В каких единицах измеряется абсолютная влажность: Виды влажности воздуха — урок. География, 6 класс.

Что такое влажность воздуха? Как правильно измерять влажность? Давление водяного пара. Таблицы и примеры расчета

Измерение влажности

Здесь и далее мы будем говорить о влажности воздуха и газов. В отличие от температуры, с определением и физическим пониманием влажности проблем нет. Это количество воды, содержащееся в единице объёма воздуха. Но мы столкнулись в своей работе с тем, что люди, занимающиеся профессионально измерениями не чувствуют этот физический параметр и соответственно не могут провести элементарные расчёты и объяснить многие явления связанные с влажностью. Связано это во многом с тем, что в отличие от температуры мы не ощущаем влажность так явно (См. статью: Что такое температура? Как правильно измерять температуру? Что выбрать: термосопротивление или термопару? Советы по применению.). Представьте, что вы вышли зимним утром из дома. Какая температура на улице, вы сможете сказать с точностью 3…5⁰С, а вот вопрос, какая сейчас относительная влажность, поставит вас в тупик. В то же время влажность воздуха является очень важным параметром, непосредственно влияющим на самочувствие и работоспособность человека. Очень важно знать и поддерживать определённую влажность во многих отраслях промышленности и сельском хозяйстве. 

Что такое влажность воздуха

Существуют несколько единиц измерения относительной влажности воздуха. 
1. Абсолютная влажность — это количество воды в единице объёма воздуха, А(г/м3). 
2. Для определения второй единицы измерения нужно внимательно посмотреть на рисунок, отображающий движение молекул воды в закрытом сосуде, залитом до определённого уровня водой. Через некоторое время в этом сосуде два процесса: испарения и конденсации молекул воды выровняются и мы получим насыщенный водяной пар, который создаёт давление на стенки сосуда равное давлению насыщенного водяного пара, Ps(Ра). В воздухе всегда присутствуют молекулы воды, но их концентрация ниже, чем над водной поверхностью. Они так же, как и другие молекулы воздуха создают давление. Это давление, создаваемое именно молекулами воды, называется парциальным давлением водяного пара, P(Па). Отношение парциального давления водяного пара к насыщенному давлению водяного пара, выраженное в процентах называется относительной влажностью воздуха:

Из определения вытекает, что над поверхностью воды относительная влажность воздуха равна 100 %. И обратно, при 100%-ой влажности воздуха наблюдается конденсация влаги. Давление насыщенного водяного пара растёт при увеличении температуры. Если в изолированном помещении со 100%-ой влажностью повысить температуру, то относительная влажность резко снизится. 

3. Из второй единицы измерения следует третья. Если в замкнутом объёме с определённой влажностью уменьшать температуру, то будет увеличиваться относительная влажность воздуха. При определённой температуре относительная влажность станет равной 100 %. Эта температура называется температурой точки росы. Для отрицательных температур существует своя точка росы — точка инея. Само определение подсказывает один из способов определения влажности воздуха в некотором объёме. Нужно медленно охлаждать какой-то предмет, контролируя его температуру. Температура, при которой на предмете возникнет водяная плёнка сконденсировавшихся молекул воды, будет равна температуре точки росы в данном объёме. 

Ниже приведены выражения для расчёта давления насыщенного водяного пара над поверхностью воды Psw и льда Psi в зависимости от температуры:

Значения давления насыщенного пара над поверхностью воды (Рsw) и льда (Рsi)

Таблица 1.  

Значения давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды (Рsw) 

Таблица 2.   

Относительная влажность при отрицательной температуре Ψi

поправочный коэффициент k = psw / psi.  

Значения поправочного коэффициента «k» при различной температуре:

Таблица 3.  

Значения абсолютной влажности газа с относительной влажностью по воде 100% при различной температуре

Таблица 4.

Примеры расчёта относительной влажности и точки росы

Пример 1. 

Задача. Относительная влажность воздуха при температуре 20⁰С составляет 55%. Определить точку росы воздуха. 

Решение. Из Таблицы 2. давление насыщенного водяного пара при температуре 20⁰С равно 2340 Па. Определяем парциальное давление водяного пара в воздухе: 

p = ps (Ψ/100) = 2340 x 55 / 100 = 1287 Па 

Из Таблицы 2.находим температуру: 10,5⁰С. 

Пример 1. 

Задача. Параметры воздуха снаружи: Т = -10⁰С, Ψ=100%; в помещении: Т = 20⁰С. Чему равна отн. влажность в помещении? 

Решение. Из Таблицы 2. находим значение давления насыщенного водяного пара Рsн при температуре -10⁰С. Это давление равно парциальному давлению водяного пара в помещении. Из Таблицы 2. находим, чему равно давление насыщенного водяного пара Psп при 20⁰С в помещении. 

Ψп = Рsн / Psп х 100%
Ψп = 286/ 2340 х 100 % = 12,2%

Сенсоры для измерения влажности воздуха

Для определения влажности воздуха существуют как прямые, так и косвенные методы. Из прямых можно привести метод определения температуры точки росы по конденсации на зеркале. Это очень точный метод, позволяющий измерять малые значения влажности. Однако сами приборы — достаточно дорогие. Метод требует времени и неприспособлен для контроля быстрых процессов. В основном его используют в лабораториях для определения влажности сухих газов. 

Существует также спектрометрический метод прямого подсчёта молекул воды в воздухе. Но он также не подходит для промышленного применения. Наиболее популярным методом измерения является психрометрический, по разнице показаний сухого и влажного термометров. Но этот метод требует чётко задаваемой постоянной скорости обдува влажного термометра. Большинство же психрометров просто крепятся на стене и верить им, конечно же, нельзя. И из-за неконтролируемой скорости обдува и из-за недостоверного измерения температуры воздуха. 

Беда в том, что люди привыкли к этим приборам и ссылаются на их показания, как единственно верные. 

Для производства электронных датчиков и измерителей относительной влажности чаще всего используют емкостные полимерные чувствительные элементы. Данные сенсоры представляют собой подложку с нанесённым нижним металлическим слоем, слой полимера, легко адсорбирующего влагу, верхний пористый слой металлизации. При изменении влажности меняется как толщина полимера, так и его диэлектрические параметры, что приводит к изменению ёмкости сенсора. В последнее время внимание к этим сенсорам сильно выросло, так как появилась возможность создания датчиков с цифровым выходом с уже откалиброванным выходным сигналом. 

Особенности применения измерителей влажности воздуха с емкостным чувствительным элементом

К сожалению, емкостные чувствительные элементы реагируют не только на влажность, но и на большинство неинертных газов, что приводит к дополнительной погрешности, а часто и к полной деградации сенсора. При длительном нахождении сенсора при высокой влажности его необходимо просушить при повышенной температуре по методике, предоставляемой изготовителем. Полимер не может работать при высокой температуре, ограничивая диапазон использования измерителя. Нельзя допускать конденсации влаги на чувствительном элементе, так как это приведёт к коррозии тонкоплёночной структуры сенсора. Сенсор необходимо защищать от воздействия солнечных лучей, касания руками, различных загрязнений. Именно сенсор влажности определяет технические параметры и срок службы измерителя влажности. Поэтому так важно, чтобы сенсоры были взаимозаменяемы. Именно поэтому межповерочный интервал для измерителей влажности равен всего 1-му году. Лучшее значение абсолютной погрешности для измерителя влажности промышленного применения на сегодня, это — ±2,0%. 

Необходимо помнить, что относительная влажность воздуха по определению очень сильно зависит от температуры. Колебания температуры воздуха по объёму помещения в ±1⁰С могут приводить к колебаниям относительной влажности в ±5% и более. Если зимой ваш электронный гигрометр показывает отн. влажность в 7%, а психрометр – 30%, то это отнюдь не означает, что гигрометр сломался. Так и есть. Просто снимите со стены психрометр и положите подальше в шкаф.  

Директор НПК «Рэлсиб» Игорь Ландочкин

Влажность воздуха. Методы измерения влажности воздуха

Как известно, вода занимает около 70,8% поверхности земного шара; живые организмы содержат от 50 до 99,7% воды, в атмосфере содержится 13-15 тыс. км 3 воды в виде капель, кристаллов снега и водяного пара.

Атмосферная водяной пар влияет на климат Земли, Важное значение влажность воздуха имеет в метеорологии для предсказания погоды. Поддержание постоянной влажности — обязательное условие для ткацкого, кондитерского, фармацевтического производства, для музеев и библиотек. От влажности воздуха зависит самочувствие человека, что связано с испарением влаги и поддержанием постоянной температуры тела.

Итак, измерения влажности является одним из необходимых и важных навыков как для производственных целей, так и для бытовой жизни.

1. Водяной пар. парциальное давление

В воздухе всегда есть водяной пар, но она не является насыщенной. Перемещение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах нашей планеты испарения преобладает над конденсацией, в других — наоборот.

Содержание водяного пара в воздухе, то есть его влажность можно охарактеризовать парциальным давлением, абсолютной и относительной влажностью.

Атмосферное давление представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, которое оказывает воздуха на тела.

Давление, которое оказывала бы только водяной пар при отсутствии других газов, называется парциальным давлением водяного пара.

Парциальное давление — один из показателей влажности воздуха; измеряется в паскалях (Па) или миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).

2. Абсолютная и относительная влажность

Для характеристики влажности ввели еще и такие понятия, как абсолютная и относительная влажность.

3. Точка росы

Относительная влажность воздуха зависит не только от абсолютной влажности, но и от температуры. Если количество водяного пара в воздухе не изменяется, то с понижением температуры относительная влажность возрастает, поскольку чем ниже температура, тем ближе водяной пар к насыщению.  Для вычисления относительной влажности пользуются соответствующими таблицами (см. Табл. 2), где приведены значения (или ). 

Задача. Пусть абсолютная влажность воздуха 28 ° С равна 13,6 г / 3 . Поскольку плотность насыщенного водяного пара при этой температуре равна 27,2 г / 3 (см. Табл. 2), то относительная влажность составляет 

Предположим, что температура воздуха снизилась до 16 0 С, а абсолютная влажность не изменилась. При этой температуре относительная влажность воздуха

то есть воздух будет насыщенным водяным паром. Если же температура снизится до 10 ° С, то с каждого кубического метра воздуха сконденсируется по 13,6 г — 9,4 г = 4,2 г водяного пара.

Таким образом, снижая температуру, можно доказать относительную влажность воздуха до 100%, не изменяя количество пара, которая в нем.

Точкой росы называют температуру, при которой относительная влажность воздуха составляет 100 % (воздух оказывается насыщенным водяным паром) .

В рассмотренном выше примере точка росы равна 16 ° С. Если температура воздуха станет хотя бы немного ниже точки росы, пара начнет конденсироваться, появятся туман и капли росы на различных предметах.

3. гигрометр. психрометр

Для определения точки росы водяных паров, содержащихся в воздухе, созданы специальные приборы — гигрометры .

Наиболее простыми являются металлический гигрометр Ламберта и волосяной гигрометр .

Основной частью металлического гигрометра Ламберта (рис. 1) является металлический сосуд в форме цилиндра 3, ось которого занимает горизонтальное положение. Одна основание цилиндра снаружи блестящая. В середину цилиндра входит трубка 2, которая присоединяется к резиновой груши — воздуходувка 1. В цилиндр наливают эфир. Продувая через этот цилиндр воздуха, ускоряют его испарения. Испаряясь, эфир охлаждается и охлаждает цилиндр. Когда температура цилиндра становится равной температуре точки росы, его поверхность «потеет».  Для измерения температуры внутрь цилиндра вставляют термометр 4, а чтобы момент выпадения росы был заметным на цилиндр надевают блестяще кольцо 5, изолированное от него теплоизоляционной прокладкой.

Действие волосяцого гигрометра обезжиренной волоса человека основана на том, чтобы уменьшать длину, если Риве нь влажности снижается, или видовжуватись в случае его увеличения. Растянутую с помощью подвеса волос размещают вертикально и прикрепляют к ш калы, проградуированный в единицах влажности . До самой волоса прикрепляется стрелка-показчиик. которая п ид время измерения влажности смещается по шкале вверх или вниз.

Дискуссия о влажности

Louisville, KY

Служба прогнозов погоды

ВОДЯНОЙ ПАР:

Вода – это уникальное вещество. Он может быть жидким, твердым (лед) и газообразным (водяной пар). Основным способом увеличения количества водяного пара в атмосфере является испарение. Жидкая вода испаряется из океанов, озер, рек, растений, земли и выпавшего дождя. В воздухе может присутствовать много или мало водяного пара. Затем ветры в атмосфере переносят водяной пар из одного места в другое. Основным источником водяного пара в Кентукки является Мексиканский залив. Большая часть водяного пара в атмосфере содержится в пределах первых 10 000 футов или около того над поверхностью земли. Водяной пар также называют влагой.

АБСОЛЮТНАЯ ВЛАЖНОСТЬ:

Абсолютная влажность (выраженная в граммах водяного пара на кубический метр объема воздуха) является мерой фактического количества водяного пара (влажности) в воздухе, независимо от температуры воздуха. Чем выше количество водяного пара, тем выше абсолютная влажность. Например, максимум около 30 граммов водяного пара может находиться в кубическом метре объема воздуха с температурой в середине 80-х. УДЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ относится к весу (количеству) водяного пара, содержащемуся в единице веса (количества) воздуха (выражается в граммах водяного пара на килограмм воздуха). Абсолютная и удельная влажность очень похожи по своему понятию.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ:

Относительная влажность (RH) (выраженная в процентах) также измеряет водяной пар, но ОТНОСИТЕЛЬНАЯ к температуре воздуха. Другими словами, это мера фактического количества водяного пара в воздухе по сравнению с общим количеством пара, которое может существовать в воздухе при его текущей температуре. Теплый воздух может содержать больше водяного пара (влажности), чем холодный воздух, поэтому при одинаковой абсолютной/удельной влажности воздух будет иметь ВЫСОКУЮ относительную влажность, если воздух холоднее, и НИЗКУЮ относительную влажность, если воздух теплее. То, что мы «чувствуем» снаружи, — это фактическое количество влаги (абсолютная влажность) в воздухе.

ТОЧКА РОСЫ:

Метеорологи обычно используют температуру «точки росы» (вместо, но аналогично абсолютной влажности) для оценки влажности, особенно весной и летом. Температура точки росы, которая обеспечивает меру фактического количества водяного пара в воздухе, представляет собой температуру, до которой воздух должен быть охлажден, чтобы он стал насыщенным. Хотя погодные условия воздействуют на людей по-разному, в целом весной и летом температуры точки росы у поверхности 50°С обычно комфортны для большинства людей, 60°С несколько некомфортны (влажно), а 70°С довольно некомфортны (очень влажно). В долине Огайо (включая Кентукки) обычные точки росы летом колеблются от середины 60-х до середины 70-х годов. Были зарегистрированы точки росы до 80 или ниже 80, что очень угнетающе, но, к счастью, относительно редко. В то время как точка росы дает быстрое представление о содержании влаги в воздухе, относительная влажность этого не дает, поскольку влажность зависит от температуры воздуха. Другими словами, относительную влажность нельзя определить, зная только точку росы, необходимо знать и фактическую температуру воздуха. Если воздух полностью насыщен на определенном уровне (например, на поверхности), то температура точки росы совпадает с фактической температурой воздуха, а относительная влажность составляет 100 процентов.

СВЯЗЬ ТОЧКИ РОСЫ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ С ОБЛАКАМИ И ОСАДКАМИ:

Если относительная влажность составляет 100 процентов (т. Это просто означает, что максимальное количество влаги находится в воздухе при определенной температуре воздуха. Насыщение может привести к туману (на поверхности) и облакам наверху (которые состоят из крошечных капелек воды, взвешенных в воздухе). Однако для образования осадков воздух должен подниматься с достаточной скоростью, чтобы усилить конденсацию водяного пара в жидкие капли воды или кристаллы льда (в зависимости от температуры воздуха) и способствовать росту водяных капель, переохлажденных капель и/или льда. кристаллы в облаках. Капли растут в результате процесса, называемого «столкновение-слияние», при котором капли разного размера сталкиваются и сливаются (сливаются). Процессы кристаллизации льда (включая осаждение и агрегацию) также важны для роста частиц. Во время гроз также может образовываться град. Как только взвешенные частицы осадков вырастают до достаточного размера, воздух больше не может выдерживать их вес, и осадки выпадают из облаков. Во влажном климате грозы часто вызывают более сильные дожди, чем обычные зимние осадки, поскольку содержание влаги в воздухе обычно выше весной и летом и поскольку воздух обычно поднимается гораздо быстрее во время развивающихся гроз, чем в обычных зимних системах. «Микрофизика облаков» — это изучение образования и роста капель и кристаллов льда в облаках и их связи с осадками.

ОСАДОЧНАЯ ВОДА:

Метеорологов интересует не только точка росы или абсолютная влажность на поверхности, но и наверху. Осаждаемая вода (PW) — это мера общего количества водяного пара, содержащегося в небольшом вертикальном столбе, простирающемся от поверхности до верхних слоев атмосферы. Однако, как упоминалось выше, большая часть влаги в атмосфере содержится примерно в пределах самых нижних 10 000 футов. Весной и летом к востоку от Скалистых гор (включая Кентукки) осадки воды составляют около 1 дюйма или выше. Значения в 2 дюйма летом указывают на очень высокое содержание влаги в атмосфере, характерное для тропических воздушных масс. В целом, чем выше PW, тем выше вероятность очень сильных дождей от гроз, если они разовьются. Однако другим очень важным соображением является не только количество влаги в окружающей среде в конкретном месте, но также количество адвекции и конвергенции влаги, которые обеспечивают дополнительную влажность в этой области. Если эти дополнительные факторы значительны, они помогают объяснить, почему общее количество осадков от гроз может превышать фактические значения PW для воздуха, в котором происходят грозы. Движение грозы, называемое распространением, также очень важно для определения фактического количества осадков в любом месте. Чем медленнее движение грозы, тем выше вероятность осадков в одном районе.

ТЕПЕРЬ ВАША ЧЕРЕДЬ. ПОЖАЛУЙСТА, ОТВЕТИТЕ НА СЛЕДУЮЩИЕ ВОПРОСЫ:

Эти примеры показывают, как относительная влажность может вводить в заблуждение. В целом, при условии, что точка росы или абсолютная влажность не меняются, относительная влажность будет самой высокой ранним утром, когда температура воздуха самая низкая, и самой низкой во второй половине дня, когда температура воздуха самая высокая .

ТЕПЛОВОЙ ИНДЕКС:

Хотя точка росы является более точным показателем содержания влаги, именно относительная влажность обычно используется для определения того, насколько жарко и влажно мы ощущаем себя весной и летом на основе комбинированное воздействие температуры и влажности воздуха. Этот комбинированный эффект называется «тепловым индексом». Чем выше температура воздуха и/или выше относительная влажность, тем выше индекс тепла и тем жарче ощущается наше тело снаружи.

ИНДЕКС ОХЛАЖДЕНИЯ ВЕТРОМ:

Зимой есть еще один индекс, который мы используем, чтобы определить, насколько холодны наши тела, когда мы находимся на улице. Это называется «Индекс охлаждения ветром» (также известный как «Фактор охлаждения ветром»). Этот индекс сочетает в себе влияние температуры воздуха и скорости ветра. Когда на улице холодно и дует ветер, ветер уносит тепло от наших тел быстрее, чем если бы ветер не дул. От этого нам становится холоднее. Следовательно, чем сильнее ветер зимой, тем холоднее он ощущается нами и тем ниже индекс охлаждения ветром.

Высокая влажность/точка росы летом и холодный ветер зимой важны, потому что они влияют на то, как наше тело «чувствует», когда мы находимся на улице. Если индекс жары очень высок или индекс холода ветром очень низок, то мы должны принять меры безопасности, чтобы защитить наш организм от возможных воздействий погоды, включая тепловое истощение, солнечный удар и тепловой удар летом, обморожение летом. зима.

Вернуться к учебным документам

Единица измерения влажности — Единица абсолютной, относительной и удельной влажности

• Физика

• Единица влажности

Возможно, вы часто слышали, как люди говорят, что влажность невыносима. Вы когда-нибудь задумывались, что такое влажность? Влажность есть не что иное, как мера водяного пара в воздухе. Влажность в сочетании с высокими температурами может усилить страдания, вызванные жарой. Поскольку влажность является измеримой величиной, существует единица измерения влажности в системе СИ.

Тем не менее, прежде чем изучать единицы измерения влажности, вы должны узнать о различных способах измерения влажности людьми.

Абсолютная влажность

В этой форме измерения вы можете учитывать массу водяного пара, присутствующего в определенном объеме воздуха. Благодаря такому прямому и конкретному подходу эта единица измерения влажности является наиболее научно точным методом.

Единица абсолютной влажности выражается в граммах на кубический метр воздуха.

Пример 1 

Ваши измерения показывают, что 7 граммов водяного пара содержится в 2 кубических метрах воздуха. В таком случае можно сказать, что абсолютная влажность равна 3,5 грамма/м3.

Несмотря на научную точность, эта единица измерения трудна для понимания населением в целом. Поэтому более популярны другие формы единиц измерения влажности.

Относительная влажность

Относительная влажность относится к количеству водяного пара, присутствующего в воздухе, по отношению к максимальному количеству водяного пара, которое он может удерживать. В большинстве случаев единица относительной влажности выражается в процентах.

Пример 2

Предположим, воздух способен удерживать 10 г/м3 водяного пара. Теперь учтите, метеоаналитики определяют, что в настоящее время в воздухе содержится 8 г/м3. Отсюда они могут легко получить относительную влажность (RH) по следующей формуле –

\[RH = \frac{8}{10}\times{100}\]

Следовательно, \[RH = 80\ ]%

Это наиболее распространенный метод измерения влажности. Прогнозы погоды в новостях также, как правило, сообщают прогнозы влажности в формате относительной влажности. Это значительно облегчает понимание.

Быстрое упражнение

В. В 6 м3 воздуха содержится 22 грамма водяного пара. Этот объем воздуха может содержать максимальное содержание водяного пара 25 граммов. Вычислите относительную влажность и абсолютную влажность.

Раствор

Удельная влажность

Удельная влажность — это метод измерения, аналогичный абсолютному методу. Единственное отличие состоит в том, что в этом расчете учитывается не объем воздуха, а общая масса воздуха. Таким образом, единицей удельной влажности является г/кг. Это означает, что такая влажность выражается количеством водяного пара (в граммах), присутствующего в каждом килограмме воздуха.

Удельная влажность остается постоянной до тех пор, пока влага в воздухе не удаляется или не добавляется. Поэтому цифра остается постоянной даже при изменении давления и температуры.

Верно или неверно

Относительная влажность никогда не может быть равна 100 %.

Ответ. False

Относительная влажность во многих случаях может составлять 100%, особенно в сезон дождей, когда воздух насыщен влагой.

Точка росы

Помимо понимания различных единиц измерения влажности, вам также следует узнать о точке росы. Точка росы – это температура, при которой содержание водяного пара в воздухе достигает максимальной точки.