Абсолютная влажность: Абсолютная влажность и относительная влажность воздуха

Относительная влажность воздуха, %

content_copy Ссылка save Сохранить extension Виджет

Начнем с нескольких определений
Относительная влажность воздуха — отношение парциального давления водяного пара к его предельному значению (давлению насыщенного водяного пара) над плоской поверхностью чистой воды, при постоянном давлении и температуре, выраженное в процентах. Относительная влажность показывает соотношение между количеством водяного пара в воздухе и количеством водяного пара в воздухе в состоянии насыщение, то есть максимальным количеством водяного пара, который может содержаться в воздухе при данной температуре и давлении.

Абсолютная влажность воздуха — масса водяного пара в единице объема влажного воздуха. Абсолютная влажность показывает количественное содержание воды в воздухе.

Благодаря Всемирной метеорологической организации, мы можем найти значение давления насыщенного водяного пара при заданной температуре и давлении (подробнее смотри Давление насыщенного водяного пара).
Зная давление насыщения и относительную влажность, мы можем найти соответствующее давление водяного пара.

Перейти к абсолютной влажности поможет известное уравнение Менделеева-Клапейрона.

В нашем случае это будет

где R — универсальная газовая постоянная, равная 8313.6, а Rv — газовая постоянная для водяного пара, равная 461.5

Откуда можно выразить соотношение массы к объему:

Вот так — для температуры 25 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха 60% мы получаем, что в кубометре воздуха содержится примерно 14 грамм воды, что, в общем-то, соответствует тем таблицам перевода относительной влажности в абсолютную, что я находил.

Относительная и абсолютная влажность — что это такое? :: SYL.ru

Влажность воздуха — один из очень важных показателей в нашей атмосфере. Она может быть как абсолютной, так и относительной. Как измеряется абсолютная влажность и какую формулу нужно для этого применить? Об этом вы сможете узнать, прочитав нашу статью.

Влажность воздуха — что это такое?

Что такое влажность? Это количество воды, которое содержится в каком-либо физическом теле или среде. Этот показатель напрямую зависит от самой природы среды или вещества, а также от степени пористости (если речь идет о твердых телах). Мы же в этой статье будем говорить о конкретном виде влажности — о влажности воздуха.

Из курса химии все мы прекрасно знаем, что атмосферный воздух состоит из азота, кислорода, углекислого газа и некоторых других газов, которые составляют не более 1 % от общей массы. Но кроме этих газов воздух также содержит в себе водяной пар и другие примеси.

Под влажностью воздуха понимают то количество водяного пара, которое на данный момент (и в данном месте) содержится в воздушной массе. При этом метеорологи выделяют две её величины: это абсолютная и относительная влажность.

Влажность воздуха — одна из важнейших характеристик атмосферы Земли, которая влияет на характер местной погоды. Стоит отметить, что величина влажности атмосферного воздуха неодинакова — как в вертикальном разрезе, так и в горизонтальном (широтном). Так, если в приполярных широтах относительные показатели влажности воздуха (в нижнем слое атмосферы) составляют около 0,2-0,5%, то в тропических — до 2,5%. Далее мы выясним, что такое абсолютная и относительная влажность воздуха. Также рассмотрим, какая разница существует между этими двумя показателями.

Абсолютная влажность: определение и формула

В переводе с латыни слово absolutus означает «полный». Исходя из этого, очевидным становится сущность понятия «абсолютная влажность воздуха». Эта величина, которая показывает, сколько граммов водяного пара фактически содержится в одном кубическом метре конкретной воздушной массы. Как правило, этот показатель обозначают латинской литерой F.

Г/м³ — это единица измерения, в которой исчисляется абсолютная влажность. Формула для её расчёта следующая:

F = m / V

В данной формуле буквой m обозначена масса водяного пара, а буквой V — объем конкретной воздушной массы.

Величина абсолютной влажности зависит от нескольких факторов. В первую очередь это температура воздуха и характер адвекционных процессов.

Относительная влажность

Теперь рассмотрим, что такое относительная влажность воздуха. Это относительная величина, которая показывает, сколько влаги содержится в воздухе по отношению к максимально возможному количеству водяного пара в этой воздушной массе при конкретной температуре. Измеряется относительная влажность воздуха в процентах (%). И именно этот процентный показатель мы часто можем узнать в прогнозах погоды и метеосводках.

Стоит также упомянуть и о таком важном понятии, как точка росы. Это явление максимально возможного насыщения воздушной массы водяным паром (относительная влажность этого момента — 100 %). В таком случае излишек влаги конденсируется, и образуются атмосферные осадки, туман или облака.

Женщины знают, что обнаружить повышение влажности в атмосфере можно с помощью своей пышной прически. Однако существуют и другие, более точные, способы и технические приборы. Таковыми являются гигрометр и психрометр.

Первый гигрометр был создан еще в XVII веке. Один из видов этого прибора как раз и основан на свойствах волоса изменять свою длину при изменениях влажности среды. Однако сегодня существуют и электронные гигрометры. Психрометр — это специальный прибор, в котором есть влажный и сухой термометр. По разнице их показателей и определяют влажность воздуха в конкретный момент времени.

Влажность воздуха как важный экологический показатель

Считается, что оптимальной для человеческого организма является относительная влажность воздуха 40-60 %. Показатели влажности весьма влияют и на восприятие человеком температуры воздуха. Так, при низкой влажности нам кажется, что воздух гораздо холоднее, чем в реальности (и наоборот). Вот почему в тропических и экваториальных широтах нашей планеты путешественники так тяжело переживают зной и жару.

Сегодня существуют специальные увлажнители и осушители, которые помогают человеку регулировать влажность воздуха в закрытых помещениях.

В заключение…

Таким образом, абсолютная влажность воздуха — это важнейший показатель, который дает нам представление о состоянии и особенностях воздушных масс. При этом нужно уметь отличать эту величину от относительной влажности. И если последняя показывает долю водяного пара (в процентах), которая присутствует в воздухе, то абсолютная влажность — это фактическое количество водяного пара в граммах в одном кубическом метре воздуха.

Абсолютная и относительная влажность воздуха. Насыщенный пар

Одним из параметров, характеризующих бинарную (двойную) систему, состоящую из воздуха водяного пара, является влажность. Влажность воздуха — характеристика содержания водяного пара в воздухе. Различают абсолютную влажность и относительную влажность.

Абсолютная влажность — параметр, характеризующий воздух, содержащий водяной пар, численно равный плотности водяных паров, содержащихся в воздухе. Обозначение — 

• где
  • — абсолютная влажность,
  • — плотность водяного пара.

Работа с абсолютной влажностью, по сути, является работой с плотностью газа. Плотность легче всего искать через определение (2) и уравнение Менделеева-Клапейрона (3):

• где
  • — масса газа,
  • — объём газа.

Выделим из (2) массу (

Таким образом, уравнение (4) наиболее удобно для расчёта абсолютной влажности. Главное помнить, что все параметры, входящие в уравнение (3) и (4), — это параметры, характеризующие только жидкую часть газа (водяной пар в нём). Если температура и объём для пара совпадает с теми же параметрами для воздуха, то давление пара и давление воздуха, в общем случае, различны. Для работы с ними используется закон Дальтона в частном виде:

Относительная влажность — параметр, характеризующий воздух, содержащий водяной пар, численно равный отношению плотности водяного пара в данном воздухе к плотности насыщенного водяного пара или отношению давления водяного пара в данном воздухе к давлению насыщенного водяного пара. Обозначение — 

Мы только что ругнулись словом «насыщенный», давайте разберёмся с ним.

Рис. 1. Насыщенный пар

Представим себе замкнутый сосуд, в который налили воду, при этом над водой — чистый воздух (рис. 1.1). Вода начинает испаряться (переходить из жидкой фазы в газообразную) (рис. 1.2). В какой-то момент число частиц в воздухе становится значительным и газ конденсируется (переходит из газообразной фазы в жидкую) (рис. 1.3). Этот процесс изначально достаточно медленный, и испаряющихся молекул намного больше, чем конденсирующихся. Однако со временем скорость конденсации сравнивается со скоростью испарения, что говорит о том, что количество молекул воды в парообразном состоянии над газом одинаково. Т.к. количество молекул одинаково, то и давление над жидкостью одинаково. Доказывается, что это давление (а также и плотность) есть величина постоянная для любых объёмов сосудов и зависит только от температуры пара. Назовём эти параметры давлением насыщенного пара при данной температуре (

Тогда поиск относительной влажности достаточно прост: используя текущие параметры пара и зная соответствующие параметры насыщенного пара при данной температуре, просто делим первое на второе и получаем ответ. Другой вариант таких работ с относительной влажностью — это поиск текущего давления, исходя из влажности пара:

Вывод: относительная и абсолютная влажности, по сути, являются параметрами пара, которые рассчитываются, исходя из состояния газа. Если эти параметры даны, то можно использовать (7).

Поделиться ссылкой:

Абсолютная и относительная влажность. Влияние влажности на здоровье человека.

Для примера возьмем кубометр воздуха. Этот кубометр будем насыщать водяным паром до тех пор, пока воздух сможет удерживать воду в газообразном состоянии. Вот это и есть 

Понятно, что воздух не может быть максимально насыщен водяным паром постоянно. В действительности же воды в воздухе содержится меньше, чем говорят показатели абсолютной влажности. Величина, показывающая нам действительное содержание водяного пара в воздухе, и называется относительной влажностью. Показания относительной влажности указывают в процентах — сколько процентов влаги содержится в воздухе относительно показаний абсолютной влажности.

Возможность воздуха удерживать в себе воду не безгранична и зависит от температуры. Например, при 20 °С в одном кубометре воздуха будет примерно 17 г воды. А при 0 °С — всего 5 г. То есть чем ниже температура, тем меньше способность воздуха удерживать воду.

Если воздух нагреть, то абсолютная влажность не изменится — сколько было воды в воздухе, столько и останется. А вот способность впитывать воду сильно возрастет.

Из-за этого уменьшается относительная влажность. Так она указывает на долю воды в воздухе по сравнению с максимально возможной. Получается, что вода из воздуха при нагревании никуда не исчезает, но показатель относительной влажности сильно падает.

Влияние влажности на здоровье

Самочувствие человека напрямую зависит от влажности воздуха.

Скорость испарения в разы увеличивается при низкой относительной влажности.

Что происходит, когда мы вдыхаем воздух?

Чтобы легкие нормально работали, воздух в дыхательных путях увлажняется. Как мы говорили выше, в холодную погоду воздух имеет низкую абсолютную влажность. В холодном состоянии он не может удерживать достаточное для нормальной жизни человека количество воды.

Когда мы вдыхаем холодный воздух, он резко нагревается в нашем организме. И тут же резко падает относительная влажность вдыхаемого воздуха. Чтобы поддержать необходимый уровень влажности, поверхности дыхательных путей начинают выделять слизь.

Замечали, что на морозе нос начинает «течь»? Это нормальная реакция здорового организма на вдыхание холодного воздуха.

А вот в теплом помещении ситуация иная. Воздух, который подогрели батареи, сохраняет низкое уличное влагосодержание. Дополнительную воду получить негде. В результате в комнатах наблюдается низкая влажность — обычно 10–20%. А в норме должна быть не ниже 40%!

Казалось бы, и здесь наш организм сможет сам доувлажнить вдыхаемый воздух. Однако это не так. Рефлекторное увлажнение дыхательных путей работает только при низких температурах. А в домах мы вдыхаем уже нагретый воздух — в помещении поверхности дыхательных путей начинают пересыхать. 

Для поддержания влажности воздуха в нормальном диапазоне 40–60% в жилых помещениях используется система увлажнения воздуха. Самая лучшая на сегодня система увлажнения — форсуночная. Она тратит минимум энергии, в ней не развивается микрофлора, она незаметна и полностью автоматизирована. Эта технология в ближайшие годы заменит устаревшие изотермические и ультразвуковые системы, так же как смартфоны постепенно заменили кнопочные телефоны.

Посмотрите ролик, где известнейший детский врач Евгений Комаровский объясняет, что такое абсолютная и относительная влажность.

4.2. Абсолютная и относительная влажность. Теория бань

4.2. Абсолютная и относительная влажность

В предыдущем разделе мы использовали ряд физических терминов. Ввиду их большой важности вспомним школьный курс физики и поясним, что же такое влажность воздуха, точка росы и как их измерить.

Первичным объективным физическим параметром является абсолютная (фактическая) влажность воздуха — массовая концентрация (содержание) газообразной воды (испарённой воды, водяных паров) в воздухе, например, количество килограммов воды, испарённом в одном кубическом метре воздуха (точнее, в одном кубическом метре пространства). Если водяного пара в воздухе мало, то воздух сухой, если много — влажный. Но что значит много? Например, 0,1 кг водяного пара в одном кубическом метре воздуха — это много? И не много, и не мало, просто именно столько и ничего больше. Но если спросить, много ли — 0,1 кг водяного пара в одном кубическом метре воздуха при температуре 40 °C, то можно определённо сказать, что очень много, так много, что никогда не бывает.

Дело в том, что сколь угодно много испарить воды не удаётся, поскольку в обычных банных условиях вода всё же является жидкостью, и лишь очень незначительная часть её молекул вылетает из жидкой фазы через поверхность раздела в газовую фазу. Поясним это на примере того же условного макета турецкой бани — модельного сосуда («кастрюли»), дно (пол), стенки и крышка (потолок) которого имеют одну и ту же температуру. В технике такой изотермический сосуд называется термостатом (духовкой).

Нальём на дно модельного сосуда (на пол бани) воду и, изменяя температуру, измерим абсолютную влажность воздуха при различных температурах. Окажется, что при подъёме температуры абсолютная влажность воздуха быстро повышается, а при снижении температуры — быстро снижается (рис. 23). Это является результатом того, что с ростом температуры быстро (экспоненциально) растёт число молекул воды с энергией, достаточной для преодоления энергетического барьера фазового перехода. Рост числа газифицирующихся («испаряющихся») молекул приводит к увеличению количества (накоплению) молекул воды в воздухе (к росту количества водяных паров), что приводит в свою очередь к увеличению числа молекул воды, вновь «влетающих» в воду (ожижающихся). Когда скорость газификации воды сравнивается со скоростью ожижения водяных паров, наступает равновесие, которое и описывается кривой на рис. 23. Важно при этом иметь в виду, что в состоянии равновесия, когда кажется, что в бане ничего не происходит, ничего не испаряется и ничего не конденсируется, на самом деле в действительности газифицируются (и тут же ожижаются) тонны воды (и водяного пара соответственно). Однако в дальнейшем мы будем считать испарением именно результирующий эффект — превышение скорости газификации над скоростью ожижения, когда количество воды реально уменьшается, а количество водяных паров реально увеличивается. Если же скорость ожижения превышает скорость газификации, то такой процесс будем называть конденсацией.

Значения равновесной абсолютной влажности воздуха называются плотностью насыщенного пара воды и являются максимально возможными абсолютными влажностями воздуха при заданной температуре. При повышении температуры вода начинает испаряться (превращаться в газ), стремясь к повышенному значению плотности насыщенного пара. При снижении температуры происходит конденсация водяных паров либо на охлаждающихся стенках в виде мелких капель росы (затем сливающихся в крупные капли и стекающих в виде ручейков), либо в объеме охлаждающегося воздуха в виде мелких капель тумана размером менее 1 мкм (в том числе и в форме «клубов пара»).

Рис. 23. Абсолютная влажность воздуха do над водой в равновесных условиях (плотность насыщенного пара) и соответствующее давление насыщенного пара ро при различных температурах. Пунктирные стрелки — определение точки росы Тр для произвольного значения абсолютной влажности d.

Так, при температуре 40 °C равновесная абсолютная влажность воздуха над водой в изотермических условиях (плотность насыщенного пара) составляет 0,05 кг/м³. И наоборот, для абсолютной влажности 0,05 кг/м³температура 40 °C называется точкой росы, поскольку при этой абсолютной влажности и при этой температуре начинает появляться роса (при снижении температуры). С росой знакомы все по запотевшим стёклам и зеркалам в ванных комнатах. Абсолютная влажность воздуха однозначно определяет (по графику на рис. 23) точку росы воздуха и наоборот. Отметим, что точке росы 37 °C, равной нормальной температуре тела человека, соответствует абсолютная влажность воздуха 0,04 кг/м³.

Теперь рассмотрим случай, когда условие термодинамического равновесия нарушено. Например, вначале модельный сосуд вместе с находящейся в нём водой и воздухом был нагрет до 40 °C, а затем предположим чисто гипотетически, что температура стен, воды и воздуха вдруг резко поднялась до 70 °C. Вначале имеем абсолютную влажность воздуха 0,05 кг/м³, соответствующую плотности насыщенного пара при 40 °C. После подъёма температуры воздуха до 70 °C абсолютная влажность воздуха должна постепенно подняться до нового значения плотности насыщенного пара 0,20 кг/м³за счёт испарения добавочного количества воды. И на всём протяжении испарения абсолютная влажность воздуха будет ниже 0,20 кг/м³, но будет повышаться и стремиться к значению 0,20 кг/м³, которое рано или поздно установится при 70 °C.

Подобные неравновесные режимы перехода воздуха из одного состояния в другое описываются с помощью понятия относительной влажности, значение которой является расчётным и равно отношению текущей абсолютной влажности к плотности насыщенного пара при текущей температуре воздуха. Таким образом, вначале мы имеет относительную влажность 100 % при 40 °C. Затем, при резком подъеме температуры воздуха до 70 °C, относительная влажность воздуха резко скачком снизилась до 25 %, после чего за счёт испарения вновь стала подниматься до 100 %. Поскольку понятие плотности насыщенного пара бессмысленно без указания температуры, то и понятие относительной влажности тоже бессмысленно без указания температуры. Так, абсолютная влажность воздуха 0,05 кг/м³ соответствует относительной влажности воздуха 100 % при температуре воздуха 40 °C и 25 % при температуре воздуха 70 °C. Абсолютная же влажность воздуха является величиной чисто массовой и не требует привязки к какой-либо температуре.

Если относительная влажность воздуха равна нулю, то водяных паров в воздухе совсем нет (абсолютно сухой воздух). Если относительная влажность воздуха равна 100 %, то воздух максимально влажен, абсолютная влажность воздуха равна плотности насыщенного пара. Если относительная влажность воздуха равна, например, 30 %, то это означает, что в воздухе испарено лишь 30 % того количества воды, которое в принципе можно испарить в воздухе при этой температуре, но пока не испарено (или пока не может быть испарено по причине отсутствия жидкой воды). Иными словами, численное значение относительной влажности воздуха указывает, может ли ещё испаряться вода и сколько её может испариться, то есть относительная влажность воздуха фактически характеризует потенциальную влагоёмкость воздуха. Подчеркнём, что термин «относительная» соотносит массу воды в воздухе не к массе воздуха, а к максимально возможному массовому содержанию водяных паров в воздухе.

Но что будет, если в сосуде не будет единой температуры? Например, дно (пол) будет иметь температуру 70 °C, а крышка (потолок) — всего 40 °C. Тогда единое понятие плотности насыщенного пара и относительной влажности ввести не удаётся. У дна сосуда абсолютная влажность воздуха стремится подняться до 0,20 кг/м³, а у потолка снизиться до 0,05 кг/м³. При этом вода на дне будет испаряться, а на потолке будут конденсироваться водяные пары и стекать затем в виде конденсата вниз, в частности на дно сосуда. Такой неравновесный процесс (но, может быть, вполне устойчивый во времени, то есть стационарный) называется в промышленности перегонкой. Этот процесс характерен для реальных турецких бань, в которых постоянно конденсируется роса на холодном потолке. Поэтому в турецких банях в обязательном порядке делают сводчатые потолки с желобами (канавками) для стока конденсата.

Неравновесность может иметь место и во многих иных (а практически во всех реальных) случаях, в частности, при равенстве всех температур, но при нехватке воды. Так, если в процессе испарения вода на дне сосуда исчезает (испаряется), то далее испаряться будет нечему, и абсолютная влажность зафиксируется на одном уровне. Ясно, что достичь относительной влажности воздуха 100 % в этом случае при повышенных температурах не удаётся, что является полезным фактором, в частности для получения сухой сауны или лёгкого пара в русской бане. Но если мы начнём снижать температуру, то при определённой пониженной температуре, называемой точкой росы, на стенках сосуда вновь появится вода в виде конденсата. В точке росы относительная влажность воздуха всегда равна 100 % (по самому определению точки росы).

На принципе появления конденсата при снижении температуры воздуха создан широко известный в промышленности прибор для определения точки росы в газах. В стеклянной камере, через которую пропускают с низкой скоростью исследуемый газ, монтируют полированную металлическую поверхность, которую медленно охлаждают (рис. 24). В момент появления росы (запотевания) измеряют температуру поверхности. Эта температура и принимается за точку росы. Точное определение момента появления росы возможно только при помощи микроскопа, поскольку капли росы в первичный момент очень малы. Охлаждение поверхности производят отбором тепла жидким теплоносителем или любым иным способом. Температуру поверхности, на которую выпадает роса, измеряют любым термометром, предпочтительно термопарным. Принцип действия прибора становится ясным, если «дыхнуть» на холодное зеркало, особенно принесённое с холода в тёплое помещение — по мере нагрева зеркала запотевание неуклонно снижается, а потом прекращается вовсе.

Всё это означает, что при температурах выше точки росы поверхность всегда сухая, а если воду всё же специально налить, то она непременно испарится, поверхность высохнет. А при температуре ниже точки росы поверхность всегда мокрая, а если поверхность всё же искусственно высушить (вытереть), то вода на ней тотчас возникнет «сама собой» в том смысле, что высадится из воздуха в виде росы (конденсата).

Рис. 24. Принцип устройства прибора для точного определения точки росы в газе. 1 — полированная металлическая поверхность для наблюдения факта появления капель росы, 2 — металлический корпус, 3 — стекло, 4 — вход и выход потока газа, 5 — микроскоп, 6 — лампа подсветки, 7 — термометр термопарный со спаем термопары, установленной в непосредственной близости к полированной поверхности, 8 — стакан с охлаждёной жидкостью (например, водоспиртовой сместью с твёрдой углекислотой — сухим льдом), 9 — подъёмник стакана.

Совершенно иная ситуация возникает в том случае, если поверхность является пористой (деревянной, керамической, цементно-песчаной, волокнистой и т. п.). Пористые материалы характерны тем, что имеют пустоты, причём пустоты имеют вид каналов с малым поперечным размером (диаметром) вплоть до 1 мкм и даже меньше. Жидкость в таких каналах (капиллярах, порах) ведёт себя иначе, чем на непористой поверхности или в каналах с большим поперечным размером. В случае, если поверхность каналов смачивается водой, то вода с поверхности впитывается вглубь материала и испарить её потом, как все знают, будет трудно. А если поверхность каналов водой не смачивается, то вода вглубь материала не впитывается, а если её даже специально «впрыснуть» вглубь материала (например, шприцем), то она всё равно вытеснится (выпарится) наружу. Это происходит потому что в смачивающихся капиллярах образуется вогнутый мениск поверхности жидкости, и силы поверхностного натяжения втягивают жидкость в капилляр (рис. 25). Чем тоньше капилляры, тем сильней впитывается жидкость, причём высота подъёма столба жидкости в капилляре за счёт сил поверхностного натяжения может составлять десятки метров. Поэтому впитывающаяся жидкость постепенно распределяется по всему объёму пористого материала, что и используется деревьями для доставки питающих растворов из корней в листья кроны.

Рис. 25. Иллюстрация свойств пористого материала, представленного в виде совокупности каналов (капилляров, пор) разного поперечного размера d (диаметра). 1 — подложка непористая, 2 — вода, разлитая на подложке, 3 — капилляры пористого материала, всасывающие за счёт поверхностного натяжения F воду с подложки на тем большую высоту, чем тоньше капилляр (условный поперечный размер «канала» d0 для воды вне капилляра равен бесконечности). Чем тоньше капилляр, тем меньше в нём равновесное значение давления паров воды (равновесная абсолютная влажность воздуха, плотность насыщенного пара), вследствие чего пары воды, образующиеся у поверхности воды на подложке, конденсируются на поверхности воды в капилляре (движение паров показано штрих-пунктирной стрелкой 4 — это явление увлажнения пористого материала парами воды из воздуха называется гигроскопичностью.

Пористые материалы имеют ещё одну важную особенность, обусловленную тем, что плотность насыщенного пара над вогнутой поверхностью воды меньше, чем над ровной плоской поверхностью воды, то есть меньше значений, указанных на рис. 23. Это вызвано тем, что молекулы воды из паровой фазы чаще влетают в компактную (жидкую) воду при вогнутом мениске (поскольку в большей степени «окружены» поверхностью компактной воды), и воздух обедняется водяным паром. Всё это приводит к тому, что вода с плоской поверхности испаряется и конденсируется внутри пористого материала в капиллярах со смачивающимися стенками. Такое свойство пористого материала увлажняться за счёт влажного воздуха называется гигроскопичностью. Ясно, что рано или поздно вся вода с непористых поверхностей «переконденсируется» в капилляры пористого материала. Это значит, что если непористые материалы сухие, то это вовсе не означает, что и пористые материалы в этих условиях тоже сухие.

Таким образом, даже при низкой влажности воздуха (например, при относительной влажности 20 %) пористые материалы могут быть увлажнены (даже при температуре 100 °C). Так, древесина является пористой, поэтому при хранении на складе никак не может стать абсолютно сухой, сколько бы времени её не сушили, а может быть только «воздушно-сухой». Для получения абсолютно сухой древесины её необходимо нагреть до как можно более высоких температур (120–150 °C и выше) при относительной влажности воздуха как можно более низкой (0,1 % и ниже).

Воздушно-сухая влажность древесины определяется не абсолютной влажностью воздуха, а относительной влажностью воздуха при заданной температуре. Подобная зависимость характерна не только для древесины, но и для кирпича, штукатурки, волокон (асбест, шерсть и т. п.). Способность пористых материалов поглощать воду из воздуха называется способностью «дышать». Способность «дышать» эквивалентна гигроскопичности. Это явление будет рассмотрено более подробно в разделе 7.8.

Некоторые органические пористые материалы (волокона) способны удлиняться в зависимости от собственной влажности. Например, можно подвесить на обычной шерстяной нитке грузик и, увлажняя нить, убедиться, что нитка удлинилась, а потом по мере высушивания вновь будет укорачиваться. Это даёт возможность, измеряя длину нити, определить влажность нити. А так как влажность нити определяется относительной влажностью воздуха, то по длине нити можно определить и относительную влажность воздуха (правда, ориентировочно, с некоторой погрешностью, увеличивающейся с повышением влажности воздуха). На этом принципе работают бытовые гигрометры (приборы для определения относительной влажности воздуха), в том числе и банные (рис. 26).

Рис. 26. Принцип устройства гигрометра. 1 — гигроскопическая нить, растягивающаяся при увлажнении (из натурального или искусственного материала), неподвижно закреплённая с двух концов на корпусе прибора, 2 — проволочная тяга регулируемой длины для калибровки прибора, 3 — ось вращения показывающей стрелки прибора, 4 — рычаг стрелки, 5 — натяжная пружина, 6 — стрелка, 7 — шкала.

При высыхании укорачиваются и волокна древесины. Этим объясняются эффекты изменения формы веток растений и коробление пиломатериалов при сушке. На гигроскопичности древесины основаны многочисленные конструкции самодельных деревенских гигрометров (рис. 27 и 28).

Таким образом, вогнутые поверхности воды в смачивающихся капиллярах определяют специфические свойства пористых материалов (в частности, гигроскопичность и изменение механических свойств). Не меньшую роль играют и выпуклые поверхности воды (на несмачи-вающихся плоских поверхностях подложек и в несмачивающихся капиллярах), над которыми давление насыщенных паров воды больше, чем над плоскими и вогнутыми поверхностями воды. Это означает, что несмачивающиеся материалы являются более «сухими», чем смачивающиеся: вода испаряется с несмачивающихся материалов и затем образовавшиеся пары конденсируются на смачивающихся. На этом основано действие водоотталкивающих пропиток древесины, не допускающих не только проникновения жидкой воды в поры, но и конденсацию паров воды внутри древесины. Выпуклостью капель воды в воздухе объясняется лёгкое испарение тумана, а также затруднительность (по сравнению с росой) его образования при переохлаждении влажных газов (в частности, в банях, в облаках, в тучах и т. п.).

Рис. 27. Простейший самодельный гигрометр из высушенной и ошкуренной деревянной ветки. 1 — основной побег, обрезанный с двух сторон и прикреплённый к стене (расположенной в плоскости листа), 2 — вторичный боковой побег толщиной 3–6 мм и длиной 40–60 см, 3 — шкала, нанесённая на стене и построенная по градуированному аттестованному гигрометру (или по метеосводкам данной местности). При низкой относительной влажности древесина побега высыхает, продольное древесное волокно 4 укорачивается и оттягивает боковой побег от основного.

Рис. 28. Простейший самодельный гигрометр, основанный на увеличении массы увлажняющейся древесины при высоких относительных влажностях воздуха. 1 — коромысло (весы), 2 — нить подвески, 3 — груз из негигроскопичного материала (например, металла), 4 — груз из гигроскопичной древесины (тонкий кругляк из поперёк распиленной рыхлой лёгкой древесины типа липы или сетка с опилками и стружками). При повышении относительной влажности воздуха древесина увлажняется и увеличивается в весе, что приводит к наклону коромысла в сторону гигроскопичного груза.

В заключение отметим особенности бытовых понятий и профессиональных терминов, связанных с влажными газами. Очень многие любители бань до сих пор уверены, что каменки русских бань «выдают» при «взрывных» поддачах отнюдь не какие-то там пары воды, а газовзвесь (пыль) мелких частиц горячей воды, причём самые микроскопические частицы горячей воды и есть тот самый «лёгкий пар». Поэтому сторонникам этой красивой бытовой теории приходится мучительно метаться между явной целесообразностью «турецкой» поддачи на большие, но умеренно горячие поверхности пола (дающей по этой теории, вроде бы самый «лёгкий» пар) и «полезностью» русской поддачи на относительно малые поверхности раскалённых камней. В соответствии с этой теорией и клубы «белого» пара из чайника представляются первичным актом «испарения» воды в чайнике. Затем эти крупные частицы «белого» пара «испаряются» (якобы диссоциируют) вновь уже с образованием микроскопических невидимых глазом частиц воды. Ясно, что все эти соображения являются следствием незнания молекулярной теории веществ, а отсюда и неспособности представить себе конденсированную воду в виде совокупности взаимопритягивающихся молекул, из которой, преодолевая барьер, могут вылетать в воздух отдельные наиболее энергичные молекулы воды (способные разорвать «узы» взаимного притяжения), как раз и образующие пар в виде газа.

В этой книге мы не имеем возможности обсуждать многочисленные бытовые (зачастую очень хитроумные, но дремучие) представления, столь характерные именно для бань. Эта книга предусматривает знакомство с физикой хотя бы на уровне школьной программы. Мы чётко отличаем компактную, жидкую воду, налитую в сосуд, от диспергированной (раздробленной) жидкой воды в виде крупных капель и брызг и/или в виде мелких капель — аэрозолей (медленно опускающихся в воздухе) и/или в виде ультрамелких капель-тумана и дымки (практически не опускающихся в воздухе). Водяной же пар (водяные пары) — это не вода и не жидкость (пусть даже мелко раздробленная), а газ, это отдельные молекулы воды в пространстве, причём эти молекулы воды настолько далеки друг от друга, что практически не притягиваются друг другу (но иногда взаимодействуют в результате соударений и из-за этого способны постоянно объединяться — конденсироваться при низких скоростях столкновений молекул). Молекулы воды (в виде водяного пара в бане) всегда находятся в среде молекул воздуха, образуя особый газ — влажный воздух, то есть смесь воздуха с водяным паром (смесь молекул воды, азота, кислорода, аргона и других компонентов, составляющих воздух). И если этот влажный воздух является горячим, то его в банях называют «паром». Диссоциированными же парами воды называются диссоциированные молекулы воды Н₂О —> ОН + Н, образующиеся при температуре выше 2000 °C. При ещё более высоких температурах свыше 5000 °C образуются различные ионизированные пары воды Н₂О —> ОН^—+ Н⁺ = ОН^—+Н₃О⁺ =ОН + Н⁺ + е. Ионизация может происходить и при низких температурах паров, но при электронных или ионных облучениях, например, в тлеющем или коронных электрических разрядах в воздухе.

Пары воды, как и любой газ (или любой пар, например, испаряющегося бензина), невидимы, а туман, являясь не газом, а мелкими капельками воды, рассеивает свет и видим в виде белого «дыма». Каждый день мы можем наблюдать, как из чайника или из-под крышки кастрюли выходит пар воды, охлаждающийся в воздухе. При выходе из чайника он, сначала невидимый (в виде газа), постепенно охлаждаясь в носике чайника, начинает конденсироваться и превращаться в струи тумана («клубы пара»). Затем капельки тумана смешиваются с воздухом и, если он достаточно сухой (то есть способен принять влагу), вновь испаряются и «пропадают». В банном быту под паром обычно правильно понимают именно невидимые пары воды в воздухе, в том числе паром называют сам горячий влажный воздух в бане: «в бане горячий пар» или «в бане холодный пар». Туман в бане в виде «клубов пара» является нежелательным явлением. Туман образуется при залповом проникновении холодного воздуха через раскрывающиеся двери во влажную баню, а также при поддачах на недостаточно прогретые камни при низких температурах воздуха в бане (точно так же, как туман образуется при выходе пара из чайника). В любом случае образование тумана можно предотвратить повышением температуры пара, а также повышением температуры и снижением влажности воздуха, в который поступает пар (см. раздел 7.5). Если в бане виден туман, то говорят, что пар в бане «сырой» (см. раздел 7.6). Если при входе в баню лицо чувствует влагу (потеет) и очки запотевают, то говорят, что пар «влажный», а если лицо не ощущает влагу — пар «сухой». Конечно же сам водяной пар (как газ) сухим, сырым или влажным быть не может, правильней было бы говорить сухой, сырой или влажный воздух. В профессиональном жаргоне сантехников зачастую применяют технические термины «мокрый» или «влажный» пар, когда хотят пояснить, что в магистральном паропроводе (например, подающем пар непосредственно в парилку городской бани) имеется конденсированная вода (в том числе в виде тумана). Термины «сухой», «перегретый» или «острый» пар используются тогда, когда труба магистрального паропровода внутри сухая, а пар внутри трубы не содержит тумана. Таким образом, терминология бывает совершенно разной, так что порой требуются дополнительные разъяснения. Научная, профессиональная и бытовая терминологии, как правило, не совпадают.

Следующая глава >

Что такое абсолютная влажность? (с иллюстрациями)

Мера количества водяного пара в воздухе, присутствующего в определенный момент времени, называется абсолютной влажностью. Он выражается как конкретное, абсолютное или относительное значение, значение, и его не следует путать с относительной влажностью, которая выражается в процентах. В области психометрии воздуха важными элементами являются измерения влажности.

Абсолютная влажность определяется по массе водяного пара в воздухе. Он может выражаться либо в килограммах водяного пара, либо в фунтах водяного пара. Затем масса водяного пара рассматривается в единицах объема. Это измерение плотности обычно выражается в граммах на кубический метр или фунтах на кубический фут. Другими словами, абсолютная влажность измеряет плотность водяного пара.

Влажность — важный аспект погоды и дополнительный аспект измерения окружающей среды с точки зрения температуры. В частности, абсолютная влажность позволяет метеорологическим службам выражать ощущения температуры окружающей среды. Более высокая абсолютная влажность и, следовательно, относительная влажность означает, что погода становится намного жарче.Воздух более влажный, обычно кажется тяжелым или густым.

Погоду с высоким уровнем влажности иногда называют влажной или душной. Если уровень влажности очень низкий, воздух может казаться очень сухим или даже несвежим. В местах с очень низкой влажностью люди могут испытывать сухость кожи чаще, чем обычно.Более высокий уровень влажности заставляет людей больше потеть или потеть.

Относительная влажность использует отношение давления пара к давлению насыщения паром. Если домашнее хозяйство или служба погоды ссылаются на влажность или используют гигростат, они чаще всего относятся к относительной влажности.Относительная влажность использует абсолютную влажность или текущий уровень влажности по отношению к максимальной влажности в процентах.

К мерам влажности относятся также психометрические параметры воздуха, пар и увлажнение, осушение и рекомендуемая относительная влажность. Влажность является центральным аспектом в изучении воздуха и круговорота влаги и воды.Респираторные заболевания или заболевания также тесно связаны с влажностью. Влажный воздух, когда уровень влажности (RH) выше рекомендованного, может способствовать развитию опасных бактерий, грибков, вирусов или клещей. По этой причине в общественных зданиях необходимо измерять уровень влажности и постоянно уделять особое внимание уровню влажности.

Абсолютная и относительная влажность — в чем разница?

25.09.2014

Абсолютная и относительная влажность — в чем разница?

Абсолютная влажность — это мера водяного пара (влаги) в воздухе независимо от температуры. Выражается в граммах влаги на кубический метр воздуха (г / м3).

Максимальная абсолютная влажность теплого воздуха при 30 ° C / 86 ° F составляет примерно 30 г водяного пара — 30 г / м3. Максимальная абсолютная влажность холодного воздуха при 0 ° C / 32 ° F составляет примерно 5 г водяного пара — 5 г / м3.

Относительная влажность также измеряет водяной пар, но ОТНОСИТЕЛЬНО — к температуре воздуха. Он выражается как количество водяного пара в воздухе как процентов от общего количества, которое могло удержать при текущей температуре.

Теплый воздух может удерживать гораздо больше влаги, чем холодный, а это означает, что относительная влажность холодного воздуха была бы намного выше, чем теплый воздух, если бы уровни абсолютной влажности были равны.

Относительная влажность указывается в прогнозах погоды, поскольку она влияет на то, как мы «ощущаем» температуру .

В качестве примера рассмотрим два контейнера:

Первый контейнер имеет максимальный объем 30 г воды и наполовину заполнен — ​​ он вмещает 50% своей емкости.

Второй контейнер имеет максимальный объем 5 г воды и заполнен на три четверти — он вмещает 75% своей емкости.

Емкость 1 содержит в четыре раза больше воды, чем емкость 2, но на самом деле содержит меньший процент.

Если мы теперь назовем первый контейнер «летним» и второй контейнер «зимний» , , мы сможем различать «абсолютную» и «относительную» влажность.

Температура человеческого тела зависит от воздуха, поскольку он поглощает и удаляет влагу с нашей кожи, чтобы охладить нас. Если относительная влажность высокая, количество воды, испаряющейся с нашей кожи, ограничено, поэтому мы чувствуем тепло и удушье.

Каковы возможные последствия экстремального уровня влажности?

Высокая и низкая относительная влажность в доме может иметь неблагоприятные последствия для жителей, а также для самого жилища. Гигиена, здоровье, сохранение ценности, эстетика и комфорт — все это области, на которые может повлиять не поддержание оптимального уровня относительной влажности.

Здоровье и комфорт

Этот график показывает, что при поддержании оптимальной относительной влажности в помещении на уровне 40–60% потенциальные неблагоприятные последствия для жителей и самого жилища находятся на самом низком уровне.

Приятный климат в помещении имеет важное значение для хорошего самочувствия в доме. Влажность в помещении может иметь большое влияние на качество жилой среды. Относительная влажность (RH) 40-60% обычно считается оптимальной для комфортного и здорового дома.Слишком много влаги может привести к появлению плесени и перегреву. Слишком маленькое количество вызывает сухость глаз, потрескавшиеся губы и среду, в которой могут процветать бактерии и вирусы.

Колебания относительной влажности в помещении вызваны следующими факторами:

• Ежедневная домашняя деятельность
• Использование душа и ванны
• Естественное дыхание людей и животных

Как помогает теплообменник энтальпии Zehnder?

Теплообменник Zehnder Enthalpy (Energy) восстанавливает как тепловую энергию, так и энергию влажности из застоявшегося воздуха, извлекаемого из влажных помещений вокруг дома.Эта дополнительная энергия влажности, которая в противном случае была бы потеряна, передается входящему потоку свежего воздуха перед подачей в жилые помещения. Выбор энтальпийного теплообменника вместо стандартного теплообменника означает, что установка становится системой вентиляции с рекуперацией энергии (ERV), а не только системой вентиляции с рекуперацией тепла (HRV). Теплообменник Zehnder Enthalpy Exchanger разработан для поддержания комфортного уровня влажности в доме.

Как рассчитать относительную влажность по абсолютной влажности

Формула:

Плотность насыщенного пара:

Где,

м / В = плотность водяного пара, грамм / (кубометры) M = 18 г / моль воды R = 0.0623665 мм рт. Ст. X м3 / ° C / моль T = 273,15 + Температура воздуха ps = p _с (t ° C) = (0,61078 * 7,501) e ^{(17,2694t / 238,3 + t)} мм рт. ст.

Пример:

Фактическая плотность пара составляет 10 г / м3 при 20 ° C и найти плотность насыщенного пара при этой температуре и относительной влажности?

Дан,

Температура воздуха = 20 ° C Фактическая плотность пара = 10 г / м ³

Найти,

Плотность насыщенного пара Относительная влажность

Решение:

Шаг 1:

Найдите плотность насыщенного пара:

Найти значение ps,

Найдите значение m / V,

Шаг 2:

Найдите относительную влажность: