2015-05-10
313
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА АСПИРАЦИОННЫМ ПСИХРОМЕТРОМ С ЭЛЕКТРОМОТОРОМ М-34
Цель. Изучить принцип действия аспирационного психрометра с электромотором М - 34. Научиться определять влажность воздуха.
Оборудование: Психрометр аспирационный с электромотором М-34.
Практическое значение. Знание о влажности воздуха очень важно потому, что от влажности воздуха зависит погода, которая влияет характер технического обслуживания судов, а также на самочувствие людей.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Состояние заданной массы вещества определяется значениями трех параметров: давления Р, объема V, температуры Т. Аналитический связь между этими параметрами в виде функции f (p, V, T) = 0 называется уравнением состояния. Переход с одного состояния (p 1, V 1, T 1) в другое состояние (p 2, V 2, T 2) называется процессом.
Газ, для которого потенциальная энергия взаимодействия молекул очень мала по сравнению с кинетической энергией их движения, называется идеальным. Если это условие не выполняется, то газ будет реальным.
Рассмотрим процесс сжатия вещества при постоянной температуре (рис.5.1). Предполагаем, что сначала вещество газообразное. При уменьшении объема давление газа будет расти (участок 1 - 2 рис.5.1). По достижению объема Vг (точка 2) давление перестает изменяться, а вещество перестает быть однородной - часть газа конденсируется в жидкость. Происходит расслоение вещества на две фазы: жидкостную и газообразную. По мере дальнейшего уменьшения объема все большая часть вещества переходит в жидкостную фазу, причем переход осуществляется при постоянном давлении p н.п. (давление насыщенного пара).
Рисунок 5.1 - График зависимости p от V для сжатия вещества при постоянной температуре
После того как процесс конденсации вещества заканчивается (это происходит при достижении объема Vж точка 3 рис.5.1) дальнейшее уменьшение объема сопровождается быстрым увеличением давления (отрезок 3 - 4), поскольку жидкость несжимаема. Реальный газ находится в термодинамическом равновесии с жидкостью (отрезок 2 - 3 рис.5.1) называется насыщенным паром этой жидкости. Эксперименты показали, что давление насыщенного пара различных веществ неодинаково. Итак, давление насыщенного пара является одной из характеристик вещества. Экспериментальное изучение зависимости давления насыщенного пара от температуры показало, что с увеличением температуры давление насыщенного пара растет.
В таблице 5.1 приведена зависимость давления и плотности насыщенного пары H2O от температуры. Если насыщенный пар охлаждать, то при достижении некоторой температуры T p пар станет насыщенной и дальнейшее охлаждение приводит к частичной конденсации. Температура T р называется точкой росы.
Отметим, что при температурах далеких от критической (при этой температуре горизонтальный участок изотермы сворачивается в точку), различие между объемами жидкости и пара бывает гораздо больше, чем показано на рис 5.1. Например, удельный объем насыщенного водяного пара при 100° С в 1600 раз превышает удельный объем жидкой воды при той же температуре.
Таблица 5.1. Давление р и плотность ρ насыщенного водяного пара при различной температуре t0C
| t ºC | p | ρ г/м3 | t ºC | p | p | ||
| кПа | мм.рт.ст. | кПа | мм.рт.ст. | ||||
| -10 -5 -4 -3 -2 -1 | 0.103 0.259 0.401 0.437 0.463 0.517 0.563 0.611 0.656 0.705 0.757 0.813 0.872 0.935 1.005 1.072 1.148 1.227 1.312 1.401 1.497 1.597 1.704 | 0.772 1.95 3.01 3.28 3.47 3.88 4.22 4.58 4.92 5.59 5.68 6.10 6.54 7.01 7.54 8.04 8.61 9.20 9.84 10.51 11.23 11.98 12.78 | 0.88 2.14 3.25 3.53 3.83 4.14 4.49 4.85 5.20 5.57 5.95 6.37 6.80 7.27 7.70 8.28 8.83 9.41 10.02 10.67 11.37 12.08 12.84 | 1.817 1.937 2.062 2.196 2.337 2.486 2.642 2.809 2.984 3.168 3.361 3.565 3.780 4.005 4.242 7.376 12.333 19.915 31.158 47.302 70.093 101.325 | 13.63 14.53 15.47 16.47 17.53 18.65 19.82 21.07 22.38 23.76 25.21 26.74 28.35 30.04 31.82 55.32 92.51 149.38 233.71 355.12 525.76 760.00 | 13.65 14.50 15.39 16.32 17.32 18.35 19.44 20.60 21.81 23.07 24.40 25.79 27.26 28.7 30.3 51.2 83.2 130.5 198.4 354.1 424.1 598.0 |
ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА
В воздухе всегда есть водяной пар. Она образуется в результате испарения воды с поверхности океанов, морей, озер, водохранилищ и т.д. От количества водяного пара, находящегося в воздухе, зависит погода, самочувствие человека, функционирования многих его органов, жизнь растений, а также сохранение технических объектов, архитектурных сооружений, произведений искусства. Поэтому очень важно следить за влажностью воздуха, уметь измерять её.
Водяной пар, находящийся в воздухе, обычно является ненасыщенным. Если водяной пар в воздухе был насыщенный, то поверхность Земли и все, что на ней находится, было бы покрыто капельками жидкости и никогда не высыхали.
Иначе, чем дальше водяной пар, находящийся в воздухе, от насыщения, тем воздух суше.
Абсолютной влажностью воздуха f называется масса водяного пара, находящейся в 1 м3 воздуха при данных условиях. Значение f оценивается плотностью водяного пара в воздухе. Обычно ее выражают не в СИ, а в г/м3:
(5.1)
В метеорологии абсолютная влажность оценивается давлением водяного пара, которая выражается в миллиметрах ртутного столба: f = p (мм рт. ст.). При комнатных температурах (T ≈ 3000K) p (мм рт.ст.) ρ≈(г/м3).
Поэтому, сравнив давление водяного пара, содержащиеся в воздухе, с давлением насыщенного водяного пара при данной температуре, можно судить о влажность воздуха. Для этой цели введена особая величина, названа относительной влажностью воздуха.
Относительной влажностью воздуха φ называют выраженное в процентах отношение давления водяного пара p, находящегося в воздухе, к давлению насыщенного пара p н.п. при данной температуре:
(5.2)
Испарение воды из водоемов, с предметов, содержащих влагу, из растений, из открытых слизистых оболочек организма, происходит тем быстрее, чем меньше относительная влажность атмосферного воздуха.
Для хорошего самочувствия и здоровья необходимо, чтобы относительная влажность была в пределах от 40 до 60%. Однако домах и школах в зимние месяцы относительная влажность часто не превышает 10 или 20%. Такие условия вызывают быстрое испарение и высыхание слизистых оболочек носа, гортани, легких, что приводит к простудным и других заболеваниям.
Поэтому в зимнее время необходимо увлажнять воздух в жилых помещениях с помощью специальных приспособлений (например, с помощью пористых увлажнителей, прикрепляемые на отопительных элементах).
