Лабораторна робота № 14. ВИЗНАЧЕННЯ АБСОЛЮТНОЇ ТА ВІДНОСНОЇ ВОЛОГОСТІ ПОВІТРЯ

Мета роботи − вивчити властивості вологого повітря; визначити абсолютну та відносну вологість повітря.

Вказівки до виконання лабораторної роботи

Для виконання лабораторної роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: особливості розподілу вологи в повітрі; характеристики вологого повітря.

[1, т.1, §§ 21.1 – 21.6; 2, §§ 42, 60 – 62; 4, т.1, §§ 120 – 123, 126]

Атмосферне повітря має деяку кількість водяних парів. Кількість цих парів може змінюватись як за абсолютною величиною, так і за насиченням, що характеризується абсолютною та відносною вологістю.

Абсолютна вологість b – це кількість водяної пари, що знаходиться у 1 м³ повітря, вираженого у грамах. Маса 1 м³ сухого повітря при нормальних умовах дорівнює 1293 г. На основі рівняння Клапейрона маса 1 м³ повітря при температурі t (^оС) і тиску Р, мм рт. ст. буде рівна:

,

де a = 1/273 − лінійний коефіцієнт розширення повітря.

Густина водяного пару по відношенню до густини повітря при однаковому тиску і температурі дорівнює 0,622. Рівняння Клапейрона (справедливе лише для парів, далеких від насичення) дає для m (маси 1 м³ водяної пари) вираз :

. (14.1)

Цей вираз дозволяє визначити абсолютну вологість, якщо відома пружність (парціальний тиск) парів води.

Із формули (14.1) видно, що при малих значеннях температури t величина вологості повітря b мало відрізняється від величини пружності водяної пари Р. Тому абсолютну вологість можна вимірювати в мм рт. ст.

Відносна вологість визначається за формулою:

, (14.2)

де Р_Н − пружність (тиск) водяної пари, що насичує повітря при температурі t; Р − пружність (тиск) водяної пари у повітрі при даній температурі t.

Відносна вологість визначається як відносна насиченість повітря водяною парою.

Абсолютну та відносну вологість повітря можна визначити за допомогою психрометра. Цей метод полягає у тому, що два однакових термометри знаходяться в однакових потоках повітря. Один з термометрів обгорнений змоченим водою батистом. Завдяки випаровуванню води показники цих термометрів різні. Зволожений термометр має більш низьку температуру порівняно з сухим термометром. Це відбувається внаслідок випаровування води з батисту у повітря і чим нижче вологість навколишнього повітря, тим інтенсивніше буде випаровування та більш низькими показники “вологого“ термометра. Через деякий час процес випаровування буде сталим.

Із закону Ньютона для випаровування рідини в одиницю часу маємо:

,(14.3)

де Q₁ – теплота випаровування; а − коефіцієнт пропорційності; Dt − різниця показників “сухого” та “ вологого” термометрів; S₁ – поверхня балончика “ вологого” термометра.

Згідно із законом Дальтона випаровування рідини в одиницю часу визначається формулою:

, (14.4)

де m – маса води, що випаровується; S₂ – площа поверхні, що випаровує; Р_Н – пружність насиченої водяної пари при даній температурі; Р − пружність водяної пари в повітрі; Н – тиск повітря; с– коефіцієнт пропорційності.

Кількість тепла Q₂ необхідного для випаровування води масою m дорівнює:

, (14.5)

де – питома теплота випаровування.

При Q₁ = Q₂ з (14.3) та (14.5) маємо:

, (14.6)

але, за умови S₁=S_2, маємо:

, (14.7)

де А − стала величина для даного приладу, яка визначається швидкістю потоку повітря і знаходиться дослідним шляхом:

Остаточно формула для розрахунку абсолютної вологості повітря визначається за формулою

, (14.8)

де Р_Н – тиск насиченої пари при температурі сухого термометра ; – температура вологого термометра; Н – атмосферний тиск в мм.рт.ст.

Величину Р_Н беруть з таблиці “Залежність насичених парів води від температури”, яка знаходиться в лабораторній кімнаті. Барометричний тиск визначають за допомогою барометра.

Будова приладу

Будову стандартного аспіраційного термометра показано на рис. 14.1. Він складається з двох однакових термометрів Т, балончик одного з термометрів покрито батистом Б. Аспіратор має пружний вентилятор, який заводиться ключем К.

Швидкість повітряного потоку близька до 2,5 м/с. Для запобігання нагріву приладу ззовні його металеві частини покриті шаром нікелю. Батист змочується водою за допомогою гумової груші з піпеткою. Груша заповнюється дистильованою водою. Невеликим здавлюванням груші через піпетку змочують батист. Необхідно дотримуватись уникнення попадання води на другий термометр. Ключем К заводять вентилятор на 5-6 обертів і спостерігають за показниками термометрів. При відліку спочатку відраховують десяті долі градуса, а потім цілі частини.

На практиці для визначення відносної вологості повітря використовують спеціальні номограми або психометричні таблиці, які знаходяться в лабораторній кімнаті. Відносна вологість за номограмами визначається як точка перетину вертикальних прямих (температура „сухого” термометра ) та нахилених прямих (температура „вологого” термометра ).

Хід роботи

Спосіб І.

1. За допомогою груші змочити батист, який намотаний на одному з термометрів (Б) психрометра.

2. Завести механічний пристрій вентилятора (К) на 5-6 повних обертів.

3. Через 4-5 хвилин зняти покази „сухого” та „вологого” термометрів.

4. Знайти різницю температур та визначити значення відносної вологості повітря В за допомогою психометричних таблиць.

5. Знайти значення відносної вологості повітря В за допомогою номограм.

6. Порівняти значення відносної вологості повітря, отриманих в п.4 та п.5.

Спосіб ІІ.

1. За допомогою барометра визначити атмосферний тиск Н.

2. За таблицею “Залежність насичених парів води від температури” знайти значення тиску насичених парів Р_Н при температурі, яка відповідає показам „сухого” термометра.

3. За формулою (14.8) розрахувати абсолютну вологість повітря (b=P).

4. За формулою (14.2) розрахувати відносну вологість повітря В.

5. Всі дані вимірювання та розрахунків занести у таблицю 14.1.

Таблиця 14.1

Спосіб І	Спосіб ІІ
, оС	, оС	, оС	В, %	Н, Па	РН, Па	Р (b), Па	В, %
			За психрометричною табл.
За номограмами

Контрольні запитання

1. Що називається абсолютною вологістю повітря?

2. Що називається відносною вологістю повітря?

3. За рахунок якої енергії відбувається випаровування рідини?

4. Що називають точкою роси?

5. Як побудований психрометр?

6. На якому явищі ґрунтується психрометричний спосіб вимірювання вологості повітря?

7. Що таке тропосфера?

8. З яких газів складається тропосфера?

9. Які ще існують методи вимірювання вологості повітря?