ВИЗНАЧЕННЯ ВОЛОГОСТІ ПОВІТРЯ
І ПОСТІЙНОЇ психрометрами Ассман
Вивчаються два методи вимірювання вологості повітря і покладені в їх основу фізичні явища.
КОРОТКА ТЕОРІЯ. Вологість повітря - кількість водяної пари в повітрі. Вологість грає істотну роль при протіканні багатьох процесів в метеорології, сільському господарстві, промисловості. Від вологості повітря залежить самопочуття і працездатність людини. Для кількісної характеристики вологості повітря використовують поняття абсолютної і відносної вологості, дефіциту вологості.
Абсолютна вологість e - маса водяної пари в одиниці об'єму повітря, тобто об'ємна щільність водяної пари в повітрі. Водяна пара є одним з компонентів повітря. Парціальний тиск водяної пари РВП - тиск водяної пари в обсязі, який займає весь повітря. Парціальний тиск за законом Дальтона пов'язано з його щільністю рівнянням Менделєєва-Клапейрона:
де - молярна маса водяної пари (),
Насичена пара (н. П.). При даній температурі існує деякий максимальне значення абсолютної вологості, що відповідає стану насичення пара. Щільність насиченої пари - Є. Тоді:
Тиск і щільність насиченого пара при різних температурах наведені в таблиці 1. Відзначимо, що з ростом температури максимальне значення абсолютної вологості зростає. При досягненні температури кипіння води Т = 373,15К (t = 100 ° С) тиск повітря нормальне, тиск насиченої водяної пари = 1 атм. = 1,01 × 10 5 Па.
При зниженні температури надлишки пара конденсуються, перетворюючись в туман, росу. Це відбувається при температурі tт.р .. званої точкою роси, коли щільність водяної пари стає рівною.
При відсутності центрів конденсації можливо перенасичення пара. Однак такий стан нестійкий, т. Е. Метастабільним.
Відносна вологість r (%) дорівнює відношенню абсолютної вологості до її максимального значення Е при даній температурі, вираженого у відсотках:
Дефіцит вологості D (кг / м 3) - різниця між максимальним і спостережуваним значеннями абсолютної вологості:
Вимірювання вологості повітря. Прилади для вимірювання вологості повітря називають гігрометрами і психрометрами. Точне значення абсолютної вологості визначають, пропускаючи певний обсяг повітря через трубку, що містить речовину, що поглинає пари (хлористий кальцій, фосфорний ангідрид).
Найпростіші стрілочні гігрометри містять нитка з знежиреного людського волосся, синтетичного матеріалу або органічної плівки, які скорочуються при збільшенні вологості, що викликає поворот стрілки приладу. Такий гигрометр зручний, але має велику похибку вимірювань.
У даній роботі для вимірювання вологості повітря застосовуються два прилади: конденсаційний гігрометр, що дозволяє визначити точку роси, і психрометр Ассмана.
Конденсаційний гігрометр. Гігрометром служить напівпровідниковий холодильник тип ТП-2М, заснований на ефекті Пельтьє (рис. 1).
Основною частиною гігрометра є мідний циліндр mц з хромованою і полірованої верхньої поверхнею. Його температура вимірюється термометром Т. При включенні гігрометра, коли його температура досягає температури роси t1. на хромованою поверхні конденсуються крапельки води, і вона мутніє.
Температуру повітря в безпосередній близькості від поверхні циліндра можна вважати рівною температурі поверхні.
Після виключення гігрометра, при підвищенні температури до t2, вода випаровується, і поверхня знову стає блискучою. Потускнение циліндра і повернення блиску легко помітити на тлі полірованого хромованого кільця ХК, яке залишається при кімнатній температурі. При проведенні досвіду між спостерігачем і гігрометром встановлюється скляний екран СЕ, що перешкоджає зміні вологості повітря близько МЦ від дихання спостерігача.
Психрометр Ассмана. Психрометр Ассмана складається з двох однакових рідинних термометрів. Для захисту від теплового випромінювання навколишніх тіл їх резервуари поміщені всередині відкритих металевих двустінних трубочок. Резервуар одного з термометрів обмотаний батистом, який змочується дистильованою водою за допомогою піпетки.
У верхній частині приладу поміщений вентилятор, що забезпечує примусову циркуляцію повітря з постійною швидкістю в обох термометрів.
Сухий термометр психрометра показує температуру навколишнього повітря. а вологий - температуру. Різниця температур тим більше, чим менше відносна вологість повітря, так як тоді випаровування води відбувається швидше. При (відповідає стану насичення пара) випаровування води у вологого термометра припиняється, і стає рівною.
Теплове рівновагу резервуара вологого термометра досягається при рівності кількості теплоти, що надходить від протікає повітря, і кількості теплоти, необхідної для випаровування води. За одну секунду повітря, що обтікає резервуар, віддає йому кількість теплоти, пропорційну різниці температур і площі поверхні випарника S:
де С - коефіцієнт, що залежить від швидкості протікання повітря.
Що випаровується вода забирає за одну секунду у резервуара кількість теплоти:
де - питома теплота випаровування води при температурі. - маса води, що випарувалася за секунду. Ця маса пропорційна різниці між щільністю насиченої пари при температурі і абсолютною вологістю повітря. а також коефіцієнту К, залежному від швидкості протікання повітря і площі S і вона обернено пропорційна атмосферному тиску:
Об'єднуючи формули (6) - (8) при. отримуємо співвідношення при тепловій рівновазі - Психрометричний формулу:
де - постійна психрометра, що залежить від його конструкції і температури.
На підставі психрометричні формули складаються психрометричні таблиці для обчислення абсолютної і відносної вологості за показаннями сухого і вологого термометрів (див. Таблицю 2).
Постійна психрометра може бути визначена, якщо відома абсолютна вологість e, згідно з формулою (9):
1.Определить за допомогою конденсаційного гігрометра середнє значення температури роси з трьох вимірів. Дані занести в таблицю А.
2. По таблиці 1 визначити значення щільності насиченої пари при температурі роси (е) і при кімнатній температурі (Е). Розрахувати значення відносної вологості r. використовуючи формулу (3).
3. По таблиці 1 визначити парціальний тиск р водяної пари.
1. Обережно (щоб вода не потрапила на сухий термометр) змочити дистильованою водою батист, яким обгорнутий резервуар одного з термометрів психрометра, включити вентилятор. При використанні психрометра з годинниковим механізмом ключ останнього обережно завести до відмови. При сталому режимі випаровування виміряти п'ять разів температури сухого (t1) і вологого (t2) термометрів. Результати занести в таблицю Б. Використовуючи таблицю 2, визначити значення відносної вологості повітря r.
2. За допомогою формули (3) розрахувати значення абсолютної вологості е.
3. Визначити атмосферний тиск за допомогою барометра і розрахувати постійну психрометра А за формулою (10).
4. Обчислити похибки вимірювань.
Частина I. Конденсаційний гігрометр
1. Сформулюйте основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеальних газів і рівняння Менделєєва-Клапейрона. Які термодинамічні процеси описують за допомогою цього рівняння?
2. Що називають парціальним тиском? Сформулюйте і обґрунтуйте закон Дальтона.
3. Отримайте співвідношення між парціальним тиском водяної пари pвп і його щільністю е на базі рівняння Менделєєва-Клапейрона.
4. Що таке насичений пар? Чому відповідає максимальне значення абсолютної вологості Е?
5. Який зв'язок між тиском насиченої водяної пари і максимальним значенням абсолютної вологості?
6. Що таке абсолютна і відносна вологість? Який зв'язок між ними?
7. Що таке «температура роси»?
8. Як визначають вологість повітря за допомогою компенсаційного гігрометра?
9. Як визначають вологість повітря за допомогою психрометра Ассмана?
1. Трофимова Т.И. Курс фізики. М. Висш.шк. 1985, Гл.8, §§ 41-43.
2. Савельєв І.В. Курс загальної фізики. Кн.1. Механіка · Молекулярна фізика. М. "Наука", 1989, гл.9 §§ 61,62.
3. Практикум з загальної фізики. Під ред. проф. В.Ф.Ноздрева. М. «Просвещение», 1971, Гл.2, С.118.
ТИСК І Щільність
Насиченої водяної пари