Лабораторная работа № 9. Измерение относительной влажности воздуха

Лабораторная работа № 9.
Измерение относительной влажности воздуха
Цель работы: овладеть практическим приемом
определения
относительной
влажности
воздуха
с
использованием термометра и психрометрической таблицы.
Оборудование: термометр, стакан с водой комнатной
температуры, стержень штатива с муфтой и лапкой, лоток,
укладочный короб.
Дополнительное оборудование: нить, кусочек марли,
психрометрическая таблица.
Теоретическая часть.
Влажность воздуха.
Совершаемый в атмосфере Земли круговорот воды,
сопровождаемый преобразованием энергии, подобен работе
гигантской тепловой машины. Источником энергии здесь служит солнечное излучение, а «рабочим» веществом — водяной
пар. Наличие водяных паров в воздухе является необходимым
условием существования жизни на земном шаре. Впрочем, для
животного и растительного мира неблагоприятен как сухой, так
и слишком влажный воздух. Умеренная влажность воздуха
создает необходимые условия для нормальной жизни и
деятельности человека. Избыточная влажность вредна для ряда
производственных процессов, при хранении продуктов и
материалов. Как же оценить степень влажности воздуха, то есть
количество содержащихся в нем водяных паров? Такая оценка
особенно важна для составления прогноза погоды, поскольку
содержание водяных паров в атмосфере служит одним из
важнейших факторов, определяющих погоду. Без знания
влажности воздуха невозможно сделать прогноз погодных
условий, столь необходимый для сельского хозяйства,
транспорта и ряда других отраслей народного хозяйства. Чтобы
1
узнать, сколько содержится в воздухе пара, в принципе можно
пропустить определенный объем воздуха сквозь вещество,
поглощающее водяной пар, и так найти массу пара,
находившегося в 1 м3 воздуха.
Количество водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха,
называют абсолютной влажностью воздуха.
Если в воздухе объемом V содержатся водяные пары массой т, то, очевидно, в каждой единице объема воздуха количество водяных паров будет равно:

m
. Таким образом,
V
абсолютная влажность воздуха измеряется плотностью
находящегося в нем водяного пара и, следовательно, единица
абсолютной влажности воздуха в СИ имеет наименование 1
кг/м3.
Абсолютная влажность как таковая еще не определяет
погодно-климатических
условий.
Решающую
роль
в
формировании этих условий играет температура воздуха. При
одной и той же абсолютной влажности воздух в зависимости от
температуры вызывает ощущение сухой или сырой погоды. Все
дело в том, насколько близок находящийся в воздухе пар к
состоянию насыщения. Если температура низкая, то данное
количество водяного пара в воздухе может оказаться очень
близким к насыщению, то есть воздух будет сырым. При более
высокой температуре то же количество водяного пара далеко от
насыщения, и воздух сухой. Например, при абсолютной
влажности 6 мм рт. ст. жаркий июльский воздух будет далек от
насыщения, но в прохладный осенний день это же количество
водяного пара может насыщать его так, что в воздухе появится
туман, морось. (Пар, находящийся в динамическом равновесии
со своей жидкостью, называют насыщенным. Динамическое
равновесие устанавливается тогда, когда число молекул,
покидающих жидкость в единицу времени, равно числу
молекул, возвращающихся в неё.).
Влажность воздуха становится максимально возможной,
когда водяные пары, находящиеся в атмосфере, достигают
2
состояния насыщения. Поэтому, чем ближе водяные пары,
находящиеся в воздухе, к состоянию насыщения, тем воздух
является более влажным. Для суждения о степени влажности
воздуха важно знать, близок или далек водяной пар,
находящийся в нем, от состояния насыщения. С этой целью
вводят понятие относительной влажности r.
Относительной влажностью воздуха называют
выраженное в процентах отношение абсолютной влажности  к
плотности насыщенного пара  0 при данной температуре:


 100%
0
(1)
Относительную влажность воздуха обычно выражают в
процентах. Так, если относительная влажность воздуха равна
70%, то это значит, что абсолютная влажность составляет 70%
от максимально возможной при данной температуре.
Точка росы.
Температура, при которой находящийся в воздухе пар
приходит в состояние насыщения, называют точкой росы. В
этом случае относительная влажность воздуха равна 100 %, а
процессы испарения воды и конденсации пара идут одинаково
интенсивно.
Жителям средних широт хорошо известно, что при ясной
погоде в конце августа и в начале сентября обычно ночная
температура воздуха бывает значительно ниже дневной. В
предрассветные часы она опускается ниже точки росы. Тогда на
траве, листьях деревьев, металлических крышах появляется
роса, а в низинах над озерами, реками и болотами повисает
туман, состоящий из очень мелких капелек воды.
3
Психрометр.
При определении влажности
воздуха пользуются специальными
приборами — гигрометрами (от греч.
гигрос — влажный) и психрометрами
(от греч. псих-рос - холодный).
Достаточно высокую точность
измерения обеспечивает психрометр
Августа (рис. 1). Он состоит из двух
термометров: сухого и смоченного
(влажного), укрепленных на общем
основании. Резервуар одного из
термометров обмотан марлей и
опущен в сосуд с водой. Вода по
марле
(явление
капиллярности)
поднимается вверх и увлажняет
марлю (поэтому один из термометров
называют влажным, а другой —
сухим). Сухой термометр измеряет
температуру окружающего воздуха.
Если водяные пары не насыщают
пространство, то вода
Рис. 1.
испаряется из марли, влажный термометр охлаждается и его
показания становятся ниже показаний сухого. Разность
температур между показаниями сухого и влажного термометров
называется психрометрической разностью. Чем более влажен
воздух, тем меньше психрометрическая разность. Таким образом, по величине психрометрической разности можно судить о
влажности воздуха. При насыщении воздуха водяными парами
оба термометра показывают одинаковую температуру
(психрометрическая разность равна нулю). По психрометру
определяют температуру воздуха и психрометрическую
разность, а затем по психрометрической таблице (таблица 1)
находят относительную влажность воздуха.
В данной таблице каждой горизонтальной строке
4
соответствует показание сухого термометра психрометра, а
каждому вертикальному столбцу – разность показаний сухого и
влажного термометров. На пересечении горизонтали и
вертикали получаем влажность воздуха.
При нормальной трудовой деятельности взрослый
человек вследствие испарения влаги с поверхности кожи теряет
около 2 кг воды в сутки. Повышенная или пониженная потеря
воды в зависимости от влажности воздуха отрицательно
сказывается на самочувствии человека. Медико-биологические
исследования показали, что оптимальная относительная
влажность воздуха в жилых помещениях должна быть около
60%.
Гигиеническое значение влажности воздуха.
Влажность воздуха имеет большое гигиеническое значение в
жизни человека. В интервале температур 25—30 °С нормальная
жизнедеятельность человека сохраняется при относительной
влажности воздуха 40—60%. При снижении влажности воздуха
ниже 30% воздух становится сухим. В сухом воздухе резко
усиливается испарение влаги со слизистых оболочек, возникают
неприятные ощущения сухости во рту и в горле, образуются
глубокие трещины губ, снижаются защитные функции верхних
дыхательных путей.
Повышенная влажность (выше 70%) также отрицательно влияет
на организм человека как при высоких, так и при низких
температурах. При высокой температуре воздуха и повышенной
влажности человек сильно потеет, но испарения влаги с
поверхности тела не происходит, что приводит к перегреву
организма и «тепловому удару». При низких температурах
повышенная влажность воздуха, наоборот, приводит к сильному
охлаждению организма, так как во влажном воздухе резко
увеличиваются
потери
энергии
путем
конвекции
и
теплопроводности.
5
Таблица 1.
Психрометрическая таблица
Показания
сухого
термометра,°С
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Разность показаний сухого и влажного
термометров
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
81
83
84
84
85
86
86
87
87
88
88
88
89
89
89
90
90
90
91
91
91
91
91
92
92
92
92
92
63
65
68
69
70
72
73
74
75
76
76
77
78
79
79
80
81
81
82
82
83
83
83
84
84
84
85
85
45
48
51
54
56
58
60
61
63
64
65
66
68
69
70
71
71
72
73
74
74
75
76
76
77
77
78
78
28
32
35
39
42
45
47
49
51
53
54
56
57
59
60
61
62
64
65
65
66
67
68
69
69
70
71
71
11
16
20
24
28
32
35
37
40
42
44
46
48
49
51
52
54
55
56
58
59
60
61
61
62
63
64
65
10
14
19
23
26
28
31
34
36
38'
40
42
44
46
47
49
50
51
52
54
55
56
57
58
59
6
10
14
18
21
24
26
29
31
34
36
37
39
41
43
44
46
47
48
49
50
51
52
7
11
14
17
20
23
25
27
30
32
34
35
37
39
40
42
43
44
46
47
5
8
11
14
17
20
22
24
27
29
30
32
34
36
37
38
40
41
6
9
12
15
17
20
22
24
26
28
30
31
33
34
36
6
Показания
сухого
термометра,°С
28
29
30
Разность показаний сухого и влажного
термометров
0
1
100 93
100 93
100 93
2
3
85 78
86 79
86 79
4
5
6
7
8
9
10
72
72
73
65
66
67
59 53 48 42 37
60 54 49 43 38
61 55 50 44 39
Практическая часть.
1. Ход работы.
Из укладочного пенала извлекают необходимое для
работы оборудование, крышку пенала устанавливают на место.
В начале работы определяют и записывают показания
сухого термометра t c .
Затем вокруг резервуара с подкрашенной жидкостью
наматывают 2-3 слоя марли и закрепляют их нитью. Термометр
закрепляют в вертикальном положении лапкой штатива.
Подносят к нему снизу стакан и погружают марлю в воду. После
того, как марля пропитается водой, стакан убирают и начинают
наблюдать за показаниями прибора.
Общий вид экспериментальной установки на этом этапе
опыта показан на рисунке 2.
Рис. 2.
7
В тот момент, когда понижение температуры прекратится, снова записывают его показание t â .
По разности двух записанных значений температуры
t  tc  tâ , используя психрометрическую таблицу, определяют относительную влажность воздуха в помещении класса.
2. Задание.
В тетрадках должны быть записаны значения температур
(с пояснениями), вычислена их разность, записано значение
относительной влажности воздуха.
3. Задачи.
Оформить решение в тетрадях.
№ 1.
0
Показания сухого термометра в психрометре 15 C ,
0
влажного – 12 C . Определите относительную влажность
воздуха.
№ 2.
Относительная влажность воздуха в комнате 43%,
0
температура 19 C . Что должен показывать влажный термометр
психрометра?
№ 3.
Относительная влажность воздуха 73%. Что показывает
сухой и влажный термометры психрометра, если разность их
показаний равна:
0
а.) 2 C ;
0
б.) 4 C ?
Сделайте вывод о проделанной работе.
8
Вопросы для защиты лабораторной работы.
1. Что называют абсолютной влажностью воздуха?
2. Дайте определение относительной влажности воздуха.
(Знать формулу).
3. Какие приборы используются для определения
влажности воздуха?
4. Расскажите об устройстве и принципе работы
психрометра.
5. Гигиеническое значение влажности воздуха.
6. Уметь пользоваться психрометрической таблицей.
Литература
1.
Касьянов В. А. Физика. 10 кл.: Учебн. для
общеобразоват. учреждений. — 6-е изд., стереотип. — М.:
Дрофа, 2004. — с.: 292-295.
2. Справочник школьника. Физика/ Сост. Т. Фещенко, В.
Вожегова.–М.: Филологическое общество «СЛОВО», ООО
«Фирма» «Издательство АСТ», Центр гуманитарных наук при фте журналистики МГУ им. М. В. Ломоносова, 1998. — с.: 40-42.
3. Самойленко П. И.. Физика (для нетехнических
специальностей): Учебн. для общеобразоват. учреждений сред.
Проф. Образования/ П. И.Самойленко, А. В. Сергеев.—2-е изд.,
стер.—М.: Издательский центр «Академия»,2003 — с.: 136-137.
9