Влажность воздуха. Методы измерения влажности

Воздушную оболочку Земли, состоящую из смеси различных газов, называют атмосферой (от греческого «атмос» — пар и «сфера» — шар).

Важнейшим компонентом земной атмосферы является водяной пар. Его присутствие обусловлено испарением воды с поверхностей океанов, морей, различных водоемов, влажной почвы, растений, дыханием живых организмов. На Земле за год испаряется 4,25·10¹⁴ т воды. Среднее содержание паров воды в атмосфере 0,44 %.

Под влажностью воздуха понимается выраженное в процентах содержание водяных паров в воздухе.

Атмосферное давление представляет собой сумму парциальных давлений всех газов, составляющих атмосферу, в том числе водяного пара. Когда парциальное давление водяного пара в воздухе равно давлению насыщенного пара при данной температуре (точке росы), то считается, что воздух насыщен водяными парами. Если парциальное давление водяного пара превосходит давление насыщенного пара при данной температуре, то говорят, что воздух пересыщен водяными парами.

Пересыщенное состояние воздуха является неустойчивым, поскольку в нем не может содержаться такое количество воды. Следовательно, при малейшей возможности избыток воды сконденсируется. Этот процесс лежит в основе образования тумана, облаков, дождя. Для начала конденсации необходимы любые твердые частицы или капельки жидкости, которые могут служить зародышами для последующего выделения на них воды.

Если воздух тщательно очистить, то можно получить пересыщенное состояние в лабораторных условиях. В природе пересыщенное состояние обычно не наблюдается ввиду наличия в атмосфере большого количества различных пылинок, частичек сажи и т. д., которые и служат центрами конденсации.

Однако на больших высотах в атмосфере, где мало центров конденсации, это состояние пара может реализовываться. Вследствие этого за летящим самолетом образуется хорошо видимый след, вызванный конденсацией пересыщенного пара на частичках сгоревшего топлива.

Для количественной характеристики содержания водяного пара в воздухе используется абсолютная и относительная влажность.

Абсолютной влажностью ρ называют количество водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха (плотность водяных паров):

где p — парциальное давление водяного пара, М — молярная масса, R — универсальная газовая постоянная, Т — абсолютная температура. Единица измерения абсолютной влажности в СИ , хотя обычно используют .

Относительной влажностью φ называется отношение абсолютной влажности ρ к тому количеству водяного пара ρ₀, которое необходимо для насыщения 1 м³ воздуха при данной температуре:

О тносительную влажность можно также определить как отношение давления водяного пара p к давлению насыщенного пара р₀ при данной температуре:

Наиболее точным способом определения относительной влажности является измерение точки росы. Из повседневной жизни хорошо известно, что при похолодании часто образуется туман, а на траве выпадает роса. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара (роса — капли жидкости на траве и листьях растений, туман — капли жидкости, взвешенные в воздухе).

Для определения влажности и точки росы используются приборы, называемые в зависимости от принципа действия гигрометрами (волосной, весовой, электролитический, конденсационный и т.д.) (от греческого слова «гигрос» — влажный) или психрометрами (от греческого слова «психрия» — холод).

Действие волосного гигрометра (рис. 63, а) основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности. Он является основным прибором измерения влажности при температуре ниже -5°С.

Психрометр служит для определения относительной влажности воздуха и его температуры. Он состоит из двух одинаковых термометров, один из которых сухой, а другой — влажный (рис. 63,6). Чем ниже влажность, тем интенсивнее испарение с поверхности влажного термометра, вследствие чего его температура понижается. Разность показаний термометров служит мерой относительной влажности, которая определяется по специальным таблицам.