2 2
2

Влажность воздуха и ее измерение

В атмосферном воздухе всегда имеется некоторое количество водяного пара.
Масса водяного пара в единице объема воздуха называется абсолютной влажностью воздуха. Абсолютную влажность можно выразить также парциальным давлением водяного пара в воздухе. Обозначают абсолютную влажность, соответственно, буквами или p.
Размерность . Размерность или мм.рт.ст.
На графике зависимости парциального давления насыщенного водяного пара в воздухе от температуры воздуха (см.рис.) отметим точку А, состветствующую абсолютной влажности воздуха  при данной его температуре .
Если бы температура воздуха началa по какой-то причине понижаться (например, с приближением вечера и закатом солнца), то при температуре  имеющийся в воздухе водяной пар стал бы насыщенным (см. на рис. прямую АВ). Температура, при которой имеющийся в воздухе водяной пар при его остывании становится насыщенным, называется точкой росы. При дальнейшем остывании воздуха и водяного пара до температуры  пар будет конденсироваться – выпадет роса. Процесс выпадения росы пойдет по участку графика  ВС, а не по продолжению прямой  АВ, так как остающийся пар по-прежнему будет насыщенным. Массу выпавшей росы можно вычислить, если известны давления насыщенного пара  и  при заданных температурах, соответственно  и .
Зная давление пара, можно найти его плотность , используя уравнение состояния газа (уравнение Менделеева – Клапейрона):
,  но так как  , то    .

Абсолютная влажность воздуха не является характеристикой состояния воздуха с точки зрения  степени его комфортности для всего живого. Всем знакомо ощущение излишней “сырости”, появившейся в воздухе летним вечером после захода солнца, хотя абсолютная влажность, то есть плотность водяного пара в нем, еще не успела измениться. Дело в том, что мы ощущаем не количество водяного пара в воздухе, а степень его удаленности от состояния насыщения. А удаленность от насыщения зависит от температуры пара. Пар с давлением  при температуре  будет казаться более влажным (точка  А на рис.), чем тот же пар с тем же давлением  при температуре  (точка D).
По этой причине для характеристики влажности воздуха ввели еще одну физическую величину, называемую относительной влажностью, ее обозначили буквой  и приняли равной отношению (выраженному в процентах) абсолютной влажности к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре (см.рис.):
%  –– относительная влажность, соответствующая точке А.
Комфортная для человека относительная влажность воздуха находится в пределах от 50 % до 70 %. Но измерение влажности необходимо не только для создания хороших условий жизни человеку, но и для многих технологических процессов, и в метеорологии для предсказания погоды.
Наиболее точное измерение влажности осуществляют прибором, который называется психрометром. Психрометр (фото слева) состоит из двух термометров, один называют “сухим”, другой – “влажным”. Колбу “влажного” термометра обертывают кусочком гигроскопичной ткани (обычно батистовой), нижний конец которой опускают в пробирку с водой, чтобы поддерживать ткань в мокром состоянии. При точных измерениях эту ткань обдувают потоком воздуха для постоянного испарения влаги. Так как испарение воды понижает температуру воды, то влажный термометр показывает более низкую температуру, чем сухой. Если водяной пар в воздухе стал насыщенным (то есть количество молекул, вылетающих из мокрой ткани влажного термометра, равно количеству молекул, возвращающихся обратно), то понижения температуры влажного термометра не будет, мокрый термометр будет показывать такую же температуру, что и сухой. Влажность воздуха в этом случае будет равна 100 %.
Определив с помощью психрометра температуру сухого термометра и разность показаний сухого и влажного термометров, по специальным психрометрическим таблицам   находят относительную влажность воздуха.  
Психрометрические таблицы были составлены в результате тщательных измерений точки росы так называемым металлическим гигрометром (фото справа). Понижая за счет испарения температуру эфира, налитого в сосуд с блестящими стенками, определяют, при какой температуре эфира на блестящих стенках появляется роса, то есть при какой температуре водяной пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Для более быстрых и, как правило, менее точных измерений влажности воздуха используют свойство человеческого волоса менять свою длину при возрастании влажности. Эти приборы называют  волосяными гигрометрами.


11

Кипение жидкости

Для лучшего понимания процессов кипения надо хотя бы раз пронаблюдать нагревание воды в стеклянном жаростойком сосуде (чайнике или колбе) от комнатной температуры до закипания.
При нагревании сырой (некипяченой) воды на стенках сосуда появляются мелкие пузырьки. Это – воздух или другой газ, адсорбированный (поглощенный) водой и стенками сосуда. При нагревании объем этих пузырьков возрастает, они становятся видимыми простым глазом, затем увеличиваются в объеме, наконец отрываются от стенок и всплывают к поверхности жидкости. Если вода еще не успела прогреться целиком, если на ее поверхности температура ниже, чем внизу, у источника тепла, то пузырьки, всплывая, уменьшаются в объеме и у самой поверхности становятся невидимыми, “схлопывают”, появляется характерный шум закипающей воды. При дальнейшем повышении температуры пузырьки начинают “бегать” около поверхностного слоя, не имея достаточно энергии, чтобы разорвать поверхностный слой жидкости, При полном прогревании всей толщи жидкости пузырьки у поверхности достигают наибольшего размера, разрывают поверхностный слой и лопаются, и из них резко вырывается насыщенный водяной пар – началось кипение.
Кипением называется процесс перехода жидкости в газообразное состояние не только с поверхности жидкости, но и внутрь пузырьков адсорбированного газа.
Пузырьки газа расширяются не только из-за повышения температуры, но и за счет того, что внутрь пузырька идет испарение жидкости и давление внутри него поднимается. Внутри пузырька, кроме газа, будет еще находиться насыщенный пар жидкости.
С повышением температуры давление насыщенного пара жидкости повышается. Когда это давление внутри пузырька становится больше наружного, атмосферного, пузырек на поверхности жидкости разрывается, и насыщенный пар выходит наружу
Отсюда можно сделать вывод, что температура кипения воды  должна зависеть от величины наружного давления над поверхностью жидкости.

Следеющая модель позволяет изучить процесс кипения воды более подробно.

1