Лабораторна робота № 8.2 „Визначення відносної й абсолютної вологості повітря”.

Лабораторна робота № 8. 2 „Визначення відносної й абсолютної вологості повітря”.

Мета роботи: вивчити деякі властивості повітря і зв'язані з ними процеси в атмосфері, закон Дальтона, визначити відносну й абсолютну вологість повітря в лабораторії.

8. 2. 1. Методика визначення вологості.

Навколишнє повітря являє собою багатокомпонентну систему - суміш газів: азоту (72%), кисню (21%), вуглекислого газу (0, 15%) і інших - у малих концентраціях. Особливе місце серед них займає водяна пара, тому що вода при температурах і тисках, що спостерігаються на поверхні Землі й в атмосфері, може існувати одночасно в рідкому, газоподібному (пара) і твердому станах (лід, сніг). Так як температура, а значить тиск і густина повітря мають різні значення в різних точках поверхні Землі, то повітря - система нерівноважна. Наслідком цього є його вертикальні і горизонтальні потоки (вітер), в основі яких лежить явище дифузії.

Водяна пара над водоймами і поверхнею Землі, яка відноситься цими потоками, є ненасиченою: випаровується вода інтенсивніше, ніж конденсується пара. Але на великій висоті, де температура помітно нижче, ніж біля поверхні, вона стає насиченою і починає конденсуватися на порошинах у вигляді дуже дрібних крапель, підтримуваних висхідними потоками повітря, утворюючи видиму хмару тумана. При збільшенні концентрації крапель в хмарі вони зливаються в більш великі і важкі і проливаються у вигляді дощу, а також граду чи снігу, якщо встигають замерзнути при падінні.

Якщо приповерхневий шар повітря охолоджується швидко, а вітер відсутній, то і тут утвориться туман. А якщо різко охолоджується ґрунт, що буває звичайно рано вранці, то конденсація водяної пари відбувається у вигляді крапель роси чи кристаликів інею. От у такий спосіб відбувається кругообіг води в природі, що обумовлює, зокрема, різноманіття погодних умов.

При повідомленнях про стан погоди в тому чи іншому регіоні, місті вказують звичайно температуру, атмосферний тиск і відносну вологість. Що це таке - відносна вологість?

Взагалі говорячи, тіло вважається вологим, якщо воно більш-менш насичене мікроскопічними краплями чи води, чи водяною парою. Абсолютна вологість - це маса води в одиниці об'єму тіла. Інакше кажучи, це парціальна густина води (водяної пари) r_вп в об’ємі тіла. Виміряється вона в кг/м³.

У кожної речовини існує своя максимальна абсолютна вологість r_{вп max}. Відношення абсолютної вологості тіла, що має місце в даних конкретних умовах, до максимальної абсолютної вологості, називається відносною вологістю тіла j. Це величина безрозмірна, її також виражають у відсотках:

                                              (8. 20)

З рівняння Клапейрона – Менделєєва витікає, що:

Таким чином, відносну вологість можна виразити і через парціальні тиски водяної пари, ненасиченої і насиченої при даній температурі:

                                               (8. 21)

Конкретний вміст водяної пари і відносна вологість повітря залежать від того, наскільки пара відрізняється від насиченої при даній температурі.

Відносну вологість повітря j визначають за допомогою гігрометрів різних типів чи психрометрів, заснованих на різних принципах.

Розрахувавши тиск насиченої водяної пари при даній температурі і визначивши експериментально відносну вологість повітря, можна потім знайти його парціальний тиск і абсолютну вологість повітря в даних конкретних умовах. Нарешті, можна визначити і відносний вміст водяної пари в повітрі по формулі:

                                               (8. 22)

де r - густина повітря.

Принцип роботи і будова психрометра. Робота психрометра заснована на залежності різниці температур сухого і змоченого водою термометрів від вологості навколишнього повітря. Психрометр (рис. 8. 2) складається з двох однакових ртутних термометрів, закріплених в оправі, і аспіраційної голівки. Оправа являє собою трубку, що роздвоюється донизу, і захисні планки. Верхній кінець трубки з'єднаний з аспіратором. Усередині аспіратора розташований вентилятор.

При обертанні вентилятора в прилад всмоктується повітря, що обтікає резервуари термометрів, проходить по повітропровідній трубці до вентилятора, викидається назовні через прорізи в аспіраційній голівці. Сухий термометр буде показувати температуру повітря, а показання змоченого водою термометра будуть менше через охолодження, викликане випаровуванням води з поверхні батисту, що облягає резервуар термометра. Чим менше відносна вологість повітря, тим сильніше випаровування і охолодження змоченого термометра. Для визначення відносної вологості за показниками сухого і змоченого термометрів використовується градуіровочна психрометрична таблиця.

Для визначення атмосферного тиску використовується барометр - анероїд.