КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

ЛАБОРАТОРИЯ МЕХАНИКИ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ

Лабораторная работа

Определение влажности воздуха.

Таблица

Давление и плотность насыщенного водяного

пара при различных температурах.

Р - давление насыщенного водяного пара в мм., рт.ст. при

м - масса водяного пара (г) содержащего в 1 воздуха при 100 % его влажности.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Под влажностью в общем случае понимают содержание воды и водяных паров в физических телах различной природы. Определенное количество воды и водяных паров могут содержать твердые, жид­кие и газообразные объекты. Влажность зависит от относительной влажности окружающей среды, от природы веществ, а в твердых телах, кроме того, от пористости или удельной поверхности. В понятие влажность не входит содержание химически связанной воды, выделяющейся только при химическом разложении, а также кристаллогидратной воды.

Влажность характеризуется количеством воды в веществе, приходящемся на единицу массы сухой части. Это - абсолютная влажность. Часто влагосодержание характеризуют количеством воды в веществе, выраженным в процентах от первоначальной массы вещества.

Определение степени влажности многих материалов, продуктов и т.д. имеет важнейшее народно-хозяйственное значение. Например, влажность нефти, поступающей на переработку, не должна превы­шать определенного значения. Только при определенной влажнос­ти многие объекты (зерно, цемент и др.) являются пригодными для практического применения.

Важнейшее значение имеет определение влажности воздуха. Жизнедеятельность животных и растений возможна только при оп­ределенных границах абсолютной и относительной влажности окру­жающей атмосферы. Влажность воздуха имеет существенное значе­ние при некоторых технологических процессах, лечении ряда бо­лезней, хранении продуктов питания, произведений искусства, деталей и приборов и т.д.

Характеристиками влажности воздуха являются:

1) парциальное давление (или упругость) водяного пара, выраженное в / или мм. Рт.ст.

2) Абсолютная влажность , ' - количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 воздуха.

3) Относительная влажность r - отношение парциального дав­ления водяного пара, содержащегося в воздухе, к парциальному давлению водяного пара, насыщающего пространство над плоской поверхностью чистой воды при данной температуре, выраженное в процентах.

4) Точка росы. - температура, которую примет воздух при его изобарическом охлаждении до состояния насыщения находя­щегося в нем водяного пара.

Парциальное давление водяного пара, насыщающего простран­ство над плоской поверхностью чистой воды определяется урав­нением Клаузиуса-Клапейрона

где и - молярные объёмы пара и жидкости при темпе­ратуре Т, - молярная теплота фазового перехода жидкость-пар. на рис.1, изображена диаграмма состояния для воды (фазо­вая диаграмма). Кривая Т_p - К на диаграмме соответствует рав­новесию двух фаз - жидкой и газообразной.

Точка на диаграмме

состояния, соответствующая рав­новесию трех фаз вещества, на­зывается тройной точкой. Для воды давление в тройной точке равно 4,6 мм.рт.ст., темпера­тура - 0,01°С. Давление насы­щенных паров является Функци­ей температуры и обычно приво­дится в виде таблицы (см.при­ложение). Понятие влажность воздуха применимо и для температур ниже температуры тройной точки воды. В этом случае при охлаждении воздуха до температуры - точки росы на твердых по­верхностях окружающих тел появляется иней, а не капельки жид­кости.

ΙΙ.метод определения влажности воздуха.

Для определения влажности воздуха используются различного типа гигрометры и психрометры.

1.Гигрометры. Весовой (абсолютный) гигрометр, состоит из системы U - образных трубок, наполненных гигроскопичным вещест­вом, способным поглощать влагу из воздуха. Через эту систему насосом протягивают некоторое количество воздуха, влажность которого определяют. Зная массу системы до и после измерения, а также объём пропущенного воздуха, рассчитывает абсолютную влажность.

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обез­жиренного человеческого волоса изменять свою длину при измене­нии влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %.Пленочный гигрометр имеет чувствитель­ный элемент из органической пленки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Волосной и пле­ночный гигрометры в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха.

В электролитическом гигрометре пластинку из электроизоля­ционного материала (стекло, полистирол) покрывают гигроскопи­ческим слоем электролита - хлористого лития со связующим ма­териалом. При изменении влажности воздуха меняется концентра­ция электролита, а следовательно, и его электропроводность.

В различного типа конденсационных гигрометрах определяют точку росы, т.е. температуру в момент появления на охлаждаемой поверхности следов воды (или льда), конденсирующийся из окру­жающего воздуха. Наиболее простым конденсационным гигрометром является гигрометр Ламбрехта.

Он состоит из металлического со­суда А (рис.2.)

цилиндрической формы, укрепленного на подстав­ке. Один торцов сосуда отполиро­ван и окружен таким же полирован­ным кольцом В, которое отделена от торца цилиндра теплоизоляци­онным материалом. Сосуд имеет в верхней части отверстие для тер­мометра и патрубок для продува­ния воздуха. Через отверстие со­суд А заполняют эфиром, помещают в отверстие термометр и с помощью резиновой груши пропускают воздух через сосуд с эфиром. При пропускании воздуха эфир интен­сивно испаряется, его температура понижается, сосуд охлаждает­ся. Это приводит к тому, что на полированной поверхности торца начинает появляться роса из водяных паров окружающего воздуха. При уменьшении потока воздуха роса исчезает. Для определения точки росы необходимо определить температуру исчезновения росы не менее трех раз. За точку росы принимают среднее значение из полученных величин.

2. Психрометры. Измерение влажности и температуры возду­ха осуществляется с помощью двух термометров, один из которых сухой, баллончик с ртутью второго покрыт влажным батистом. Су­хой термометр показывает температуру окружающего воздуха, а второй термометр, баллончик которого обернут батистом, и под­держивается все время во влажном состоянии показывает собст­венную температуру, зависящую от интенсивности испарения, происходящего с поверхности баллончика. Вследствие расхода теп­лоты на испарение показания смоченного термометра тем ниже, чей суше воздух, влажность которого измеряется.

Существует несколько типов психрометров: стационарные, аспирационные и дистанционные. Недостатком стационарных психро­метров является зависимость показаний влажного термометра от скорости потока окружающего воздуха. В аспирационном психромет­ре (рис.3) термометры первый и второй укреплены в специальной оправе 3, защищающей их от повреждений и посторонних тепловых воздействий. Путь воздушных потоков, скорость которых поддержи­вается постоянной и равной 2,5 м/сек показан стрелками - выше баллончиков оба потока соединяются в один. Для устранения нагре­вания прибора его металлические части никелированы. Батистовый чехол второго термометра смачивается дистиллированной водой при помощи резиновой груши с пипеткой. Смачивание батиста про­изводят очень осторожно, вода не должна попадать на баллон­чик сухого термометра и внутреннюю поверхность предохранитель­ных трубок. После смачивания батистового чехла 1 -го термомет­ра ключом 4 заводят вентилятор (5-6 оборотов ключа) и через 4-5 минут, после того как температура влажного термометра ус­тановится, записывают показания влажного и сухого термометров. Абсолютная влажность воздуха (парциальное давление водяных па­ров) определяется по так называемой психрометрической форму­ле:

где P_Н - давление насыщенных паров при температуре сухо­го термометра, ( - давление воздуха, А - коэффициент, зави­сящий от конструкции психрометра и главным, образом от скорос­ти протекания воздуха около баллончика с влажным батистовым чехлом (рис.4.). Величину Р_Н бе­рут из таблицы, атмосферное давле­ние P_о определяют пользуясь ба­рометром. Зная абсолютную влажность Р и величину Р_Н рассчитывают отно­сительную влажность. Константа. А принимается равной 0,000662. Для определения относительной влаж­ности, однако, удобнее пользовать­ся специальными номограммами в ви­де кривых, с помощью которых, зная температуры и сразу определяется величина относительной влаж­ности.

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОЙ И ОТНОСИ­ТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ.

1.С помощью конденсационного гиг­рометра определить точку росы.

2.Используя таблицу, определить парциальное давление водяных паров в воздухе при комнатной температу­ре, а также давление насыщения Р .

3.Рассчитать относительную влаж­ность.

4.Определить абсолютную влажность воздуха и его относительную влаж­ность с помощью стандартного аспирационного психрометра. Сопоста­вить результаты с измеренными с помощью гигрометра.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.Какими величинами можно охарактеризовать влажность воздуха?

2.Как зависит от температуры давление насыщенных паров воды?

З.Что такое точка росы?

4.Как изменятся показания аспирационного психрометра, если влажный батистовый чехол в процессе измерения будет касаться металлической предохранительной трубки?

5.Через некие величины, кроме парциального давления, можно определить относительную влажность воздуха?

ЛИТЕРАТУРА

1.Микоян, А.К, Кикоин И.К. Молекулярная физика. Ц.: Наука, 1976, с.436-442.

2.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2 Термодинамика и молекулярная физика. П.: Наука,1976,0.448-869.