Визначення вологості атмосферного повітря

Мета роботи: Визначити абсолютну і відносну вологість повітря психрометром Августа.

Обладнання: 1 Психрометр Августа, колба з дистильованою водою, таблиця тиску насиченої водяної пари при різних температурах.

 

1. ТЕОРЕТИЧНІ ДАНІ

Завдяки випаровуванню води з відкритих поверхонь та з листків рослинності в повітрі атмосфери завжди знаходиться деяка кількість водяних парів. В залежності від їх кількості повітря, в тій чи іншій мірі є вологим.

Вологість одна з важливих характеристик погоди та клімату. Вона має велике значення при багатьох технологічних процесах, в будівництві, зберіганні творів мистецтва, літератури, сільському господарстві.

Вологість поділяється на абсолютну та відносну.

Абсолютна вологість «е» визначаться кількістю водяних парів (в грамах), що містяться в 1м³ повітря або пружністю (парціальний тиском) водяної пари.

Відносною вологістю повітря «r» є відношення абсолютної вологості до кількості водяної пари, яка насичує 1м³ повітря при даній температурі.

Водяну пару, яка знаходиться в динамічній рівновазі з рідиною називають насиченою. Стан при якому число молекул, які покидають рідину, дорівнює числу молекул, які повертаються до неї називається динамічною рівновагою.

Водяну пару, яка не знаходиться в динамічній рівновазі з рідиною називають не насиченою.

Густина та пружність насиченої пари збільшується при підвищенні температури.

В метеорології відносною вологістю називають величину, яка вимірюється відношенням парціального тиску водяної пари, яка знаходиться в повітрі, до тиску водяної пари, яка насичує повітря при тій же температурі.

Парціальний тиск – це тиск який мав би газ, якщо всі інші гази були б витіснені з цього об’єму.

Відносна вологість повітря залежить не тільки від температури, а і від абсолютної вологості.

Якщо кількість водяної пари в повітрі не змінюється, то з пониженням температури відносна вологість підвищується, так як, чим нижче температура, тим ближче водяна пара до насичення.

Відносна вологість повітря визначається за формулою

(1)

Вологість повітря вимірюється психрометрами та гігрометрами.

Рівняння Больцмана: p=nkT показує на пряму залежність тиску від температури - p~T. Зі збільшенням температури збільшується амплітуда коливання молекул, міжмолекулярна відстань і відповідно сумарна кількість ударів на стінки посудини (тиск). Отже зі збільшенням температури збільшується і тиск.

 

2. БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ПРИЛАДУ

Психрометр Августа, що використовується в даній роботі, складається з двох однакових ртутних термометрів 1 і 2, закріплених з спеціальній оправі 9. Резервуар кожного термометра захищено двома трубками 3 і 4 з повітряним проміжком між ними. Цей захист разом з повітряним шаром захищає резервуари від нагрівання сонцем, для чого зовнішню поверхню трубок зроблено блискучими. Трубки 3 і 4 з'єднані з головним повітря проводом 5, що знаходиться між термометрами і з'єднується верхнім кінцем з аспіратором С. В аспіраторі є вентилятор, для обертання якого використовується механізм, пружина якого заводиться ключем 8. Цей механізм закритий ковпаком.

Резервуар правого термометра загорнено клаптиком тканини в один шар. Перед роботою тканина змочується дистильованою водою. Потім за допомогою ключа 8 приводиться в дію вентилятор, який втягує в прилад повітря, що обтікає резервуари обох термометрів. Це робиться для того, щоб забезпечити вимірювання вологості як найбільшого об'єму повітря.

Завдяки затратам тепла на випаровування води з тканини, в яку загорнено резервуар термометра 2, цей термометр показує температуру t₂, більш низьку, ніжтемпература t₁, сухого термометра 1, що показує температуру навколишнього повітря. Чим менша вологість тим інтенсивніше випаровування і нижче показники "вологого" термометра. Таким чином, різниця температур "сухого" і "вологого" термометрів характеризує вологість повітря. Температура "вологого" термометра перестає знижуватись, коликількість тепла що іде навипаровування води з поверхні тканини за деякий час, дорівнює притоку тепла , з зовні за цей час.

Згідно закону Ньютона

, (2)

де S – поверхня резервуара "вологого" термометра;

– коефіцієнт пропорційності, що залежить від властивості поверхні.

Кількість тепла пропорційна швидкості V та часу T випаровування

,

де b – коефіцієнт пропорційності.

Дальтон вивів формулу для швидкості випаровування

де Е' – пружність насиченого пару при температурі навколишнього середовища;

е – пружність пару, що міститься в повітрі;

Н – атмосферний тиск;

k – коефіцієнт пропорційності.

(3)

Прирівнюючи Q ₁ і Q ₂ отримуємо:

(4)

Величина А називається психрометричною сталою, і залежить від швидкості руху повітря, що протікає навколо "вологого" резервуару термометра.

Для психрометра Августа А =0,0008¹/град.

 

 

3. ХІД РОБОТИ

1. Змочити тканину на резервуарі 2. для цього правий термометр занурити в колбочку з водою на 20 с.

2. Обережно, щоб не зірвати пружину, завести вентилятор.

3. На четвертій хвилині, після пуску вентилятора, зафіксувати температуру на правому термометрі.

4. Пружині вентилятора дати повністю розкрутитися, після чого дослід повторити.

5. Вимірювання t₂ необхідно зробити не менше 3-х разів, і результати занести в таблицю:

№

t1º С

t2 ºС

t1 - t2 ºС

E', Па

H, Па

E, Па

e, Па

есер Па

Δе, Па

Δесер,Па

r, %

r сер, %

Δr, %

Δrсер, %

1.

2.

3.

Значення Е і Е' беруть із таблиці в кінці роботи. (Е відповідає температурі t₂, а Е' температурі навколишнього повітря t₁). При користуванні таблицею значення Е та Е' перерахувати в системі СІ, тобто в Па.

Щоб перевести величини і з мм.рт.ст. у Па необхідно скористатись наступною пропорцією, врахувавши що 1 мм.рт.ст. = 133,3 Па:

6. Величину е визначити за формулою (4). Кінцевий результат для пружності водяних парів записати у вигляді:

Па

7. Відносну вологість визначити за формулою (1). Кінцевий результат записати у вигляді:

, (%)

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Дати визначення абсолютної вологості. Записати формулу для її визначення.

2. Дати визначення відносної вологості. Записати формулу для її визначення.

3. Як залежить тиск водяної пари від температури? Записати формулу Больцмана.

4. Який пар називається насиченим, ненасиченим?

5. Який тиск називають парціальним тиском водяної пари? В яких одиницях він вимірюється?

Тиск і густина насиченого пару при різних температурах. Тиск вимірюється в мм. рт. ст. Густина вимірюється в г/м³

Таблиця 1

t	E	e	t	E	e	t	E	e
-30	0,28	0,33		4,63	4,84		31,82	30,3
-29	0,31	0,37		4,93	5,22		33,70	32,1
-28	0,35	0,41		5,29	5,60		35,66	33,9
-27	0,38	0,46		5,69	5,98		37,73	35,7
-26	0,43	0,51		6,10	6,40		39,90	39,6
-25	0,47	0,55		6,54	6,84		42,18	40,6
-24	0,52	0,60		7,01	7,3		44,56	41,8
-23	0,58	0,66		7,51	7,3		47,07	44,0
-22	0,64	0,78		8,05	8,3		49,69	46,3
-21	0,7	0,80		80,61	8,8		52,44	48,7
-20	0,77	0,88		9,21	9,1		55,32	51,2
-19	0,85	0,96		9,84	10,0		71,88	65,4
-18	0,94	1,05		10,52	10,7		92,5	88,0
-17	0,03	1,15		11,23	11,4		118,0	104,3
-16	1,13	1,27		11,98	12,1		149,4
-15	1,24	1,38		12,79	12,8		187,5
-14	1,30	1,51		13,63	13,6		233,7
-13	1,49	1,65		14,53	14,5		289,1
-12	1,63	1,80		15,48	15,4		366,1
-11	1,78	1,96		16,48	16,3		433,6
-10	1,95	2,14		17,54	17,3		525,8
-9	2,13	2,33		18,65	18,3		633,9
t	E	e	t	E	e	t	E	e
-8	2,32	2,54		19,83	19,4		760,0
-7	2,53	2,76		21,07	20,6	-	-	-
-6	2,76	2,99		22,38	21,8	-	-	-
-5	3,01	3,24		23,76	23,0	-	-	-
-4	3,28	3,51		25,21	24,4	-	-	-
-3	3,57	3,84		26,74	25,8	-	-	-
-2	3,88	4,13		28,35	27,2	-	-	-
-1	4,22	4,47		30,04	28,7	-	-	-

Тестові питання для захисту лабораторної роботи:

1.Що називається абсолютною вологістю повітря?

а) кількість водяних парів у повітрі;

б) кількість водяних парів (в грамах), що містяться в 1м³ або пружність (парціальний тиск) водяної пари;

в) водяна пара, яка знаходиться у динамічній рівновазі з рідиною, або кількість молекул води в повітрі.

2.Що називається відносною вологістю?

а) число молекул,що покидають рідину за одиницю часу;

б) кількість водяних парів (в грамах), що містяться в 1м³ повітря, або пружність (парціальний тиск) водяної пари;

в) відношення абсолютної вологості до кількості водяної пари, яка насичує 1м³ повітря при даній температурі.

3.Як визначити відносну вологість повітря?

а) ;

б) ;

в) .

4.Якими приладами вимірюють вологість повітря?

а) термометрами;

б) психрометрами та гігрометрами;

в) барометрами.

5.Від чого залежить відносна вологість повітря?

а) абсолютна вологість;

б) температура;

в) абсолютна вологість і температура.

6.Який зв’язок між парціальним тиском і густиною пари?

а) при збільшенні температури густина насиченої пари збільшується, а пружність зменшується;

б) густина та пружність насиченої пари зменшується при збільшенні температури;

в) густина та насичена пара збільшується при підвищенні температури.

7.Що таке тиск газу?

а) сумарна дія молекул газу на дно і стінки посудини;

б) сумарна кількість зіткнень молекул газу зануреними в нього тілами;

в) сумарна вага молекул газу.

8.Чому дорівнює нормальний атмосферний тиск?

а) 670мм рт.ст.;

б) 760мм рт.ст.;

в) 780мм рт.ст.

9.Рівняння Больцмана:

а) p=nkT;

б) ;

в) .

10. Що називається парціальним тиском?

а) сумарна дія молекул газу на дно і стінки посудини;

б) сумарна кількість зіткнень молекул газу зануреними в нього тілами;

в) це тиск який мав би газ, якщо всі інші гази були б витіснені з цього об’єму.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА N 11