 |
Определение относительной влажности воздуха психрометром Августа
|
|
|
|
Цель работы: определить влажность воздуха методом психрометра.
Теоретический материал: Понятие о теплопередаче. Выравнивание температур. Закон охлаждения Ньютона. Конвективный теплообмен. Испарение жидкости. Влажность. Абсолютная и относительная влажность
Обычно водяной пар находится в воздухе в насыщенном состоянии. При понижении температуры имеющееся в воздухе количество водяного пара может быть достаточным для того, чтобы пар стал насыщенным. Тогда образуется туман или роса. Максимальная температура, при которой образуется роса, называется точкой росы. Количество граммов водяного пара в 1м3 воздуха называется абсолютной влажностью воздуха. Чаще измеряют абсолютную влажность воздуха парциальным давлением того пара, который действительно находится в воздухе, к давлению того пара, который необходим для насыщения при данной температуре, называется относительной влажностью. Относительная влажность определяется в процентах. Если относительная влажность 50%, то это значит, что в воздухе есть только половина того пара, который насыщал бы пространство при данной температуре.
Для определения относительной влажности воздуха употребляется психрометр Августа. Этот прибор состоит из двух термометров- сухого и смоченного водой. Для определения влажности воздуха с помощью этого прибора наблюдается скорость, с которой вода испаряется в пространство. Чем более сухой воздух, тем больше скорость испарения воды с влажного термометра, тем большую энергию будут от него забирать молекулы и тем ниже будет его температура по сравнению с сухим термометром. На этом принципе основано определение влажности воздуха.
|
|
|
Пусть 
-температура влажного термометра, а 
-температура сухого термометра, измеряющего температуру воздуха. Понижение температуры влажного термометра будет продолжаться до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие, при котором на испарение тратится все тепло, которое термометр получает от окружающей среды. При небольших разницах температур количество тепла, полученное шариком смоченного термометра, по закону Ньютона, пропорционально его поверхности 
, разнице температур сухого и влажного термометров (
) и времени 
- установления равновесия, то есть
(1)
Количество тепла, которое отдает смоченный термометр, пропорционально скорости испарения воды и времени :
(2)
Скорость испарения определяется законом Дальтона
(3)
Где 
-атмосферное давление, 
-давление насыщенного пара при температуре влажного термометра (находим из таблиц), 
-давление пара, который действительно находится в воздухе, 
-коэффициент пропорциональности, который зависит от динамического состояния воздуха.
Понижение температуры влажного термометра прекращается, когда количество тепла 
, которое отдает термометр за время , становится равным количеству тепла 
, которое он получает за то же время , то есть, когда
(4)
Откуда
(5)
называется постоянной психрометра. Ее обозначают буквой А. При t>0, А=0.0008. Окончательная формула для определения давления водяного пара в воздухе
(6)
Из сказанного выше следует, что эта формула определяет давление водяных паров в окружающем воздухе только при условии, что влажный термометр непременно обдувается потоком воздуха. Если влажный термометр не обдувается потоком воздуха, а находится в неподвижном воздухе, то получаются более высокие значения и, следовательно, завышенное значение влажности.
Порядок выполнения работы.
1. Приводят в движение воздух вблизи влажного термометра и отмечают установившуюся температуру.
|
|
|
2. Когда температура перестает понижаться, записывают температуру влажного и температуру 
сухого термометра.
3. Измеряют давление барометром.
4. По таблицам находят при температуре .
5. Полученные данные подставляют в формулу (6) и вычисляют .
6. Вычисляют значение 
. Умножив это отношение на 100, получают относительную влажность в процентах.
-давление насыщенного пара при температуре сухого термометра.
Контрольные вопросы:
1. Какими способами может передаваться тепло от одного тела к другому? Какое явление называется теплопроводностью? конвекцией? лучеиспусканием? Какие из этих процессов играют основную роль в данной работе?
2. От чего зависит количество тепла, передаваемое в единицу времени с единицы площади поверхности тела в окружающую среду (закон Ньютона)? Что такое коэффициент теплообмена? Каков его физический смысл? В каких единицах он измеряется?
3. На чем основан метод определения коэффициента теплообмена и теплоемкости в данной работе? Выражением какого закона является уравнение теплового баланса?
4. Чему равно количество тепла, выделяемое нагревателем»а некоторый промежуток времени t? На что расходуется это тепло?
5. По какому закону изменяется температура образца с течением времени? Что означает "установившаяся температура" и "установившейся перегрев"? Как они определяются в работе?
6. Запишите расчетную формулу для коэффициента теплообмена.
7. Запишите расчетную формулу для удельной теплоемкости металлического образца.
8. Что такое теплоемкость? удельная? молярная? Зависит ли теплоемкость твердых тел от температуры? Дайте определение закона Дюлонга и Пти. Следствием какого закона является закон Дюлонга и Пти?
9. Что такое характеристическая температура Дебая?
10. О чем свидетельствует скачок теплоемкости, т.е. разрыв в ее монотонном изменении с температурой для данного вещества?
Литература:
1. Методическое указание.
2. А.Н. Матвеев. Молекулярная физика. -М., Высшая школа, 1981. §45, 85.
3. И.К. Кикоин, А.И. Кикоин. Молекулярная физика. -М., Наука, 1976, §137.
4. Р.В. Телеснин. Молекулярная физика. -М., Высшая школа, 1965, §60-64, 110, 126.
Лабораторная работа № 5
|
|
|
