2-й семестр

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

1. Свойства газов, жидкостей, твердых тел

Урок 11/82

Тема. Влажность воздуха

Цель урока: дать понятие о влажности воздуха и способах ее измерения

Тип урока: изучение нового материала

План урока

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Влажность

В воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара. В отличие от водяного пара, воздух является необходимым условием существования жизни на Земле. Как же оценить степень влажности воздуха? Такая оценка особенно важна, например, для составления прогноза погоды.

Чтобы осуществить анализ степени влажности воздуха, важно знать, насколько водяной пар, находящийся в нем, отличается, от состояния насыщения. Например, давление водяного пара (комнатной температуры) составляет около 2 % от обычного атмосферного давления.

Давление ненасыщенного пара меньше давление насыщенного. Поэтому степень «насыщенности» водяного пара можно толковать как отношение давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре. Эта величина, выраженная в процентах, называется относительной влажностью и обозначается ф. Следовательно,

Ø относительной влажностью воздуха φ называют отношение давления водяного пара при данной температуре г до давления насыщенного пара pн с той же температурой.

Обычно комфортные условия для человека соответствуют влажности около 50 - 60 %.

2. Точка росы

Если количество водяного пара в воздухе не меняется, то с понижением температуры относительная влажность возрастает, в этот момент, водяной пар ближе к насыщению. Снижением температуры относительную влажность можно довести до 100 %, не изменяя количества пара, которая содержится в ней. При дальнейшем снижении температуры влажность уже не увеличивается, а часть водяного пара конденсируется. Появляется туман, выпадает роса. Температуру, при которой водяной пар становится насыщенным, называют точкой росы. Теперь ученикам станет понятно, почему туманы чаще бывают утром, и почему роса выпадает утром, когда воздух ночью охолоняє.

Температуру, при которой водяной пар становится насыщенным, называют точкой росы.

3. Способы определения влажности воздуха

Влажность измеряют с помощью специальных приборов, один из которых называется психрометром. Психрометр состоит из двух термометров: сухого и влажного. За испарения воды влажный термометр обычно показывает более низкую температуру, чем сухой: чем ниже относительная влажность, тем больше разница показателей. С их учетом, с помощью заранее составленной таблицы определяют относительную влажность воздуха.

Современные психрометры можно разделить натри категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометрів - зависимость показаний увлажненного термометра от скорости воздушного потока в будке.

В аспирационном психрометрі термометры расположены в специальной оправе, защищающей их от повреждений и теплового воздействия прямых солнечных лучей, где обдуваются с помощью аспиратора (вентилятора) потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью около 2 м/с. Если температура воздуха положительная, аспирационный психрометр - наиболее надежный прибор для измерения температуры и влажности воздуха. В дистанционных психрометрах используются термометры сопротивления, терморезисторы, термопары.

Ø Гигрометр - измерительный прибор для определения влажности воздуха. Существует несколько типов гигрометров, действие которых основано на различных принципах: весовой, волосяной, пленочный и т.д.

Действие волосяного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянута на металлическую рамку. Изменение длины волоса передается стрелке, которая перемещается вдоль пікали.

Пленочный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической пленки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра пленочной мембраны передается стрелке. Волосяной и пленочный гигрометр в зимнее время являются основным прибором для измерения влажности воздуха. Показатели волосяного и пленочного гигрометров периодически сравниваются с показаниями более точного прибора - психрометра.

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. Как понимать выражения: «сухой воздух», «влажный воздух»?

2. Как изменяется относительная влажность воздуха во время его нагревания?

3. Почему роса выпадает утром?

4. Как объяснить выпадение тумана?

5. Чему равна влажность воздуха, если показания сухого и влажного термометров психрометра совпадают?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Тренируемся решать задачи

1. Какова относительная влажность воздуха при t = 20 °С, если точка росы t = 15 °С?

Решение

Давление водяного пара одинаковый с давлением насыщенного пара при 15 °С (Можно считать, что при охлаждении давление пара практически не меняется). Тогда относительная влажность воздуха где рн - давление насыщенного пара при 20 °С.

2. При какой температуре выпадет роса, если термометры психрометра показывали 20 °С и 17 °С?

Решение

В соответствии с показаниями психрометра, температура воздуха 20 °С, а относительная влажность 74 %. Плотность водяного пара при 20 °С равна 17,3 г/м3; следовательно, плотность водяного пара в воздухе:

Роса выпадет за температуры, при которой водяной пар с такой плотностью является насыщенной, то есть при температуре 15 °С.

3. Какова относительная влажность воздуха при температуре 20 °С, если давление водяного пара 840 Па? Давление водяных паров при этой температуре 2,33 кПа.

2). Контрольные вопросы

1. Где легче стерпеть жару за 30 °С человеку: в Петербурге или в Средней Азии?

2. Влияет ли ветер на показания мокрого термометра? Сухого? Термометры находятся в тени.

3. Какое явление наблюдается при температуре, которая равна или ниже точки росы?

Что мы узнали на уроке

• Относительной влажностью воздуха φ называют отношение давления водяного пара при данной температуре г к давлению насыщенного пара рн с той же температурой:

• Температуру, при которой водяной пар становится насыщенным, называют точкой росы.

• Влажность измеряют с помощью специальных приборов: психрометра и гигрометра.

Домашнее задание

1. Конспект.

2. Решение задач:

р1): 1. Давление водяного пара при температуре 19 °С равна 2,2 кПа. Какова относительная влажность воздуха, если давление водяного пара в воздухе при этой температуре 1,1 кПа?

2. Давление водяного пара при температуре 25 °С равна 3,2 кПа. Какова относительная влажность воздуха, если давление водяного пара в воздухе при этой температуре равна 2,4 кПа?

3. Давление водяного пара в воздухе при температуре 20 °С равна 1,4 кПа. Какова относительная влажность воздуха, если давление насыщенного водяного пара при этой температуре 2,3 кПа?

р2): 1. Воздух в закрытом сосуде содержит ненасыщенную водяной пар. Как будет изменяться относительная влажность воздуха при нагревании сосуда?

2. Почему в отапливаемых помещениях зимой относительная влажность воздуха меньше влажность вне помещения (улица)?

3. При температуре 81 °С давление насыщенного водяного пара равно 50 кПа. Во сколько раз увеличится давление во время повышения температуры до 100 °С?

Р3): 1. Какова плотность водяного пара при температуре 100 °С?

2. Относительная влажность воздуха при 20 °С равна 80 %. Сколько граммов водяного пара выпадет в росу из каждого кубического метра этого воздуха, если его температура понизится до 8 °С? Давление водяного пара при 20 °С равна 2,3 кПа, а при 8 °С - 1,1 кПа.

3. Как отличается плотность сухого воздуха (φ = 0) с давлением 101 кПа и температурой 20 °С от плотности влажного воздуха (φ = 100 %) при тех же условиях? При температуре 20 °С давление насыщенного водяного пара в воздухе pн = 2,3 кПа.