Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха

Введение

Воздух, которым мы дышим, представляет собой не только смесь газов — кислорода, азота, углекислого газа и других, — но и содержит водяной пар. Именно от количества этого пара во многом зависят погодные условия, самочувствие человека, сохранность продуктов, а также работа технических систем. Например, в помещении с сухим воздухом пересыхают слизистые оболочки, а при избыточной влажности может появиться плесень.

Понимание того, что такое влажность воздуха, как она измеряется и какие бывают её виды, имеет важное значение не только для физики, но и для метеорологии, медицины и техники. В этой статье мы подробно рассмотрим, что такое влажность, какие бывают её виды, как её можно измерить и какими приборами это делается.

Насыщенный пар и влажность воздуха

Водяной пар — это невидимая газообразная форма воды, которая всегда присутствует в атмосфере. При определённых условиях, когда температура воздуха и количество пара достигают равновесия, воздух становится насыщенным.

Насыщенный пар — это пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью: за единицу времени испаряется столько же молекул, сколько конденсируется обратно.

Если же в воздухе водяного пара меньше, чем в состоянии насыщения, то воздух называют ненасыщенным.

Абсолютная влажность воздуха

Абсолютная влажность показывает, сколько граммов водяного пара содержится в одном кубическом метре воздуха. Она обозначается буквой $\rho$ и выражается в г/м³.

Например, если в одном кубическом метре воздуха содержится 10 г водяного пара, то абсолютная влажность равна .

Абсолютная влажность зависит от температуры: чем выше температура, тем большее количество пара может удерживать воздух до наступления насыщения.

Относительная влажность воздуха

Поскольку абсолютная влажность сильно зависит от температуры, для практических измерений удобнее использовать относительную влажность.

Относительная влажность воздуха — это отношение фактического количества водяного пара в воздухе к количеству, которое необходимо для насыщения при данной температуре, выраженное в процентах:

где
 — относительная влажность (%),
 — парциальное давление водяного пара (фактическое),
​ — давление насыщенного пара при той же температуре.

Пример:
Если при 20 °C давление насыщенного пара равно 2,3 кПа, а фактическое давление пара — 1,15 кПа, то

То есть воздух имеет относительную влажность 50 %.

Конденсационный гигрометр

Конденсационный гигрометр — один из наиболее точных приборов для измерения влажности воздуха. Принцип его работы основан на определении температуры, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, начинает конденсироваться (выпадает роса).

Температура, при которой начинается конденсация, называется точкой росы. Чем выше влажность воздуха, тем ближе температура точки росы к текущей температуре воздуха.

Волосной гигрометр

Волосной гигрометр основан на свойстве человеческого или животного волоса изменять длину в зависимости от влажности воздуха. При увеличении влажности волос удлиняется, а при уменьшении — сокращается.

Это изменение длины передаётся через механизм стрелке на шкалу прибора, где и показывается относительная влажность в процентах.

Преимущества волосного гигрометра:

• простота конструкции;

• наглядность показаний;

• возможность непрерывных измерений.

Однако точность волосного гигрометра ниже, чем у конденсационного.

Психрометр

Психрометр — один из самых распространённых приборов для определения влажности воздуха. Он состоит из двух термометров:

• сухого — показывает обычную температуру воздуха,

• влажного — обёрнутого влажной тканью, из которой испаряется вода.

При испарении вода охлаждает влажный термометр, и его показания становятся ниже. Разность температур между сухим и влажным термометрами зависит от влажности воздуха: чем суше воздух, тем больше испарение и, следовательно, больше разность температур.

Для вычисления влажности по измеренным температурам используют психрометрическую таблицу, в которой указана зависимость относительной влажности от разности температур сухого и влажного термометров.

Психрометрическая таблица и таблицы характеристик влажности

Психрометрическая таблица — это справочник, который показывает, какой будет относительная влажность воздуха при заданной температуре и разности температур между сухим и влажным термометрами.

Например, если температура сухого термометра 25 °C, а разность температур составляет 3 °C, то из таблицы можно определить, что относительная влажность составляет около 70 %.

Также существуют таблицы характеристик влажности воздуха, где можно найти значения давления насыщенного пара, абсолютной влажности и точки росы при различных температурах. Эти данные широко применяются в метеорологии и климатотехнике (например, при расчёте систем кондиционирования).

Значение влажности воздуха

Влажность воздуха влияет на многие процессы:

• на самочувствие человека и дыхание;

• на скорость испарения воды с поверхности почвы и растений;

• на хранение продуктов и материалов (при высокой влажности они портятся быстрее);

• на погоду и климатические явления — образование облаков, туманов и осадков.

Поэтому измерение и регулирование влажности имеет большое значение в быту, промышленности, строительстве и науке.

Вопросы для самопроверки

1. Что называют насыщенным паром?

2. Чем отличается абсолютная влажность от относительной?

3. В каких единицах измеряется абсолютная влажность воздуха?

4. При какой температуре начинается конденсация водяного пара?

5. Как устроен волосной гигрометр и на каком свойстве он основан?

6. Почему показания влажного термометра психрометра ниже, чем сухого?

7. Как по психрометрической таблице определить относительную влажность?

8. Почему в жару влажный воздух ощущается «тяжёлым», а сухой — более комфортным?