Влажность воздуха
Мы помогаем студентам с дипломными, курсовыми, контрольными Узнать стоимость

Влажность воздуха

    В процессе проведения опыта будем использовать закрытый сосуд с жидкостью, а значение температуры поддерживать постоянным. Спустя некоторое время в данном сосуде возникнет явление термодинамического равновесия процессов испарения и конденсации. Другими словами, число молекул, которые покинут жидкость, будет эквивалентно числу молекул, вернувшихся обратно в жидкость.

    Определение 1

    Газообразное вещество, которое находится состоянии равновесия со своей жидкостью, носит название насыщенного пара.

    Определение 2

    Ненасыщенным паром называют такой пар, давление и плотность которого уступает значениям давления и плотности насыщенного пара.

    Давление насыщенного пара в процессе повышения температуры возрастает. В окружающем нас воздухе в любой момент времени присутствует некоторая масса водяного пара. Что же такое влажность воздуха? Воздух, который включает в себя водяной пар, определяется как влажный. В воздухе атмосферы быстрота испарения воды основывается на величине отличия давления паров воды от давления насыщенных паров при существующей температуре.

    Абсолютная и относительная влажность воздуха

    Свое применение часто находят понятия об абсолютной и относительной влажности.

    Определение 3

    Абсолютной влажностью считают массу водяного пара, которая находится в одном кубометре воздуха.

    Абсолютная влажность может быть измерена парциальным давлением водяного пара (p) при некоторой температуре (T). Относительно парциального давления действует закон Дальтона, который говорит о том, что отдельные компоненты смеси газов определяются как независимые. По этой причине каждая из компонент производит давление:

    pi=nikT,

    а полное давление равно сумме давлений компонент:

    p=p01kT+p02kT+...+p0ikT=p1+p2+...+pi,

    где pi- парциальное давление i газовой компоненты.

    Уравнение p=p01kT+p02kT+...+p0ikT=p1+p2+...+pi представляет собой закон Дальтона. Исходя из того факта, что влажность представляет собой количество водяного пара в воздухе (газе), понятие парциального давления и закон Дальтона могут быть крайне полезны при практическом изучении вопросов об абсолютной влажности. Также абсолютной влажностью называется плотность водяного пара (ρ) при той же температуре (T). В процессе повышения абсолютной влажности пары воды все сильнее приближаются к состоянию насыщенного пара.

    Определение 4

    Максимальной абсолютной влажностью при приведенной температуре является масса насыщенного водяного пара на один кубометр воздуха.

    Определение 5

    Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при заданной температуре.

    Данная величина выражается в процентах:

    β=ρρnp·100%=ppnp·100%,

    где ρnp представляет собой плотность насыщенного пара при некоторой T, pnp- давление насыщенного пара при такой же температуре. В условиях установления термодинамического равновесия процессов испарения и конденсации относительная влажность равняется 100%. Из этого можно сделать вывод о том, что количество воды в воздухе не претерпевает изменений. Процессы изохорного охлаждения или изотермического сжатия ненасыщенного пара позволяют превратить его в насыщенный.

    Определение 6

    Температура (Tr), при которой пар определяется как насыщенный, носит название точки росы.

    Tr представляет собой температуру термодинамического равновесия пара и жидкости в газе, конкретно в воздухе.

    Влажность воздуха определяется с помощью специальных измерительных приборов — гигрометров, психрометров. Оптимальной для человеческого организма в условиях температуры близкой к 20 градусам Цельсия считается относительная влажность от 40% до 60%. В процессе решения практических задач, зачастую применяют справочные таблицы, в которых определены давления и плотности насыщенного водяного пара при различных значениях температуры.

    Примеры

    Пример 1

    Найдите давление насыщенного пара при значении температуры T, давлении в одну атмосферу, если масса влажного воздуха при относительной влажности β в объеме V эквивалентна m в точно таких же условиях.

    Решение

    В качестве основы решения применим закон Дальтона, который в случае смеси газов, а в нашей задачи имеет место быть смесь сухого воздуха с водяным паром, будет выглядеть следующим образом:

    p=pv+pH2O,

    где pv определяет собой давление сухого воздуха, а pH2O является давлением паров воды. При этом масса смеси равна:

    m=mv+mH2O,

    где mv представляет собой массу сухого воздуха, а mH2O— массу водяного пара. Применим уравнение Менделеева - Клайперона и запишем его для составляющей —сухой воздух в следующем виде:

    pvV=mvμvRT,

    где μv является молярной массой воздуха, T определяет температуру воздуха, V - объем воздуха. Для водяного пара, приняв его в качестве идеального газа, запишем уравнение состояния:

    pH2OV=mH2OμH2ORT,

    в котором μH2O является молярной массой пара, T представляет собой температуру пара, а V - объем пара. Относительная влажность эквивалентна следующему выражению:

    β=pH2Opnp·100%,

    где pnp обозначает величину давления насыщенного пара. Из формулы β=pH2Opnp·100% выразим давление насыщенного пара, получим:

    pnp=pH2Oβ·100%.

    Из m=mv+mH2O выразим массу сухого воздуха, в результате получим следующее выражение: mv=m-mH2O.

    Из p=pv+pH2O выразим давление сухого воздуха, благодаря чему получим:

    pv=p-pH2O.

    Подставим выражения mv=m-mH2O и pv=p-pH2O в pvV=mvμvRT, на выходе получим:

    p-pH2OV=m-mH2OμvRT.

    Выразим массу пара из pH2OV=mH2OμH2ORT, получаем:

    mH2O=V·pH2O·μH2ORT.

    Выразим давление пара pH2O применяя выражения p-pH2OV=m-mH2OμvRT и mH2O=V·pH2O·μH2ORT, получим:

    p-pH2OV=m-V·pH2O·μH2ORTμvRTpVμv-pH2OVμv=mRT-V·pH2o·μH2OV·pH2O·μH2O-pH2OVμv=mRT-pVμvpH2O=mRT-pVμvV·μH2O-Vμv.

    Пользуемся выражением pnp=pH2Oβ·100%, в качестве результата выходит давление насыщенного пара:

    pnp=100β·mRT-pVμvV·μH2O-Vμv.

    Ответ: Давление насыщенного пара при заданных условиях равно: pnp=100β·mRT-pVμvV·μH2O-Vμv.

    Пример 2

    При температуре T1 влажность воздуха равна β1. Каким образом изменится влажность воздуха в случае, если величина его температуры его стала T2 (T2>T1)? Объем сосуда, в котором располагался газ уменьшить в n раз.

    Решение

    В задаче необходимо найти изменение, другими словами разность β2−β1, относительных влажностей в конечном и начальном состояниях:

    β=β2-β1=β1β2β1-1,

    применяя определение относительной влажности запишем следующее выражение:

    β1=p1pnp1100%,

    β2=p2pnp2100%.

    в котором pnp представляет собой давление насыщенного пара в соответствующих состояниях, p1 является величиной, определяющей давление водяного пара в начальном состоянии, p2 — давление пара в конечном состоянии. Подставим β1=p1pnp1100%, β2=p2pnp2100% в β=β2-β1=β1β2β1-1 и в качестве результата получим:

    β=β1p2pnp2p1pnp1-1=β1p2pnp1p1pnp2-1.

    Так как по условию задачи нам известны температуры состояний системы, то давления насыщенного пара (pnp1и pnp2) мы можем определить как известные в приведенном случае, по той причине, что всегда можем получить их из соответствующих справочных таблиц. Для нахождения давлений p1 и p2 применим уравнение Менделеева — Клайперона, обратим внимание на то, что количество вещества в процессах, которые происходят в системе не претерпевает никаких изменений, в этом случае запишем:

    p1V1=vRT1 для состояния 1, p2V2=vRT2 для состояния 2 в таком случае:

    p2V2p1V1=T2T1.

    Исходя из условий задачи, можно заявить, что объем уменьшили в n раз, соответственно:

    V2V1=1n.

    Таким образом, выражение p2V2p1V1=T2T1 запишется в следующем виде: p2p1n=T2T1p2p1=nT2T1.

    Подставим p2p1n=T2T1p2p1=nT2T1 в β=β1p2pnp2p1pnp1-1=β1p2pnp1p1pnp2-1, на выходе получим:

    β=β1nT2T1pnp1pnp2-1.

    Ответ: При заданных процессах, относительная влажность воздуха изменится на β=β1nT2T1pnp1pnp2-1.

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    4,7 из 5 (15 голосов)