§ 10. Вільготнасць паветра
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Фізіка. 10 клас |
| Книга: | § 10. Вільготнасць паветра |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Четверг, 21 Ноябрь 2024, 23:25 |
У штодзённых зводках надвор’я разам са значэннямі тэмпературы паветра і атмасфернага ціску, як правіла, называюць значэнне адноснай вільготнасці паветра. Чаму вільготнасць паветра ўплывае на жыццядзейнасць чалавека?
Вільготнасць паветра. Паветра, якое змяшчае вадзяную пару, называюць вільготным паветрам. Асноўнымі колькаснымі характарыстыкамі такога паветра з’яўляюцца яго абсалютная і адносная вільготнасці.
Абсалютная вільготнасць ρп паветра — фізічная велічыня, роўная шчыльнасці вадзяной пары, якая знаходзіцца ў паветры пры дадзеных умовах.
Звычайна абсалютную вільготнасць выражаюць у грамах на кубічны метр
Паколькі атмасфернае паветра ўяўляе з сябе сумесь розных газаў (азот, кісларод, вуглякіслы газ і інш.) і вадзяной пары, то атмасферны ціск вызначаецца сумай парцыяльных ціскаў кампанентаў сухога паветра і вадзяной пары. Выкарыстоўваючы ўраўненне Клапейрона — Мендзялеева, шчыльнасць пары можна вызначыць праз яе парцыяльны ціск pп:
,
(10.1)
дзе — малярная маса вады; Т — тэмпература паветра.
Ведаючы толькі шчыльнасць ρп пары, нельга меркаваць аб ступені вільготнасці паветра, бо пры адным і тым значэнні шчыльнасці пара можа быць як блізкай да насычэння, так і далёкай ад яго. Аказваецца, чым ніжэйшая тэмпература, тым бліжэй пара да насычэння. Менавіта ад гэтага залежыць інтэнсіўнасць выпарэння вады і страта вільгаці жывымі арганізмамі. Вось чаму ўводзяць яшчэ адну характарыстыку вільготнасці паветра — адносную вільготнасць, якая паказвае, наколькі вадзяная пара пры дадзенай тэмпературы далёкая ад насычэння.
Адносная вільготнасць φ паветра — фізічная велічыня, роўная адносінам абсалютнай вільготнасці ρп да шчыльнасці ρн насычанай вадзяной пары пры дадзенай тэмпературы.
Звычайна адносную вільготнасць выражаюць у працэнтах:
(10.2)
Чым ніжэйшая адносная вільготнасць паветра, тым больш інтэнсіўна выпарваецца вада. Пры адноснай вільготнасці паветра φ = 100 % вадзяная пара робіцца насычанай і тады знаходзіцца ў дынамічнай раўнавазе са сваёй вадкасцю. У гэтым выпадку працэсы выпарэння і кандэнсацыі ідуць з аднолькавай хуткасцю.
Паколькі шчыльнасць пары і яе парцыяльны ціск звязаны суадносінамі (10.1), то адносную вільготнасць можна вызначыць як адносіны парцыяльнага ціску pп вадзяной пары, якая знаходзіцца ў паветры пры дадзенай тэмпературы, да ціску pн насычанай пары пры той самай тэмпературы:
(10.3)
Такім чынам, адносная вільготнасць залежыць не толькі ад абсалютнай вільготнасці, але і ад тэмпературы паветра.
Дакажыце, што адносная вільготнасць паветра рэзка памяншаецца пры ўзрастанні тэмпературы.
Падказка. Выкарыстайце формулы і
.
Значэнні ціску рн і шчыльнасці ρн насычанай вадзяной пары пры розных тэмпературах прыведзены ў табліцы 1.
| –20 | 0,103 | 0,85 | 8 | 1,06 | 8,3 |
| –18 | 0,125 | 1,05 | 10 | 1,228 | 9,4 |
| –16 | 0,151 | 1,27 | 12 | 1,402 | 10,7 |
| –14 | 0,181 | 1,51 | 14 | 1,598 | 12,1 |
| –12 | 0,217 | 1,80 | 16 | 1,817 | 13,6 |
| –10 | 0,260 | 2,14 | 18 | 2,063 | 15,4 |
| –8 | 0,337 | 2,54 | 20 | 2,338 | 17,3 |
| –6 | 0,368 | 2,99 | 22 | 2,643 | 19,4 |
| –4 | 0,437 | 3,51 | 24 | 2,984 | 21,8 |
| –2 | 0,517 | 4,13 | 26 | 3,361 | 24,4 |
| 0 | 0,611 | 4,84 | 28 | 3,780 | 27,2 |
| 2 | 0,705 | 5,60 | 30 | 4,242 | 30,3 |
| 4 | 0,813 | 6,40 | 40 | 7,37 | 51,2 |
| 6 | 0,934 | 7,3 | 50 | 12,3 | 83,0 |
1. Вадзяная пара, якая знаходзіцца ў паветры, становіцца насычанай пры значэнні тэмпературы t1 = 6,0 °С. Якой будзе адносная вільготнасць паветра, калі тэмпература падымецца да t2 = 10 °С; t3 = 16 °С; t4 = 24 °С; t5 = 30 °С; t6 = 50 °С? Зрабіце выснову, як змяняецца адносная вільготнасць паветра пры павелічэнні тэмпературы.
2. Як правіла, мы адчуваем сябе камфортна, калі парцыяльны ціск вадзяной пары пры пакаёвай тэмпературы (t = 20 °С) складае прыкладна рп = 1,1 кПа. Якая пры гэтым адносная вільготнасць паветра?
Калі парцыяльны ціск вадзяной пары ў паветры роўны ціску насычанай пары пры той самай тэмпературы, гавораць, што паветра насычана вадзяной парай. Калі ж шчыльнасць вадзяной пары перавышае шчыльнасць насычанай пары, то пару ў паветры лічаць перанасычанай. Такі стан з’яўляецца няўстойлівым і завяршаецца кандэнсацыяй.
Тэмпература паветра t = 16 °С. Выкарыстоўваючы табліцу «Ціск і шчыльнасць насычанай вадзяной пары», пакажыце, якой будзе вадзяная пара, што знаходзіцца ў паветры (насычаная, ненасычаная, перанасычаная), калі ў яе: а) ціск дасягнуў значэння рп = 1,819 кПа; б) шчыльнасць .
Ціск насычанай пары памяншаецца пры паніжэнні тэмпературы (гл. табл. 1). З формулы (10.3) вынікае, што пры адным і тым ціску рп вадзяной пары адносная вільготнасць тым вышэйшая, чым ніжэйшая тэмпература, і пры некаторым яе значэнні можа стаць роўнай 100 %.
Тэмпературу, пры якой вадзяная пара ў выніку ізабарнага ахаладжэння робіцца насычанай, называюць пунктам расы.
Пры паніжэнні тэмпературы ніжэй пункта расы адбываецца кандэнсацыя вадзяной пары. Напрыклад, днём тэмпература паветра была tд = 26 °С, а шчыльнасць вадзяной пары . Ноччу тэмпература панізілася да tн = 16 °С. Пры гэтай тэмпературы шчыльнасць насычанай вадзяной пары
. Значыць, лішак пары скандэнсаваўся і выпаў у выглядзе расы. Гэты працэс з’яўляецца прычынай узнікнення туману (у паветры заўсёды ёсць пылінкі, якія з’яўляюцца цэнтрамі кандэнсацыі), воблакаў і дажджу. У тэхніцы кандэнсацыя звычайна адбываецца на паверхнях, якія ахалоджваюцца.
Калі адносная вільготнасць меншая за 100 %, то тэмпература, якая адпавядае пункту расы, заўсёды ніжэйшая за тэмпературу паветра, прычым тым ніжэйшая, чым меншая адносная вільготнасць.
Якім павінен быць пункт расы, каб на дрэвах з’явіўся іней?
Прыборы для вымярэння вільготнасці. Адносную вільготнасць паветра звычайна вымяраюць псіхрометрам, які складаецца з двух тэрмометраў — сухога і вільготнага (мал. 61). Сухі тэрмометр паказвае тэмпературу паветра. Рэзервуар вільготнага тэрмометра абгорнуты тканінай, якую змочваюць вадой. Вада з тканіны выпарваецца, у выніку чаго тэрмометр ахалоджваецца. Чым меншая адносная вільготнасць паветра, тым больш інтэнсіўна выпарваецца вада і тым мацней ахалоджваецца вільготны тэрмометр. І наадварот — пры вялікай адноснай вільготнасці паветра вільготны тэрмометр ахалоджваецца нязначна.
Пры 100 %-най адноснай вільготнасці вада і яе пара знаходзяцца ў дынамічнай раўнавазе, і паказанні абодвух тэрмометраў супадаюць.
Ведаючы паказанні сухога і вільготнага тэрмометраў, адносную вільготнасць паветра вызначаюць па спецыяльнай табліцы, якая называецца псіхраметрычнай (табл. 2).
| Паказанні сухога тэрмометра, °С | Рознасць паказанняў сухога і вільготнага тэрмометраў, °С | ||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Адносная вільготнасць, % | |||||||||||
| 0 | 100 | 81 | 63 | 45 | 28 | 11 | — | — | — | — | — |
| 2 | 100 | 84 | 68 | 51 | 35 | 20 | — | — | — | — | — |
| 4 | 100 | 85 | 70 | 56 | 42 | 28 | 14 | — | — | — | — |
| 6 | 100 | 86 | 73 | 60 | 47 | 35 | 23 | 10 | — | — | — |
| 8 | 100 | 87 | 75 | 63 | 51 | 40 | 28 | 18 | 7 | — | — |
| 10 | 100 | 88 | 76 | 65 | 54 | 44 | 34 | 24 | 14 | 5 | — |
| 12 | 100 | 89 | 78 | 68 | 57 | 48 | 38 | 29 | 20 | 11 | — |
| 14 | 100 | 89 | 79 | 70 | 60 | 51 | 42 | 34 | 25 | 17 | 9 |
| 16 | 100 | 90 | 81 | 71 | 62 | 54 | 45 | 37 | 30 | 22 | 15 |
| 18 | 100 | 91 | 82 | 73 | 65 | 56 | 49 | 41 | 34 | 27 | 20 |
| 20 | 100 | 91 | 83 | 74 | 66 | 59 | 51 | 44 | 37 | 30 | 24 |
| 22 | 100 | 92 | 83 | 76 | 68 | 61 | 54 | 47 | 40 | 34 | 28 |
| 24 | 100 | 92 | 84 | 77 | 69 | 62 | 56 | 49 | 43 | 37 | 31 |
| 26 | 100 | 92 | 85 | 78 | 71 | 64 | 58 | 51 | 46 | 40 | 34 |
| 28 | 100 | 93 | 85 | 78 | 72 | 65 | 59 | 53 | 48 | 42 | 37 |
| 30 | 100 | 93 | 86 | 79 | 73 | 67 | 61 | 55 | 50 | 44 | 39 |
Як зменіцца рознасць паказанняў тэрмометраў псіхрометра ў кабінеце фізікі пасля вільготнага прыбірання?
Жывыя арганізмы і расліны вельмі адчувальныя да адноснай вільготнасці паветра. Найбольш спрыяльная для чалавека адносная вільготнасць пры тэмпературы паветра 20–25 °С складае 40–60 %.
Пры высокай вільготнасці, асабліва ў спякотны дзень, выпарэнне вільгаці з паверхні скуры адбываецца з цяжкасцю, што вядзе да парушэння надзвычай важных біялагічных механізмаў рэгулявання тэмпературы цела.
Пры нізкай вільготнасці адбываецца інтэнсіўнае выпарэнне з паверхні цела і высыханне слізістай абалонкі носа, гартані, лёгкіх, што пагаршае самаадчуванне. Нізкая вільготнасць спрыяе развіццю патагенных мікраарганізмаў, што таксама небяспечна для чалавека. У выпадку нізкай вільготнасці паветра інтэнсіўнасць выпарэння з лістоў раслін павялічваецца, і пры малым запасе вільгаці ў глебе яны хутка вянуць і засыхаюць.
Вільготнасць паветра трэба ўлічваць і ў розных тэхналагічных працэсах, такіх, напрыклад, як сушка і захоўванне гатовых вырабаў. Сталёвыя вырабы пры высокай вільготнасці хутка ржавеюць. Захаванне твораў мастацтва і кніг таксама патрабуе падтрымання аптымальнай вільготнасці паветра. Вялікае значэнне мае вільготнасць у метэаралогіі для прадказання надвор’я. Калі паветра каля паверхні Зямлі ахалоджваецца ніжэй пункта расы, то могуць утварацца туман, раса або іней.
1. Што называюць абсалютнай і адноснай вільготнасцямі паветра? У якіх адзінках іх вымяраюць?
2. Што называюць пунктам расы?
3. Як можна знайсці адносную вільготнасць паветра, калі вядомыя яго тэмпература і пункт расы?
4. Як змяняюцца абсалютная і адносная вільготнасці паветра пры яго награванні?
5. На якіх фізічных з’явах заснавана дзеянне псіхрометра?
6. Ці можна, выкарыстоўваючы псіхрометр, вызначыць адносную вільготнасць паветра, тэмпература якога ніжэй 0 °C?
Прыклад 1. Тэмпература паветра ў пакоі t1 = 24 °С, яго адносная вільготнасць φ1 = 45 %. На дварэ тэмпература і адносная вільготнасць паветра t2 = 2,0 °С і φ2 = 80 % адпаведна. Якім будзе напрамак руху вадзяной пары, калі адкрыць фортку: з двара ў пакой ці з пакоя на двор?
t1 = 24 °С
φ1 = 45 %
t2 = 2,0 °С
φ2 = 80 %
р2 — ?
Рашэнне. Пры тэмпературы паветра t1 = 24 °С ціск насычанай пары рн1 = 2,984 кПа, а пры тэмпературы t2 = 2,0 °С — рн2 = 0,705 кПа (гл. табліцу 1 § 10). Тады ціск вадзяной пары ў пакоі
,
а на дварэ
.
, такім чынам, пар выходзіць з пакоя на двор.
Адказ: пар выходзіць з пакоя на двор.
Прыклад 2. Увечары пры тэмпературы t1 = 20 °С адносная вільготнасць паветра φ1 = 60 %. Ці выпадзе раса, калі ноччу тэмпература панізіцца да t2 = 12 °С?
t1 = 20 °С
t2 = 12 °С
φ1 = 60 %
Рашэнне. Для таго каб даведацца, ці выпадзе раса пры паніжэнні тэмпературы паветра t2 = 12 °С, неабходна параўнаць шчыльнасць (парцыяльны ціск) насычанай пары пры гэтай тэмпературы са шчыльнасцю (парцыяльным ціскам) пары пры тэмпературы t1 = 20 °С.
Пры тэмпературы t2 = 12 °С шчыльнасць насычанай вадзяной пары (гл. табліцу 1 § 10). Шчыльнасць вадзяной пары, якая знаходзіцца ў паветры пры тэмпературы t1 = 20 °С, можна вызначыць, выкарыстаўшы формулу
,
дзе (гл. табліцу 1 § 10):
.
Паколькі (
), то наяўнай у паветры колькасці вадзяной пары недастаткова для насычэння, раса не выпадзе.
Адказ: раса не выпадзе.
Прыклад 3. У памяшканні ўмяшчальнасцю V = 1,0 · 103 м3 тэмпература і адносная вільготнасць паветра адпаведна t1 = 10 °С і φ1 = 40 %. Вызначце масу вады, якую трэба выпарыць у памяшканні, каб пры тэмпературы t2 = 18 °С адносная вільготнасць паветра павысілася да φ2 = 60 %.
V = 1,0 · 103 м3
t1 = 10 °С
φ1 = 40 %
t2 = 18 °С
φ2 = 60 %
Практыкаванне 6
1. Пры тэмпературы t = 16 °С парцыяльны ціск вадзяной пары ў паветры pп = 1,2 кПа. Вызначце адносную вільготнасць паветра.
2. Вызначце адносную вільготнасць паветра ў памяшканні ўмяшчальнасцю V = 200 м3, калі маса вадзяной пары ў памяшканні m = 2,4 кг, а тэмпература паветра t = 20 °С.
3. Пры тэмпературы t = 18 °С адносная вільготнасць паветра φ = 61 %. Пры якой тэмпературы пачне выпадаць раса?
4. Пры тэмпературы t = 28 °С адносная вільготнасць паветра φ = 50 %. Вызначце масу расы, якая выпала з паветра аб’ёмам V = 1,0 км3, калі яго тэмпература знізілася на Т1 – Т2 = 16 К.
5. Вызначце адносную і абсалютную вільготнасці паветра, калі сухі і вільготны тэрмометры псіхрометра паказваюць tс = 14 °С і tв = 10 °С адпаведна.
6. Пры тэмпературы t = 20 °С адносная вільготнасць паветра φ = 44 %. Вызначце паказанні вільготнага тэрмометра псіхрометра.
7. Па выніках адпаведных вымярэнняў вучнямі была складзена табліца.
| Умяшчальнасць кабінета V, м3 | Тэмпература паветра t, °С | Адносная вільготнасць паветра φ, % | Маса вадзяной пары ў паветры m, кг |
| 240 | 20,0 | 45,0 | ? |
Вызначце масу вадзяной пары ў паветры ў вучэбным кабінеце.
8. Паказанні сухога і вільготнага тэрмометраў псіхрометра tс = 24 °С і tв = 17 °С адпаведна. Вызначце тэмпературу, пры якой вадзяная пара ў памяшканні стане насычанай.
9. На малюнку 61.1 прыведзены графік залежнасці парцыяльнага ціску насычанай вадзяной пары ад тэмпературы. Пунктамі 1 і 2 пазначаны пачатковы і канчатковы станы ненасычанай вадзяной пары, якія вызначаюцца тэмпературай і парцыяльным ціскам. Пара ўваходзіць у састаў вільготнага паветра. Вызначце, на колькі змянілася адносная вільготнасць вадзяной пары.
10. Паветра, аб'ём і адносная вільготнасць якога адпаведна V1 = 2,0 м3 і φ1 = 20 %, змяшалі з паветрам пры такой самай тэмпературы, аб'ём і адносная вільготнасць якога адпаведна V2 = 3,0 м3 і φ2 = 30 %. Вызначце адносную вільготнасць сумесі, калі яе аб’ём V3 = 5,0 м3.
11. У пасудзіне знаходзіцца паветра пры тэмпературы t1 = 10 °С, адносная вільготнасць якога φ1 = 60 %. Паветра нагрэлі да тэмпературы t2 = 100 °С, пры якой ціск насычанай пары рн2 = 1,0 · 105 Па, а яго аб’ём паменшылі ў α = 3 разы. Вызначце адносную вільготнасць паветра.