Wilgotność powietrza
Charakterystyki wilgotności 1. Ciśnienie pary wodnej (e) ciśnienie cząstkowe, jakie wywiera para wodna znajdująca się aktualnie w powietrzu, jednostka hpa 2. Ciśnienie maksymalne pary wodnej (E) ciśnienie pary wodnej nasyconej najwyższe ciśnienie pary wodnej możliwe w danej temperaturze, jednostka- hpa Wartość E wzrasta wraz ze wzrostem temperatury t E t E 40 73,72-5 4,21 35 56,2-10 2,68 30 42,41-15 1,90 25 31,66-20 1,25 20 23,27-25 0.8 15 17,05-30 0,5 10 12,28-35 0,309 5 8,72-40 0,185 0 6,11-45 0.108 Wniosek, w bardzo niskich temperaturach powietrza już minimalna ilość pary wodnej nasyca powietrze, w wysokich temperaturach do nasycenia powietrza potrzeba bardzo dużo pary wodnej.
3. Wilgotność względna (f) jest to stosunek aktualnego ciśnienia pary wodnej do maksymalnego w danej temperaturze f =e/e *100% w różnych temperaturach powietrza taka sama wartość wilgotności względnej (np. 50%) będzie oznaczała zupełnie rożne ilości pary wodnej znajdującej się w powietrzu. Przykładowo wilgotność względna 50% w temperaturze 0 C wystąpi przy e = 3.05 hpa, w temperaturze +20 C przy e = 11.7 hpa (patrz tab.1.). Wartość E jest funkcją temperatury powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury powietrza wartość E rośnie. zmiany temperatury powietrza, przy niezmienionej zawartości pary wodnej w powietrzu muszą pociągać za sobą zmiany wilgotności względnej (f). W przypadku niezmienionej zawartości pary wodnej (e) wzrost temperatury powoduje spadek (zmniejszenie się) wilgotności względnej. W przypadku spadku temperatury powietrza następuje wzrost wilgotności powietrza; ale do pewnych granic Przykład. W powietrzu, które ma temperaturę 20 C wartość e = 12.3 hpa. Obniżamy temperaturę tego powietrza do 0 C. W takim razie e = 12.3, zaś wartość ciśnienia maksymalnego pary wodnej (E) jest taka, jaka wynika z temperatury tego powietrza (20 C; E = 23.4 (patrz tab. 1), co oznacza, że wilgotność względna wynosi ~52.6% (12.3 / 23.4). Przy obniżeniu temperatury do 15 C wilgotność względna tego powietrza wzrośnie do 72.3% (12.3 / 17.0), przy dalszym obniżeniu temperatury, do 10 C wartość ciśnienia maksymalnego pary wodnej E zrównała się z wartością prężności aktualnej e (e = E) i wilgotność względna osiągnęła wartość 100% (12.3 / 12.3), czyli powietrze jest już całkowicie nasycone parą wodną. Dalszy spadek temperatury powietrza powoduje, że cały nadmiar ilości pary wodnej ponad wartość E wynikający z nowej, obniżonej temperatury powietrza ulegnie kondensacji.
4. Niedosyt wilgotności powietrza (Δ ) różnica miedzy maksymalnym ciśnieniem pary wodnej i aktualnym w danej temperaturze, jednostka hpa Δ=E-e od wartości niedosytu wilgotności zależy między innymi prędkość zachodzących procesów parowania; im jest on większy, tym parowanie jest (może być) szybsze. 5 Temperatura punktu rosy (t d ) temperatura, w której zawarta w powietrzu para wodna staje się parą wodna nasyconą czyli e=e Wróćmy do przykładu. Od chwili, gdy powietrze osiągnęło temperaturę punktu rosy (10 C) i temp. powietrza dalej powoli spada, cały czas wilgotność względna ma wartość 100% i temperatura punktu rosy tego powietrza jest równa jego temperaturze. Cały nadmiar pary wodnej, ponad wartość ciśnienia maksymalnego pary wodnej (E) ulega kondensacji, czyli wykropleniu. Tak więc, po ochłodzeniu powietrza do 5 C, jego wilgotność względna wyniesie dalej 100%, jego temperatura punktu rosy (td) wyniesie 5, e będzie = E (czyli 8.7 hpa,) wykropleniu w tej objętości powietrza ulegnie tyle wody, ile wynosi różnica między e= E w temperaturze, gdy po raz pierwszy powietrze to doszło do temperatury punktu rosy (czyli 10 ) a e=e przy temperaturze 5. [Policzymy: 12.3-8.7 = 3.6 hpa, tab. 1]. Dalsze ochłodzenie do temperatury 0 C doprowadzi do tego, że temperatura punktu rosy tego powietrza spadnie do 0 C, (gdzie e=e = 6.1 hpa) a wykropleniu będzie ulegać kolejna ilość wody, Tak więc, z chwilą, gdy powietrze osiągnęło wilgotność względną równą100%, czyli temperaturę punktu rosy, zachodzące procesy kondensacji powodujące zmianę stanu skupienia wody w powietrzu, przy dalszym spadku temperatury powietrza powodują utrzymywanie się wilgotności względnej na poziomie 100% i obniżanie się ilości pary wodnej w powietrzu. Spada przy tym, tak samo jak i temperatura powietrza, temperatura punktu rosy (f(e)), przy czy obie wartości są sobie równe (td = tp).
5. Wilgotność bezwzględna (a) masa ([kg] lub [g]) pary wodnej znajdująca się aktualnie w jednostce objętości powietrza, określa się ją w kg(lub g)/m 3
Metody pomiaru wilgotności
Metoda psychrometryczna Wykorzystuje się w niej zależność intensywności parowania od niedosytu wilgotności powietrza.
Wilgotność powietrza określa się na podstawie wskazań temperatury przez dwa jednakowe termometry zwykłe, z których jeden ma zbiorniczek owinięty batystem zwilżonym wodą destylowaną (tzw. termometr zwilżony). Woda ze zwilżonego batystu paruje obniżając temperaturę termometru. Obniża się ona do momentu ustalenia równowagi cieplnej między ilością ciepła popieraną od zbiorniczka termometru zwilżonego i ilością ciepła pobieraną z otaczającego powietrza, którego wilgotność chcemy określić. Różnica wskazań obu termometrów pozwala wyznaczyć ciśnienie pary wodnej (e) wg wzoru:
e= E - A (t-t )*p gdzie : E maksymalne ciśnienie pary wodnej w temperaturze termometru zwilżonego (t ) A stała psychrometryczna t temperatura powietrza (termometr suchy) t temperatura termometru zwilżonego p- ciśnienie atmosferyczne Wzór ten nosi nazwę wzoru psychrometrycznego
Przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza oparte na metodzie psychrometrycznej 1. Psychrometr Augusta (z aspiratorem lub nieaspirowany)
2. Psychrometr Assmanna służy do pomiaru temperatury i wilgotności powietrza poza klatką meteorologiczną Budowa 1- termometr suchy 2- termometr zwilżony 3 -obudowa termometrów 4- aspirator (obudowa z wentylatorem wewnątrz) 5- tulejki izolacyjne Przekrój dolnej części przyrządu
Metoda higroskopowa (absorbcyjna) Wykorzystuje się w niej zjawisko pochłaniania pary wodnej z powietrza przez niektóre substancje np.: zmiany długości włosa pod wpływem zmian wilgotności względnej powietrza. Zmiana nie zachodzi w sposób liniowy- im powietrze jest bliższe nasycenia parą wodną tym zmiany są mniejsze Wykorzystywana w przyrządach: higrometrze włosowym higrografie
Higrometr włosowy Pasmo odtłuszczonych włosów ludzkich (blondynki!!) przymocowane jest z jednej strony do górnej ramki przyrządu, z drugiej do ciężarka (lub sprężyny napinającej) w dolnej części. Ciężarek połączony jest z ramieniem dźwigni będącej osia wskazówki. Zmiany długości włosa są przekazywane na wskazówkę przesuwającą się przed wyskalowaną odpowiednio tarczą Przeznaczenie: pomiar wilgotności względnej
Higrometr w różnych wersjach: ludowej i... naukowej
Higrograf Budowa Pasmo odtłuszczonych włosów ludzkich (blondynki!!) System dźwigni Bęben z systemem zegarowym Zmiany długości włosa są przekazywane przez system dźwigni na piórko kreślące na taśmie papierowej (higrogram) nałożonej na obracający się bęben, wykres przebiegu tygodniowego (lub dobowego) wilgotności względnej powietrza. przeznaczenie: ciągła rejestracja wilgotności względnej
Termohigrograf Przyrząd rejestrujący na tym samym pasku przebieg temperatury powietrza i wilgotności względnej powietrza
Wyznaczanie charakterystyk wilgotności powietrza 1 Pomiar psychrometrem 2. Wyznaczenie charakterystyk wilgotności (e, f, ) za pomocą podanych wzorów Wartości stałej psychrometrycznej A Psychrometr Augusta bez aspiratora (prędkość przepływu powietrza 0,8 m/s) Psychrometr Assmanna ( prędkość przepływu powietrza 2 m/s) Dla wody A= 0,0007946 A=0,0006623 Dla lodu A= 0,0007060 A= 0,0005695
Wyznaczanie charakterystyk za pomocą Tablic Psychrometrycznych A. Rojeckiego Tablice Psychrometryczne skonstruowano przy założeniu: pomiar psychrometrem Augusta bez aspiratora wartość cienienia atmosferycznego p=1000 hpa Mogą być stosowane we wszystkich przypadkach, niezależnie od cisnienia atmosf., jeżeli wysokość stacji nie przekracza 500 m n.p.m Jeżeli pomiar był wykonywany: w miejscach powyżej 500 m n.p.m psychrometrem Assmanna wprowadza się poprawki
Pomiar psychrometrem Augusta Wartości charakterystyk wilgotności odczytujemy z tablic: Tablica 1 (dla ujemnych wartości powietrza lodu) Tablica 2 ( dla dodatnich wartości powietrza- wody) Odczyt z tablic dokonujemy na podstawie wartości t i t odczytujemy wartości e, f, Δ i t d
Pomiar psychrometrem Assmanna 1. Dokonujemy odczytu z tablicy 1 lub 2 2. Do odczytanych wartości wprowadzamy poprawki Dla wartości e: e p = e (tab.1,2) + poprawka z tab.11 Dla wartości Δ Δ p = Δ (tab.1,2) - poprawka z tab.11 Dla wartości f f p = f(tab.1,2) + poprawka z tab.12, 13 Nową (poprawioną) wartość t d odczytujemy z tab. 6
Praca samodzielna: W tablicach psychrometrycznych odszukaj wartości e, f, Δ i t d dla następujących przykładów: Pomiar psychrometrem Augusta: 1. t = 21,5 C, t = 17,5 C 2. t = 1,5 C, t = 0,7 C Pomiar psychrometrem Assmanna: 1. t = 11,5 C, t = 7,5 C 2. t = 3,5 C, t = 2,7 C