Определение постоянной психрометра Ассмана

Психрометр Ассмана, представленный на рисунке 1, состоит из двух одинаковых термометров, резервуары которых защищены от излучения окружающих тел, помещены внутри открытых металлических двустенных трубочек. Резервуар одного из термометров обмотан батистом. Смачивание батиста производится из пипетки. Скорость обтекания воздухом резервуаров сухого и влажного термометров должна быть всегда постоянна. Это достигается при помощи вентилятора с часовым механизмом, помещенного вверху прибора. Сухой термометр прибора показывает температуру воздуха , а влажный (в случае, если водяной пар в воздухе не является насыщенным) – температуру , более низкую, зависящую от влажности окружающего воздуха. Разность температур (  тем больше, чем меньше относительная влажность воздуха. При испарении воды с поверхности батиста температура влажного термометра понижается до тех пор, пока количество теплоты , поступающее к термометру из окружающей среды за время , не станет равным количеству теплоты , необходимому для испарения. До установления теплового равновесия Q ₁ < Q ₂. В случае теплового равновесия Q ₁ = Q ₂ и температура влажного термометра t ₂ не меняется, несмотря на продолжающееся испарение. Количество теплоты Q ₁, поступающее из окружающей среды при небольших разностях температур и невысоких температурах, определяется законом Ньютона:

,                                                  (4)

где a – коэффициент пропорциональности; S – поверхность резервуара, обернутая батистом.

Если за время  с поверхности S  испаряется масса воды m, то количество теплоты , необходимое для её испарения, равно mr, где r – удельная теплота испарения при температуре влажного термометра, т.е.

.                                                        (5)

Если обозначить через m ₁ массу воды, испаряющейся с поверхности S за единицу времени, то , а .

Согласно закону Дальтона,

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий главным образом от скорости протекания воздуха над испаряющейся поверхностью;  - упругость насыщенного водяного пара при температуре испаряющейся поверхности (т.е. при температуре влажного термометра); Р – упругость водяного пара (абсолютная влажность воздуха); Н – атмосферное давление. Тогда

                                                                                  (6)

При установившемся режиме испарения Q ₁ = Q ₂ и

                                          .                                    (7)

Из формулы (7) следует, что разность температур сухого и влажного термометров пропорциональна разности упругостей насыщенного водяного пара при температуре влажного термометра и водяного пара, находящегося в воздухе. Отсюда для абсолютной влажности Р нетрудно получить следующее выражение:

                                           .                               (8)

Обозначив , получим так называемую психрометрическую формулу:

                                           ,                                (9)

где А – постоянная психрометра, зависящая от его конструкции и ещё в большей степени от скорости обтекания воздухом резервуара влажного термометра. Она может быть определена экспериментально.

На основании психрометрической формулы составляются психрометрические таблицы для вычисления абсолютной и относительной влажности по показаниям сухого и влажного термометров. При составлении таблиц принимаются постоянными Н – атмосферное давление и А – постоянная психрометра.

В данной работе показания психрометра Ассмана используются не для определения абсолютной и относительной влажности воздуха, а для определения постоянной этого психрометра.

Из формулы (9) получаем:

                                                                                                (10)

Упругость насыщенного пара при температуре влажного термометра находится из таблицы 1; упругость водяного пара Р определяется в первой части работы, атмосферное давление Н определяется по барометру, разность температур  – по показаниям сухого и влажного термометров психрометра.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Определить психрометрическим гигрометром относительную влажность воздуха.

2. Рассчитать абсолютную влажность воздуха в миллиметрах ртутного столба и в г/м³.

3. Определить дефицит влажности.

4. Осторожно (чтобы вода не попала на сухой термометр) смочив дистиллированной водой батист, которым обернут резервуар одного из термометров психрометра Ассмана, при помощи ключа завести часовой механизм вентилятора (4-5 оборотов ключа) и следить за показаниями термометров. При установившемся процессе испарения (через 4-5 минут) снять показания термометров, вентилятор при этом должен работать. По барометру определить атмосферное давление и рассчитать постоянную психрометра Ассмана.

5. Вычислить абсолютную и относительную погрешности измерений.

6. Результаты измерений и расчетов представить в виде таблицы:

 

Психрометрический гигрометр