СВОЙСТВА ГАЗОВ, ЖИДКОСТЕЙ, ТВЕРДЫХ ТЕЛ*

Урок № 12

Тема. Влажность воздуха. Методы измерения влажности воздуха

Цель: совершенствовать знания учащихся о насыщенную и ненасыщенную пару; дать понятие о влажности воздуха и способах ее измерения, объяснить работу психрометра; развивать логическое мышление учащихся и интерес к изучению данного материала, умение творчески использовать полученную информацию.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: психрометр, гигрометр, таблицы, учебник.

ХОД УРОКА

I. Актуализация опорных знаний

1. Викторина с вопросами

- Что имеет большую внутреннюю энергию: вода при 100 °С или такая же масса водяного пара при той же температуре?

- Зависит давление насыщенного пара от объема?

- В герметично закрытом сосуде содержится вода и водяной пар. Как изменится концентрация молекул водяного пара при нагревании сосуда?

2. Работа с карточками

Карточка № 1. Определите среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул газов воздуха, если давление составляет 105 Па. Концентрация молекул воздуха 2,7·1025 м3. Которая пар называется насыщенным?

Карточка № 2. Какова температура 1,6·10-2 кг кислорода, находящегося под давлением 105 Па и занимает объем 1,6·10-3 м3? Молярная масса кислорода 0,032 кг/моль. Назовите свойства испарения.

Карточка № 3. Определите температуру газа, если давление составляет 100 кПа и концентрация молекул 1025 м-3. Какие свойства насыщенного пара?

II. Изучение нового материала

Слово учителя. В воздухе всегда есть некоторое количество водяного пара, которое в большей части атмосферы ненасичена. Ее содержание, то есть влажность, характеризуется:

1) абсолютной влажностью (плотностью), то есть количество граммов водяного пара в 1 м3 воздуха - ρ;

2) парциальным давлением, т.е. давлением, которое оказывала бы водяной пар, если бы не было других газов:

Пару часто характеризуют не концентрацией, а ее парциальным давлением, которое называют упругостью пара.

Парциальное давление водяного пара выражают в единицах давления - Па или мм рт. ст.

Но по абсолютной влажностью (парциальным давлением) еще нельзя установить, насколько воздух сухой или влажный, потому что данное количество водяного пара может оказаться или близкой к насыщению (при низких температурах), либо нет (при высоких температурах).

Степень влажности, то есть характеристику приближения состояния пара в воздухе к стадии насыщения (в случае насыщения прекращается испарение воды), показывает относительная влажность.

Относительной влажностью воздуха φ называют величину, которая измеряется отношением абсолютной влажности к количеству пара, необходимого для насыщения 1 м3 воздуха при той же температуре.

Относительную влажность выражают в %:

Поскольку р ~ р, то относительной влажностью воздуха ф называют выраженное в % отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре:

Если температура воздуха снижается и при постоянном содержании водяного пара относительная влажность возрастает, потому что чем ниже температура воздуха , тем больше водяной пар приближается к состоянию насыщения. Наконец, по какой-то определенной температуры относительная влажность равна 100 %; далее снижение температуры ведет к конденсации водяного пара. Возникает туман, «запотевают» окна, на траве оседают капельки росы.

Температуру, при которой пар становится насыщенным, или, что то же самое, при которой относительная влажность воздуха равна 100 %, называют точкой росы.

Точку росы легко определить, медленно охлаждая металлический стакан, например бросая в него кусочек льда и записывая температуру, при которой стакан запотевает.

Зная точку росы, можно определить давление водяного пара и влажность воздуха - абсолютную и относительную. Измерить абсолютную влажность, пропустив пару через определенное вещество, что ее поглощает, сложно, поэтому относительную влажность измеряют гигрометрами и психрометрами.

Волосяной гигрометр

Основная часть прибора - обезжиренная человеческий волос, что имеет способность видовжуватись при увеличении относительной влажности воздуха. Волос В накручена на ролик Р и удерживается в натянутом состоянии тягарцем М. Если влажность меняется, длина волоса тоже меняется, ролик Г поворачивается и двигает стрелку С. Деления шкалы показывают относительную влажность. Если одновременно измеряют и температуру воздуха, то можно определить абсолютную влажность воздуха и давление водяного пара.

Психрометр

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из термометров А обернут клочка чистого батиста, нижний край которого опущен в небольшой стаканчик с дистиллированной водой. Вода смачивает батист и испаряется на шарике термометра, если водяной пар в воздухе не является насыщающей. В результате потери тепла на испарение шарик термометра охлаждается и смоченный термометр показывает меньшую температуру, чем сухой термометр. Разница между показаниями термометров тем больше, чем больше отличается давление водяного пара, содержащегося в воздухе, от давления насыщенного пара. По показаниям сухого и смоченного термометров и с помощью особых психрометричних таблиц находят давление водяного пара и относительную влажность воздуха.

Значение влажности в нашей жизни

а) От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека, которое имеет большое значение для поддержания постоянной температуры тела. Относительная влажность влияет на самочувствие человека, ее физиологическое состояние. За чрезмерной влажности и высокой температуры человек перегревается, а при низкой температуре - переохлаждаются. Наиболее благоприятная для человека относительная влажность при комнатной температуре составляет 60-70 %.

б) За изменением влажности в метеорологии предусматривают изменение погоды: если ф уменьшается, можно надеяться на антициклон, некоторое время устойчивой погоды без осадков, часто без туч. Если φ100 %, будет резко возрастать вероятность осадков, что может свидетельствовать о приближении циклона.

в) Пара воды - «топливо» атмосферных процессов. При испарении энергия поглощается, во время конденсации - выделяется.

г) Поддержание постоянного уровня влажности необходимо на многих предприятиях (особенно ткацких, табачных, кондитерских, оборонных), в хранилищах, архивах, больницах, библиотеках.

III. Обобщение материала

Качественные задачи

1. Почему после очень облачной ночи не образуются иней и роса? (Если очень облачная погода, часть теплового излучения Земли отражается от облаков до грунта, что предотвращает сильном (до точки росы ) понижению температуры земной поверхности и воздуха.)

2. Влияет ли ветер на показания термометра? (Ветер - это перемещение воздуха над поверхностью Земли. Если температура движущегося воздуха такая же, как и у окружающей среды, а термометр сухой, то ветер не влияет на показания термометра. В других случаях ветер будет влиять на показания термометра.)

Решение задач (у доски)

1. Которой является относительная влажность воздуха при 20 °С, если точка росы составляет 15 °С?

2. Которым есть показания влажного термометра психрометра, если относительная влажность в комнате 60 %, а сухой термометр показывает 22 °С?

IV. Итог урока

Интерактивное упражнение «Метод ПРЕСС»

Я считаю, что...

...потому, что...

...например...

Итак,...

V. Домашнее задание

Решить задачи.

1. Сколько воды надо испарить, чтобы относительная влажность воздуха в комнате 20 °С повысилась от 25 до 65 %? Объем комнаты 60 м3.

2. Которой является относительная влажность воздуха, в 10 л которого при температуре 30 °С содержится 0,2 г водяного пара?