Определение относительной и абсолютной влажности воздуха, постоянной психрометра

                                          Лабораторная работа №15

 Определение относительной и абсолютной влажности воздуха, постоянной     

                                                   психрометра.

 Приборы и принадлежности: аспирационный психрометр, барометр, мензурка с дистиллированной водой.

                                           Методические указания.

Водяной пар переменная составная часть атмосферы. Содержащие пара оценивается с помощью характеристик влажности воздуха, знание которых требуется во многих отраслях народного хозяйства, в научных исследованиях. В частности, влажностные условия хранения продуктов питания, фотоматериалов, промышленных товаров определяются соответствующими положениями ГОСТа.

Окружающий воздух всегда содержит водяной пар. Водяной пар, находится в воздухе, может быть насыщенным и ненасыщенным, в зависимости от температуры и давления окружающей среды. Насыщенным паром называют такой пар, который находится в динамическом равновесии с жидкостью, из которой он образуется. Такое равновесие имеет место, когда за единицу времени число молекул, испаряющихся с поверхности жидкости, равно числу молекул возвращающихся в жидкость. Чем больше водяных паров находится в единице объема, тем ближе пар к насыщению при прочих равных условиях.

Экспериментальным путем установлено, что физические свойства водяного пара практически близки идеальному газу. Поэтому из уравнения Клапейрона- Менделеева следует, что масса m водяного пара в объеме V будет тем больше, чем ближе к насыщению   , чем выше давление Р и ниже температура Т. Температура при которой пар из ненасыщенного превращается в насыщенный при Р=unst называют точкой росы.

Для характеристики влажности используются понятия абсолютной и относительной влажности.

Масса водяного пара, находящегося в одном метре кубическом, при данной температуре называется абсолютной влажностью, величина абсолютной влажности выражается в тех же единицах, что и плотность    кг/м³. Как видно из уравнения Клайперона - Менделеева между d  и парциальным давлением Р водяного пара, которое   также называют упругостью водяного пара, существует пропорциональная зависимость. Поэтому абсолютная влажность может иметь размеренность мм. рт. ст. или Па (I мм рт ст =133 Па).

Относительной влажностью r называют отношение упругости водяного пара «р», действительно находящегося в воздухе при данной температуре, к упругости насыщенного водяного пара р_н   при той же температуре. Эта величина выражается в процентах:

                                              (1)

Максимальная упругость насыщенных паров рассчитывается при нормальном давлении и находится из таблицы р_н (t).

                                       Описание прибора

Аспирационный психрометр (рис.1)- это прибор для измерения влажности воздуха, состоящий из двух термометров (1и2), у одного из которых (смоченный термометр1) резервуар обернут смачиваемым батистом. Психрометр снабжен всасывающим вентилятором (3), позволяющим создавать около резервуаров термометров ток воздуха с определенной скоростью.

В аспирационном психрометре термометры находятся в специальной оправе, защищающей их от повреждения и теплового воздействия прямых солнечных лучей.

В следствие испарения с поверхности батиста температура смоченного термометра будет всегда ( за исключением состояния насыщения) ниже температуры сухого термометра, показывающего температуру воздуха, и тем ниже, чем меньше влажность воздуха. Смоченный термометр, теряя теплоту на испарение воды, одновременно получает теплоту от окружающегося пространства. Температура смоченного термометра перестает понижаться тогда, когда потеря тепла за счет испарения DQ, за единицу времени будет равна притоку тепла DQ₂ к термометру из воздуха за тот же промежуток времени (DQ₁ = DQ₂), то есть процесс будет стационарным. На основании уравнения теплового баланса  DQ₁=DQ₂ можно получить уравнение для стационарного процесса, которое связывает между собой упругость водяного пара, разность температур сухого и смоченного термометра с атмосферным давлением:

                                                                                          (2)

где р- упругость водяного пара при температуре воздуха;   - максимальная или насыщенная упругость водяного пара при температуре смоченного термометра t₁. А- психрометрическая постоянная, зависящая от  конструкции психрометра.

Из уравнения (2) находим величину постоянной психрометра по формуле (3)

                                                               (3)

Из уравнения (3) следует, что размеренность постоянной психрометра град.^-1. Упругость насыщенных паров  при температуре смоченного термометра t₁  p_н при температуре воздуха t находится из таблицы Р_н (t).

Значение относительной влажности воздуха находится из психрометрической таблицы по разности Dt температур сухого и влажного воздуха и температуре сухого термометра t. Упругость водяного пара «р» при температуре воздуха t находят по формуле (1):

                                     Р=r Р_н                                         (4)                  

                       Порядок выполнения работы

1.  Смочить дистиллированной водой резервуар термометра 1 обернутый батистом. Завести часовой механизм вентилятора с помощью ручки.

2.  После того, как температура смоченного термометра перестанет понижаться (что будет соответствовать стационарному состоянию), записать показания обоих термометров t₁ и t в таблицу №1.

3.  Давление атмосферы р_мн определить по барометру.

4.  По таблице Р_н (t) найти упругость  и Р_н  насыщенных водяных паров при температуре влажного и сухого термометра.

5.  С помощью психрометрической таблицы определить относительную (r)₁ а по формуле (4) - абсолютную влажность (Р), при этом используется найденное значение упругости насыщенных водяных паров при температуре воздуха Р_н.

6.  Вычислить постоянную психрометра по формуле (3)

7.  Вычислить абсолютную и относительную погрешность

     определения постоянной психрометра.

8.  Записать результаты в виде     

                                         Примечание:

Если полученные температуры t₁ и t отсутствуют в таблицах, то р и r можно определить интерполированием. Допустим нам требуется найти упругость насыщенных воздушных паров при t = 20,3⁰ С. Предполагаем, что в пределах градуса измерение упругости пропорционально измерению температуры, согласно таблице 1, напишем:  +20⁰ -17,4 мм рт ст , 21⁰ - 18,5 мм рт ст

20,3⁰ - Х мм рт ст. Тогда Х=17,4+(18,5-17,4) 0,3=17,4+0,33=17,7 мм рт ст.

                                                                                                                        Таблица 1

№  п \п
		С0
1. 2. 3.

                    Доделать таблицу!

                                             Контрольные вопросы 1

1.  Что называется насыщенным паром?

2.  Что такое точка росы?

3.  Каким образом ненасыщенный пар можно перевести в насыщенный?

4.  В чем заключается процесс испарения?

5.  Что такое абсолютная и относительная влажность?

6.  От чего зависит постоянная психрометра?

7.  В каких случаях наблюдается относительная влажность, близкая к 100%?

8.  В чем цель работы, как определяется погрешность определения постоянной психрометра?

                                         Контрольные вопросы 2

1.  Дайте определение идеального газа.

2.  Как измеряется разность показаний сухого и влажного термометра в психрометре при понижении температуры воздуха, если абсолютная влажность остается неизменной?

3.  Каким является водяной пар, находящийся в воздухе при температуре выше точки росы, при температуре ниже точки росы?

4.  Каковы влажностные условия хранения продуктов питания, промышленных товаров?

5.  Чему может быть равна относительная влажность в облаке?

6.  Определить чему равна плотность насыщенного пара при температуре 20⁰?

7.  От чего зависит процесс испарения?

                                               Литература

1. Грабовский Р.И. Курс физики,  М «Наука», 1980 г,п.68.