Лабораторна робота 6 Визначення абсолютної та відносної вологості повітря

Прилади та матеріали: гігрометр, ефір, каучукова груша, барометр, псих-ро­метр.

Теоретичні відомості

Унаслідок безперервного випаровування води з поверхні водоймищ і рослин у атмосфері завжди міститься водяна пара. Залежно від її кількості й певної температури повітря має різні ступені вологості. Виділяють абсолютну і відносну вологість.

Абсолютну вологість визначають за кількістю водяної пари в грамах, що міститься в 1 м­_­³ повітря. Маса 1 м³ сухого повітря за нормальних умов ( t = 0⁰ C, Р = 760 мм рт. ст.) дорівнює 1293 г. Із рівняння Клапейрона маса 1м³ повітря за будь-яких температури t й тиску P буде дорівнювати

, (6.1)

де а – коефіцієнт об'ємного розширення повітря.

Густина водяної пари відносно густини повітря за однакових тиску й температури дорівнює 0,622. Масу 1 м³ водяної пари (якщо вважати, що вона перебуває в стані, далекому від насичення) можна визначити за рівнянням (6.1)

. (6.2)

Таким чином, якщо відомий тиск водяної пари за певної температури, то за формулою (6.2) можна визначити абсолютну вологість повітря. Як бачимо з цієї формули, за невеликих температур величина абсолютної вологості не дуже відрізняється від тиску водяної пари P. Тому абсолютну вологість найчастіше на­зивають тиском водяної пари P, вираженим у міліметрах ртутного стовпа.

Знаючи абсолютну вологість повітря, не можна визначити, наскільки воно сухе чи вологе. Для цього необхідно враховувати і його температуру. За низької температури певна кількість водяної пари може бути близька до насиченої, а за високої – далека. Температуру, за якої водяна пара в повітрі стає насиченою, називають точкою роси, а тиск насиченої пари – тиском насичення P_н .

Про ступінь вологості повітря судять за тим, наскільки водяна пара за деякої температури близька до стану насичення. Для цього застосовують по­няття відносної вологості. Вона дорівнює відношенню тиску водяної пари P в повітрі за певної температури до тиску насичення P_н за тієї ж температури. Виражають відносну вологість у відсотках.

_. (6.3)

Опис приладу та методу вимірювання

Точку роси визначають за допомогою гігрометра Ланбрехта (рис.6.1). Він являє собою закріплену на теплоізоляційній підставці 1 металеву посудину циліндричної форми 2, передня сторона якої відполірована. Посудина оточена відполірованою кільцевою металевою пластиною 3 так, що між ними немає кон­такту і в разі охолодження посудини пластина не охолоджується. Наявність пла­стини полегшує встановлення моменту появи роси на дзеркальній поверхні посу­дини.

П

Рис. 6.1

осудину наполовину наповнюють ефіром і за до­помогою груші4 проду­вають через неї повітря, при­скорюючи процес випаровування ефіру. Унаслідок ви­паровування ефіру стінки посудини охолоджувати­муться, водяна пара, наявна в повітрі, дотикаючись до холодної дзеркальної поверхні 5 на­сичуватиметься і конденсуватиметься на ній у вигляді роси. Про появу роси свідчить потем­ніння дзеркальної поверхні посудини порівняно з кільцевою пластиною.

Знайшовши точку роси, визначають відносну вологість за відповідними табли­цями.

В

Рис. 6.2

ологість повітря визначають психрометром. Психрометр складається з двох однакових термометрів, розташованих на одному штативі (рис.6.2). Кулька із ртуттю одного з термометрів щільно обтягнута батистом, кінець якого опуще­ний у склянку з дистильованою водою. За рахунок ефекту капілярності вода буде підніматися по батисту і змочувати кульку термометра. Унаслідок випаровування води з батисту термометр буде показувати нижчу темпера­туру, ніж сусідній сухий термометр. Чим менша вологість навколишнього повітря, тим інтенсивніше випаровування і тим нижчі показання змоче­ного термоме­тра порівняно із сухим. Таким чином, між по­казаннями термометрів має місце так звана психро­метрична різниця.

У разі рівноважного процесу випаровування (температура змоченого термометра постійна) кількість теплоти Q₁, що передається з навколишнього середовища термометру, дорівнює кількості теплоти Q_2, яка йде на випаровування води з мокрої поверхні термометра.

Кількість теплоти, одержана термометром за одиницю часу, за законом Ньютона дорівнює

,(6.4)

де – психрометрична різниця;S – площа поверхні змоченого термометра; – коефіцієнт пропорційності.

Втрату тепла на випаровування за одиницю часу визначають за законом Дальтона:

, (6.5)

де Р – тиск насиченої пари за температури випаровування рідини; Р_н – тиск пари, наявної в повітрі; Н – тиск повітря; – теплота випаровування;S – площа поверхні резервуара змоченого термометра; k – коефіцієнт пропорційності.

Прирівнюючи Q₁ i Q₂, одержимо

,

звідки

. (6.6)

Константа А, що має назву сталої психрометра, залежить від швидкості обтікання повітрям резервуара змоченого термометра. Її визначають експери­ментально.

Показання вологого термометра істотно залежать від швидкості руху повітря. Для одержання постійної швидкості повітря в психрометрі використовують вентилятор, якому надають руху електродвигуном.