Вологість повітря: як виміряти

Близько 71% поверхні планети Земля займає вода, у живих організмах її вміст становить 50-99%, а атмосфері укладено приблизно 13000-15000 км3. Кількість атмосферної водяної пари безпосередньо впливає на наш клімат і за допомогою показників вологості метеорологи прогнозують погоду.

У повсякденному житті людей вологість повітря також грає велику роль. Адже при її підвищенні вище за норму (понад 60%) як фізичне, так і емоційне самопочуття людини погіршуються. Продукти харчування, фармацевтичні товари, кондитерські вироби, друкована продукція та багато іншого – також залежать від обсягу вмісту вологи в атмосфері.

Тому вимірювати вологість повітря важливо як у виробництві, і у побуті. А як це можна зробити і що є водяною парою, вологістю (відносна / абсолютна), як працює гігрометр і багато іншого - читайте далі!

Знайомимося з водяною парою та тиском парціальним

Водяна пара присутня в повітрі завжди, але є ненасиченою. За рахунок руху повітряних потоків в одних ділянках Землі випаровування водяної пари перевищує конденсацію, а в інших місцях – навпаки. Вологість повітря, тобто її об'єм в атмосфері, можна охарактеризувати такими параметрами, як: тиск парціальний та вологість (відносна/абсолютна).

Що таке парціальний тиск? Почнемо з визначення, що є атмосферний тиск. Це з'єднання водяної пари та різних газів, кожен з яких впливає на сумарне, що впливає на людину, тиск. А ось парціальний тиск показує, який вплив на людину тільки водяна пара (без газів).Вимірюють його в міліметрах ртутного стовпа або паскалях (Па) і вважають одним з головних показників вологості.

Що таке відносна/абсолютна вологість і як виміряти?

Розберемо кожне поняття окремо:

Абсолютна вологість

Абсолютна вологість показує, що при цій температурі включає 1 кубічний сантиметр повітря водяної пари, простіше кажучи - щільність водяної пари. Вимірюється вона у кг/м3 (кілограм на один кубометр) або г/см3 (грам на кубічний сантиметр).

1 г/см3 = 0,001 кг/м3

Наприклад, у повітрі температурою 16°С виміряно абсолютну вологість і показник дорівнює 13,6 г/м3. Це означає, що за умови підтримки даної температури, у повітряних масах знаходиться близько 14 g пари на один кубометр повітря.

Але, ґрунтуючись лише на показання абсолютної вологості, не можна скласти об'єктивну картинку про рівень вологості. Тому що, навіть за умови вмісту однакової маси водяної пари в 1 см3, повітря може бути більш вологим (при зниженні зовнішньої температури) або, навпаки, більш сухим (при зниженні температури). Тут важливо знати дані щодо відносної вологості.

Відносна вологість

Для того щоб виміряти вологість повітря, необхідно визначити відносну вологість повітряних мас.

Відносна вологість є відношенням при певній температурі абсолютної вологості до густоти насиченої пари водяної (при такій же зовнішній температурі). Традиційно вимірюється відносна вологість у відсотках і цей параметр не може перевищувати 100%.

Як виміряти відносну вологість у кімнаті квартири/будинку або нежитловому приміщенні:

Перше, що потрібно зробити – виміряти температуру повітря.

Потім, використовуючи таблицю, дізнатися тиск насиченої пари, що відповідає отриманій температурі.

Останній крок – розрахувати за формулою відносну вологість повітря.

Що таке поняття «точка роси» і як виміряти?

Відносна вологість залежить не тільки від параметрів абсолютної вологості, але також від зовнішньої температури. При зниженні температури, навіть якщо маса водяної пари в повітряних потоках залишається незмінною, відносна вологість підвищується, тому що чим нижче падає температура, тим ближчою є пара водяної до насичення.

Давайте вирішимо завдання.

Абсолютна вологість становить 13,6 г/м3 за зовнішньої температури 28°С. З таблиці дізнаємося щільність насиченої водяної пари саме за даної t – вона дорівнює 27,2 г/м3. Обчислюємо відносну вологість.

Припустимо, абсолютна вологість повітря залишилася на тому самому рівні, а температура при цьому опустилася до 16°С. У цьому випадку відносна вологість збільшиться вдвічі.

*** Таким чином, знижуючи температуру, можна довести відносну вологість до ста відсотків, не змінюючи при цьому об'єм пари в повітряних масах.

Крапка роси

Є температурою повітряних потоків, коли відносна вологість дорівнює 100%. Якщо ґрунтуватися на приклад вище, можна сказати, що точка роси дорівнює 16°С. Якщо хоча б на кілька пунктів температура стане нижчою від точки роси, водяна пара почне перетворюватися на конденсат і покривати краплями навколишні поверхні.

Навіщо потрібен гігрометр та психрометр?

Щоб виміряти точку роси, можна використовувати спеціальний прилад – гігрометр. Є різні види даного пристрою, найпростішими з яких є: волосяний та Ламбрехт.

Як виміряти точку роси гігрометра Ламбрехта?

Це прилад конденсаційного типу, що представляє собою металеву посудину циліндричної форми з віссю, встановленої в горизонтальному положенні. У центрі ємності вставлено трубку, другий кінець якої з'єднаний з гумовою грушею. Сам циліндр наповнений ефіром, який при продуванні через нього повітря починає швидше випаровуватися. У процесі випаровування маса охолоджує ємність і при досягненні температури точки роси вона починає покриватися конденсатом. Щоб виміряти температуру всередині циліндричного судини вставляють термометр всередину. А щоб простіше визначити момент випадання роси, на циліндр встановлюють кільце з блискучою поверхнею, не забуваючи при цьому розмістити між ємністю та обідком теплоізоляційну прокладку.

Як виміряти точку роси волосяним гігрометром?

У конструкції даного приладу є знежирене людське волосся, якому при зміні рівня вологості властиво або завиватися, або, навпаки, розправлятися. При збільшенні або скороченні довжини волосинки починає рухатися шків, переміщуючи таким чином стрілку вздовж шкали та визначаючи відсоток вологості.

Тепер ви знаєте, як виміряти вологість у квартирі, будинку чи інших приміщеннях. Залишилося діло за малим – підтримувати його у потрібних параметрах. Тут ми зможемо допомогти ми, інтернет-магазин «Maxton» , пропонуючи для контролю вологості спеціальну кліматичну техніку ( осушувачі / зволожувачі ). Дізнайтесь більше за тел.: (098) 19-99-200.

Таблиця та методи вимірювання відносної вологості повітря в приміщенні за різної температури

Щоб зрозуміти, що таке вологість, потрібно розглянути її основні складові:

Абсолютна вологість означає кількість вологи, яка перебуває у певному обсязі повітря.Зазвичай вимірюється у грамах на кубічний метр (г/м³). Для вимірювання та розрахунку абсолютної вологості часто використовується психрометр Августа. Якщо вас цікавить інформація про вологість, вам можуть стати у нагоді дані з таблиці вологості.

Що таке відносна вологість? Сама її назва говорить про те, що це якесь ставлення. Залишається зрозуміти, що це за ставлення, чого і до чого? Для того щоб розрахувати відносну вологість повітря, потрібно фактичну кількість водяної пари, що знаходиться в даний момент у повітрі, розділити на максимально можливу вологість при цій же температурі, доки не почалася конденсація вологи. Співвідношення буде такою формулою:

RH (відносна вологість) = АВ (абсолютна вологість)/МВВ (максимально можлива вологість) х 100%.

ЯК ЗНАЙТИ ВІДНОСНУ ВОЛОГІСТЬ ПОВІТРЯ

Якщо придбати спеціальні прилади, електронні або механічні, визначення відносної вологості відбувається без участі людини. Прилади самі показують яка відносна вологість зараз у приміщенні. Такі прилади звуться гігрометрів.

Якщо ж немає можливості придбати такі пристрої, або їх просто в даний момент немає під руками, а відносну вологість потрібно виміряти, то зробити це можна за допомогою двох термометрів і психрометричної таблиці.

Можна прикріпити на дошку два термометри. Один зазвичай вимірюватиме температуру, а у другого голівку з ртуттю треба обернути мокрою тканиною, ватою, марлею, він вимірюватиме вологу температуру. Потім проводиться замір показань обох термометрів. За психрометричною таблицею на перетині температур сухого і вологого термометрів буде знаходитись відносна вологість.А саме такий прилад, яким вимірювали різні температури, називається психрометр.

ПСИХОМЕТРИЧНА ТАБЛИЦЯ ВОЛОГИ

Як можна визначити відносну вологість повітря?

Відносна вологість повітря (ОВ) - це показник, який характеризує кількість водяної пари в повітрі у відсотках від максимальної кількості, яка може містити повітря за заданої температури. Наприклад, ОВ 50% означає, що повітря містить половину максимальної кількості водяної пари, яка може вміститися за даної температури.

Визначити відносну вологість повітря можна різними способами:

1. Гігрометр це прилад, який використовується для вимірювання відносної вологості повітря. Гігрометри можуть бути механічними або електронними. Механічні гігрометри використовують волосковий елемент, який змінює довжину залежно від вологості повітря. Електронні гігрометри використовують датчики вологості для вимірювання ВВ.
2. Психрометр – це прилад, який використовується для вимірювання відносної вологості повітря шляхом порівняння температури сухого та вологого термометрів. При використанні психрометра на вологий термометр накладається мокра тканина, яка випаровує воду та знижує температуру термометра. Різниця між температурами сухого та вологого термометрів використовується для розрахунку відносної вологості повітря з використанням таблиць або формул.
3. Точка роси - це температура, за якої починається конденсація водяної пари з повітря. Визначення точки роси дозволяє визначити відносну вологість повітря.Для цього необхідно знати температуру та вологість повітря та використовувати таблиці або спеціальні калькулятори для визначення точки роси та відносної вологості.

Незалежно від обраного способу, вимірювання відносної вологості повітря може бути важливим для контролю вологості в приміщенні, особливо в тих випадках, коли висока вологість може призвести до пошкодження матеріалів або появи цвілі та інших проблем зі здоров'ям.

Вологість повітря

У повітрі завжди міститься водяна пара, навіть при негативних температурах. Вимірюючи кількість пари, ми отримуватимемо інформацію про вологість повітря.

Чим вище температура, тим більше пари води зможе утримувати повітря. Звичайно, якщо додати в повітря цю водяну пару.

Використовують два показники вологості - абсолютну та відносну вологість.

Що таке парціальний тиск

Повітря – це суміш газів. Найбільше у ньому міститься азоту – 78 відсотків. Також міститься кисень у вигляді молекул \(O_\) і \(O_\) — озону, він становить 21 відсоток. Інші гази, серед них інертні гази та вуглекислий газ, становлять 1 відсоток. Тиск повітря складається з тисків кожного газу, що входить у повітря.

Пояснимо це простому прикладі. Розглянемо ємність, наприклад - звичайну трилітрову скляну банку для консервації. Коли банку немає їстівних запасів, її обсяг цілком займає повітря. Тиск повітря в банку дорівнюватиме атмосферному тиску. Закоркуємо банку кришкою. Припустимо, ми маємо можливість окремо відфільтрувати з повітря кожен газ.

Проводитимемо такий досвід:

1. Спочатку виміряємо тиск повітря у банку.
2. Потім відкачаємо з банки всі гази, крім одного.Цей окремо взятий газ при тій же температурі займає весь об'єм, який до цього займала газова суміш.
3. Далі, повернемо до банку гази, відкачані раніше.
4. Після цього відфільтруємо якийсь інший газ, залишаючи в банку його і, відкачуючи решту всіх газів.

Зробивши такий досвід кілька разів, ми отримаємо парціальний тиск усіх газів, з яких складається повітря.

Примітки:

• Парціальне від італійського «парціо» — частина.
• Манометр – прилад вимірювання тиску (посилання).
• Тіла в газоподібному стані займають весь запропонований ним об'єм. У міру видалення газів маса речовини в банку буде зменшуватися.

Зв'язок загального тиску та парціальних тисків всіх газів суміші за допомогою математики можна описати так:

\(\large P_> \left(\text \right) \) – тиск суміші газів (загальний тиск);

\(\large P_ \left(\text \right) \) - парціальний тиск першого газу;

\(\large P_ \left(\text \right) \) - парціальний тиск другого газу;

Кожен газ створює свій вклад у загальний тиск суміші. Цей внесок називають парціальним тиском газу.

Якщо скласти парціальний тиск всіх газів, отримаємо тиск повітря, яке ми виміряли на початку експерименту, перед тим, як почати відкачувати гази з банки.

В яких одиницях вимірюють абсолютну вологість

Кожна молекула має масу. Чим більша молекула пари, тим більша маса пари в кожному кубометрі повітря.

Маса обсягом – це щільність.Тому абсолютну вологість вказують за допомогою щільності водяної пари.

Щільність пари пов'язана з її парціальним тиском. Чим більша щільність пари, тим більший її парціальний тиск. Тому абсолютну вологість можна вказувати, так само, за допомогою парціального тиску водяної пари.

Чим більше молекул пари в кожному кубометрі повітря, тим більша абсолютна вологість.

В яких одиницях вимірюють відносну вологість

Ступінь зволоженості повітря залежить від того, близька або далека водяна пара, що знаходиться в повітрі, від стану насичення. Якщо пара близька до насичення, відносна вологість висока. А якщо пара від насичення далека – відносна вологість низька.

Відносну вологість прийнято вимірювати у відсотках, оскільки відносні величини описуємо з допомогою дробу.

Важливо! Виміряйте спочатку температуру повітря, а потім виміряйте його відносну вологість!

Примітка: Відносна величина означає дробова. Відсоток – це дріб, у якого знаменнику знаходиться число 100.

Формула для обчислення відносної вологості повітря

У чисельнику – щільність пари, яка є у момент виміру.

У знаменнику – максимальна щільність пари, що відповідає наявній температурі (тобто щільність насиченої пари).

Якщо щільність пари максимальна – то пар називають насиченою. Чим вище температура, тим більша максимальна щільність пари.

\( \large \varphi \) - відносна вологість;

\(\large \rho_ \left( \frac>^>\right) \) - Виміряна щільність водяної пари в повітрі, т.е. е. абсолютна вологість;

\(\large \rho_ \left( \frac>^>\right) \) - максимальна щільність водяної пари в повітрі, яка може бути при виміряній температурі, т.е. е.щільність насиченої пари;

Іноді формулу зручніше записувати у такому вигляді:

\[\large \boxed < \rho_= \varphi \cdot \rho_ >\]

Що таке точка роси

Якщо охолоджувати вологе повітря, можна довести пару, що у повітрі до насичення. При цьому можна помітити, як на гладких поверхнях з'явиться роса. Поява роси відбуватиметься за певної температури. Таку температуру називають точкою роси.

Точка роси – це температура, за якої відносна вологість дорівнюватиме 100%. При цій температурі з повітря конденсується волога: випадає роса, дощ, або, наприклад, пітніє скло.

Прилади для вимірювання вологості

Прилади, за допомогою яких можна вимірювати вологість, називають гігрометрами. Є кілька типів таких приладів: волосні, конденсаційні, психрометричні.

Волосний гігрометр

У волосяному гігрометрі використовують властивість волосся змінювати свою довжину при зміні вологості. Чим більша вологість повітря, тим довшим стає волосся. Зазвичай використовують волосок з кінської гриви, або довге людське волосся. Один кінець волосся закріплений на корпусі приладу, а інший кріпиться до стрілки (рис. 1). За шкалою приладу можна визначити відносну вологість повітря.

Конденсаційний гігрометр

Конденсаційний гігрометр за точкою роси допомагає визначити абсолютну вологість повітря.

Спочатку визначають точку роси за допомогою вбудованого в прилад термометра. Потім, по таблиці, містить щільність і парціальний тиск водяної пари при різних температурах, визначають абсолютну вологість повітря.

При відомій температурі повітря та абсолютної вологості можна додатково обчислити відносну вологість повітря.

Пристрій конденсаційного гігрометра представлено малюнку 2.

У невелику металеву коробку, вбудована трубка із грушею та термометр. Передня тонка стінка коробки відполірована, щоб на ній було зручніше спостерігати конденсацію крапельок води. Металеве кільце, що надає жорсткості тонкій передній стінці, прикріплене через прокладку для теплоізоляції.

Мал. 2. Конденсаційний гігрометр містить термометр і грушу, занурені в ємність з рідиною, що швидко випаровується, ємність має поліровану стінку, на якій може конденсуватися вода з повітря

Використовують прилад так: Наливають в коробку рідина, що швидко випаровується (спирт, ефір і т. п.), і продують грушею повітря через коробку. Тим самим, викликають швидке випаровування рідини та зниження температури в коробці. При цьому на полірованій передній стінці коробки утворюється роса. А термометр дозволяє виміряти температуру, за якої роса конденсувалася. Поява роси говорить про те, що пара стала насиченою.

Абсолютну вологість повітря визначають за таблицею, в якій міститься щільність і парціальний тиск водяної пари за різних температур.

Психометричний гігрометр

Такий пристрій для вимірювання відносної вологості скорочено називають психрометром. Він складається із двох однакових термометрів, закріплених на тримачі (рис. 3). Нижня частина одного з термометрів занурена в невелику ємність, що містить кілька мілілітрів води. Зазвичай корпус цього приладу наносять психрометричну таблицю.Завдяки цій таблиці, рахуючи показання двох термометрів, можна визначити відносну вологість повітря.

Саморобний психрометр

Щоб виготовити саморобний психрометр, потрібно взяти два однакові побутові спиртові термометри.

У нижній частині кожного термометра є кулька з рідиною. Ця рідина розширюється у разі зростання температури. Надлишки рідини з кульки піднімаються тонкою трубкою, поряд з якою нанесені поділки температурної шкали. Зазвичай як така рідина використовують підфарбований спирт (спиртовий термометр), або ртуть (ртутний термометр).

Кульку одного з термометрів потрібно обвернути шматочком вати, або невеликою ганчірочкою, змоченою водою кімнатної температури. Цей термометр домовимося називати "вологим".

Із другим термометром нічого робити не потрібно. Цей термометр називатимемо «сухим».

Розташуємо ці термометри неподалік один від одного. Через кілька хвилин саморобний психрометр буде готовим до вимірювань вологості.

Нам відомо, що температура рідини зменшується під час випаровування (посилання). Тому показання вологого термометра завжди будуть меншими за показання сухого термометра. Чим сухіше повітря, тим більшою буде різниця між показаннями термометрів. Тому що у сухому повітрі швидкість випаровування (посилання) води зростає.

Запишемо показання сухого та вологого термометрів. Відносну вологість повітря можна знайти за допомогою психометричної таблиці.

Що таке психрометрична таблиця

У психрометричній таблиці (рис. 4 і рис. 5) містяться значення відносної вологості повітря. Ці значення пов'язані з показаннями сухого термометра та різницею показань сухого та мокрого термометрів.

Наявність водяної пари у повітрі впливає на швидкість випаровування. Чим вище температура і чим менша пара в повітрі, тим швидше випаровується вода, тим більша різниця між показаннями сухого та мокрого термометрів.

Таблиця - залежність щільності насиченої пари від температури

У цій таблиці (рис. 6 та рис. 7) містяться щільність та парціальний тиск водяної пари при різних значеннях температури. За допомогою такої таблиці, знаючи абсолютну вологість та температуру повітря, можна обчислити відносну вологість.

Абсолютну вологість повітря зазвичай вказують за допомогою густини водяної пари.

Казка про маленького чарівника та чарівного відерця

Поняття вологості повітря легко пояснити за допомогою казки.

У деякому царстві жив і був маленький чарівник. Звали його Повітрям. І було в нього чарівне відерце.

Чари полягали в тому, що розміри відерця залежали від температури. Чим вище температура, тим більше ставало цебро, збільшуючись у розмірах.

Примітка: За такої аналогії абсолютна вологість – це кількість води, налитої у цебро. А відносна вологість - це частка, яку займає налита вода по відношенню до всього об'єму цебра.

Припустимо, що за певної температури обсяг відра — 10 літрів. Наллємо у цебро 5 літрів води. Це половина відра, тобто відносна вологість складе 50%. Оскільки 5/10 = 0,50 = 50%

Кількість налитої води не змінюємо, отже, маса та обсяг води не змінюється.

Припустимо, температура зросла.Розміри відерця збільшуватимуться зі зростанням температури. Припустимо, що цебро збільшилося настільки, що тепер його об'єм становить 15 літрів.

Отже, тепер відносна вологість дорівнюватиме

Якщо абсолютна вологість не змінюється, коли температура зростає, відносна вологість зменшується.

Припустимо, що температура знизилася. Значить, обсяг (розміри) цебра зменшиться. Якщо, наприклад, обсяг відерця зменшиться до 8 літрів, то відносна вологість становитиме

Тобто абсолютна вологість не змінилася, а відносна зросла.

Якщо абсолютна вологість не змінюється, коли температура падає, відносна вологість зростає.

При подальшому зниженні температури обсяг відерця продовжить зменшуватися. При певній температурі може статися так, що об'єм відерця, що зменшився, збігається з обсягом налитої води.

Припустимо, обсяг відерця зменшиться до 5 літрів. І кількість води у цеберці – так само, дорівнює 5 літрам. Відносна вологість при цьому становитиме 100%.

Температура, за якої розміри відерця співпадатимуть із кількістю налитої води, називається точкою роси.

Мал. 10. Зменшуючи температуру вологого повітря, ми можемо досягти насичення пари і точки роси. Відносна вологість при цій температурі дорівнюватиме 100%

Якщо температура продовжуватиме падати, чарівне відерце продовжить зменшуватися. Надлишки води при цьому проливатимуться. Ми говоримо у таких випадках: «випадають опади», або «йде дощ».

Примітка: Відносна вологість не може перевищувати 100%. Коли відносна вологість дорівнює 100%, надлишки водяної пари з повітря конденсуються, при цьому випадають опади - дощ або роса.

Для чого контролювати вологість повітря

Вимірювати та контролювати рівень вологості повітря необхідно у найрізноманітніших ситуаціях:

• у метеорології - для передбачення погоди;
• у сільському господарстві – в оранжереях і теплицях потрібно підтримувати вологість повітря, комфортну для рослин, що вирощуються;
• у складських приміщеннях продуктових магазинів – щоб продукти не зіпсувалися раніше визначеного терміну придатності;
• в автомобільних боксах – щоб запобігти появі корозії на металевих поверхнях автомобілів, механізмів та запасних частин до них;
• у житлових приміщеннях – комфортний рівень відносної вологості повітря для людини знаходиться у діапазоні від 40 до 60 відсотків;
• у бібліотеках та музеях – щоб книги та цінні витвори мистецтва зберегти на довгі віки;

Висновки

1. Парціальний тиск – це тиск одного газу із суміші. Парціальне - від італійського "парціо" - частина чогось цілого.
2. Якщо скласти всі парціальні тиски, матимемо загальний тиск суміші газів.
3. Повітря – це суміш газів. Тиск повітря - це сума парціальних тисків всіх газів, що становлять повітря.
4. У повітрі навіть при негативній температурі міститься водяна пара. Вимірюючи кількість цієї пари, ми вимірюватимемо вологість повітря.
5. Чим вище температура, тим більше водяної пари повітря зможе утримати. Звичайно, якщо додати в повітря цю водяну пару.
6. Виділяють два види вологості повітря - абсолютну та відносну.
7. Абсолютну вологість вказують за допомогою щільності водяної пари або за допомогою парціального тиску водяної пари.
8. Прилади для вимірювання вологості називають гігрометрами. Широко використовують конденсаційні, волосні та психрометричні гігрометри.
9. Психометричний гігрометр скорочено називають психрометром.
10. Саморобний психрометр можна виготовити із двох однакових побутових термометрів. Один термометр назвемо вологим, другий сухим.
11. Відносну вологість можна визначити, користуючись психрометром та психрометричною таблицею.
12. Спочатку вимірюємо температуру повітря, а потім відносну вологість повітря.
13. Відносна вологість – це дрібна величина. Її вказують у відсотках. У чисельнику дробу – щільність пари, що є у повітрі, у знаменнику – максимальна за цієї температури щільність пари, т. е. щільність насиченого за цієї температури пари.
14. Абсолютна та відносна вологість повітря пов'язані. Знаючи температуру повітря та одну з вологостей, можна визначити другу вологість (по абсолютній можна визначити відносну та навпаки). Для цього використовуйте таблицю густин водяної пари при різних температурах.