Как найти упругость водяных паров

Упругость – еще одна физическая величина, свойственная водяному пару. В статье подробно описано, что такое упругость водяного пара, зависимость данной величины от различных параметров.

Дополнительно приведена таблица упругости от температуры, формула и примеры расчета данного значения.

Что это за параметр, в чем измеряется?

Упругость водяного пара является величиной парциального давления. Иными словами, упругостью является общее количество пара в атмосфере на определенную единицу ее объема. Данная величина связана с плотностью пара, а значит с влажностью воздуха.

Единицей измерения упругости пара являются миллибар (мбар), миллиметр ртутного столба (мм.рт.ст) или гектопаскаль (гПа).

Упругость сильно зависит от температуры пара, поэтому может обозначаться как упругость насыщения среды. В формулах параметр обозначается буквой «Е». Существует также понятие фактической упругости пара или газа, не достигшего насыщения. Обозначается параметр буквой «е».

От чего зависит?

Величина упругости водяного пара имеет несколько прямых зависимостей от различных факторов:

1. Температура. Чем выше температура пара, тем выше его упругость.

   С повышением температуры возможно увеличить скорость испарения или поддерживать ее на постоянном уровне, насыщая атмосферу паром и влагой.

2. Давление. Атмосферное давление позволяет поддерживать уровень упругости пропорционально скорости парообразования.

   С повышением высоты, атмосферное давление снижается, воздух становиться разряженным, большая часть пара конденсируется. При этом значение упругости снижается.

3. Среда. В замкнутой среде упругость остается пропорциональной температуре. При этом уровень насыщения достигается значительно быстрее при заданном объеме и температуре. На открытой местности упругость всегда ниже, так как пар распространяется на большую площадь.
4. Насыщение. Уровень насыщения молекулами воды прямо влияет на упругость пара. Чем больше влаги, тем плотность и упругость выше.

Также на данный параметр влияют различные примеси в виде газов и твердых частиц, находящиеся в атмосфере.

Дефицит

Это значение разности между полным насыщением и фактическим. Так как упругость зависит от температуры, при недостаточном уровне насыщения, при заданной температуре, прослеживается дефицит упругости пара.

На это может влиять высокий уровень примесей, резкое снижение температуры, повышение скорости ветра.

Таблица при различных температурах

По таблице можно проследить ряд зависимостей упругости пара по температуре:

1. При температурах от -40 до -5 градусов прослеживается слабый рост упругости (парциального давления).

   Связано это с высокой степенью кристаллизации молекул воды при испарении.

2. Температура 0 градусов является переходным порогом при парообразовании. В первый момент прослеживается снижение при переходе от положительного к отрицательному температурному значению.

   Повышение начинается при подводе тепла. Кристаллизация сменяется увлажнением среды.

3. Рост парциального давления увеличивается с +5 градусов. Увеличивается упругость с повышением температуры. Влажность среды увеличивается, что сказывается на плотности и упругости пара.

Зависимость упругости от температуры прослеживается при отрицательных и положительных температурных значениях. Это учитывают метеорологи при вычислении уровня влажности атмосферы.

Какова максимальная?

Максимальным значением упругости является его состояние насыщения при актуальной температуре. Выше этого значения атмосфера не насыщается, так как разность влажности переходит в состояние конденсации.

Если значения упругости меньше температурного параметра, атмосфера считается не насыщенной. Проследить зависимость можно по таблице:

В таблице прослеживается убывание упругости и абсолютного давления при снижении температуры и рост этих значений при ее увеличении.

Как найти значение?

Рассмотрим формулу, правила расчета и несколько примеров расчета.

Формула и правила расчета

Величина упругости водяного пара является табличным значением. На основе этих данных делается расчет влажности воздуха. Для этого используется следующая формула:

Формула состоит из:

• «r» — относительная влажность;
• «e» — фактическая упругость пара;
• «E» — упругость насыщения для актуальной температуры;
• «100%» — полное насыщение.

Значение относительной влажности помогает определить состояние насыщения при заданной температуре и вычислить уровень дефицита упругости.

Несколько примеров

Задача:

1. Температура воздуха 10 градусов.
2. Значение упругости при этой температуре 12,2 гПа.
3. Фактическая упругость 6 гПа.
4. Относительная влажность неизвестна.

Решение:

1. r= e/E*100%.
2. r= 6/12,2*100%=49%

Ответ: относительная влажность воздуха, при температуре 10 градусов и фактической упругости пара 6 гПа, равняется 49% и находится в состоянии дефицита.

Задача:

1. Температура воздуха -30 градусов.
2. Значение упругости пара 0,5 гПа.
3. Фактическая упругость 0,3 гПа.
4. Влажность воздуха неизвестна.

Решение:

1. r= e/E*100%о
2. r= 0,3/0,5*100%=60%

Ответ: при температуре -30 градусов и фактической упругости пара 0,3 гПа, влажность воздуха составляет 60%.

Где используют знания в жизни?

Упругость водяного пара — важный параметр, указывающий на процентное содержание влажности в атмосфере.

При помощи этих данных метеорологи вычисляют влажность воздуха, скорость парообразования и концентрацию пара в отдельных регионах и над естественными природными источниками.

Заключение

Упругость водяного пара позволяет контролировать парообразование на отдельных участках планеты. При вычислении очень важно использовать табличные значения упругости по температуре, что укажет на насыщение или дефицит влаги в атмосфере.

Количество
водяного пара, содержащегося в воздухе
характеризуется парциальным (частичным)
давлением, которое называется упругостью
водяного пара (обозначается е,
измеряется в Па). При данной температуре
и барометрическом давлении упругость
водяного пара достигает определенной
величины, которая носит название
максимальной упругости водяного пара
(Е). С увеличением температур воздуха
величина Е увеличивается. Значения Е
для воздуха с различной температурой
приведены в приложении 1.

Относительная влажность воздуха

Степень
насыщения воздуха водяным паром
характеризуется относительной влажностью
воздуха

представляющую собой отношение
действительной упругости водяного пара
е в воздухе к максимальной Е при данной
температуре.

. (10)

Точка росы

Температура, при которой
воздух данной влажности достигает
полного насыщения водяным паром, т.е.

называется точкой росы. Чтобы определить
точку росы необходимо действительную
упругость водяного пара е
для заданных условий
эксплуатации принять за максимальную
и по ней установить соответствующую
температуру (приложение 1), которая будет
точкой росы.

Пример 2. Определить точку
росы для воздуха жилого помещения,
имеющего температуру 20

при относительной влажности его

.

По приложению 1 находим, что
при 20

Е=2338 Па. Пользуясь

формулой (10) находим
действительную упругость водяного пара
е.

Та
температура, при которой действительная
упругость пара (е
= 1286 Па) будут
соответствовать максимальной упругости,
будет точкой росы (
).
По приложению 1 находим, что при 10,7

Е = 1286 Па, следовательно эта температура
для данной влажности воздуха и есть
точка росы, т.е.

=
10,7
.
При охлаждении внутренней поверхности
ниже

=
10,7

на ней будет выпадать конденсат.

В холодный период
года температура внутренней поверхности
наружных ограждающих конструкций
отапливаемых помещений всегда ниже
температуры внутреннего воздуха. Тонкий
слой, непосредственно прилегающий к
поверхности наружного ограждения,
охлаждается до температуры самой
поверхности и в определенных случаях
может достигнуть точки росы. Поэтому
необходимо обеспечить на внутренней
поверхности ограждающей конструкции
такую температуру, при которой не могло
бы происходить конденсации влаги при
существующей относительной влажности
воздуха в помещении, т. е. должно
выполняться условие

.

Температура в наружных углах помещений
и на поверхностях теплопроводных
включений в неоднородных конструкциях
обычно ниже, чем на остальных участках
ограждений. Отсутствие конденсата
прежде всего следует проверять для этих
наиболее охлаждаемых частей ограждающих
конструкций.

Сорбцией влаги называется процесс
увеличения влажности сухого материала
за счет поглощения пара воды из окружающего
воздуха. Этот процесс не связан с
температурной конденсацией влаги, так
как является изотермическим (протекает
при отсутствии перепада температуры
между материалом и окружающим воздухом).

Влага,
поглощаемая пористым материалом из
окружающего воздуха, называется
сорбционной или гигроскопической.
Чем ниже температура (в области
положительных температур) и выше
относительная влажность воздуха, тем
больше поглощается сорбционной влаги.
Влагосодержание материала при
установившемся равновесии процессов
влагообмена с окружающей средой
называется равновесной влажностью

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Упругость — водяной пар

Cтраница 2

Каждой упругости водяного пара соответствует определенная температура.
 [16]

Величина упругости водяного пара изменяется от нуля до максимального парциального давления Е, соответствующего полному насыщению воздуха.
 [17]

Значения упругости водяных паров и влагосодержания газа находятся по справочникам.
 [18]

Значения упругости водяного пара в воздухе, а также его абсолютной влажности не дают представления о степени насыщения влагой воздуха, если при этом не указана температура воздуха.
 [19]

Разность упругости водяного пара внутреннего и наружного воздуха приводит к проникновению пара через ограждение наружу — диффузии, что может вызвать при неблагоприятных условиях конденсацию пара внутри ограждения и снизить его теплотехнические качества, ухудшив санитарно-гигиенические условия в помещении.
 [20]

С, упругости водяного пара е ( мм), общей облачности п ( в долях единицы) получают из наблюдений на ближайших к астро-пункту метеостанциях, симметрично расположенных вокруг него в радиусе до 50 км в закрытой местности и до 100 км — в открытых ( степных и полупустынных) районах. По данным всех метеостанций вычисляют средние значения.
 [21]

Чтобы найти упругость водяного пара в паро-воздушной смеси, рассматриваемой в примере, необходимо найти точку пересечения линии постоянного влагосодержаиия d10 г с кривой парциального давления, нанесенной в нижней части диаграммы.
 [22]

При повышении упругости водяных паров от 20 до 60 % относительной влажности происходит дополнительное связывание воды, близкое по величине количеству прочно связанной воды. Однако энергия, выделяющаяся при связывании этого слоя воды, значительно меньше и равна примерно 1 3 — 1 5 ккал / моль, а плотность белка и объем системы не меняются. Наконец, при еще более высоких давлениях водяного пара количество связанной белком воды резко увеличивается, достигая 40 — 60 г на 100 г белка.
 [23]

Среднее распределение упругости водяных паров по высоте в свободной атмосфере выражается эмпирич.
 [24]

Разность величин упругости водяного пара с одной и с другой стороны ограждения вызывает поток водяного пара через ограждение от внутренней его стороны к наружной стороне. Это явление носит название диффузии водяного пара через ограждение. Таким образом, в зимнее время водяной пар диффундирует через ограждение из помещения наружу. В летнее время при более холодном воздухе внутри помещения ( холодильники) диффузия водяного пара может идти в обратном направлении, но это явление будет выражено значительно слабее вследствие меньшей разности температур и меньшей относительной влажности наружного воздуха.
 [25]

Начальные величины упругостей водяного пара на границах слоев определяются по начальной влажности материала ограждения, распределению температуры в ограждении и соответствующим изотермам сорбции для данного материала. Вычисляя последовательно изменения величин упругостей водяного пара на границах слоев, получим распределение упругостей по толщине ограждения в любой момент времени.
 [26]

При наступлении предельной упругости водяного пара в воздухе ( туман) испарение прекращается, с повышением температуры воздуха и при радиационном нагреве поверхности ограждения — усиливается.
 [27]

По значениям относительной упругости водяного пара ф, полученным при 49 суток по изотерме сорбции ( рис. 70), определены влажности пенобетона в отдельных плоскостях покрытия. Эти влажности даны в предпоследней строке расчетной таблицы.
 [29]

При наступлении предельной упругости водяного пара JB воздухе ( туман) испарение прекращается, с повышением температуры воздуха и при радиационном нагреве поверхности ограждения — усиливается.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Последнее время друзья-знакомые так часто спрашивали меня о том, что такое точка росы, что я даже решила написать о ней пост. Но поняла, что тогда уж нужно написать и об относительной влажности воздуха – ведь эти понятия неразрывно связаны. Думала обойтись парой абзацев , однако не вышло, и точка росы пока так и осталась в черновом наброске. А относительная влажность, наоборот, — разрослась.

Относительная влажность – на первый взгляд, довольно сложное понятие. Вот какое ее определение дается в моем любимом гидрометеорологическом словаре.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ. Процентное соотношение фактической упругости водяного пара в атмосфере (е) к упругости насыщающего водяного пара (Е) при той же температуре.
Можно также определить относительную влажность как отношение фактической абсолютной или удельной влажности к абсолютной или удельной влажности для состояния насыщения при той же температуре.

Конечно, если вы хорошо разбираетесь в физике, ничего сложного для вас здесь нет. Вы счастливый человек, и этот пост вам не нужен – смело пролистывайте. Если же вы, как и я когда-то, не можете понять такой текст с первого раза, читайте дальше.
Воздух, как известно, является смесью различных газов, в том числе и водяного пара. Водяной пар попадает в атмосферу благодаря испарению с поверхности морей и океанов, рек и озер, влажной почвы и растительного покрова. Водяной пар является самой изменчивой частью воздуха, зависящей от очень многих факторов. Он один из важных индикаторов состояния атмосферы, так как чутко реагирует на все изменения, которые в ней происходят.

Относительная влажность измеряется в процентах. Но тут может возникнуть вопрос: в процентах от чего? От какой величины? Многие, не особо задумываясь, ошибочно полагают, что 100% — это весь объем воздуха, а относительная влажность – та часть этого объема, которую занимает водяной пар. Водяной пар – это обычная вода, только в газообразном состоянии. И если считать верным предыдущее рассуждение, то стопроцентная влажность воздуха – это когда вокруг вообще нет ничего, кроме воды. Воздух без воздуха – это нонсенс, не правда ли? J

Чтобы дойти до сути определения относительной влажности, нужно вначале разобраться с упругостью водяного пара (ее еще называют парциальным давлением водяного пара).

Пар, как уже говорилось выше, появляется в атмосфере вследствие испарения с различных поверхностей. Молекулы жидкости находятся в непрерывном движении. Движутся они с разными скоростями и в разных направлениях. Те, что находятся у поверхности жидкости и движутся быстрее остальных, вылетают наружу. Чем выше температура, тем больше «быстрых» молекул. Все больше их вылетает на поверхность, и над ней образуется слой пара. Однако так как молекулы движутся в разных направлениях, часть их возвращается назад в жидкость. Если вылетающих частиц больше, чем возвращающихся обратно, происходит процесс испарения.

Со временем может получиться так, что число «беглецов» и «возвращающихся» сравняется: установится состояние насыщения. Если же количество покидающих жидкость молекул продолжит нарастать, начнется обратный процесс – конденсация.

Водяной пар, который образуется над испаряющей влагу поверхностью, оказывает давление, которое и называется упругостью пара. Она измеряется в тех же величинах, что и атмосферное давление. Предельное значение упругости водяного пара – это то значение, которого она достигает, когда устанавливается состояние насыщения. Когда в жидкость возвращается ровно столько же молекул, сколько вылетело.

Упругость водяного пара (или парциальное давление) напрямую связана с температурой воздуха. Чем выше температура, тем выше становится предельная упругость, а значит, тем больше молекул воды должно попасть в воздух, чтобы достичь состояния равновесия. Предельные значения парциального давления могут быть теоретически рассчитаны для любого значения температуры воздуха. Но оно далеко не всегда является предельным. Фактическая упругость меняется постоянно, так же как и температура воздуха.

Теперь можно вернуться к относительной влажности воздуха. Зная, что такое упругость водяного пара, нетрудно понять определение из гидрометеорологического словаря. Относительная влажность воздуха – это процентное отношение упругости водяного пара, которая наблюдается в данный момент времени к упругости, максимально возможной при той же температуре. При определении относительной влажности за 100% берется упругость насыщающего пара при данной температуре. Например, температура воздуха 21.3°С, а относительная влажность при этом составляет 68%. Это значит, что количество пара, которое сейчас находится в воздухе, составляет 68% от такого его количества, которое сделало бы упругость  предельной и при температуре 21.3°С система пришла бы в состояние равновесия.

Этот пост – продолжение рубрики «метеоликбез». Буду благодарна за отзывы и предложения. Слишком сложно или слишком просто? Интересно или скучно? Напишите, пожалуйста, в комментариях, что вы думаете об этом посте.

Психрометр Августа состоит из двух ртутных термометров, укрепленных на штативе или расположенных в общем футляре. Шарик одного термометра обернут тонкой батистовой тканью, опущенной в стаканчик с дистиллированной водой.

При пользовании психрометром Августа вычисление абсолютной влажности производят по формуле Ренье:
A = f—a(t—t₁)H,
где А — абсолютная влажность; f — максимальное напряжение водяных паров при температуре влажного термометра (см. таблицу 2); а — психрометрический коэффициент, t — температура сухого термометра; t₁ — температура влажного термометра; Н — барометрическое давление в момент определения.

Если воздух совершенно неподвижен, то а=0,00128. При наличии слабого движения воздуха (0,4 м/с) а = 0,00110. Максимальную и относительную влажность рассчитывают, как указано на стр. 34.

Таблица 2. Упругость насыщенных водяных паров (выборочно)

Таблица 3. Определение относительной влажности по показаниям
аспирационного психрометра (в процентах)

Таблица 4. Определение относительной влажности воздуха по показаниям сухого и влажного термометров в психрометре Августа при обычных условиях спокойного и равномерного движения воздуха в комнате со скоростью 0,2 м/с

Для определения относительной влажности существуют специальные таблицы (таблицы 3, 4). Более точные показания дает психрометр Ассмана (рис. 3). Он состоит из двух термометров, заключенных в металлические трубки, через которые равномерно просасывается воздух с помощью заводного вентилятора, находящегося в верхней части прибора. Ртутный резервуар одного из термометров обернут кусочком батиста, который перед каждым определением смачивается дистиллированной водой при помощи специальной пипетки. После того как омочили термометр, заводят ключом вентилятор и вешают прибор на штатив. Через 4—5 мин записывают показания сухого и влажного термометров. Так как с поверхности ртутного шарика, смоченного термометра, происходит испарение влаги и поглощение тепла, то он будет показывать более низкую температуру. Вычисление абсолютной влажности производят по формуле Шпрунга:

где А — абсолютная влажность; f — максимальное напряжение водяных паров при температуре влажного термометра; 0,5 — постоянный психрометрический коэффициент (поправка на скорость движения воздуха); t — температура сухого термометра; t₁ — температура влажного термометра; Н — барометрическое давление; 755 — среднее барометрическое давление (определяют по таблице 2).

Максимальную влажность (F) определяют с помощью таблицы 2 по температуре сухого термометра.

Относительную влажность (R) рассчитывают по формуле:

где R — относительная влажность; А — абсолютная влажность; F — максимальная влажность при температуре сухого термометра.

Для определения колебаний относительной влажности во времени пользуются прибором гигрографом. Прибор устроен аналогично термографу, но воспринимающей частью гигрографа является обезжиренный пучок волос.