Тема: определение параметров воздуха

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определение относительной и абсолютной влажности воздуха и точки росы, приобретение навыков работы с психрометром.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: аспирационный психрометр, психрометрическая таблица, таблица зависимости упругости насыщенных водяных паров от температуры.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

На Земле беспрерывно идет процесс образования водяных вода испаряется из водоемов, растительного покрова, водяные пары

выдыхаются всеми живыми существами. Поскольку плотностьводяных паров меньше плотности воздуха (она составляет 0,622 плотности воздуха), то водяной пар поднимается надповерхностью Земли, распространяясь в атмосфере. Водяные пары обладают упругостью и производят давление, которое измеряется в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах. Таким образом, атмосферное давление составляется из давления сухого воздуха и давления водяных паров, находящихся в нем.

Количество водяных паров в атмосфере меняется в зависимости от высоты места, географического положения, времени года и дня, температуры воздуха, скорости ветра и т. д.

Процессы конденсации паров и испарения воды, сопровождающиеся выделением или поглощением громадных количеств тепла, оказывают заметное влияние на температурный режим атмосферы.

Знание влажности воздуха имеет большое значение для объяснения различных явлений в атмосфере, с которыми связаны некоторые виды производства, в особенности сельскохозяйственного, а также для вопросов гигиены и т. д. Влажность воздуха характеризуют следующие величины:

- абсолютная влажность;

- максимальная влажность;

- относительная влажность;

- дефицит влажности;

- точка росы.

1. Абсолютная влажность определяется упругостью - давлением водяного пара, который находится в воздухе при данной температуре, и измеряется в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах. Кроме того, ее можно измерять и количеством водяного пара в граммах, который находится в 1 м³ воздуха при данной температуре. Тогда абсолютную влажность обозначают через m (г/м³).

При температуре, равной 16,5°С, численные значения m и p будут совпадать, т. е. m = р, однако измеряться они будут в различных единицах: р - в мм рт. ст., а m - в г/м³. При других температурах отмечается незначительное расхождение в числовых значениях величин m и p. Чаще всего абсолютную влажность измеряют в миллиметрах ртутного столба.

Опытным путем была выведена психрометрическая формула, по которой можно рассчитать абсолютную влажность воздуха:

(1)

где р -абсолютная влажность (упругость водяного пара воздуха в мм рт. ст.); р₂ - упругость пара, насыщающего пространство при температуре t₂ смоченного термометра в мм. рт. ст., определяется по таблице зависимости упругости насыщенных водяных паров от температуры (см. приложение №8); А - постоянная психрометра (для лабораторных условий А = 0,0008); t₁ - температура сухого термометра; t₂ - температура смоченного термометра; H - атмосферное давление в мм. рт. ст. (измеряется по барометру).

2. Максимальная влажность измеряется наибольшей упругостью водяных паров, которая возможна при данной температуре. Обозначается p ₁.

При максимальной влажности водяные пары полностью насыщают пространство, поэтому ее часто называют упругостью насыщения.

Максимальная влажность, т. е. упругость при данной температуре насыщающих водяных паров, измеряется в мм. рт. ст. или в миллибарах. Максимальную влажность можно определить еще и так: это количество пара в граммах, насыщающего 1 м³ воздуха при данной температуре.

Упругость насыщенного пара р₁ определяется также по таблице зависимости упругости насыщенных водяных паров от температуры (см. приложение №8) по температуре воздуха t₁ (показания сухого термометра).

3. Относительная влажность выражается отношением абсолютной влажности p к максимальной влажности p₁ при тех же температуре и давлении. Обозначают относительную влажность через f. Тогда

Обычно относительная влажность выражается в процентах. Значит, как было сказано выше, относительную влажность можно рассчитать по формуле:

(2)

Таким образом, относительная влажность характеризует степень насыщения воздуха водяными парами. Поэтому скорость испарения воды зависит от относительной влажности: чем меньше относительная влажность воздуха, тем быстрее происходит испарение.

Пользуясь формулами (1) и (2) можно рассчитать относительную влажность воздуха для любой возможной разности температур и составить психрометрические таблицы, с помощью которых по показаниям двух термометров можно определить относительную влажность воздуха. Такие таблицы обычно прилагаются к психрометрам (см. приложение №7).

4. Дефицит влажности измеряется разностью между максимальной и абсолютной влажностями воздуха. Эта величина показывает, насколько далек воздух от состояния насыщения.

Дефицит влажности измеряется также в мм. рт. ст. (в миллибарах) и вычисляется по формуле:

(3)

5. Точка росы. Если воздух охлаждать, то находящийся в нем водяной пар при некоторой температуре станет насыщенным. Начнется его конденсация. Эта температура конденсации пара называется точкой росы.

Ясно, что упругость водяного пара, который находится в воздухе при данной температуре, равна упругости насыщенного пара при температуре точки росы.

Для определения точки росы служит прибор, называемый гигрометром Ламбрехта (рис. 1).

Рис.1

Прибор состоит из металлического сосуда с зеркально отполированным диском. Сосуд до половины наполняют эфиром и вставляют в него термометр. При помощи груши продувают через эфир воздух, ускоряя тем самым испарение эфира, что ведет к охлаждению эфира и самого сосуда.

При некоторой температуре t блестящая поверхность сосуда потускнеет вследствие конденсации на ее поверхности водяных паров, находящихся в воздухе, т. е. на ней появится роса. Значит, пары воздуха возле блестящей поверхности гигрометра становятся насыщенными. Данная температура и будет точкой росы.

Пользуясь таблицами зависимости упругости насыщенных водяных паров от температуры, можно определить упругость насыщенного пара при точке росы t. Это будет абсолютная влажность воздуха р.

Наиболее часто влажность воздуха определяют не гигрометром, а психрометром, поскольку такой метод дает более точные результаты.

На рис.2 представлены два основных вида психрометров: рис. 2а – стационарный, рис. 2б – аспирационный психрометр.

Психрометр аспирационный предназначен для измерения влажности и температуры воздуха в стационарных и походных условиях. Прибор состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных в специальной оправе. Прибор снабжен заводным механизмом и вентилятором, составляющими аспирационную головку, которые закрыты колпаком.

Рис.2

Пружина заводного механизма заводится либо ключом, либо работает от сети.

Резервуары термометров помещены в двойную трубчатую защиту с воздушным зазором между трубками. Такая защита предохраняет резервуары термометров от нагревания солнцем, для этого наружная поверхность трубок тщательно полируется и никелируется. Сами трубки соединены с пластмассовым тройником воздухопроводной трубки, на верхнем конце которой укреплена аспирационная головка. Трубки изолированы изо­ляционными кольцами. От механических повреждений термометры с боков защищены металлическими планками. Резервуар правого термометра обернут одним слоем батиста, который перед работой смачивается дистиллированной, дождевой или талой водой с помощью резиновой груши с пипеткой. К прибору прилагается щиток для защиты вентилятора от сильного ветра.

Под действием вентилятора воздух, обтекая резервуары термометров, всасывается по воздухопроводной трубке к вентилятору и выбрасывается наружу через прорези. Сухой термометр всегда показывает более высокую температуру воздуха в потоке, влажный - более низкую (если воздух не насыщен водяными парами), так как он охлаждается вследствие испарения воды с поверхности батиста, облегающего его резервуар.

Аспирационный психрометр имеет следующие технические данные: цена деления термометров - 0,2 °С; диапазон измерения - от 10 до 100% при температуре окружающей среды от - 10 до +40 °С; скорость воздушного потока у резервуаров термометров, создаваемая вентилятором аспирационной головки, не менее 2 м/с на четвертой минуте и не менее 1,7 м/с на шестой минуте работы вентилятора; время действия завода механизма 8-10 мин.

ХОД РАБОТЫ

а) ознакомиться с устройством и техническими данными аспирационного психрометра;

б) повесить психрометр таким образом, чтобы резервуары термометров были на высоте 2 м над уровнем пола;

в) смочить батист на резервуаре термометра, для этого резиновый баллон с пипеткой наполнить дистиллированной водой и ввести во внутреннюю трубку защиты и смочить батист на резервуаре правого термометра;

г) завести вентилятор почти до отказа (это нужно делать осторожно, чтобы не сорвать пружину);

д) на четвертой минуте после пуска вентилятора провести отсчет по термометрам t ₁ и t ₂;

е) определить упругость насыщенного пара p ₁ и p ₂ при температурах t ₁ и t ₂ соответственно по таблице зависимости упругости насыщенных паров от температуры (см. приложение №8);

ж) определить атмосферное давление H с помощью барометра;

з) определить абсолютную влажность p по формуле (1), относительную влажность f _ф по формуле (2) и дефицит влажности d по формуле (3);

и) определить относительную влажность f _т с помощью психрометрической таблицы (см. приложение №7);

к) результаты наблюдений записать в таблицу.

Таблица.

№ п/п	t 1, 0С	t 2, 0С	H, мм.рт.ст.	p 1, мм.рт.ст.	p 2, мм.рт.ст.	p, мм.рт.ст.	d, мм.рт.ст.	f ф, %	f т, %
Ср.зн.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные величины, характеризующие влажность воздуха. Дайте их определения и укажите формулы, по которым они определяются.

2. Как и с помощью каких приборов определяются влажность воздуха и точка росы?

3. Чему будет равна влажность воздуха, если оба термометра в аспирационном психрометре покажут одинаковую температуру?

4. Что такое испарение и конденсация жидкости?

5. Чем кипение отличается от испарения жидкости?

6. Как зависит от параметров внешней среды и концентрации растворов температура кипения, замерзания и плавления различных веществ?

7. Как зависит упругость насыщенных паров от концентрации растворов?

 

Приложения