Изменение влажности воздуха

Изменение влажности воздуха

 

Работу выполнил студент 11051 гр.

Филиппович И.И.

 

Отчет принял Федоренчик Е.В.

_______«____»________2012 г.

 

 

Минск 2012

Изменение влажности воздуха

Цель работы: определить влажность воздуха по температуре точки росы и по показаниям испирационного психрометра.
Приборы и оборудование: термоэлектрический холодильник с зеркальной поверхностью, электронный термометр, блок питания, адаптер, аспирационный психрометр, шприц.
Краткие теоретические сведения
Пар — газообразное состояние вещества при температуре ниже критической, поэтому при повышении давления газ переходит в конденсированное состояние.
Насыщенным паром называется пар, находящийся в равновесии с жидкостью или твердым телом при данной температуре. В условиях равновесия концентрация пара максимальная, она определяется только температурой.
Сухой и влажный воздух
Воздух — это смесь азота, кислорода и небольшого количества некоторых других газов. Если в воздухе не содержится водяной пар, то такой воздух называется сухим воздухом. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество водяного пара. Влажный воздух — это смесь сухого воздуха и водяного пара. Во влажном воздухе также могут содержаться мельчайшие капельки воды (в виде тумана) или кристалликов льда. Состав сухого воздуха остается практически постоянным, а количество водяного пара изменяется в результате конденсации или испарения с поверхности водоемов, растений и даже человеческого тела. Хотя водяной пар содержится в атмосферном воздухе в небольшом количестве, он играет важную роль в различных процессах, а также влияет на ощущение комфорта.
Физические свойства газов, и влажного воздуха в том числе, зависят от температуры. Мы будем рассматривать свойства влажного воздуха в диапазоне температур от -30 С до +50С и давлении, приблизительно равном атмосферному. При этих условиях сухой воздух может находиться только в газообразном состоянии, тогда как вода может находиться в паровой, жидкой или твердой фазе в зависимости от температуры смеси. Отсюда следует, что влажный воздух представляет собой такую смесь газов, один из компонентов которой — водяной пар — при снижении температуры может переходить в другую фазу (жидкую или твердую) и вследствие этого выпадать из смеси. Поэтому количество водяного пара в рассматриваемой смеси не может быть произвольным. В зависимости от температуры количество водяного пара во влажном воздухе не может превышать определенного значения. В этом и состоит принципиальное отличие влажного воздуха от обычных газовых смесей.
Воздух, который содержит водяной пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным воздухом. В таком воздухе содержится максимально возможное количество водяного пара.
Ненасыщенный влажный воздух — это смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара.

Уравнение Менделеева-Клапейрона: pVM=RT (1)

Несмотря на то, что водяной пар находится в насыщенном состоянии, его параметры состояния, также как и параметры сухого воздуха, с достаточно высокой точностью можно описать уравнением Менделеева-Клапейрона.
Свойства водяного пара, находящегося во влажном воздухе, не зависят от свойств сухого воздуха, присутствующего в смеси. Эти газы ведут себя независимо друг от друга. Влажный воздух можно считать смесью идеальных газов, для которой справедлив закон Дальтона: давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха p_св и водяного пара p_п
p=p_св+p_п. (2)
В равновесном состоянии во влажном воздухе парциальное давление водяного пара pп не может превышать давление насыщенного пара p_н(p_п<p_н) при данной температуре влажного воздуха. Для насыщенного воздуха парциальное давление водяного пара равно давлению насыщенного водяного пара (p_п=p_н). Давление насыщенного воздуха пара p_н определяется только температурой смеси и не зависит от давления смеси. Зависимость p_н от абсолютной температуры Т описывается уравнением Клапейрона-Клаузиуса:
dp_н/dT=L/T(V_п-V_ж) (3)
где L — удельная теплота парообразования воды, V_ж — удельный объем воды в жидком состоянии. На практике давление насыщенного водяного пара p_н находят не по формуле (3), а используют для этого специальные таблицы или диаграммы.
В ненасыщенном влажном воздухе парциальное давление водяного пара ниже давления насыщенного водяного пара (р_п<р_н). Понижая температуру насыщенного влажного воздуха при постоянном давлении, можно охладить воздух до такой температуры, при которой водяной пар станет насыщенным. Процесс охлаждения водяного пара при постоянном давлении изображен на Т-s диаграмме (участок 1-2). При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяных паров. Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нём перегретый пар стал насыщенным, называется температурой точки росы Т_р.
При дальнейшим понижении температуры будет происходить конденсация водяного пара. Воздух останется насыщенным, но количество водяного пара, содержащегося в воздухе, будет уменьшаться.
Кроме температуры точки росы состояние влажного воздуха можно характеризовать с помощью следующих величин.
Парциальное давления водяного пара р_п во влажном воздухе обычно выражаемое в миллиметрах ртутного столба (напомним, что 1 мм рт. ст.=133,322 Па).
Абсолютная влажность воздуха — масс водяного пара (г), содержащегося в 1 м3 влажного воздуха:
р_п=m_п/V. (4)
Поскольку водяной пар занимает тот же объем, что и влажный воздух, то абсолютная влажность может быть выражена в виде плотности пара p_п в смеси при своем парциальном давлении p_п и температуре Т смеси:
р_п=m_п/V=m_п/V_п. (5)
Так как водяной пар можно считать идеальным газом, абсолютную влажность воздуха легко рассчитать, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:
р_п=р_пМ_п/RT, (6)
где М_п — молярная масса водяного пара, М_п=0,018 г/моль.
Влагосодержание d влажного воздуха — отношение массы m_п водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха m_св.
d=m_п/m_св=p_п/p_св. (7)
Относительная влажность воздуха — отношение абсолютной влажности p_п к максимально возможной влажности при данной температуре. Поскольку максимально возможная абсолютная влажность равна плотности насыщенного водяного пара р_н, то:
=р_п/р_н. (8)
где р_п — парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; р_н — давление насыщенного водяного пара. Относительная влажность является безразмерной величиной <=1 (в равновесном состоянии). Часто относительную влажность выражают в процентах.
Относительная влажность сама по себе полностью не характеризует содержание пара во влажном воздухе, для этого еще нужно знать температуру влажного воздуха, однозначно определяющую величину р_н. Если влагосодержание воздуха сохраняется постоянным, а температура воздуха повышается, то относительная влажность воздуха уменьшается, так как с ростом температуры увеличивается давление насыщенного водяного пара р_н.
Если относительная влажность воздуха ниже 100%, то температура точки росы всегда ниже фактической температуры воздуха, и тем ниже, чем меньше относительная влажность. При насыщении, т. е. Когда относительная влажность равна 100% фактическая температура совпадает с точкой росы.
При снижении температуры воздуха возможно кратковременное образование пересыщенного состояния, то есть относительная влажность становится более 100%. Однако такое состояние не является устойчивым.

 

 

 

Практическая часть

№	Температура комнатная	Температура появл. Росы	Температура исчезнов. росы
		10.8	12,8
		11.1	12.6
		11.1	12.6
		11.5	13.5
		11.7	12.7

 

Ср=12,04

Ратм=98.6 кПа

Рнас= 1396,5±133 Рнас=10,5±1 мм.рт.ст.

Рпар=712,2 ±133

Тросы=(12.0±0.9)

=50±5%

содержание 0,009 ±0,0005 кг/кг

Показания психрометра:

Сухой термометр: 23⁰С±0.1⁰C

Влажный термометр: 18⁰С±0.1⁰C

60% влажность в помещении

Влагосодержание 11 кг/кг

Рнас= 1796Па Рнас=13 мм.рт.ст.

 

Вывод: Мы определили влажность воздуха по температуре точки росы и по показаниям испирационного психрометра.

=50±5% Тросы=(12.1±0.9)