Формула относительной влажности в сосуде

В воздухе всегда содержится водяной пар, даже при отрицательных температурах. Измеряя количество пара, мы будем получать информацию о влажности воздуха.

Чем выше температура, тем больше паров воды сможет удерживать воздух. Конечно, если добавить в воздух этот водяной пар.

Используют два показателя влажности — абсолютную и относительную влажность.

Что такое парциальное давление

Воздух – это смесь газов. Больше всего в нем содержится азота – 78 процентов. Так же, содержится кислород в виде молекул (O_{2}) и (O_{3}) — озона, он составляет 21 процент. Остальные газы, среди них инертные газы и углекислый газ, составляют 1 процент. Давление воздуха складывается из давлений каждого входящего в воздух газа.

Поясним это на простом примере. Рассмотрим емкость, например – обычную трехлитровую стеклянную банку для консервации. Когда в банке нет съестных припасов, ее объем целиком занимает воздух. Давление воздуха в банке будет равно атмосферному давлению. Закупорим банку крышкой. Предположим, у нас имеется возможность отдельно отфильтровать из воздуха каждый газ.

Будем проводить такой опыт:

Вначале измерим давление воздуха в банке.
Затем, откачаем из банки все газы, кроме одного. Этот отдельно взятый газ при той же температуре занимает весь объём, который до этого занимала газовая смесь. С помощью манометра измерим давление, которое создает оставшийся газ. Давление оставшегося газа называется парциальным давлением.
Далее, вернем в банку газы, откачанные ранее.
После этого отфильтруем какой-либо другой газ, оставляя в банке его и, откачивая все остальные газы. Будем измерять манометром парциальное давление оставшегося газа.

Проделав такой опыт несколько раз, мы получим парциальные давления всех газов, из которых состоит воздух.

Примечания:

Парциальное от итальянского «парцио» — часть. Имеется ввиду часть чего-то целого.
Манометр – прибор для измерения давления (ссылка).
Тела в газообразном состоянии занимают весь предложенный им объем. По мере удаления газов, масса вещества в банке будет уменьшаться. Но оставшийся газ будет занимать весь объем банки, создавая давление на ее стенки.

Связь общего давления и парциальных давлений всех газов смеси с помощью математики можно описать так:

[large boxed{ P_{text{общ}} = P_{1} + P_{2} + P_{3} + ldots + P_{n} }]

(large P_{text{общ}} left(text{Па} right) ) – давление смеси газов (общее давление);

(large P_{1} left(text{Па} right) ) – парциальное давление первого газа;

(large P_{2} left(text{Па} right) ) – парциальное давление второго газа;

Каждый газ создает свой вклад в общее давление смеси. Этот вклад называют парциальным давлением газа.

Если сложить парциальные давления всех газов, получим давление воздуха, которое мы измерили в начале эксперимента, перед тем, как начать откачивать газы из банки.

В каких единицах измеряют абсолютную влажность

Каждая молекула имеет массу. Чем больше молекул пара, тем больше масса пара в каждом кубометре воздуха.

Масса в объеме – это плотность. Поэтому, абсолютную влажность указывают с помощью плотности водяного пара.

Плотность пара связана с его парциальным давлением. Чем больше плотность пара, тем больше его парциальное давление. Поэтому, абсолютную влажность можно указывать, так же, с помощью парциального давления водяного пара.

Чем больше молекул пара в каждом кубометре воздуха, тем больше абсолютная влажность.

В каких единицах измеряют относительную влажность

Степень увлажненности воздуха зависит от того, близок или далек водяной пар, находящийся в воздухе, от состояния насыщения. Если пар близок к насыщению, относительная влажность высокая. А если пар от насыщения далек – относительная влажность низкая.

Относительную влажность принято измерять в процентах, так как относительные величины мы описываем с помощью дроби.

Важно! Измерьте сначала температуру воздуха, а затем измеряйте его относительную влажность!

Примечание: Относительная величина – значит, дробная. Процент – это дробь, у которой в знаменателе находится число 100.

Формула для вычисления относительной влажности воздуха

В числителе – плотность пара, которая имеется в момент измерения.

В знаменателе – максимальная плотность пара, соответствующая имеющейся температуре (то есть, плотность насыщенного пара).

Если плотность пара максимальная – то пар называют насыщенным. Чем выше температура, тем больше максимальная плотность пара.

[large boxed{ varphi = frac{rho_{0}}{rho_{max}} }]

( large varphi ) – относительная влажность;

(large rho_{0} left( frac{text{кг}}{text{м}^{3}}right) ) – измеренная плотность водяного пара в воздухе, т. е. абсолютная влажность;

(large rho_{max} left( frac{text{кг}}{text{м}^{3}}right) ) – максимальная плотность водяного пара в воздухе, которая может быть при измеренной температуре, т. е. плотность насыщенного пара;

Иногда формулу удобнее записывать в таком виде:

[large boxed{ rho_{0} = varphi cdot rho_{max} }]

Что такое точка росы

Если охлаждать влажный воздух, то можно довести пар, находящийся в воздухе до насыщения. При этом, можно заметить, как на гладких поверхностях появится роса. Появление росы будет происходить при некоторой температуре. Такую температуру называют точкой росы.

Точка росы – это температура, при которой относительная влажность становится равна 100%. При этой температуре из воздуха конденсируется влага: выпадает роса, идет дождь, или, к примеру, запотевает стекло.

Приборы для измерения влажности

Приборы, с помощью которых можно измерять влажность, называют гигрометрами. Есть несколько типов таких приборов: волосные, конденсационные, психрометрические.

Волосной гигрометр

В волосном гигрометре используют свойство волоса изменять свою длину при изменении влажности. Чем больше влажность воздуха, тем длиннее становится волос. Обычно используют волосок из конской гривы, либо длинный человеческий волос. Один конец волоса закреплен на корпусе прибора, а другой прикрепляется к стрелке (рис. 1). По шкале прибора можно определить относительную влажность воздуха.

Рис. 1. Волосной гигрометр состоит из шкалы, поворотного механизма со стрелкой и волоса

Конденсационный гигрометр

Конденсационный гигрометр по точке росы помогает определить абсолютную влажность воздуха.

Сначала определяют точку росы с помощью встроенного в прибор термометра. Затем, по таблице, содержащей плотность и парциальное давление водяного пара при различных температурах, определяют абсолютную влажность воздуха.

При известной температуре воздуха и абсолютной влажности можно дополнительно вычислить относительную влажность воздуха.

Устройство конденсационного гигрометра представлено на рисунке 2.

В небольшую металлическую коробку, встроена трубка с грушей и термометр. Передняя тонкая стенка коробки отполирована, чтобы на ней удобнее было наблюдать конденсацию капелек воды. Металлическое кольцо, придающее жесткость тонкой передней стенке, прикреплено через прокладку для теплоизоляции.

Рис. 2. Конденсационный гигрометр содержит термометр и грушу, погруженные в емкость с быстро испаряющейся жидкостью, емкость имеет полированную стенку, на которой может конденсироваться вода из воздуха

Используют прибор так: Наливают в коробку быстро испаряющуюся жидкость (спирт, эфир и т. п.), и продувают грушей воздух через коробку. Тем самым, вызывают быстрое испарение жидкости и понижение температуры в коробке. При этом на полированной передней стенке коробки появляется роса. А термометр позволяет измерить температуру, при которой роса конденсировалась. Появление росы говорит о том, что пар стал насыщенным.

Абсолютную влажность воздуха определяют по таблице, в которой содержится плотность и парциальное давление водяного пара при различных температурах.

Психрометрический гигрометр

Такой прибор для измерения относительной влажности сокращенно называют психрометром. Он состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных на держателе (рис. 3). Нижняя часть одного из термометров погружена в небольшую емкость, содержащую несколько миллилитров воды. Обычно на корпус этого прибора наносят психрометрическую таблицу. Благодаря этой таблице, считав показания двух термометров, можно определить относительную влажность воздуха.

Рис. 3. Психрометрический гигрометр состоит из сухого и влажного термометров

Самодельный психрометр

Чтобы изготовить самодельный психрометр, нужно взять два одинаковых бытовых спиртовых термометра.

В нижней части каждого термометра присутствует шарик с жидкостью. Эта жидкость расширяется при возрастании температуры. Излишки жидкости из шарика поднимаются по тонкой трубке, рядом с которой нанесены деления температурной шкалы. Обычно в качестве такой жидкости используют подкрашенный спирт (спиртовой термометр), или ртуть (ртутный термометр).

Шарик одного из термометров нужно обернуть кусочком ваты, или небольшой тряпочкой, смоченной водой комнатной температуры. Этот термометр договоримся называть «влажным».

Со вторым термометром ничего делать не нужно. Этот термометр будем называть «сухим».

Расположим эти термометры неподалеку один от другого. Спустя несколько минут самодельный психрометр будет готов к измерениям влажности.

Нам известно, что температура жидкости уменьшается при испарении (ссылка). Поэтому, показания влажного термометра всегда будут меньше показаний сухого термометра. Чем суше воздух, тем больше будет разница между показаниями термометров. Потому, что в сухом воздухе скорость испарения (ссылка) воды возрастает.

Запишем показания сухого и влажного термометров. Относительную влажность воздуха можно найти с помощью психрометрической таблицы.

Что такое психрометрическая таблица

В психрометрической таблице (рис. 4. и рис. 5) содержатся значения относительной влажности воздуха. Эти значения связаны с показаниями сухого термометра и разностью показаний сухого и мокрого термометров.

Рис. 4. Психрометрическая таблица, часть 1

Рис. 5. Психрометрическая таблица, часть 2

Наличие водяного пара в воздухе влияет на скорость испарения. Чем выше температура и чем меньше пара в воздухе, — тем быстрее испаряется вода, — тем больше разница между показаниями сухого и мокрого термометров.

Таблица — зависимость плотности насыщенного пара от температуры

В этой таблице (рис. 6 и рис. 7) содержатся плотность и парциальное давление водяного пара при различных значениях температуры. С помощью такой таблицы, зная абсолютную влажность и температуру воздуха, можно вычислить относительную влажность.

Абсолютную влажность воздуха обычно указывают с помощью плотности водяного пара.

Рис. 6. Плотность и парциальное давление водяного пара при различных температурах, часть 1

Рис. 7. Плотность и парциальное давление водяного пара при различных температурах, часть 2

Сказка о маленьком волшебнике и волшебном ведерке

Понятие влажности воздуха легко пояснить с помощью сказки.

В некотором царстве жил да был маленький волшебник. Звали его Воздухом. И было у него волшебное ведерко.

Волшебство заключалось в том, что размеры ведерка зависели от температуры. Чем выше температура, тем больше становилось ведерко, увеличиваясь в размерах.

Примечание: При такой аналогии абсолютная влажность – это количество воды, налитой в ведерко. А относительная влажность – это доля, которую занимает налитая вода по отношению ко всему объему ведерка.

Предположим, что при некоторой температуре объем ведра — 10 литров. Нальем в ведерко 5 литров воды. Это половина ведра, то есть, относительная влажность составит 50%. Так как 5/10 = 0,50 = 50%

Количество налитой воды не изменяем, значит, масса и объем воды не изменяется.

Допустим, температура возросла. Размеры ведерка будут увеличиваться с ростом температуры. Предположим, что ведерко увеличилось настолько, что теперь его объем составляет 15 литров.

Значит, теперь относительная влажность будет равна

5/15 = 0,33 = 33%

Рис. 8. С ростом температуры относительная влажность уменьшается

Если абсолютная влажность не изменяется, когда температура растет, относительная влажность уменьшается.

Предположим теперь, что температура понизилась. Значит, объем (размеры) ведерка уменьшится. Если, например, объем ведерка уменьшится до 8 литров, то относительная влажность составит

5/8 = 0,625 = 62,5%

То есть, абсолютная влажность не изменилась, а относительная возросла.

Рис. 9. При уменьшении температуры относительная влажность увеличивается

Если абсолютная влажность не изменяется, когда температура падает, относительная влажность растет.

При дальнейшем понижении температуры объем ведерка продолжит уменьшаться. При некоторой температуре может случиться так, что объем уменьшившегося ведерка совпадет с объемом налитой воды.

Предположим, объем ведерка уменьшится до 5 литров. И количество воды в ведерке – так же, равняется 5 литрам. Относительная влажность при этом составит 100%.

5/5 = 1,0 = 100%

Температура, при которой размеры ведерка будут совпадать с количеством налитой воды, называется точкой росы.

Рис. 10. Уменьшая температуру влажного воздуха мы можем достичь насыщения пара и точки росы. Относительная влажность при этой температуре будет равна 100%

Если температура продолжит падать, волшебное ведерко продолжит уменьшаться. Излишки воды при этом будут проливаться. Мы говорим в таких случаях: «выпадают осадки», или «идет дождь».

Примечание: Относительная влажность не может превышать 100%. Когда относительная влажность равна 100%, излишки водяного пара из воздуха конденсируются, при этом выпадают осадки – дождь, или роса.

Для чего контролировать влажность воздуха

Измерять и контролировать уровень влажности воздуха необходимо в самых разнообразных ситуациях:

в метеорологии — для предсказания погоды;
в сельском хозяйстве – в оранжереях и теплицах нужно поддерживать влажность воздуха, комфортную для выращиваемых растений;
в складских помещениях продуктовых магазинов – чтобы продукты не испортились ранее положенного срока годности;
в автомобильных боксах – чтобы предотвратить появление коррозии на металлических поверхностях автомобилей, механизмов и запасных частей к ним;
в жилых помещениях – комфортный уровень относительной влажности воздуха для человека находится в диапазоне от 40 до 60 процентов;
в библиотеках и музеях – чтобы книги и ценные произведения искусства сохранить на долгие века;

Выводы

Парциальное давление – это давление одного газа из смеси. Парциальное — от итальянского «парцио» — часть чего-то целого.
Если сложить все парциальные давления, получим общее давление смеси газов.
Воздух – это смесь газов. Давление воздуха — это сумма парциальных давлений всех газов, составляющих воздух.
В воздухе даже при отрицательной температуре содержится водяной пар. Измеряя количество этого пара, мы будем измерять влажность воздуха.
Чем выше температура, тем больше водяного пара воздух сможет удержать. Конечно, если добавить в воздух этот водяной пар.
Выделяют два вида влажности воздуха — абсолютную и относительную.
Абсолютную влажность указывают с помощью плотности водяного пара или же с помощью парциального давления водяного пара.
Приборы для измерения влажности называют гигрометрами. Широко используют конденсационные, волосные и психрометрические гигрометры.
Психрометрический гигрометр сокращенно называют психрометром.
Самодельный психрометр можно изготовить из двух одинаковых бытовых термометров. Один термометр назовем влажным, второй — сухим.
Относительную влажность можно определить, пользуясь психрометром и психрометрической таблицей.
Сначала измеряем температуру воздуха, а после — относительную влажность воздуха.
Относительная влажность – это дробная величина. Ее указывают в процентах. В числителе дроби – плотность пара, имеющегося в воздухе, в знаменателе – максимальная при этой температуре плотность пара, т. е. плотность насыщенного при этой температуре пара.
Абсолютная и относительная влажность воздуха связаны. Зная температуру воздуха и одну из влажностей, можно определить вторую влажность (по абсолютной можно определить относительную и наоборот). Для этого используйте таблицу плотностей водяного пара при различных температурах.

Источник

Влажность воздуха

У воздуха есть множество характеристик, от которых зависит его качество и влияние на человека. Одной из них является влажность воздуха. Мировой океан занимает более 70 процентов от всей поверхности Земли. При этом она постоянно испаряется и именно из-за этого испарения появляется такое понятие, как влажность воздуха.

Под влажностью подразумевается количество водокольцевого пара в воздухе. От его количества зависит будет ли воздух достаточно увлажненным или же наоборот сухим. Переизбыток влаги так же, как и недостаток может негативно влиять не только на живые организмы, но и на имущество человека. Поэтому для сохранения своего здоровья, а также сохранности имущества необходимо учитывать эту характеристику воздуха. Для этого используют прибор для определения влажности воздуха. А для улучшения ситуации можно использовать разнообразные способы, которые помогут восстановить нормальные показатели воздуха в помещении.

Влажность воздуха бывает:

Абсолютной;
Относительной.

Здоровье и самочувствие человека очень сильно зависит от воздуха, которым он дышит. Так сухой воздух является очень вредным для слизистых оболочек. Очень важно следить за тем, какой воздух мы вдыхаем, ведь он является основой правильного функционирования организма. И для того, чтобы иметь наиболее точное представление о его качестве лучше всего обратиться к специалистам, имеющим большой опыт в исследования воздуха. В лаборатории «ЭкоТестЭкспресс» проводят различные исследования, в том числе определяют и какая влажность воздуха в вашем доме. Полезным будет провести не только исследование влажности, но и химический анализ воздуха, который более подробно скажет вам о составе того, чем вы дышите.

Как найти влажность воздуха формула

Этот показатель важен для правильного функционирования организма человека. Также влажность является одной из главных климатических характеристик. От температуры зависит количество водяного пара и это приводит к разным значениям влажности. Даже по внешним признакам можно определить отклонения в этом показателе. Если в доме быстро засыхают растения и появляются трещины в деревянных изделиях, то воздух сухой. Наличие плесени и плесневелого запаха наоборот сообщает о превышении норм.

Так выделяется относительная и абсолютная влажность воздуха. Относительная влажность воздуха – это процентное отношение давления водяного пара к давлению насыщенного пара. Абсолютная же – это отношение массы водяного пара к объему воздуха. Она может зависеть от многих факторов. Сюда относится как температурный режим, так и перенос влаги.

<br />

Измерения можно проводить при помощи специальных устройств. Психрометр Августа является эффективным измерителем для воздуха в помещениях, так как он дает точные результаты при отсутствии ветра. Для того, чтобы провести замеры на улице лучше всего подходит психрометр Ассмана. Он обладает большей устойчивостью к внешним факторам и поэтому на улице даст более точные результаты. На производстве используют дистанционный прибор, передающий показания на дальние дистанции. Поэтому можно выбрать наиболее подходящий способ для измерения этого показателя. Следить за этим показателем необходимо еще и потому, что некоторые материалы могут использоваться только при определенных значениях. И поэтому любые отклонения способны вызвать их непригодность для дальнейшего использования.

Абсолютная влажность воздуха формула

Для того, чтобы определить абсолютную влажность необходимо использовать специальную формулу и приборы. Для замеров необходимо использовать герметичный сосуд, ртутный термометр, психрометр и таблицу, в которой показана зависимость насыщенного водяного пара от температуры.

В самом начале следует провести отбор проб в герметичную тару и охладить ее до появления конденсата на стенках емкости. После этого можно приступать к замеру температуры. После того, как показания будут сняты необходимо при помощи таблицы определить плотность насыщения пара. И этот показатель будет абсолютной влажностью воздуха.

Еще можно использовать ртутный термометр. Для этого необходимо обмотать его тканью и снять с него показания температуры. Тут также влажность будет определяться по таблице, но погрешности будут выше чем в первом способе. Зная температуру можно выяснить относительную влажность, найдя ее в таблице, а имея эти сведения можно по формуле произвести расчеты. Но наиболее эффективным способом провести измерения будет доверить их специалистам. Эксперты лаборатории «ЭкоТестЭкспресс» проводят различные измерения, а также комплексное исследование, которое поможет сохранить свое здоровье от влияния различных вредных факторов. Чем больше внимания вы уделите безопасности собственного дома или офиса, тем лучше это будет для здоровья. Так исследование радиации может выявить нарушения, которые могут оказаться губительными для организма человека.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Относительная влажность воздуха формула через температуру

Массовая доля пара зависит от температуры и поэтому чем выше температура, тем выше давление паров. Таким образом при понижении температуры пар перенасыщается и кристаллизуется или же образуется туман. Таблица относительной влажности помогает определить влажность зная температуру и не проводя сложные расчеты или измерения.

Определение влажности воздуха является необходимым по многим причинам. Это важный экологический показатель, который может очень сильно влиять на самочувствие человека в течение дня. В зависимости от этого показателя у человека может наблюдаться повышенная утомляемость, проблемы с концентрацией, памятью и с восприятием окружающей среды. А уже такое состояние организма способно стать причиной многих других отклонений, развивающихся на фоне постоянной усталости и стресса.

<br />

Вещи и продукты, которые находятся в офисе или квартире также подвержены влиянию влажности воздуха. Поэтому лучше всего контролировать этот показатель, чтобы избежать порчи имущества. У продуктов и вещей есть свои нормы хранения и использования и нарушение влажности воздуха может повлечь за собой различные разрушительные процессы. Так повышенные показатели очень часто становятся причиной появления плесени. Грибок может быть, как в продуктах питания, так и на стенах, одежде, растениях и в любых других теплых и влажных местах. Если же своевременно выявить нарушение, то можно избежать появления плесени и дальнейших разрушений.

Согласно общепринятым нормам влажность воздуха должна быть в пределах 45-65 процентов. Этот показатель является комфортным как для человека, так и для вещей и техники. Это приблизительное значение и тут могут быть свои особенности. Так для мебели и музыкальных инструментов лучше всего держать влажность в пределах 40-65 процентов. Особое внимание следует уделять влажности в библиотеках и музеях, где могут храниться старые предметы, книги и картины. Эти вещи особо чувствительны к влажности и поэтому влажность не должна превышать 40-60 процентов.

Какая формула описывает относительную влажность воздуха

Этот показатель представляет собой величину, которая показывает насколько пар далек от насыщения. Насыщенным можно считать тот пар, который находится в равновесии с жидкостью.

Определение относительной влажности воздуха происходит по формуле φ = ρ / ρ0 • 100%. Где φ — это относительная влажность, ρ — плотность водяного пара, а ρ0 плотность насыщенного пара. И при увеличении водяного пара в воздухе будет увеличиваться и влажность воздуха. Это приведет к тому, что пар будет более насыщен. Температура, при которой пар становится максимально насыщенным, называется точка росы.

Определение влажности воздуха при помощи психрометра

Психрометр представляет собой прибор, который состоит из двух термометров. Один из них обтянут батистом, а свободный конец находится в резервуаре с дистиллированной водой. Второй же термометр остается сухим. Таким образом когда вода испаряется в термометре будут показатели ниже, нежели у термометра, где нет воды. Зная эти показатели можно узнать относительную и абсолютную влажность, а также выявить дефицит. Принцип основан на том, что при испарении жидкость влияет на температуру поверхностей, находящихся рядом.

В наиболее простых приборах используют спиртовые или ртутные термометры. Можно выделить три типа психрометров:

Психрометр Августа;
Психрометр Ассмана;
Дистанционный психрометр.

Психрометр Августа является стационарным прибором, который представляет собой корпус с двумя термометрами, батистовой тканью и резервуаром с водой. Чаще всего именно его используют для самостоятельных измерений дома. При измерениях следует избегать сквозняков, так как передвижение воздуха влияет на точность измерений.

Психрометр Ассмана — это аспирационный психрометр. Он сложнее по устройству, нежели стационарный прибор, но при этом дает более точные результаты. Термометры находятся в корпусе и обдуваются воздухом за счет вентилятора. Поэтому результаты не зависят от внешних условий, которые могут исказить показания. Такой прибор подходит для измерений на улице и в местах со сквозняками.

Дистанционный прибор используется на производстве, так как позволяет проводить измерения на больших расстояниях. Он может быть электрическим и манометрическим. Наиболее распространенным является электрический вариант, который работает по принципу классических приборов, но имеет ряд усовершенствований.

А для того, чтобы точно определить влажность в квартире вы можете обратиться к специалистам лаборатории «ЭкоТестЭкспресс». Важно вовремя выявить проблему и определить пути ее исправления. Наши эксперты всегда проконсультируют вас по итогам проверки и подскажут как лучше всего устранить нарушения. Таким образом можно избежать как вреда для самочувствия, так и порчи имущества. Необходимо внимательно относиться к месту, где вы живете и проводить там экологические исследования, которые помогут обезопасить ваш дом. Так исследование материалов на этапе строительства, ремонта или покупки новой мебели или отделочных материалов сможет сказать, насколько они безопасны и пригодны для использования.

Источник