Влажность воздуха (измерение формула)

Что такое влажность воздуха и ее измерения

Вследствие происходящего почти повсеместно в природе испарения воды атмосферный воздух, особенно в ближайших к земле слоях, содержит водяной пар. Это явление называется влажностью воздуха. Содержание водяного пара в воздухе характеризуется в основном двумя величинами: абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютной влажностью f называют массу водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха. Практически ее выражают в граммах на кубический метр (г/м³). В метеорологии абсолютную влажность характеризуют парциальным давлением р водяного пара, содержащегося в воздухе, выраженным в мм рт. ст. Между этими величинами имеется численное соотношение: 

f =-(289,4/(273 + t))р, 

где t—температура воздуха. При t =15 ÷ 18 °С величины f и р численно почти совпадают.

Максимальной влажностью f_m называют массу водяного пара в граммах, насыщающего 1 м³ воздуха при данной температуре, или соответственно, парциальное давление р_т насыщающего пара при данной температуре.

Масса водяного пара в граммах, насыщающего 1 м³ воздуха, и соответствующее парциальное давление пара при некоторых температурах приведены в таблице.

Парциальное давление пара

Температура в °С	Плотность в г/м*	Давление в мм рт. ст.
10	9,4	9,21
11	10,0	9,84
12	10,7	10,52
13	11,4	11,23
14	12,1	11,79
15	12,8	12,79
16	13,6	13,63
17	14,5	14,53
18	15,4	15,48
19	16,3	16,48
20	17,3	17,54

Относительная влажность b измеряется отношением абсолютной влажности f к максимальной f_m и выражается обычно в процентах:

b = (f/f_m) • 100% или через парциальные давления b = p/p_m • 100%.

Относительная влажность

Относительная влажность b указывает, насколько влажность воздуха (абсолютная) в данных условиях приближается к максимальной влажности при этой же температуре. Можно сказать, что относительная влажность показывает степень насыщения воздуха водяным паром. Чем меньше относительная влажность окружающего воздуха, тем быстрее испаряется вода в данных условиях, и наоборот.

Влажность воздуха имеет большое значение для жизнедеятельности организма, так как в значительной мере обусловливает его теплоотдачу в окружающую среду. При этом может иметь значение как абсолютная, так и относительная влажность. Например, испарение воды с поверхности кожи зависит от относительной влажности; рассматривая испарение воды легкими, следует учитывать абсолютную влажность воздуха, так как из легких воздух выдыхается почти полностью насыщенный паром при температуре примерно 30° С. Количество пара, которым воздух насыщается в легких, очевидно, зависит от абсолютной влажности вдыхаемого воздуха.

Нормальной для жизни человека считается атмосфера с относительной влажностью от 40 до 60%.

Для того чтобы знать и абсолютную и относительную влажность, достаточно определить только одну из этих величин, так как максимальная влажность, необходимая для перехода к другой величине, находится по приведенной выше таблице, соответственно заданной температуре.

Точка росы

Точкой росы называется температура, при которой пар, содержащийся в воздухе, достигает состояния насыщения или, другими словами, температура, максимальная влажность при которой численно равняется абсолютной влажности в данных условиях. При снижении температуры ниже точки росы происходит конденсация пара. Для влажности воздуха характерна также температура, называемая точкой росы.

Заметим, что конденсация пара облегчается наличием в атмосфере каких-либо мелких частиц или электрических зарядов (пылинки, электроны, ионы газа и т. п.). На этих частицах оседают молекулы воды и образуются мельчайшие капельки тумана. В абсолютно чистом воздухе конденсация пара затрудняется и может происходить при температурах, значительно более низких, чем точка росы.

Непосредственное определение абсолютной влажности может быть сделано только путем поглощения содержащегося в воздухе пара и измерения его массы. Для этого определенный объем воздуха просасывается через систему U-образных трубок Т (рис. 2), наполненных высоко гигроскопическим веществом, например хлористым кальцием.

Для этого удобно использовать бутыль Б известного объема, которая предварительно заполняется водой, затем вода выпускается через кран К и на ее место засасывается воздух. Путем взвешивания трубок до и после опыта определяется масса пара, поглощенного веществом и, следовательно, содержавшегося в данном объеме воздуха.

Влажность воздуха определяется также с помощью приборов, называемых гигрометрами и психрометрами.

Простейшее устройство имеет волосной гигрометр. Он состоит из пучка В обезжиренных волос. Волосы гигроскопичны: в оболочке волоса имеются микроскопические полости, в которых адсорбируется влага. При этом волос удлиняется на величину, которая зависит от относительной влажности окружающего воздуха. Изменение длины пучка волос через блок передается стрелке С прибора. Прибор градуируется опытным путем. На этом же принципе устроен и гигрограф — прибор для непрерывной записи на движущейся ленте кривой изменения относительной влажности в помещении.

Абсолютная влажность

Абсолютная влажность может быть определена с помощью конденсационного гигрометра, при помощи которого определяется точка росы при данной влажности воздуха. Прибор состоит из металлического резервуара Р с отполированной передней стенкой 3, в который помещается термометр Г, и наливается небольшое количество эфира. С помощью груши Г через эфир пропускается струя воздуха. Эфир испаряется, и температура стенок резервуара понижается. При достижении точки росы на передней стенке резервуара начинается конденсация пара, содержащегося в воздухе (стенка запотевает). Соответствующая температура наблюдается по термометру.

Находится максимальная влажность, которая в данном случае численно равняется абсолютной влажности окружающего воздуха. Наиболее распространенным прибором для определения влажности воздуха является психрометр Августа. Он состоит из двух одинаковых термометров A и Б; резервуар одного из них обвернут гигроскопической тканью, конец которой опущен в сосуд Р с водой. Вследствие капиллярности вода поднимается по ткани и, испаряясь на поверхности шарика термометра, охлаждает его.

Показания влажного термометра снижаются по сравнению с сухим. Это снижение тем больше, чем выше скорость испарения воды на резервуаре термометра. Скорость испарения зависит главным образом от того, насколько влажность окружающего воздуха далека от насыщения, т. е. скорость испарения тем выше, чем ниже относительная влажность окружающего воздуха. Она также зависит от скорости движения воздуха около прибора, температуры воды и барометрического давления.

Все эти факторы учитываются психрометрической формулой Реньо, пользуясь которой, можно определить парциальное давление паров в воздухе, окружающем прибор, или его абсолютную влажность: p=p’_H—k(t—t’)H, где р’_н — упругость насыщающих паров при температуре f влажного термометра,k — психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (для малых помещений с относительно неподвижным воздухом k = 0,0013, для больших помещений, где возможно небольшое движение воздуха, k = 0,001), t —температура сухого термометра, Н — барометрическое давление.

Обычно с помощью психрометра определяют сразу относительную влажность, которая находится путем сопоставления показаний сухого и влажного термометров, пользуясь специально рассчитанной психрометрической таблицей.

Психрометрическая таблица

Показания сухого термометра в °С	Показания влажного термометра в °С
	10	11	12	13	14	15	16	17	18	20
15	52	61	71	80	90	100
16	46	54	62	71	81	90	100
17	39	47	55	64	72	81	90	100
18	34	41	49	56	65	73	82	91	100
19		35	43	50	58	65	74	82	91	100