9. Определение влажности воздуха с помощью аспирационного психрометра

Цель работы: уяснить физические величины, характеризующие влажность воздуха, научиться пользоваться аспирационным психрометром, определить абсолютную и относительную влажности воздуха, а также точку росы в лаборатории

Приборы и оборудование: аспирационный психрометр, барометр-анероид, специальные графики и таблицы

Теоретическая часть

Влажность (содержание водяного пара в атмосферном воздухе) – одна из важнейших характеристик воздуха, имеющая принципиальное значение для жизнедеятельности любых организмов. Так, повышенная влажность при низкой температуре снижает молочную и мясную продуктивность коров, при этом увеличивается теплоотдача, что способствует развитию простудных заболеваний. Низкая относительная влажность (менее 50 %) может привести к обезвоживанию, и т.д.

В настоящей работе определяют важнейшие характеристики влажности воздуха: абсолютную, максимальную, относительную влажность; точку росы; упругость водяного пара; дефицит влажности.

Абсолютная влажность a – величина, численно равная массе m водяного пара, находящегося в единице объема V воздуха:

В системе СИ абсолютная влажность измеряется в .

Максимальная влажность a_m – это та абсолютная влажность, которая была бы при данной температуре в случае, если бы водяные пары в воздухе были бы насыщенными.

В свою очередь, пар называется насыщенным, если он находится в динамическом равновесии со своей жидкостью (т.е., количество молекул жидкости, покидающих ее, будет в среднем таким же, как и количество молекул пара, возвращающихся в жидкость за единицу времени).

Относительная влажность f – безразмерная величина, равная отношению абсолютной влажности к максимальной при данной температуре:

Относительная влажность может быть найдена также как отношение упругости водяного пара Р к упругости насыщенного водяного пара P_m при данной температуре:

Упругость водяного пара Р – это парциальное давление водяного пара при данной температуре.

Для наземных животных нормальной считается относительная влажность окружающего воздуха в пределах 40 – 60 %.

Дефицит влажности d – разность между упругостью насыщенного пара при данной температуре P_m и упругостью водяного пара P в воздухе:

Именно эта величина определяет, какой процесс (испарение или конденсация) будет преобладать на границе раздела фаз жидкость-пар. Если дефицит влажности большой, то влажность воздуха низкая и испарение будет интенсивным. Если же , то это означает, что , воздух уже насыщен парами, и при любой температуре испарение практически не происходит. Возможна также ситуация, когда воздух перенасыщен парами, Р даже несколько больше P_m – при этом преобладает конденсация, выпадает роса или появляется туман.

Точка росы t_р – температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным при неизменной абсолютной влажности воздуха. Другими словами, точка росы достигается при таком понижении температуры, когда относительная влажность воздуха f достигает 100 %.

Абсолютная влажность а может быть найдена с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона:

где Р – парциальное давление, V – объем, m – масса, М – молярная масса газа;

R – универсальная газовая постоянная (R ); Т - термодинамическая температура (T ).

Исходя из того, что , получаем:

В данной работе влажность воздуха определяется с помощью аспирационного психрометра. Он состоит из двух одинаковых ртутных термометров, обдуваемых потоком воздуха. Движение воздуха вызывается вращением вентилятора (в верхней части аспиратора), пружина которого заводится ключом. Левый термометр является сухим, баллон правого термометра обвязан батистом, который смачивается дистиллированной водой. Испарение с поверхности батиста происходит тем интенсивнее, чем выше дефицит влажности воздуха. На испарение расходуется определенное количество теплоты, и чем суше воздух, тем больше разница между показаниями сухого и смоченного термометров.

Для определения относительной влажности f по психрометрическому графику (расположен на столе под установкой) берут точку на пересечении вертикальной линии, соответствующей температуре сухого термометра t, и наклонной линии, соответствующей температуре влажного термометра t_1. Например, при t = 20^oC и t₁ = 15^oC получаем значение относительной влажности f = 59 %.

Упругость водяного пара Р может быть найдена по формуле:

где - давление насыщенного пара при температуре влажного термометра t₁ (находится по таблице, расположенной на столе под установкой, выражается в Па); P₀ – атмосферное давление (находится по черной стрелке шкалы барометра, выражается в Па); с – постоянная психрометра (с = 6,610^-4 град^-1 при скорости потока воздуха около , устанавливающейся через 3 минуты после начала вращения вентилятора).

Порядок выполнения работы

1. Проверьте наличие дистиллированной воды и смачивание батиста в сосуде под правым термометром психрометра. Заведите механизм вентилятора. Через 3 минуты зафиксируйте показания сухого ( t ) и влажного ( t₁ ) термометров.

2. Определите по барометру атмосферное давление P₀, выразите его в гПа (1 мм.рт.ст. = 1,33 гПа).

3. Определите относительную влажность воздуха f с помощью психрометрического графика.

4. Определите по таблице - упругость насыщенного водяного пара при температуре влажного термометра ( t₁ ).

5. Рассчитайте упругость водяного пара Р в аудитории.

6. Определите по таблице P_m - упругость насыщенного пара при температуре сухого термометра ( t ).

7. Найдите относительную влажность , сравните найденное значение f^ со значением f, найденным в п.2.

8. Определите дефицит влажности d.

9. Рассчитайте абсолютную a и максимальную a_m влажности воздуха.

10. Используя таблицу зависимости упругости насыщенного водяного пара от температуры, найдите точку росы t_р. Для этого найдите в таблице температуру, соответствующую найденному в п.5 значению упругости водяных паров Р.

11. Результаты занести в таблицу:

t (oC)	t1 (oC)	Pо (гПа)	(гПа)	Pm (гПа)	P (гПа)	a ( )	am ( )	f (%)	(%)	tр (oC)

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется абсолютной, относительной и максимальной влажностью?

2. Что называется упругостью водяного пара, дефицитом влажности?

3. Что такое точка росы и как ее определить?

4. От чего зависит давление насыщенных паров?

5. Поясните физические основы психрометрического метода определения влажности.

6. Как влияет влажность воздуха на здоровье животных?

7. При температуре t = 20,5 ^oC точка росы равна t_p = 11,7 ^оС. Определите упругость водяного пара, абсолютную и относительную влажность воздуха, дефицит влажности.

СОДЕРЖАНИЕ

	Страница
ВВЕДЕНИЕ В ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКЕ	3
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ	12
Лабораторная работа № 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ТЕЛ ПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ	28
Лабораторная работа № 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ФИЗИЧЕСКОГО МАЯТНИКА	31
Лабораторная работа № 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ДИСКА ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ СИММЕТРИИ МЕТОДОМ НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ	35
Лабораторная работа № 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТЕЛА МЕТОДОМ КОЛЕБАНИЙ	38
Лабораторная работа № 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА КОСТИ ЖИВОТНОГО	43
Лабораторная работа № 6. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ УХА ЧЕЛОВЕКА	48
Лабораторная работа № 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА	57
Лабораторная работа № 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ВОДЫ МЕТОДОМ ВОДОМЕРА ВЕНТУРИ	63
Лабораторная работа № 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА С ПОМОЩЬЮ АСПИРАЦИОННОГО ПСИХРОМЕТРА	67

Подписано в печать 31.05.2010 г. Формат 60х84 ¹/16_.

Гарнитура “Times New Roman”. Печать офсетная.

Бумага газетная. Объем 4,5 п.л. Тираж 130 экз.

Заказ № 2219R.

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета в Центре полиграфических услуг (типографии) ФГОУ ВПО Воронежский ГАУ