Чем измеряется влажность воздуха

Чем измеряется влажность воздуха

Значит, испарение на нашей планете происходит непрерывно: испаряется вода с поверхностей озер, океанов, рек, различной растительности и т. д. Вследствие этого воздух в нашей атмосфере всегда содержит в себе водяные пары.

Влажность — это понятие, которое характеризует содержание водяного пара в атмосфере. На данном уроке мы разберем понятия абсолютной и относительной влажности воздуха, точки росы, познакомимся с приборами для измерения влажности воздуха.

Абсолютная и относительная влажность

Количество водяных паров в воздухе при определенной температуре определяет степень влажности. Но как эту степень оценить? В этом нам помогут два новых определения: абсолютная влажность и относительная влажность.

Абсолютная влажность $\rho$ — это физическая величина, показывающая, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом $1 \space м^3$ при данных условиях, т. е. плотность водяного пара.
$\rho = \frac$.

Обратите внимание, что, рассчитывая плотность различных веществ, мы использовали стандартную единицу измерения — $\frac<кг><м^3>$. Для абсолютной влажности принято применять внесистемную единицу измерения плотности — $\frac<г><м^3>$.

Степень влажности определяется фактором того, насколько водяной пар близок или далек от состояния насыщения.

• Чем больше в воздухе водяных паров, тем ближе пар к состоянию насыщения
• Чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его насыщения

Вспомним: насыщенным называют пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Число молекул, вылетающих из жидкости, становится равно числу молекул, возвращающихся в нее.

Соответственно, зная только абсолютную влажность, нельзя сказать сухой это воздух или влажный, насколько он близок к состоянию насыщения.

Чаще всего водяной пар, содержащийся в воздухе, является ненасыщенным. Если бы водяной пар в воздухе был всегда насыщенным, то все, что находится на земной поверхности, никогда бы не высыхало.

Относительная влажность воздуха $\varphi$ — это отношение абсолютной влажности воздуха $\rho$ к плотности $\rho_0$ насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженной в процентах.
$\varphi = \frac<\rho> <\rho_0>\cdot 100 \%$.

Т.е., относительная влажность характеризует процентное содержание влаги в воздухе. Наиболее благоприятной для человека считается относительная влажность воздуха $40-60 \%$.

Чтобы в полной мере научиться пользоваться приведенными выше формулами, загляните в урок на решение задач по данной теме.

Точка росы

В любом случае в воздухе находится водяной пар. Если мы будем понижать температуру воздуха, то при определенной температуре сможем довести пар, содержащийся в нем, до состояния насыщения.

Если после этого продолжать снижать температуру, то пар начнет конденсироваться. В итоге, образуется туман, и выпадают капельки росы. Здесь у нас появляется еще одна новая величина, которая тоже характеризует влажность воздуха, — точка росы.

Точка росы — это температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным.

Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов: конденсационных и волосных гигрометров и психрометров.

Конденсационный гигрометр

Рассмотрим устройство и принцип работы конденсационного гигрометра (рисунок 1). С помощью него можно определить абсолютную влажность воздуха по точке росы.

В его основе — небольшая металлическая коробка 1. Ее передняя стенка 2 окружена кольцом 3. Поверхности этих элементов хорошо отполированы. Между ними помещена теплоизолирующая прокладка 4. К самой коробке присоединена резиновая груша 5. Внутрь коробки вставлен термометр 6.

Заполним коробку, например, эфиром. Вы уже знаете, что эта жидкость достаточно быстро испаряется. Начнём продувать воздух через коробку с помощью груши. Так мы ускорим испарение эфира, коробка быстро охладится. Вскоре на полированной поверхности появятся капельки росы.

Отметим температуру, которая наблюдается в данный момент. Так мы определили точку росы. Именно в этот момент пар стал насыщенным.

Далее, используя специальные таблицы, можно определить абсолютную влажность воздуха.

Вид обычного лабораторного гигрометра представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Лабораторный гигрометр

Волосной гигрометр

Из названия этого прибора можно догадаться, что где-то в его устройстве присутствует волос. И, действительно, действие волосного гигрометра (рисунок 3) основано на одном интересном свойстве человеческого волоса. Дело в том, что при увеличении относительной влажности воздуха волос удлиняется.

Рисунок 3. Волосной гигрометр

На шкале этого прибора уже отмечены величины относительной влажности воздуха. При увеличении относительной влажности волос удлиняется, а при уменьшении — укорачивается. При этом стрелка двигается вдоль шкалы, указывая на величину относительной влажности воздуха.

Психрометр

Психрометр (от латинского психрос — холодный, метрио — измерять) представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Психрометр

Этот прибор состоит из двух термометров. Конец одного из них обмотан тканью и опущен в воду. Вода испаряется, термометр охлаждается. Термометры будут показывать разные значения.

Испарение проходит менее интенсивно при большой относительной влажности, и более интенсивно при малой относительной влажности. Чтобы оценить ее, нужно зафиксировать разность температур на термометрах. Для них также существуют специальные таблицы, из которых можно узнать величину относительной влажности воздуха.

Влажность в окружающем мире

Влажность воздуха важна как в природе, так и в быту человека. Изначально, наше самочувствие часто зависит от этого показателя. Ведь интенсивность испарения влаги с нашего кожного покрова определяется влажностью воздуха. Низкая влажность может приводить к пересыханию слизистых оболочек, проблемам с кожей и волосами, а очень высокая — к ухудшению общего физического состояния.

Влажность воздуха влияет на теплообмен многих организмов с окружающей средой, на жизнь животных и растений. Когда люди выращивают растения в теплицах или оранжереях, им необходимо знать и контролировать влажность воздуха. Таким образом поддерживается нужный режим для их роста и жизнедеятельности.

Значение влажности воздуха играет большую роль в метеорологи для прогнозов погоды. При работе различной техники важно учитывать влажность — при высоких показателях быстрее возникает коррозия. При хранении важных произведений искусств и книг также следят за влажностью.

ВЛА́ЖНОСТЬ ВО́ЗДУХА

ВЛА́ЖНОСТЬ ВО́ЗДУХА, со­дер­жа­ние во­дя­но­го па­ра в воз­ду­хе; один из наи­бо­лее важ­ных па­ра­мет­ров ат­мо­сфе­ры. Ха­рак­те­ри­сти­ка­ми В. в. слу­жат: 1) пар­ци­аль­ное дав­ле­ние во­дя­но­го па­ра (фак­ти­че­ское) $e$ , вы­ра­жае­мое в тех же еди­ни­цах, что и дав­ле­ние воз­ду­ха, т. е. в гПа; 2) дав­ле­ние во­дя­но­го па­ра в со­стоя­нии на­сы­ще­ния $E$ , или дав­ле­ние на­сы­щен­но­го во­дя­но­го па­ра, в гПа (макс. дав­ле­ние во­дя­но­го па­ра, воз­мож­ное при дан­ной темп-ре; раз­ли­ча­ют на­сы­ще­ние по от­но­ше­нию к во­де и ко льду); 3) от­но­си­тель­ная влаж­ность $f=e/E$ , вы­ра­жае­мая в %; 4) аб­со­лют­ная влаж­ность $a$ – мас­са во­дя­но­го па­ра в г/м 3 ; 5) удель­ная влаж­ность $q$ – от­но­ше­ние мас­сы во­дя­но­го па­ра к мас­се влаж­но­го воз­ду­ха та­ко­го же объ­ё­ма, в про­мил­ле (‰); на прак­ти­ке час­то вы­ра­жа­ет­ся чис­лом грам­мов во­дя­но­го па­ра в 1 кг воз­ду­ха (г/кг); 6) от­но­ше­ние сме­си $S$ – от­но­ше­ние мас­сы во­дя­но­го па­ра к мас­се су­хо­го воз­ду­ха в том же объ­ё­ме (‰); 7) точ­ка ро­сы $τ$ – темп-ра, ко­то­рую при­мет воз­дух, ес­ли его изо­ба­ри­че­ски ох­ла­дить до со­стоя­ния на­сы­ще­ния; 8) де­фи­цит влаж­но­сти $D$ – раз­ность ме­ж­ду мак­си­маль­но воз­мож­ным и фак­тич. дав­ле­ни­ем во­дя­но­го па­ра при дан­ной темп-ре. В. в. из­ме­ря­ет­ся на ме­тео­ро­ло­гич. стан­ци­ях гиг­ро­мет­ра­ми и пси­хро­мет­ра­ми. Чем вы­ше темп-ра воз­ду­ха, тем боль­ше в нём мо­жет быть во­дя­но­го па­ра, по­это­му В. в. зем­ной ат­мо­сфе­ры ко­леб­лет­ся в ши­ро­ких пре­де­лах. У зем­ной по­верх­но­сти во влаж­ном воз­ду­хе со­дер­жа­ние во­дя­но­го па­ра со­став­ля­ет в ср. от 0,2% по объ­ё­му в вы­со­ких ши­ро­тах до 2,5% у эк­ва­то­ра. В по­ляр­ных ши­ро­тах зи­мой дав­ле­ние во­дя­но­го па­ра ма­ло (де­ся­тые, а ино­гда со­тые до­ли гПа), ле­том оно не вы­ше 5 гПа; у эк­ва­то­ра $e$ воз­рас­та­ет до 35 гПа и бо­лее. В суб­тро­пич. пус­ты­нях $e$ 5–10 гПа. От­но­си­тель­ная влаж­ность вы­со­ка в эк­ва­то­ри­аль­ной зо­не (до 85–90% и бо­лее), а так­же в по­ляр­ных ши­ро­тах и зи­мой внут­ри ма­те­ри­ков в уме­рен­ных ши­ро­тах за счёт низ­кой темп-ры воз­ду­ха. С вы­со­той $q$ бы­ст­ро убы­ва­ет: на выс. 1,5–2 км со­дер­жа­ние во­дя­но­го па­ра в ср. вдвое мень­ше, чем у зем­ной по­верх­но­сти. В тро­по­сфе­ре (ниж­ние 10–15 км) со­дер­жит­ся 99% во­дя­но­го па­ра всей ат­мо­сфе­ры. В сред­нем над ка­ж­дым квад­рат­ным мет­ром зем­ной по­верх­но­сти в воз­ду­хе со­дер­жит­ся ок. 28,5 кг во­дя­но­го па­ра.

Влажность воздуха: чем измерять и как регулировать

Влажность воздуха — это общее количество водяного пара в воздухе в конкретном помещении (или атмосфере, если говорить глобально). Она бывает:

• абсолютной —данная величина постоянно меняется;
• относительной — этот показатель знаком нам из метеопрогнозов, он указывает, какого процента влаги недостаёт в атмосфере до того, чтобы началась ее конденсация на поверхностях.

На этот показатель влияют: расположение помещения, его назначение, характер хранимого в нем имущества, климатические и погодные условия. Измерение влажности воздуха проводят исходя из характера помещения.
Существует несколько типов устройств для измерения влажности.Мы остановимся на двух: профессиональных и бытовых.

Измерение влажности воздуха в домашних условиях

К простейшим бытовым методам измерения влажности можно отнести:

• стакан с водой. Принцип работы прост: наполнив стакан водой, ставим в холодильник на несколько часов, чтобы жидкость остыла почти до нуля, но не замёрзла, затем вносим в интересующее нас помещение.

а) если воздух сухой — стенки стакана запотели, а после практически разу высохли;
б) воздух со средним показателем влажности: стакан запотел, а через 10-12 минут конденсат испарился;
в) высокая влажность воздуха — по стенкам стакана стекаю капли воды.
Кстати, с таким же успехом можно использовать и обычную пластиковую бутылку, наполненную холодной водой.

• Термометр. По принципу действия метод довольно близок к профессиональным измерителям влажности. Измеряем обычным ртутным термометром температуру в помещении, записываем полученную величину, после чего оборачиваем головку градусника мокрой марлей (ватой), и по истечении 10-12 минут фиксируем новый показатель. Полученная разница температур будет средним показателем влажности воздуха в процентах.

Профессиональные устройства измерения влажности

Если говорить о профессиональных приборах для измерения влажности в помещении, то к ним относятся:

• термогигометры;
• психрометры.

Гигометры измеряют влажность, термогигометры — более комплексный прибор, отмечающий также и температуру. Они бывают:

1. Волосяные: приборы измерения на основе синтетического «волоса», который меняет длину в зависимости от влажности. Один его конец крепится к пружине, второй — к стрелке циферблата, что даёт возможность считывать малейшие изменения показателей. Такой прибор довольно точен и прост в использовании.
2. Плёночные: органическая плёнка изменяет физические свойства зависимости от влажности воздуха: сжимается при ее снижении, и растягивается при повышении. Значения выводятся на циферблат. Гигрометры используют в помещениях с низкими температурами.

Психрометры — наиболее точные устройства для измерения влажности. Состоят из двух термометров. Один сухой, фиксирует температуру воздуха. Второй погружён в резервуар с водой, чтобы показывать температуру влажной среды. Полученная разница и будет искомой влажностью воздуха в помещении.

При измерении влажности в квартире или доме следует учитывать, что работающие кондиционеры, приборы отопления, вентиляции, вытяжки снижают общий показатель, а повышают его наличие в помещении открытых аквариумов, декоративных фонтанов, большого количества растений или регулярное проведение влажной уборки.

Как сделать показатель влажности комфортным

Оптимальным уровнем влажности воздуха в жилых помещениях — 65%, вне зависимости от времени года. Нижняя граница показателя — 30-40%. Для иных помещений гаражей, бань, саун, теплиц, производственных цехов и складов показатели регламентируются строительными нормами и правилами.

Если показатели ниже нормы — устанавливают специальные увлажнители воздуха. Но практика показывает, что чаще встречается проблема не пониженной, а повышенной влажности. Она знакома дачникам, владельцам гаражей и погребов, собственникам бань — сырость провоцирует развитие плесневых колоний, появление мокрых пятен, отмокание отделки, гниение несущих конструкций и перекрытий.

В странах Европы — Германии, Испании, Франции — с 80х годов XX века для снижения влажности применяют солнечные коллекторы. Приборы прогревают и вентилируют помещения каждый раз, когда на них попадают солнечные лучи. В России такие приборы появились в 2014 году.

Компания Solar Fox изобрела, протестировала и выпустила на рынок аналог европейских устройств — воздушный солнечный коллектор. Он обладает всеми преимуществами заграничного оборудования: