Практикум МолФ

якщо p виражено в мм ртутного стовпа. В формулі /4/ α =

1

273K

, t -

температура в ºС. З /4/ кількість водяної пари m в г у одному м3, тобто абсолютна вологість, виражається:

	m=1,06		р	(5)
		1	+ α t

Формула /5/ дає змогу визначити абсолютну вологість повітря, якщо відома пружність (парціальний тиск) водяної пари p. З цієї формули також видно, що при малих значеннях t величина абсолютної вологості m мало відрізняється від величини пружності водяної пари p, виміряної в мм рт. ст., тому на практиці найчастіше визначається абсолютна вологість не за кількістю водяної пари m в грамах, що міститься в 1 м3 повітря, а за її пружністю p, вираженою в мм рт. ст.

Відносна вологість характеризує ступінь насичення повітря парою. Відносною вологістю називається відношення абсолютної вологості m до кількості пари в 1 м3, яка насичує повітря при даній температурі t:

r=	m	(6)
	µ

Беручи до уваги наведене вище, можемо записати :

	r=	m	100% =	p	100%,	(7)
				P

де P - пружність насиченої водяної пари при температурі t. Відносну вологість звичайно виражають в процентах.

Визначення вологості повітря проводиться (з використанням таблиць) або по психрометру, або по гігрометру.

Завдання 1. Визначення абсолютної і відносної вологості методом точки роси за допомогою гігрометра.

Точкою роси називається температура, при якій водяна пара, що є в повітрі, стає насиченою, тобто починає конденсуватися.

Гігрометр (рис. 1) складається з металевої посудини А, закріпленої на підставці. Одна сторона посудини полірована і оточена такою ж полірованою рамкою В, що ізольована від резервуара А. Для охолодження резервуара через нього пропускають воду, що витікає з посудини С, в якій вода знаходиться в суміші з льодом.

При достатньому охолодженні, коли температура в резервуарі А і температура прилеглого до нього шару повітря досягне точки роси, на відполірованій стороні резервуара почне з'являтися роса з водяної пари оточуючого повітря. При цьому виникає потускніння полірованої поверхні гігрометра в порівнянні з рамкою. Температура

t', при якій виникає потускніння по можливості точно треба визначити по термометру, що вставляється в резервуарі А. Зменшуючи потік води з посудини С, знаходять температуру t", при якій роса зникає. За точку роси

приймають середнє значення з одержаних величин: tp= t"+t' .

2

При спостереженнях між експериментатором і гігрометром розташовують прозорий екран, щоб запобігти впливу дихання експериментатора на вологість поблизу приладу.

Користуючись таблицею 1, що додається до роботи, за точкою роси визначають тиск насиченої водяної пари при tр, тобто тиск ненасиченої водяної пари при кімнатній температурі, або абсолютну вологість. За цією ж таблицею визначають тиск насиченої водяної пари Θ при кімнатній температурі і за формулою /7/ розраховують відносну вологість.

Завдання ІІ. Визначення абсолютної і відносної вологості повітря за допомогою психрометра.

Психрометр найбільш поширений приклад для визначення вологості повітря. Суть методу психрометра полягає в слідуючому. Якщо два однакових термометри знаходяться в однакових потоках повітря, покази цих термометрів повинні бути однаковими. Якщо ж балончик одного з термометрів буде весь час зволоженим, наприклад, обгорнутий мокрою тканиною, то покази термометрів будуть різними. Завдяки випаровуванню води з тканини та званий "мокрий" термометр буде показувати більш низку температуру, ніж сухий. Чим менша вологість оточуючого повітря, тим інтенсивнішим буде випаровування і тим нижчими будуть покази "мокрого" термометра. Різниця температур, виміряна цими термометрами, буде характеризувати вологість повітря.

За законом тепловіддачі Ньютона кількість теплоти Q1, яка через поверхню системи S1 за одиницю часу виділяється в оточуюче середовище виражається так:

Q= α (t − t1)S1, (8)

де α - так званий коефіцієнт тепловіддачі системи, t - температура системи, t1 - температура оточуючого середовища. В методі психрометра (t - t1) - це максимальна різниця температур сухого і мокрого термометрів.

З другого боку, масу води, що випаровується за одиницю часу, можна за формулою Дальтона представити так:

m= kS2 (pH − p) , H

Тут S2 - площа поверхні, з якої відбувається випаровування, Н - тиск повітря, pн - пружність насиченої водяної пари при температурі рідини, що випаровується, тобто при температурі t1, p - пружність водяної пари, що знаходиться в повітрі, к - коефіцієнт пропорціональності, що залежить від швидкості потоку повітря.

Кількість теплоти Q2, яка йде на випаровування маси m води, очевидно виражається так:

Q2=m λ =	kλ S2	(pH − p)	,	(9)
		H

де λ - питома теплота пароутворення води.

При стаціонарному режимі, тобто при незмінних температурах t і t1,

	Q1 = Q2. Враховуючи, що S1			= S2, з /8/ та /9/ одержимо	kλ (pH − p)		= α (t − t1),
					H
	звідки p=pH -A( t –t1)H ,						(10)
	де A =	α	- стала системи. Величина цієї сталої			залежить, в
		kλ

основному, від швидкості потоку повітря і знаходиться експериментально.

Опис психрометра і виміри.

Будову стандартного аспіраційного психрометра показано на рис. 2/б/. Він складається з двох термометрів А. Балончик правого термометра огорнутий тканиною. Аспіратор психрометра має пружинний вентилятор, що заводиться ключем В. Шлях повітряних потоків в приладі показаний стрілками. Над балонами термометрів обидва потоки з'єднуються в один.

Змочування тканини термометра проводять за допомогою гумової груші G з піпеткою u (рис. 2а). Грушу наповнюють дистильованою водою. Невеликим натиском груші воду в піпетці піднімають, але не вище ніж на 1 см від кінця піпетки. Таке положення рівня фіксується затискачем F. Піпетка

обережно вводиться в трубку з термометром для зволоження тканини. Після цього затискач відкривають, щоб вода опустилась в грушу. Ключем В майже повністю заводять вентилятор (5-7 обертів) і починають слідкувати за показами термометрів. Через 4 - 5 хвилин покази термометрів встановлюються, і різниця t - t1 може бути виміряна. Абсолютна вологість по

стандартному психрометру визначається за формулою /10/, враховуючи, що стала даного прикладу А = 0,0006 гр-1. Величину pн, що входить в формулу /10/ знаходять по таблиці 1, а атмосферний тиск вимірюють барометром. Якщо з таблиці 1 знайти також тиск насиченої водяної пари при температурі оточуючого повітря t, то по формулі /7/ можна розрахувати відносну вологість r.

За психрометричною різницею t - t1 відносну вологість можна визначити також, користуючись таблицею 2 (до роботи додається). В цій таблиці наводиться відносна вологість в залежності від температури оточуючого середовища t і різниці t - t1. Для визначення відносної вологості по показам психрометра можна також користуватися спеціальною номограмою, наведеною на рис. 3. Відносна вологість по цій психрометричній номограмі визначається по точці перетину вертикальних прямих, що відповідають температурі сухого термометра, і похилих прямих, що відповідають температурі мокрого термометра.

Завдання роботи.

За допомогою психрометра визначити абсолютну вологість, також відносну вологість розглянутими методами. Порівняти результати вимірювання різними методами, а також порівняти з результатами, одержаними по методу точки роси.

ПРУЖНІСТЬ ТА ГУСТИНА НАСИЧЕНОЇ ВОДЯНОЇ ПАРИ

					Таблиця № 1.
t,0С	Р, мм	m2 (в 2 м3 пари)	t,0С	Р, мм	m2 (в 2 м3 пари)
	рт. ст.			рт. Ст..
0	4,58	4,84	16	13,63	13,6
1	4,93	5,22	17	14,53	14,5
2	5,29	5,60	18	15,48	15,4
3	5,60	5,98	19	16,48	16,3
4	6,10	6,40	20	17,54	17,3
5	6,54	6,84	21	18,65	18,3
6	7,01	7,30	22	19,83	19,4
7	7,51	7,80	23	21,07	20,6
8	8,05	8,30	24	22,38	21,3
9	8,61	8,80	25	23,76	23,0
10	9,21	9,40	26	25,21	24,4
11	9,84	10,0	27	26,74	25,8
12	10,52	10,7	28	28,35	27,2
13	11,23	11,4	29	30,04	28,7

14	11,99	12,1	30	31,82	30,3
15	12,79	12,8

ПСИХРОМЕТРИЧНА ТАБЛИЦЯ ВІДНОСНОЇ ВОЛОГОСТІ ПОВІТРЯ, %

Покази		Різниця показів сухого та "мокрого" термометрів,
сухого										0С
термометра
		0			1		2	3	4	5	6			7			8		9	10
, 0С
0		100		81			63	45	28	11
2		100		84			68	51	35	20
4		100		85			70	56	42	28	14
6		100		86			73	60	47	35	23			10
8		100		87			75	63	51	40	28			18		7
10		100		88			76	65	54	44	34			24		14			4
12		100		89			78	68	57	48	38			29		20			11
14		100		90			79	70	60	51	42			33		25			17	9
16		100		90			81	71	62	54	45			37		30			22	15
18		100		91			82	73	64	56	48			41		34			26	20
20		100		91			83	74	66	59	51			44		37			30	24
22		100		92			83	76	68	61	54			47		40			34	28
24		100		92			84	77	69	62	56			49		43			37	31
26		100		92			85	78	71	64	58			50		45			40	34
28		100		93			85	78	72	65	59			53		48			42	37
30		100		93			86	79	73	67	61			55		50			44	39
								відносна вологість, %
Температу
		1		20			30	40	5	60		70				80			90		100
ра повітря		0							0
0С
									похибка, %
10		+		+5,			+5,	+4	+	+3,	+2,					+2,			+2,	+2,
20		+		+5			+4	+3	+	+3	+2,					+2,			+2,	+2,

Робота № 11 Визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини

Вступ. Залежність об’єму рідини v від температури t виражається рівнянням:

v = v 0 (1 + α t + β t 2 + …) ,

а при невеликій точності можна обмежитися виразом:

v = v 0 (1+ α t )	,
де v 0 – об’єм рідини при температурі 0ºC ,	α - температурний коефіцієнт

об’ємного розширення рідини.

Опис методу.

Прямим способом вимірювати об’єм рідини при різних температурах для визначення α важко, бо при цьому змінюється і об’єм посудини, в якій знаходиться рідина. Французькі вчені Дюлонг і Пті запропонували спосіб визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини, при якому відпадає необхідність вимірювання об’єму рідини. Цей метод грунтується на тому, що висоти стовпів рідини в сполучених посудинах обернено пропорціональні густині цієї рідини.

Установка для вимірювання коефіцієнта об’ємного розширення рідини Дюлонга і Пті зображена на Рис. 1. Дві U – подібні трубки 1 і 2 розміщені в широких скляних циліндрах А і В, в одному з яких знаходиться термостатуюча рідина, а по другому пропускається нагріта водяна пара, що поступає з кип’ятильника.

В трубки 1 та 2 наливається рідина, коефіцієнт об’ємного розширення якої треба визначити. Трубки сполучаються між собою, як показано на малюнку, і в цій спільній частині створюється деякий тиск Ρ , відмінний від атмосферного. Таким чином наповнені досліджуваною рідиною трубки 1 та 2 відіграють роль рідинних манометрів, які вимірюють одну й ту ж різницю тисків, а саме:

Ρ − Ρ АТМ ,

де Ρ АТМ – атмосферний тиск.

На підставі рівності гідростатичних тисків стовпів, що зрівноважують одну й ту ж різницю тисків , можна записати:

ρ 1h1 = ρ 2 h 2 ,				(1)
де ρ 1 і ρ 2 густини досліджуваної	рідини	при	температурах t1	і t2 в
манометрах 1 та 2 відповідно, а	h1 і	h2	– різниці висот	стовпів
досліджуваної рідини в них.
Враховуючи, що