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 pсв и водяного пара pп
p=pсв+pп. (2)
В равновесном состоянии во влажном воздухе парциальное давление водяного пара pп не может превышать давление насыщенного пара pн(pп<pн) при данной температуре влажного воздуха. Для насыщенного воздуха парциальное давление водяного пара равно давлению насыщенного водяного пара (pп=pн). Давление насыщенного воздуха пара pн определяется только температурой смеси и не зависит от давления смеси. Зависимость pн от абсолютной температуры Т описывается уравнением Клапейрона-Клаузиуса:
dpн/dT=L/T(Vп-Vж) (3)
где L — удельная теплота парообразования воды, Vж — удельный объем воды в жидком состоянии. На практике давление насыщенного водяного пара pн 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 (рп<рн). 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 Тр.
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 рп 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:
рп=mп/V. (4)
Поскольку водяной пар занимает тот же объем, что и влажный воздух, то абсолютная влажность может быть выражена в виде плотности пара pп в смеси при своем парциальном давлении pп и температуре Т смеси:
рп=mп/V=mп/Vп. (5)
Так как водяной пар можно считать идеальным газом, абсолютную влажность воздуха легко рассчитать, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:
рп=рпМп/RT, (6)
где Мп — молярная масса водяного пара, Мп=0,018 г/моль.
Влагосодержание d влажного воздуха — отношение массы mп водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха mсв.
d=mп/mсв=pп/pсв. (7)
Относительная влажность воздуха 
— отношение абсолютной влажности pп к максимально возможной влажности при данной температуре. Поскольку максимально возможная абсолютная влажность равна плотности насыщенного водяного пара рн, то:
=рп/рн. (8)
где рп — парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; рн — 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 рн. Если влагосодержание воздуха сохраняется постоянным, а температура воздуха повышается, то относительная влажность воздуха уменьшается, так как с ростом температуры увеличивается давление насыщенного водяного пара рн.
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)
