны, эта ве­ли­чи­на неудоб­на с точки зре­ния вос­при­им­чи­во­сти влаж­но­сти жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми. Ока­зы­ва­ет­ся, на­при­мер, че­ло­век ощу­ща­ет не мас­со­вое со­дер­жа­ние воды в воз­ду­хе, а имен­но ее со­дер­жа­ние от­но­си­тель­но мак­си­маль­но воз­мож­но­го зна­че­ния.

3. Относительная влажность воздуха

Для опи­са­ния та­ко­го вос­при­я­тия вве­де­на такая ве­ли­чи­на как от­но­си­тель­ная влаж­ность.

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

Т. е. ве­ли­чи­на от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, про­сты­ми сло­ва­ми, по­ка­зы­ва­ет сле­ду­ю­щее: если пар далек от на­сы­ще­ния, то влаж­ность низ­кая, если бли­зок – вы­со­кая.

Обо­зна­че­ние от­но­си­тель­ной влаж­но­сти: .

Еди­ни­цы из­ме­ре­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти: %.

Фор­му­ла вы­чис­ле­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти:

Обо­зна­че­ния:

 плот­ность во­дя­но­го пара (аб­со­лют­ная влаж­ность),  (в СИ) или ;

плот­ность на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре,  (в СИ) или .

4. Конденсационный гигрометр

Как видно из фор­му­лы, в ней фи­гу­ри­ру­ют аб­со­лют­ная влаж­ность, с ко­то­рой мы уже зна­ко­мы, и плот­ность на­сы­щен­но­го пара при той же тем­пе­ра­ту­ре. Воз­ни­ка­ет во­прос, каким об­ра­зом опре­де­лять по­след­нюю ве­ли­чи­ну. Для этого су­ще­ству­ют спе­ци­аль­ные при­бо­ры. Мы рас­смот­рим кон­ден­са­ци­он­ный гиг­ро­метр (рис. 2) – при­бор, ко­то­рый слу­жит для опре­де­ле­ния точки росы.

Опре­де­ле­ние. Точка росы – тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой пар ста­но­вит­ся на­сы­щен­ным.

Рис. 2. Кон­ден­са­ци­он­ный гиг­ро­метр.

Внутрь ем­ко­сти при­бо­ра (уве­ли­че­на на ри­сун­ке 2 в раз­ре­зе) на­ли­ва­ет­ся лег­ко­ис­па­ря­ю­ща­я­ся жид­кость, на­при­мер, эфир, внутрь встав­ля­ет­ся тер­мо­метр (6), и с по­мо­щью груши (5) через ем­кость про­ка­чи­ва­ет­ся воз­дух. В ре­зуль­та­те уси­лен­ной цир­ку­ля­ции воз­ду­ха на­чи­на­ет­ся ин­тен­сив­ное ис­па­ре­ние эфира, тем­пе­ра­ту­ра ем­ко­сти из-за этого по­ни­жа­ет­ся и на зер­ка­ле (4) вы­сту­па­ет роса (ка­пель­ки скон­ден­си­ро­вав­ше­го­ся пара). В мо­мент по­яв­ле­ния на зер­ка­ле росы с по­мо­щью тер­мо­мет­ра за­ме­ря­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра, вот эта тем­пе­ра­ту­ра и яв­ля­ет­ся точ­кой росы.

Что же де­лать с по­лу­чен­ным зна­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры (точки росы)? Су­ще­ству­ет спе­ци­аль­ная таб­ли­ца, в ко­то­рую за­не­се­ны дан­ные – какая плот­ность на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара со­от­вет­ству­ет каж­дой кон­крет­ной точке росы. Сле­ду­ет от­ме­тить по­лез­ный факт, что при уве­ли­че­нии зна­че­ния точки росы рас­тет и зна­че­ние со­от­вет­ству­ю­щей ей плот­но­сти на­сы­щен­но­го пара. Иными сло­ва­ми, чем теп­лее воз­дух, тем боль­шее ко­ли­че­ство влаги он может со­дер­жать, и на­о­бо­рот, чем воз­дух хо­лод­нее, тем мак­си­маль­ное со­дер­жа­ние в нем пара мень­ше.

5. Волосной гигрометр

Рас­смот­рим те­перь прин­цип дей­ствия дру­гих видов гиг­ро­мет­ров, при­бо­ров для из­ме­ре­ния ха­рак­те­ри­стик влаж­но­сти (от греч. hygros влаж­ный и metreo из­ме­ряю).

Во­лос­ной гиг­ро­метр (рис. 3) – при­бор для из­ме­ре­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, в ко­то­ром в ка­че­стве ак­тив­но­го эле­мен­та вы­сту­па­ет волос, на­при­мер, че­ло­ве­че­ский.

Рис. 3. Во­лос­ной гиг­ро­метр.

Дей­ствие во­лос­но­го гиг­ро­мет­ра ос­но­ва­но на свой­стве обез­жи­рен­но­го во­ло­са из­ме­нять свою длину при из­ме­не­нии влаж­но­сти воз­ду­ха (при уве­ли­че­нии влаж­но­сти длина во­ло­са уве­ли­чи­ва­ет­ся, при умень­ше­нии – умень­ша­ет­ся), что поз­во­ля­ет из­ме­рять от­но­си­тель­ную влаж­ность. Волос на­тя­нут на ме­тал­ли­че­скую рамку. Из­ме­не­ние длины во­ло­са пе­ре­да­ёт­ся стрел­ке, пе­ре­ме­ща­ю­щей­ся вдоль шкалы. При этом сле­ду­ет пом­нить, что во­лос­ной гиг­ро­метр дает не точ­ные зна­че­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти и ис­поль­зу­ет­ся пре­иму­ще­ствен­но в бы­то­вых целях.

6. Психрометр

Более удо­бен в ис­поль­зо­ва­нии и точен такой при­бор для из­ме­ре­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, как пси­хро­метр (от др.-греч. ψυχρός – хо­лод­ный) (рис. 4).

Рис. 4. Пси­хро­метр.

Пси­хро­метр со­сто­ит из двух тер­мо­мет­ров, ко­то­рые за­креп­ле­ны на общей шкале. Один из тер­мо­мет­ров на­зы­ва­ет­ся влаж­ным, т. к. он об­мо­тан ба­ти­сто­вой тка­нью, ко­то­рая по­гру­же­на в ре­зер­ву­ар с водой, рас­по­ло­жен­ный на тыль­ной сто­роне при­бо­ра. С влаж­ной ткани ис­па­ря­ет­ся вода, что при­во­дит к охла­жде­нию тер­мо­мет­ра, про­цесс сни­же­ния его тем­пе­ра­ту­ры длит­ся до до­сти­же­ния этапа, пока пар вб­ли­зи влаж­ной ткани не до­стиг­нет на­сы­ще­ния и тер­мо­метр нач­нет по­ка­зы­вать тем­пе­ра­ту­ру точки росы. Таким об­ра­зом, влаж­ный тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет тем­пе­ра­ту­ру мень­ше либо рав­ную ре­аль­ной тем­пе­ра­ту­ре окру­жа­ю­щей среды. Вто­рой тер­мо­метр на­зы­ва­ет­ся сухим и по­ка­зы­ва­ет ре­аль­ную тем­пе­ра­ту­ру.

На кор­пу­се при­бо­ра, как пра­ви­ло, изоб­ра­же­на еще так на­зы­ва­е­мая пси­хро­мет­ри­че­ская таб­ли­ца. С по­мо­щью этой таб­ли­цы по зна­че­нию тем­пе­ра­ту­ры, ко­то­рую по­ка­зы­ва­ет сухой тер­мо­метр, и по раз­но­сти тем­пе­ра­тур между сухим и влаж­ным тер­мо­мет­ра­ми можно опре­де­лить от­но­си­тель­ную влаж­ность окру­жа­ю­ще­го воз­ду­ха. Од­на­ко, даже не имея под рукой такой таб­ли­цы, можно при­мер­но опре­де­лить ве­ли­чи­ну влаж­но­сти, поль­зу­ясь сле­ду­ю­щим прин­ци­пом: если по­ка­за­ния обоих тер­мо­мет­ров близ­ки друг к другу, то ис­па­ре­ние воды с влаж­но­го прак­ти­че­ски пол­но­стью ком­пен­си­ру­ет­ся кон­ден­са­ци­ей, т. е. влаж­ность воз­ду­ха вы­со­кая, если, на­о­бо­рот, раз­ность по­ка­за­ний тер­мо­мет­ров боль­шая, то ис­па­ре­ние с влаж­ной ткани пре­ва­ли­ру­ет над кон­ден­са­ци­ей, и воз­дух сухой, а влаж­ность низ­кая.

7. Таблицы характеристик влажности

Об­ра­тим­ся к таб­ли­цам, ко­то­рые поз­во­ля­ют опре­де­лять ха­рак­те­ри­сти­ки влаж­но­сти воз­ду­ха.

Таб­ли­ца дав­ле­ния (в мм. рт. ст.) и плот­но­сти на­сы­щен­но­го пара (в ) в за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры

Еще раз от­ме­тим, что, как ука­зы­ва­лось ранее, зна­че­ние плот­но­сти на­сы­щен­но­го пара рас­тет с его тем­пе­ра­ту­рой, то же самое от­но­сит­ся и к дав­ле­нию на­сы­щен­но­го пара.

Пси­хро­мет­ри­че­ская таб­ли­ца

На­пом­ним, что от­но­си­тель­ная влаж­ность опре­де­ля­ет­ся по зна­че­нию по­ка­за­ний су­хо­го тер­мо­мет­ра (пер­вый стол­бец) и раз­но­сти по­ка­за­ний су­хо­го и влаж­но­го (пер­вая стро­ка).

На се­го­дняш­нем уроке мы по­зна­ко­ми­лись с важ­ной ха­рак­те­ри­сти­кой воз­ду­ха – его влаж­но­стью. Как мы уже го­во­ри­ли, влаж­ность в хо­лод­ное время года (зимой) по­ни­жа­ет­ся, а в теп­лое (летом) по­вы­ша­ет­ся. Важно уметь ре­гу­ли­ро­вать эти яв­ле­ния, на­при­мер, при необ­хо­ди­мо­сти по­вы­сить влаж­ность рас­по­ла­гать в по­ме­ще­нии в зим­нее время несколь­ко ре­зер­ву­а­ров с водой, чтобы уси­лить про­цес­сы ис­па­ре­ния, од­на­ко такой спо­соб будет эф­фек­ти­вен толь­ко при со­от­вет­ству­ю­щей тем­пе­ра­ту­ре, ко­то­рая выше, чем на улице.

На сле­ду­ю­щем уроке мы рас­смот­рим, что такое ра­бо­та газа и прин­цип дей­ствия дви­га­те­ля внут­рен­не­го сго­ра­ния.

Вопросы к конспектам

При тем­пе­ра­ту­ре  от­но­си­тель­ная влаж­ность воз­ду­ха в по­ме­ще­нии равна 70%. Ка­ко­ва масса росы, вы­пав­шей из  воз­ду­ха после по­ни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры до ?