Вологість. Точка роси.

Згадаймо основне, що ми знаємо про вологість повітря.

Так як на нашій планеті дуже багато відкритих водних поверхонь - моря, океани, річки і озера, то безумовно, вода випаровується з цих величезних площ і пар присутній в повітрі на кожному кроці, навіть у спекотній пустелі. Скільки цієї самої води у вигляді пари присутній в одному кубічному метрі повітря - показує абсолютна вологість, виражається вона в г / м куб. Ви напевно помітили, що одиниці вимірювання абсолютної вологості - такі ж, як і у щільності речовин. Дійсно, абсолютна вологість - це і є щільність водяної пари.

абсолютна вологість - це кількість грамів водяної пари, що міститься в кубічному метрі повітря за даних умов

Випаровування - це виліт молекул речовини з поверхні рідини, і, як білі шахи не можуть без чорних, так випаровування не обходиться без зворотного процесу - конденсації. Частина молекул неминуче повертається назад в рідину. Якщо кількість молекул, що залишають рідину в одиницю часу, дорівнює кількості молекул, які повертаються назад - то пар називається насиченим, тобто в просторі над рідиною не може вже перебувати більшу кількість молекул. Зрозуміло, що якщо температура висока - то щільність такого насиченого пара одна, а якщо низька - то інша. Існує таблиця, в якій зазначено, як змінюється тиск і щільність насиченої водяної пари в залежності від температури.

Відносною вологістю називається відношення абсолютної вологості до щільності насиченої водяної пари при тій же температурі.

Відносну вологість виражають у відсотках: . Щільність водяної пари по-іншому - це кількість молекул в даному обсязі, тобто вона безпосередньо пов'язана з концентрацією молекул. А від концентрації залежить тиск пара . Оскільки ми розглядаємо всі при одній і тій же температурі, і нас не цікавлять молекули інших газів, які теж присутні в повітрі, а тільки молекули води, можемо записати відносну вологість як процентне відношення парціального тиску пари пара в повітрі до тиску насиченої пари :

Парціальним називають тиск водяної пари, яке він справляв би за відсутності інших газів в повітрі.

Що буде відбуватися з парою, якщо його охолоджувати, як це відбувається при настанні літньої ночі? Будемо вважати, що атмосферний тиск цієї ночі не змінюється. Відповідно до рівняння , При зниженні температури і постійному тиску концентрація молекул n повинна зростати, тобто щільність пара буде збільшуватися, поки він не стане насиченим.

Точкою роси називається така температура, при якій насичений пар починає конденсуватися (випадає роса).

Точка роси залежить від відносної вологості повітря: якщо повітря сухе, і пара в ньому мало, то температура повинна сильно знизитися, щоб пар став насиченим, і потім почав конденсуватися. А якщо вологість висока - то повітрю досить трохи охолодитися, щоб пар досяг стану насичення і випала б роса. Якщо відносна вологість дорівнює 100% - то ми знаходимося в точці роси, тобто поточна температура - це і є точка роси.

Тепер подумаємо, що буде, якщо змінювати обсяг судини, в якому знаходиться насичений пар - а саме, зменшувати. Чи зростатиме щільність пара чи ні? Як ми вже помітили, щільність водяної пари можна записати як число молекул в об'ємі судини. А якщо пар насичений, то в даному обсязі не може міститися більше число молекул. Тому, якщо обсяг судини зменшити, "зайві" молекули конденсуються, і щільність пара залишиться тією ж, що і була.

Ну а тепер застосуємо ці знання, і спробуємо вирішувати завдання.

1. Тиск водяної пари при температурі дорівнювало 1 кПа. Чи був цей пар насиченим?

По таблиці, яку можна знайти на сторінці Довідник, визначаємо, що тиск насиченої пари при температурі має дорівнювати 1, 6 кПа. Тиск нашого пара менше, значить, він не насичений.

2. У закритій посудині ємністю 5 л знаходиться ненасичений водяна пара масою 50 мг. При якій температурі пар буде насиченим?

Знайдемо щільність водяної пари: . Нам потрібно знайти щільність в , Значить, перевести міліграмів в грами, а літри - в . тоді щільність . В таблиці знаходимо відповідне такої щільності значення температури - .

3. У скільки разів концентрація молекул насиченої водяної пари при більше, ніж при ?

За рівняння стану ідеального газу . Висловлюємо концентрацію: . Знаходимо відношення концентрацій: . Тиск насиченої пари знову знайдемо по таблиці : при це 12,33 кПа, а при - 0,87 кПа. Не забудемо також перевести температуру в в температуру за абсолютною шкалою: , . Тепер вважаємо: . Між іншим, щільність, як вже було сказано раніше, це кількість молекул в одиниці об'єму, тому завдання можна було вирішити простіше: знайти відношення щільності насиченої пари при цих температурах: .

4. Парціальний тиск водяної пари в повітрі при було 1,1 кПа. Знайти відносну вологість.

Для того, щоб скористатися формулою , Нам потрібно знати тиск насиченої пари, а його можна визначити по таблиці, воно дорівнює 2,2 кПа. Визначаємо вологість:

Відповідь: 50%

5. Відносна вологість повітря ввечері при дорівнює 50%. Випаде роса, якщо вночі температура знизиться до ?

Потрібно дізнатися, чи є температура точкою роси, тобто чи буде пар насиченим при такій температурі. Визначити, чи буде пар насиченим, можна по його щільності, а щільність знайдемо за формулою відносної вологості: , звідки . За вже знайомої нам таблиці визначаємо, що при щільність насиченого пара дорівнює 8,3 , Що більше, ніж знайдена нами. Тому пара не буде насиченим і роса чи не випаде. А ось якби температура опустилася б до і нижче, то роса випала б, так як при такій вологості - точка роси.

6. У циліндрі під поршнем знаходиться водяна пара масою 0,4 г при температурі 290 К. Ця пара займає обсяг 40 л. Як можна зробити пар насиченим?

Знайдемо щільність пара в посудині:

. Тепер перейдемо від абсолютної температури до температури в : . В таблиці знаходимо відповідне такої щільності значення температури насиченої пари - . Тобто перший шлях зробити наш пар насиченим - це знизити його температуру на 6 градусів. Однак є ще один шлях: можна зменшити обсяг. Дійсно, щільність насиченого пара при температурі становить 14,4 . Знаючи масу пара, знайдемо по щільності об'єм: - тобто, якщо обсяг судини стане рівним 27,7 л, то пар в ньому буде насиченим. Таким чином, друге рішення - зменшити обсяг судини на 12,3 л.

7. Сухий термометр психрометра показує , А вологий . Відносна вологість, виміряна по волосного гігрометра, дорівнює 30%. Чи правильні свідчення гігрометра?

Скористаємося психрометричні таблицею, щоб за показаннями сухого і вологого термометрів визначити відносну вологість. Спочатку знайдемо різницю показань термометрів: . Тепер по цій різниці знаходимо в таблиці потрібний стовпець, і рухаємося по ньому вниз до рядка - показань сухого термометра. В осередку на перетині шпальти і рядки знаходимо значення відносної вологості - 30%. Значить, власний гигрометр показує вірну вологість.

8. Тиск пара в приміщенні при температурі одно 756 Па. Тиск насиченої пари при цій же температурі одно 880 Па. Відносна вологість повітря дорівнює (відповідь округлити до цілих)

1) 1%
2) 60%
3) 86%
4) 100%

Відповідь: 3.

9. Відносна вологість повітря дорівнює 42%, парціальний тиск пари при температурі рано 980 Па. Тиск насиченої пари при заданій температурі одно (відповідь округлити до цілих)

1) 980 Па
2) 2333 Па
3) +1022 Па
4) 412 Па

Відповідь: 2.

10. У посудині з рухомим поршнем знаходяться вода і її насичена пара. Обсяг пара ізотермічні зменшили в 2 рази. Концентрація молекул пара при цьому

1) зменшилася в 2 рази
2) не змінилася
3) збільшилася в 2 рази
4) збільшилася в 4 рази

Так як температура не змінювалася, то щільність пара при даній температурі незмінна, а значить, кількість молекул в обсязі одне і те ж. Тобто концентрація залишається точно такий же, просто частина пара перейде в рідкий стан (конденсується).

Відповідь: 2.

11. Відносна вологість повітря в циліндрі під поршнем дорівнює 60%. Повітря ізотермічні стиснули, зменшивши його обсяг в два рази. Відносна вологість повітря стала

1) 120%
2) 100%
3) 60%
4) 30%

Відповідь: 2.

12. Яка відносна вологість повітря при температурі , Якщо точка роси ? Тиск насиченої водяної пари при одно 2,33 кПа, а при - 1,4 кПа. Відповідь висловіть у відсотках і округлите до цілих.

1) 60%
2) 50%
3) 40%
4) 75%

У точці роси відносна вологість дорівнює 100%, тому, знаючи тиск насиченої пари, можемо визначити парціальний тиск:

, , кПа.

Знаходимо вологість повітря:

Відповідь: 1.