Зависимость влажности воздуха от температуры и давления

Урок на тему

Зависимость влажности воздуха от температуры и давления

На данном уроке будет введено понятие абсолютной и относительной влажности воздуха, будут обсуждаться термины и величины, связанные с этими понятиями. Также мы познакомимся со способами измерения влажности воздуха.

1. Абсолютная влажность

Попробуем сформулировать, что в физике понимается под влажностью воздуха. Прежде всего, что за вода содержится в воздухе? Ведь таковой, например, является туман, дождь, облака и прочие атмосферные явления, проходящие с участием воды в том или ином агрегатном состоянии.

Если все эти явления учитывать при описании влажности, то как проводить измерения? Уже из таких простых рассуждений становится ясно, что интуитивными определениями здесь не обойтись. На самом деле речь идет, прежде всего, о парах воды, которые содержатся в нашей атмосфере.

Атмосферный воздух – это смесь газов, одним из которых и является водяной пар. Он вносит свой вклад в атмосферное давление, этот вклад называется парциальным давлением (а также упругостью) водяных паров.

Парциальное давление p водяных паров является одним из показателей влажности воздуха, который измеряется в паскалях или миллиметрах ртутного столба.

2. Закон Дальтона

Основные закономерности, которые мы с вами получали в рамках изучения молекулярно-кинетической теории, относятся к так называемым чистым газам, т. е. газам, состоящим из атомов или молекул одного сорта.

Однако очень часто приходится иметь дело со смесью газов. Самым простым и распространенным примером такой смеси является атмосферный воздух, который окружает нас.

Как мы знаем, он на 78 % состоит из азота, на 21 % с лишним – из кислорода, а оставшийся процент занимают водяные пары и другие газы (рис. 1).

Рис. 1. Состав атмосферного воздуха

Каждый из газов, который входит в состав воздуха или любой другой смеси газов, безусловно, вносит свой вклад в общее давление данной смеси газов. Вклад каждого отдельного такого компонента носит название парциальное давление газа, т. е.

то давление, которое оказывал бы данный газ в отсутствии других компонент смеси.

Английский химик Джон Дальтон экспериментальным путем установил, что для разреженных газовых смесей общее давление есть простая сумма парциальных давлений всех компонент смеси:

P = P1 + P2 + …

Данное соотношение носит название закона Дальтона.

3. Определения

Ознакомимся с рядом понятий, неразрывно связанных с понятием влажности воздуха:

Давление водяного пара зависит от концентрации его молекул в воздухе, а также от абсолютной температуры последнего. Чаще за характеристику влажности принимают плотность ρ водяного пара, содержащегося в воздухе, она называется абсолютной влажностью.

Абсолютная влажность показывает, сколько граммов водяного пара содержится в 1м3 воздуха. Соответственно, единица измерения абсолютной влажности – 1Г/м3.

Оба упомянутых показателя влажности связаны уравнением Менделеева – Клапейрона.

М – молярная масса водяного пара;
Т – его абсолютная температура.

То есть, зная один из показателей, например плотность, мы можем легко определить другой, то есть давление. 

4. Влияние интенсивности испарения и конденсации воды на живые организмы.

Мы с вами знаем, что водяной пар может быть как ненасыщенным, так и насыщенным. В целом водяной пар в атмосфере, несмотря на наличие большого количества водоемов (океаны, моря, реки, озера и так далее), является ненасыщенным, ведь наша атмосфера не является закрытым сосудом.

Однако перемещение воздушных масс (ветра, ураганы и так далее) приводят к тому, что в разных точках Земли в каждый момент времени наблюдается разное соотношение между скоростями конденсации и испарением воды, вследствие чего в отдельных местах пар может достигать насыщения.

К чему это приводит? К тому, что в такой местности пар начинает конденсироваться, ведь мы помним, что насыщенный пар всегда контактирует со своей жидкостью. Как результат, может образоваться туман или облака, выпасть роса.

Температура, при которой пар становится насыщенным, называется точкой росы.

5. Значение влажности

Люди восприимчивы к значению относительной влажности, от нее зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи. При высокой влажности, особенно в жаркий день, это испарение уменьшается, вследствие чего нарушается нормальный теплообмен организма с окружающей средой.

В сухом воздухе, наоборот, происходит быстрое испарение влаги с поверхности кожи, от чего высыхают, например, слизистые оболочки дыхательных путей. Наиболее благоприятной для человека является относительная влажность в интервале 40–60 %.
Важна также роль водяного пара в формировании погодных условий.

Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и к последующему выпадению осадков, что, безусловно, имеет значение для любых аспектов нашей жизни и для народного хозяйства. Во многих производственных процессах поддерживаются искусственные режимы влажности. Примером таких процессов являются ткацкие, кондитерские, фармацевтические цеха и многие другие.

В библиотеках и музеях для сохранения книг и экспонатов также важно поддерживать определенное значение относительной влажности, поэтому в таких учреждениях во всех помещениях обязательно на стене висит психрометр.

6. Относительная влажность

Чтобы охарактеризовать удаленность состояния пара от насыщения, ввели специальную величину, называемую относительной влажностью.
Относительной влажностью  воздуха называют выраженное в процентах отношение давления P водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению P0 насыщенного пара при той же температуре:

Теперь ясно, что чем меньше относительная влажность, тем дальше тот или иной пар от насыщения. Так, например, если значение относительной влажности равно 0, то фактически водяного пара в воздухе нет. Т. е.

у нас невозможна конденсация, а при значении относительной влажности 100 % весь водяной пар, который находится в воздухе, является насыщенным, т. к. его давление равно давлению насыщенного водяного пара при данной температуре.

Таким способом мы теперь точно определи, что такое та влажность, значение которой нам каждый раз сообщают в прогнозах погоды.

Воспользовавшись уравнением Менделеева – Клапейрона, мы можем получить для относительной влажности альтернативную формулу, в которую входит теперь значение плотности водяного пара, содержавшегося в воздухе, и плотность насыщенного пара при той же температуре.

7. Формула относительной влажности

 – плотность водяного пара, содержавшегося в воздухе;
 – плотность насыщенного пара при той же температуре.

Для расчета относительной влажности, как мы только что убедились, нам необходимо знать значение давления или плотности насыщенного пара при данной температуре. 

8. Зависимость влажности от температуры

Теперь рассмотрим изменение относительной влажности с температурой. Чем выше температура, тем меньше является относительная влажность. Почему и как – рассмотрим на примере задачи.
В некотором сосуде пар становится насыщенным при 0oC.

Какова будет его относительная влажность при 10oC, 20oC, 50oC?
Ответить на поставленный вопрос легко, если учесть, что речь идет о паре в сосуде, то объем пара остается неизменным при изменении температуры.

Кроме этого, нам необходима таблица зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры, которая представлена на рис. 2.

Рис. 2. Зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры

Решение
Из текста вопроса ясно, что при t = 0oC, = 100oC, ведь именно при этом значении пар становится насыщенным, т. е. из определения относительной влажности мы имеем:

Эту же плотность пар будет иметь и при всех остальных температурах. Следовательно, из вычисления влажности нам будет достаточно знать значение плотности насыщенного пара при всех заданных температурах и мы сразу можем получить ответы. Значение плотности насыщенного пара возьмем из таблицы.
Подставляя поочередно данные значения в формулу для влажности, получим такие ответы.

9. Измерения относительной влажности

А теперь поговорим не только о том, что такое влажность, но и о том, как эту самую влажность можно измерять. Наиболее распространенным инструментом для таких измерений служит так называемый гигрометрический психрометр, который представлен на рис. 3.

Рис. 3. Гигрометрический психрометр

На стойке закреплены два термометра с одинаковыми шкалами. Ртутный резервуар одного из них обернут влажной тряпочкой (рис. 4).

Рис. 4. Термометры гигрометрического психрометра

Вода с этой тряпочки испаряется, благодаря чему сам термометр охлаждается, соответственно, термометры носят название сухой и влажный (рис. 5).

Рис. 5. Сухой и влажный термометр гигрометрического психрометра

Чем больше относительная влажность окружающего воздуха, тем менее интенсивно, слабее идет испарение воды с влажной тряпочки, тем меньше разность в показаниях сухого и влажного термометров. Т. е. при = 100 % вода не будет испаряться, т. к.

весь водяной пар является насыщенным и показания обоих термометров будут совпадать. При = 0% разность показаний термометров будет максимальной.

Таким образом, по разности показаний термометров с помощью специальных психометрических таблиц (чаще всего такая таблица сразу размещена на корпусе самого прибора) и определяют значение относительной влажности.

10. Итоги

Как мы знаем, большая часть поверхности нашей планеты покрыта мировым океаном, поэтому вода и все процессы, происходящие с ней, в частности испарение и конденсация, играют важнейшую роль во всех процессах нашей жизнедеятельности. Мы с вами дали строгое определение понятий «абсолютная влажность» и «относительная влажность». Фактически, это физическая величина, относительная влажность показывает, на сколько атмосферный пар отличается от насыщенного.

11. Пример решения типичной задачи на определение относительной влажности

В замкнутом сосуде объёмом V = 1 м3 находится вода массой m = 12 г и насыщенный пар; плотность и давление пара при данной температуре равны соответственно л = 8 * 10–3 кг/м3 и p = 1,1 кПа. Какое давление установится при увеличении объема в k = 5 раз? Считать, что температура при увеличении объёма не изменяется.

Решение: в сосуде первоначально содержался насыщенный пар массой m1 = лV = 8 * 10–3 кг (объёмом, занимаемым водой, можно пренебречь).
Масса воды и пара была равна m + m1 = 2 * 10–2 кг.

Для насыщения объёма, равного kV, необходим пар массой m2 = лkV = 4 * 10–2 кг. Так как m + m1 < m2, то после увеличения объёма пар станет ненасыщенным. Его плотность л1= m + m1/kV .

Давление пара при данной температуре прямо пропорционально плотности. Поэтому 1 = * л1 / л = (m + m1)/лkV = 550 Па.

12. Тест

1 вопрос:

Определить, какова была относительная влажность воздуха в баллоне емкостью 10 л при температуре 20oC, если для осушки воздуха в баллоне в него ввели кусок хлористого калия, который поглотил 0,13 г воды:

Варианты ответа:

2 вопрос:

Укажите соотношение, которое описывает Закон Дальтона

Варианты ответа:

3 вопрос:

В запаянном сосуде емкостью 1000 л находится 10 г ненасыщенного водяного пара. Укажите давление, при котором пар становится насыщенным:

Варианты ответа:

л = m/v = 10г / 1м3 (1000л = 1м3) = 10г/м3 по таблице

4 вопрос:

Определите объем помещения, если при относительной влажности 50 % и температуре 11oC масса водяного пара в этом помещении составляет 400 г:

Варианты ответа:

5 вопрос:

На улице моросит осенний холодный дождь, в кухне для просушки вывесили белье. Быстрее ли это белье высохнет и высохнет ли вообще, если открыть форточку?

Варианты ответа:

  • Ничего не изменится;
  • Медленнее;
  • Не высохнет полностью;
  • Быстрее.

Приложение 1

Приложение 2

14.06.2016

Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/661954/

От чего зависит влажность воздуха в помещении и на улице, и как это влияет на здоровье?

Зависимость влажности воздуха от температуры и давления

Чем относительная влажность воздуха отличается от абсолютной? Чем грозит сухой воздух в помещении, а чем переувлажнённый? Как измерить уровень влажности? Как на влажность воздуха влияет время года и температура? Как поддерживать оптимальный уровень влажности?

Влага нужна нашему организму не только в форме жидкости, поступающей в кровь из пищеварительного тракта, но и влага, поступающая с вдыхаемым воздухом.

Слизистые оболочки дыхательных путей – это защитный барьер от болезнетворных микробов. Но барьер этот должен поддерживаться в определённом состоянии.

Если воздух, которым мы дышим, сухой, то слизистые оболочки начинают пересыхать, и тогда они перестают выполнять свою защитную функцию. Через пересохшие слизистые бактерии и вирусы проходят, как нож сквозь масло.

При болезни и сухом воздухе слизь в дыхательных путях загустевает, засыхает и забивает дыхательные пути, что является средой для развития инфекции. Это положение усугубляется, если в комнате и сухо, и жарко.

Поэтому так важно поддерживать влажность воздуха в помещении на оптимальном уровне – 40-60%. Если вы заболели каким-либо инфекционным заболеванием (часто это ОРВИ), то влажность воздуха на период болезни можно повысить до 65-70%, т.к. в период болезни влага особенно необходима (нужно и обильное питьё, и влажный воздух).

Кроме того, от сухого воздуха страдает и кожа, и глаза. Кожа начинает трескаться и шелушиться, что облегчает проникновение инфекции. Возникает сухость глаз, в результате чего может возникнуть кератоконъюнктивит, эписклерит и др.

Влажность воздуха измеряют прибором, который называется гигрометр. Поэтому его желательно иметь в комнате, особенно если есть маленькие дети.

Гигрометры2 в 1: и гигрометр, и термометр. Очень удобно.

Влажность воздуха можно также измерить с помощью примитивного способа. Взять наполненный водой стеклянный стакан. Поставить его в холодильник и охладить до температуры 3-5 градусов. Поставить этот стакан в комнате, где необходимо измерить уровень влажности, но подальше от приборов отопления.

Наружные стенки стакана запотеют. Если через 5-10 минут наружные стенки сосуда высохнут, то воздух слишком сухой. Если через 5-10 минут конденсат на стенках стакана останется, не испарится и не потечёт, то влажность в пределах нормы. Если же через 5-10 минут влага на стенках стакана начнёт стекать, то это значит, что в комнате избыточная влажность воздуха.

Но всё, конечно же, лучше для измерения влажности воздуха приобрести предназначенный для этого прибор – гигрометр.

Уровень влажности воздуха делят на абсолютный и относительный.

Абсолютная влажность – это масса водяных паров, содержащихся в 1 кубическом метре воздуха (грамм на килограмм воздуха).Относительная влажность – это отношение массы водяных паров, содержащихся в 1 кубическом метре, к максимально возможному их содержанию при данной температуре. То есть относительная влажность – это величина, показывающая насколько далёк пар от насыщения.

Наш организм ощущает именно относительную влажность, т.к. от неё зависит скорость испарения влаги (с кожи, слизистых, предметов). Чем ниже уровень относительной влажности, тем быстрее испаряется влага.

Воздух при данной конкретной температуре может впитать в себя данное конкретное количество влаги и не больше. Этот показатель называется максимальное влагосодержание.

Например, при температуре 0 градусов по Цельсию 1 куб. метр воздуха может впитать в себя 5,2 грамма воды. Всё, больше он при данной температуре впитать в себя не сможет. Итак, температура воздуха у нас 0 градусов. При этом 5,2 грамма в 1 куб. метре – это абсолютная влажность. А какова будет относительная влажность.

Так как при температуре 0 градусов воздух может впитать в себя 5,2 грамма на 1 куб. метр и не больше, то 5,2 гр/куб.м – это 100% относительная влажность. 100% – это как раз то максимальное количество влаги, которое может впитать в себя воздух при данной температуре. А если при температуре 0 градусов в 1 куб.

метре будет содержаться 2,6 грамма воды, то какова относительная влажность воздуха? 5,2 – это 100% относительная влажность, а 2,6 – это половина от 5,2, т.е. 50%. Показатель абсолютной влажности 2,6 гр./куб.м – это половина от максимального влагосодержания (5,2), что есть 50%. Соответственно, 2,6 гр/куб.м – это 50% относительная влажность.

В этой таблице показано максимальное влагосодержание при некоторых значениях температуры:

Конечно, влажность воздуха зависит еще от атмосферного давления, но не будем усложнять, будем рассматривать влажность воздуха при обычном нормальном давлении – 760 мм рт. столба.

Другая характеристика влажности воздуха – это точка росы.

Точка росы – это такая температура воздуха, при которой он при данном конкретном уровне абсолютной влажности и давления достигает 100% относительной влажности.

Например, при абсолютной влажности воздуха 2,4 гр/куб.м и атмосферном давлении 760 мм рт. столба точка росы будет = +10 градусов по Цельсию.

То есть точка росы – это температура, при которой воздух достигает насыщения влагой.

Допустим, абсолютная влажность воздуха – 10,1 гр/куб.м, атмосферное давление – 760 мм рт. столба, температура – +20 градусов Цельсия. Влажность воздуха еще не достигла точки росы. Она достигнет этой точки, если температура снизится до +10, т.е. достигнет 100% относительной влажности.

Если и далее температура будет снижаться, то влага в воздухе начнёт конденсироваться.

Таким образом, чем воздух холоднее, тем он более сухой. Воздух при температуре +10 при 100% относительной влажности в 1 куб. метре содержит 10,1 грамма влаги, а при температуре -10 при той же 100% относительной влажности в 1 куб. метре воздуха содержится 2,4 грамма, т.

е на 7,7 граммов меньше. Чем теплее воздух, тем больше влаги он может в себя впитать.

Именно поэтому, проветривая помещение зимой, мы осушаем воздух в помещении. Допустим, относительная влажность воздуха на улице при температуре -10 градусов – 80%.

Максимальное влагосодержание при данной температуре – 2,4 гр/куб.м. Значит абсолютная влажность воздуха при температуре -10 градусов и уровне относительной влажности 80% будет составлять 1,9 гр/куб.

м (100% – 2,4, 80% – сколько?; 2,4*80/100=1,9 или 2,4*0,8=1,9).

Итак абсолютная влажность воздуха на улице – 1,9 гр/куб.м. Если мы открыли форточку/окно и запустили этот воздух в помещение, в котором температура +23 градуса, то этот запущенный с улицы воздух нагреется, расширится, а содержание влаги в нём останется на уровне 1,9 гр/куб.м. Как при этом изменится относительная влажность.

Если относительная влажность этого воздуха на улице при температуре -10 была 80%, то в помещении при температуре +23, она станет = 8,2% (23,1 – 100%, 1,9 – сколько %?; 1,9*100/23,1=8,2).

Поэтому зимой, проветривая помещение (а помещение всегда нужно проветривать) мы делаем воздух в помещении более сухим + воздух сушит отопительная система.

Для увлажнения воздуха рекомендуется использовать увлажнители воздуха, которых в магазинах на любой вкус, опрыскивать воздуха из распылителя, развешивать мокрые ткани, ставить ёмкости с водой, мыть полы.

Конечно, лучший вариант – это увлажнитель воздуха (есть такие, на которых можно установить автоматическую регуляцию, он всегда будет поддерживать влажность воздуха на заданном вами уровне).

Увлажнители воздуха.

Уровень относительной влажности можно посмотреть в прогнозах погоды. Например, на Погоде_в _мире

или на Яндекс.Погоде

Температура в помещении должна быть на уровне 18-22 градусов.

Если в комнате жарко, а еще хуже, если сухо и жарко, и совсем плохо, если сухо, жарко и не проветривается, то возникают отличные условия для размножения микробов и заражения инфекцией.

Вреден не только сухой, но и переувлажнённый воздух. Вот тут мы видим благоприятные для развития возбудителей различных заболеваний условия:

Как видим, оптимальный диапазон влажности воздуха – от 40% до 60%. Самый идеальный уровень – 50%.

При влажности ниже 40% создаются благоприятные условия для возникновения аллергических реакций, астмы, заболеваний дыхательной системы. При влажности 35% ниже появляются благоприятные для вирусов условия.

При уровне влажности 28% и ниже начинают хорошо себя чувствовать бактерии.

И чем суше воздух, тем лучше себя чувствуют бактерии и вирусы, и тем больше риск возникновения заболеваний дыхательной системы, появления аллергии и астмы.

При влажности воздуха выше 60% появляются хорошие условия для развития пылевых клещей и аллергии, астмы, а при влажности 65% возникают условия, способствующие развитию грибков. И чем более переувлажнён воздух, тем лучше себя чувствуют пылевые клещи и грибки, и тем больше риск возникновения аллергии и астмы.

Хорошие условия для развития аллергии и астмы – это как сухой воздух, так и переувлажнённый.

Итак, для того чтобы тело было здоровым, нужно поддерживать здоровый микроклимат в помещении. Не пожадничайте и не поленитесь купить комнатный термометр и гигрометр, повесьте их на стену (но не рядом с отопительными приборами или батареей) и следите за уровнем температуры и влажности. Еще раз напомню, что оптимальная температура – 18-22 градуса и влажность – 40-60%.

Следите за вашим здоровьем и вовремя обращайтесь к врачу.
Не занимайтесь самолечением – это может быть опасно!

Желаю всем здоровья и долголетия! 🙂

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5b782d7ca2771e00a97287dd/5ca075272aee0400b3d1bbcd

Таблица перевода относительной влажности в абсолютную в зависимости от температуры воздуха при атмосферном давлении. Точки росы

Зависимость влажности воздуха от температуры и давления
Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Влажность абсолютная, относительная и удельная. Влажность воздуха. Психрометрические таблицы. Диаграммы Рамзина.

 / / Таблица перевода относительной влажности в абсолютную в зависимости от температуры воздуха при атмосферном давлении. Точки росы.

Таблица перевода относительной влажности в абсолютную в зависимости от температуры воздуха при атмосферном давлении.

Точки росы.

В засуху огород и газон следует поливать холодной водой ночью, ибо если получится локальное падение температуры ниже точки росы Вы получите еще огромное количество влаги из воздуха за счет конденсации. Температуру воздуха и относительную влажность в % можно узнать в любом прогнозе погоды.

Таблица указывает “абсолютную влажность” в г/м3 (верхняя строчка) и температуру точки росы воздуха в °C (нижняя строчка) для различных температур окружающего воздуха в зависимости от относительной влажности.

Пример: При температуре воздуха + 45 °C и относительной влажности 60%, абсолютная влажность составляет 39.3 г/м3, а температура точки росы 36 °C .

Перевод относительной влажности в абсолютную в зависимости от температуры воздуха при атмосферном давлении. Точки росы.
Относительная Влажность10%20%30%40%50%60% 70%80%90%100%
Температура воздуха [°C]абсолютная влажность г/м3 (сверху)
точка росы [°C](снизу)
508,316,624,933,241,549,858,166,474,783
8192632364043454850
45 6,513,119,626,232,739,3 45,852,458,965,4
41522273236 38414345
405,110,215,320,525,630,735,840,94651,1
1111823273033363840
3547,911,915,819,823,827,731,735,639,6
-281418212528313335
3036,19,112,115,218,221,324,327,330,4
-631014182124262830
252,34,66,99,211,513,816,118,420,723
-80510131619212325
201,73,55,26,98,710,412,113,815,617,3
-12-41591214161820
151,32,63,95,16,47,7910,311,512,8
-16-7-31479111315
100,91,92,83,84,75,66,67,58,59,4
-19-11-7-30146810
50,71,422,73,44,14,85,46,16,8
-23-15-11-7-5-20235
00,511,51,92,42,93,43,94,44,8
-26-19-14-11-8-6-4-3-20
-50,30,711,41,72,12,42,73,13,4
-29-22-18-15-13-11-8-7-6-5
-100,20,50,70,91,21,41,61,92,12,3
-34-26-22-19-17-15-13-11-11-10
-150,20,30,50,60,811,11,31,51,6
-37-30-26-23-21-19-17-16-15-15
-200,10,20,30,40,40,50,60,70,80,9
-42-35-32-29-27-25-24-22-21-20
-250,10,10,20,20,30,30,40,40,50,6
-45-40-36-34-32-30-29-27-26-25

Источник: https://tehtab.ru/Guide/GuidePhysics/Humidity/ClimateHumidity/

ПроГипертонию
Добавить комментарий