Comment déterminer l'humidité absolue et relative. Détermination de l'humidité de l'air
Définition
Humidité absolue est la quantité de vapeur d'eau par unité de volume d'air:
Dans le système SI, unité d'humidité absolue
L'humidité est un paramètre environnemental très important. Il est connu que plus la surface de la Terre est occupée par l'eau (océan mondial), à partir de la surface de laquelle l'évaporation se produit en continu. Dans différents zones climatiques l'intensité de ce processus est différente. Cela dépend de la température quotidienne moyenne, de la présence de vents et d'autres facteurs. Ainsi, dans certains endroits, le processus de vaporisation de l'eau est plus intense que sa condensation, et dans certains cas - vice versa.
Le corps humain réagit activement aux changements d'humidité de l'air. Par exemple, le processus de transpiration est étroitement lié à la température et à l'humidité de l'environnement. À une humidité élevée, les processus d'évaporation de l'humidité de la surface de la peau sont presque compensés par les processus de sa condensation, et l'élimination de la chaleur du corps est perturbée, ce qui entraîne des violations de la thermorégulation; à faible humidité, les processus d'évaporation de l'humidité prévalent sur les processus de condensation et le corps perd trop de liquide, ce qui peut entraîner une déshydratation.
De plus, le concept d'humidité est le critère d'évaluation le plus important. conditions météorologiquesque tout le monde connaît grâce aux prévisions météorologiques.
L'humidité absolue de l'air donne une idée de la teneur spécifique en eau de l'air en masse, mais cette valeur n'est pas pratique en termes de sensibilité de l'humidité aux organismes vivants. Une personne ne ressent pas une quantité massive d'eau dans l'air, mais son contenu par rapport à la valeur maximale possible. Pour décrire la réaction des organismes vivants aux changements de vapeur d'eau dans l'air, le concept d'humidité relative est introduit.
Humidité relative
Définition
Humidité relative est une grandeur physique montrant à quelle distance la vapeur d'eau dans l'air est loin de la saturation:
où est la densité de vapeur d'eau dans l'air (humidité absolue); densité de vapeur d'eau saturée à une température donnée.
point de rosée
Définition
point de rosée est la température à laquelle la vapeur d'eau devient saturée.
Connaissant la température du point de rosée, vous pouvez vous faire une idée de l'humidité relative. Si la température du point de rosée est proche de la température ambiante, alors l'humidité est élevée ( lorsque les températures coïncident, du brouillard se forme). Inversement, si les valeurs du point de rosée et de la température de l'air au moment de la mesure divergent fortement, alors nous pouvons parler de la faible teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère.
Lorsqu'une chose est amenée dans une pièce chaude à cause du gel, l'air au-dessus d'elle est refroidi, saturé de vapeur d'eau et des gouttelettes d'eau se condensent sur les choses. À l'avenir, la chose se réchauffe à la température ambiante et tout le condensat s'évapore.
Un autre exemple non moins familier est la formation de buée de verres dans une maison. Beaucoup en hiver, il y a de la condensation sur les fenêtres. Deux facteurs influencent ce phénomène - l'humidité et la température. Si une fenêtre normale à double vitrage est installée et que le réchauffement est effectué correctement, mais qu'il y a de la condensation, la pièce est très humide; une mauvaise ventilation ou des hottes d'évacuation sont possibles.
Exemples de résolution de problèmes
EXEMPLE 1
| La tâche | La photographie montre deux thermomètres utilisés pour déterminer l'humidité relative de l'air à l'aide d'un tableau psychrométrique. Ce qu'un thermomètre humide montrera si, à température de l'air constante humidité relative va augmenter de 7%? |
| Décision | Enregistrez les lectures du thermomètre sec et humide montré sur la photo: Définissez la différence dans les lectures des thermomètres: Selon le tableau psychrométrique, nous déterminons l'humidité relative: Si l'humidité augmente de 7%, elle deviendra égale à 55%. Selon le tableau psychrométrique, nous déterminons les lectures du thermomètre sec et la différence dans les lectures des thermomètres secs et humides: Ainsi, un thermomètre humide montrera: |
| Répondre | Indications d'un thermomètre humide. |
EXEMPLE 2
| La tâche | Humidité relative le soir à une température de 50%. La rosée tombera-t-elle si la température baisse cette nuit? |
| Décision | Humidité relative:
|
Vapeurs saturées et insaturées
Vapeur saturée
Pendant l'évaporation, le processus inverse se produit simultanément avec la transition des molécules du liquide à la vapeur. Se déplaçant aléatoirement au-dessus de la surface du liquide, une partie des molécules qui l'ont quitté revient dans le liquide.
Si l'évaporation se produit dans un récipient fermé, le nombre de molécules sortant du liquide sera d'abord supérieur au nombre de molécules retournant dans le liquide. Par conséquent, la densité de vapeur dans le récipient augmentera progressivement. Avec l'augmentation de la densité de vapeur, le nombre de molécules retournant dans le liquide augmente également. Bientôt, le nombre de molécules sortant du liquide sera égal au nombre de molécules de vapeur retournant dans le liquide. A partir de ce moment, le nombre de molécules de vapeur au dessus du liquide sera constant. Pour l'eau à température ambiante, ce nombre est approximativement égal à $ 10 ^ (22) $ molécules pour $ 1s $ par $ 1cm ^ 2 $ de surface. Il existe un soi-disant équilibre dynamique entre la vapeur et le liquide.
La vapeur en équilibre dynamique avec son liquide est appelée vapeur saturée.
Cela signifie que dans un volume donné à une température donnée, il ne peut pas y avoir plus de vapeur.
En équilibre dynamique, la masse de liquide dans un récipient fermé ne change pas, bien que le liquide continue de s'évaporer. De même, la masse de vapeur saturée au-dessus de ce liquide ne change pas, bien que la vapeur continue de se condenser.
Pression de vapeur saturée. Lorsque la vapeur saturée est comprimée, dont la température est maintenue constante, l'équilibre commencera à être perturbé dans un premier temps: la densité de vapeur augmentera, et par conséquent plus de molécules passeront du gaz au liquide que du liquide au gaz; cela se poursuivra jusqu'à ce que la concentration de vapeur dans le nouveau volume devienne la même, correspondant à la concentration de vapeur saturée à une température donnée (et l'équilibre est rétabli). Cela s'explique par le fait que le nombre de molécules quittant le liquide par unité de temps ne dépend que de la température.
Ainsi, la concentration de molécules de vapeur saturée à température constante ne dépend pas de son volume.
La pression du gaz étant proportionnelle à la concentration de ses molécules, la pression de vapeur saturée ne dépend pas du volume qu'elle occupe. La pression $ p_0 $, à laquelle le liquide est en équilibre avec sa vapeur, est appelée pression de vapeur saturée.
Lorsque la vapeur saturée est comprimée, la majeure partie passe à l'état liquide. Le liquide prend moins de volume que la vapeur de la même masse. En conséquence, le volume de vapeur à densité constante diminue.
Dépendance de la pression de vapeur saturée sur la température.Pour un gaz idéal, la dépendance linéaire de la pression sur la température à volume constant est valable. Pour une paire saturée avec une pression $ p_0 $, cette dépendance s'exprime par l'égalité:
Puisque la pression de la vapeur saturée ne dépend pas du volume, elle ne dépend donc que de la température.
La dépendance déterminée expérimentalement $ P_0 (T) $ diffère de la dépendance $ p_0 \u003d nkT $ pour un gaz idéal. Avec l'augmentation de la température, la pression de vapeur saturée croît plus vite que la pression d'un gaz idéal (une partie de la courbe $ AB $). Cela devient particulièrement évident si un isochore est tracé par le point $ A $ (ligne pointillée). Cela se produit parce que lorsque le liquide est chauffé, une partie de celui-ci se transforme en vapeur et la densité de vapeur augmente.
Par conséquent, selon la formule $ p_0 \u003d nkT $, la pression de vapeur saturée augmente non seulement en raison de l'augmentation de la température du liquide, mais aussi en raison d'une augmentation de la concentration des molécules (densité) de la vapeur. La principale différence dans le comportement d'un gaz idéal et de la vapeur saturée est un changement dans la masse de la vapeur lorsque la température change avec un volume constant (dans un récipient fermé) ou lorsque le volume change à une température constante. Rien de tel ne peut se produire avec un gaz idéal (la chambre de condensation de gaz idéal ne prévoit pas de transition de phase d'un gaz en liquide).
Après l'évaporation de tout le liquide, le comportement de la vapeur correspondra au comportement d'un gaz idéal (section de la courbe $ BC $).
Vapeur insaturée
Si dans l'espace contenant des vapeurs de tout liquide, une nouvelle évaporation de ce liquide peut se produire, alors la vapeur dans cet espace est insaturé.
La vapeur qui n'est pas en équilibre avec son liquide est appelée insaturée.
La vapeur insaturée peut être transformée en liquide par simple compression. Dès que cette transformation a commencé, la vapeur en équilibre avec le liquide devient saturée.
L'humidité de l'air
L'humidité est la teneur en vapeur d'eau dans l'air.
L'air atmosphérique qui nous entoure en raison de l'évaporation continue de l'eau de la surface des océans, des mers, des réservoirs, du sol humide et des plantes contient toujours de la vapeur d'eau. Plus il y a de vapeur d'eau dans un certain volume d'air, plus la vapeur est proche de son état de saturation. En revanche, plus la température est élevée, plus la quantité de vapeur d'eau nécessaire pour la saturer est élevée.
Selon la quantité de vapeur d'eau présente à une température donnée dans l'atmosphère, l'air peut avoir différents degrés d'humidité.
Quantification de l'humidité
Pour quantifier l'humidité de l'air, ils utilisent notamment les concepts absoluet humidité relative.
L'humidité absolue est le nombre de grammes de vapeur d'eau contenus dans $ 1m ^ 3 $ d'air dans des conditions données, c'est-à-dire que c'est la densité de vapeur d'eau $ p $, exprimée en g / $ m ^ 3 $.
L'humidité relative de l'air $ φ $ est le rapport entre l'humidité absolue de l'air $ p $ et la densité $ p_0 $ de vapeur saturée à la même température.
L'humidité relative est exprimée en pourcentage:
$ φ \u003d ((p) / (p_0)) 100% $
La concentration de vapeur est liée à la pression ($ p_0 \u003d nkT $), par conséquent, l'humidité relative peut être définie en pourcentage pression partielle $ p $ vapeur dans l'air à pression $ p_0 $ de vapeur saturée à la même température:
$ φ \u003d ((p) / (p_0)) 100% $
Sous pression partielle comprendre la pression de vapeur d'eau qu'elle produirait si tous les autres gaz air atmosphérique étaient absents.
Si l'air humide est refroidi, à une certaine température, la vapeur qu'il contient peut être saturée. Avec un refroidissement supplémentaire, la vapeur d'eau se condensera sous forme de rosée.
point de rosée
Le point de rosée est la température à laquelle l'air doit refroidir, de sorte que la vapeur d'eau qu'il contient atteint un état de saturation à une pression constante et avec une humidité donnée. En atteignant le point de rosée dans l'air ou sur des objets avec lesquels il est en contact, la condensation de la vapeur d'eau commence. Le point de rosée peut être calculé à partir des valeurs de température et d'humidité ou déterminé directement hygromètre à condensation. À humidité relative $ φ \u003d 100% $ le point de rosée coïncide avec la température de l'air. Pour $ φ
Quantité de chaleur. Chaleur spécifique de matière
La quantité de chaleur est appelée une mesure quantitative de la variation de l'énergie interne du corps pendant le transfert de chaleur.
La quantité de chaleur est l'énergie que le corps abandonne pendant le transfert de chaleur (sans faire de travail). La quantité de chaleur, comme l'énergie, est mesurée en joules (J).
Chaleur spécifique de matière
La capacité calorifique est la quantité de chaleur absorbée par le corps lorsqu'il est chauffé de 1 $ degré.
La capacité thermique du corps est indiquée par la lettre majuscule latine C.
Qu'est-ce qui détermine la capacité thermique du corps? Tout d'abord, de sa masse. Il est clair que le chauffage, par exemple, 1 $ kilogramme d'eau nécessitera plus de chaleur que le chauffage de 200 $ grammes.
Et du genre de substance? Faisons l'expérience. Prenez deux récipients identiques et, en versant 400 $ g d'eau dans l'un et 400 $ g d'huile végétale dans l'autre, nous commencerons à les chauffer en utilisant les mêmes brûleurs. En observant les lectures des thermomètres, nous verrons que l'huile se réchauffe plus rapidement. Pour chauffer l'eau et l'huile à la même température, l'eau doit être chauffée plus longtemps. Mais plus nous chauffons l'eau, plus elle reçoit de chaleur du brûleur.
Ainsi, pour chauffer la même masse de substances différentes à la même température, une quantité de chaleur différente est nécessaire. La quantité de chaleur nécessaire pour chauffer le corps et, par conséquent, sa capacité thermique dépendent du type de substance dont ce corps se compose.
Ainsi, par exemple, pour augmenter la température de l'eau pesant 1 $ kg par 1 $ C, une quantité de chaleur égale à 4200 $ J est requise, et pour chauffer de 1 $ $ C la même masse d'huile de tournesol, une quantité de chaleur égale à 1700 $ J est requise.
Une quantité physique qui montre la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer 1 $ $ kg d'une substance par 1 $ $ C est appelée chaleur spécifique de cette substance.
Chaque substance a sa propre chaleur spécifique, qui est désignée par la lettre latine $ c $ et est mesurée en joules par kilogramme-degré (J / (kg $ · ° $ C)).
La capacité thermique spécifique d'une même substance dans différents états agrégés (solide, liquide et gazeux) est différente. Par exemple, la chaleur spécifique de l'eau est de 4200 $ J / (kg $ · ° $ C) et la chaleur spécifique de la glace est de 2100 $ J / (kg $ · ° $ C); l'aluminium à l'état solide a une chaleur spécifique de 920 $ J / (kg $ · ° $ C), et à l'état liquide, il a 1 080 $ J / (kg $ · ° $ C).
Notez que l'eau a une chaleur spécifique très importante. Par conséquent, l'eau des mers et des océans, chauffant en été, absorbe une grande quantité de chaleur de l'air. Pour cette raison, dans les endroits situés à proximité de grandes étendues d'eau, l'été n'est pas aussi chaud que dans des endroits éloignés de l'eau.
Calcul de la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer le corps ou libérée par celui-ci pendant le refroidissement
D'après ce qui précède, il est clair que la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer le corps dépend du type de substance qui compose le corps (c'est-à-dire de sa capacité thermique spécifique) et de la masse du corps. Il est également clair que la quantité de chaleur dépend de combien de degrés nous allons augmenter la température de notre corps.
Ainsi, afin de déterminer la quantité de chaleur nécessaire au chauffage du corps ou dégagée par celui-ci lors du refroidissement, il est nécessaire de multiplier la chaleur spécifique du corps par sa masse et la différence entre ses températures finale et initiale:
où $ Q $ est la quantité de chaleur, $ c $ est la chaleur spécifique, $ m $ est la masse du corps, $ t_1 $ est la température initiale, $ t_2 $ est la température finale.
Lors du chauffage du corps $ t_2\u003e t_1 $ et, par conséquent, $ Q\u003e 0 $. Lors du refroidissement du corps $ t_2
Si la capacité thermique de tout le corps $ C est connue, Q $ est déterminée par la formule
Chaleur spécifique de vaporisation, fusion, combustion
La chaleur de vaporisation (chaleur de vaporisation) est la quantité de chaleur qui doit être communiquée à une substance (à pression et température constantes) pour la conversion complète d'une substance liquide en vapeur.
La chaleur de vaporisation est égale à la quantité de chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur dans un liquide.
La transformation d'un liquide en vapeur à température constante n'entraîne pas une augmentation de l'énergie cinétique des molécules, mais s'accompagne d'une augmentation de leur énergie potentielle, car la distance entre les molécules augmente de manière significative.
Chaleur spécifique de vaporisation et de condensation. Il a été établi par des expériences que pour la conversion complète de 1 $ $ kg d'eau en vapeur (au point d'ébullition), il faut dépenser 2,3 $ MJ $ d'énergie. Pour la conversion d'autres liquides en vapeur, une quantité de chaleur différente est requise. Par exemple, pour l'alcool, c'est 0,9 $ MJ.
Une quantité physique qui indique la quantité de chaleur nécessaire pour convertir un liquide pesant 1 $ kg en vapeur sans changer la température est appelée chaleur spécifique de vaporisation.
La chaleur spécifique de vaporisation est indiquée par la lettre $ r $ et mesurée en joules par kilogramme (J / kg).
La quantité de chaleur requise pour la vaporisation (ou libérée pendant la condensation). Afin de calculer la quantité de chaleur $ Q $ nécessaire pour vaporiser un liquide de n'importe quelle masse prélevée au point d'ébullition, la chaleur spécifique de vaporisation $ r $ doit être multipliée par la masse $ m $:
Pendant la condensation de vapeur, la même quantité de chaleur est libérée:
Chaleur spécifique de fusion
La chaleur de fusion est la quantité de chaleur qui doit être transmise à une substance à pression et température constantes, température égale fondre pour le transférer complètement d'un état cristallin solide à un liquide.
La chaleur de fusion est égale à la quantité de chaleur dégagée lors de la cristallisation d'une substance à partir d'un état liquide.
Lors de la fusion, toute la chaleur fournie à la substance va augmenter l'énergie potentielle de ses molécules. L'énergie cinétique ne change pas, car la fusion se produit à température constante.
En étudiant expérimentalement la fusion de diverses substances de la même masse, on peut noter que pour les transformer en liquide, une quantité de chaleur différente est nécessaire. Par exemple, pour faire fondre un kilogramme de glace, vous devez dépenser 332 $ J d'énergie, et pour faire fondre 1 $ kg de plomb - 25 $ kJ.
Une quantité physique qui montre la quantité de chaleur à rapporter à un corps cristallin pesant 1 $ kg pour le transformer complètement en un état liquide à la température de fusion est appelée chaleur de fusion spécifique.
La chaleur de fusion spécifique est mesurée en joules par kilogramme (J / kg) et est indiquée par la lettre grecque $ λ $ (lambda).
La chaleur spécifique de cristallisation est égale à la chaleur spécifique de fusion, car la cristallisation produit la même quantité de chaleur qui est absorbée pendant la fusion. Ainsi, par exemple, lors de la congélation d'eau pesant 1 $ $ kg, la même énergie de 332 $ J est libérée qui est nécessaire pour transformer la même masse de glace en eau.
Pour trouver la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre un corps cristallin de masse arbitraire, ou température de fusion, la chaleur de fusion spécifique de ce corps doit être multipliée par sa masse:
La quantité de chaleur dégagée par le corps est considérée comme négative. Par conséquent, lors du calcul de la quantité de chaleur dégagée lors de la cristallisation d'une substance d'une masse de $ m $, il convient d'utiliser la même formule, mais avec un signe moins:
Chaleur de combustion spécifique
Le pouvoir calorifique (ou pouvoir calorifique, pouvoir calorifique) est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète du combustible.
Pour chauffer les corps, on utilise souvent l'énergie dégagée lors de la combustion du carburant. Les carburants conventionnels (charbon, pétrole, essence) contiennent du carbone. Pendant la combustion, les atomes de carbone se combinent avec les atomes d'oxygène contenus dans l'air, entraînant la formation de molécules de dioxyde de carbone. L'énergie cinétique de ces molécules est supérieure à celle des particules d'origine. Une augmentation de l'énergie cinétique des molécules lors de la combustion est appelée libération d'énergie. L'énergie libérée lors de la combustion complète du combustible est la chaleur de combustion de ce combustible.
La chaleur de combustion du carburant dépend du type de carburant et de sa masse. Plus la masse de carburant est importante, plus la quantité de chaleur dégagée lors de sa combustion complète est importante.
Une quantité physique indiquant la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un carburant pesant 1 $ kg est appelée chaleur spécifique de combustion du carburant.
La valeur calorifique spécifique est indiquée par la lettre $ q $ et est mesurée en joules par kilogramme (J / kg).
La quantité de chaleur $ Q $ dégagée lors de la combustion de $ m $ kg de combustible est déterminée par la formule:
Pour trouver la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un carburant d'une masse arbitraire, la chaleur spécifique de combustion de ce carburant doit être multipliée par sa masse.
Équation du bilan thermique
Dans un système thermodynamique fermé (isolé des corps externes), un changement de l'énergie interne de n'importe quel corps du système $ ∆U_i $ ne peut pas conduire à un changement de l'énergie interne de l'ensemble du système. Par conséquent,
$ ΔU_1 + ΔU_2 + ΔU_3 + ... + ΔU_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) ΔU_i \u003d 0 $
Si aucun corps ne travaille à l'intérieur du système, alors, selon la première loi de la thermodynamique, un changement dans l'énergie interne d'un corps ne se produit qu'en raison de l'échange de chaleur avec d'autres corps de ce système: $ ∆U_i \u003d Q_i $. Étant donné ($ ΔU_1 + ΔU_2 + ΔU_3 + ... + ΔU_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) ΔU_i \u003d 0 $), on obtient:
$ Q_1 + Q_2 + Q_3 + ... + Q_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) Q_i \u003d 0 $
Cette équation est appelée équation du bilan thermique. Ici $ Q_i $ est la quantité de chaleur reçue ou donnée par le $ i $ -ième corps. N'importe quelle quantité de chaleur $ Q_i $ peut signifier la chaleur libérée ou absorbée pendant la fonte d'un corps, la combustion de carburant, l'évaporation ou la condensation de vapeur, si de tels processus se produisent avec différents corps du système et seront déterminés par les relations correspondantes.
L'équation du bilan thermique est une expression mathématique de la loi de conservation de l'énergie pendant le transfert de chaleur.
Qu'est-ce que la vapeur et quelles sont ses principales propriétés.
L'air peut-il être considéré comme du gaz?
Les lois du gaz idéal sont-elles applicables à l'air?
L'eau occupe environ 70,8% de la surface le globe. Les organismes vivants contiennent de 50 à 99,7% d'eau. Au sens figuré, les organismes vivants sont de l'eau animée. Dans l'atmosphère, il y a environ 13 à 15 000 km3 d'eau sous forme de gouttes, de cristaux de neige et de vapeur d'eau. La vapeur d'eau atmosphérique affecte le temps et le climat de la Terre.
Vapeur d'eau dans l'atmosphère.
La vapeur d'eau dans l'air, malgré les vastes surfaces des océans, des mers, des lacs et des rivières, est loin d'être toujours saturée. Le mouvement des masses d'air conduit au fait qu'à certains endroits de notre planète ce moment l'évaporation de l'eau prévaut sur la condensation, tandis que dans d'autres, au contraire, la condensation prévaut. Mais dans l'air, il y a presque toujours une certaine quantité de vapeur d'eau.
La densité de vapeur d'eau dans l'air est appelée humidité absolue.
L'humidité absolue est donc exprimée en kilogrammes par mètre cube (kg / m 3).
Pression partielle de vapeur d'eau
L'air atmosphérique est un mélange de divers gaz et vapeur d'eau. Chacun des gaz contribue à la pression totale produite par l'air sur les corps qu'il contient.
La pression que la vapeur d'eau produirait si tous les autres gaz étaient absents est appelée pression partielle de vapeur d'eau.
La pression partielle de vapeur d'eau est considérée comme l'un des indicateurs de l'humidité de l'air. Il est exprimé en unités de pression - pascals ou millimètres de mercure.
L'air étant un mélange de gaz, alors pression atmosphérique déterminé par la somme des pressions partielles de tous les composants de l'air sec (oxygène, azote, dioxyde de carbone, etc.) et de la vapeur d'eau.
Humidité relative
Par la pression partielle de la vapeur d'eau et de l'humidité absolue, on ne peut pas encore juger de la proximité de la vapeur d'eau à la saturation dans des conditions données. À savoir, le taux d'évaporation de l'eau et la perte d'humidité par les organismes vivants en dépendent. C'est pourquoi une valeur est introduite qui montre à quel point la vapeur d'eau est proche de la saturation à une température donnée, - humidité relative.
Humidité relative On appelle le rapport de la pression partielle p de vapeur d'eau contenue dans l'air à une température donnée à la pression p n. n vapeur saturée à la même température, exprimée en pourcentage:
L'humidité relative est généralement inférieure à 100%.
Avec une température décroissante, la pression partielle de vapeur d'eau dans l'air peut devenir égale à la pression de vapeur saturée. La vapeur commence à se condenser et la rosée tombe.
La température à laquelle la vapeur d'eau devient saturée est appelée point de rosée.
L'humidité relative peut être déterminée à partir du point de rosée.
Psychromètre
L'humidité est mesurée à l'aide d'instruments spéciaux. Nous allons parler de l'un d'eux - psychromètre.
Le psychromètre se compose de deux thermomètres (Fig. 11.4). Le réservoir de l'un d'eux reste sec et indique la température de l'air. Le réservoir de l'autre est entouré d'une bande de tissu dont l'extrémité est descendue dans l'eau. L'eau s'évapore et grâce à cela, le thermomètre se refroidit. Plus l'humidité relative est élevée, moins l'évaporation est intense et la température indiquée par un thermomètre entouré d'un chiffon humide est plus proche de la température indiquée par un thermomètre sec.
À une humidité relative de 100%, l'eau ne s'évaporera pas du tout et les lectures des deux thermomètres seront les mêmes. En utilisant la différence de température de ces thermomètres à l'aide de tableaux spéciaux, vous pouvez déterminer l'humidité de l'air.
Valeur d'humidité.
L'humidité détermine le taux d'évaporation de l'humidité de la surface de la peau d'une personne. Et l'évaporation de l'humidité a grande importance pour maintenir la température corporelle constante. DANS vaisseaux spatiaux l'humidité relative la plus favorable pour la personne est maintenue (40-60%).
Que pensez-vous, dans quelles conditions la rosée tombe-t-elle? Pourquoi n'y a-t-il pas de rosée sur l'herbe avant un jour de pluie le soir?
Il est très important de connaître l'humidité en météorologie - en relation avec la prévision du temps. Bien que la quantité relative de vapeur d'eau dans l'atmosphère soit relativement faible (environ 1%), son rôle dans les phénomènes atmosphériques est important. La condensation de la vapeur d'eau entraîne la formation de nuages \u200b\u200bet des précipitations subséquentes. Dans ce cas, une grande quantité de chaleur est libérée. A l'inverse, l'évaporation de l'eau s'accompagne d'une absorption de chaleur.
Dans le tissage, la confiserie et d'autres industries, une certaine humidité est nécessaire pour le déroulement normal du processus.
Il est très important d'observer le régime d'humidité en production dans la fabrication de circuits et dispositifs électroniques, en nanotechnologie.
Le stockage des œuvres d'art et des livres nécessite de maintenir l'humidité de l'air au niveau requis. Avec une humidité élevée, les toiles sur les murs peuvent s'affaisser, ce qui endommagera la couche de peinture. Par conséquent, dans les musées sur les murs, vous pouvez voir des psychromètres.
La quantité d'humidité contenue dans un mètre cube d'air. En raison de sa petite taille, il est généralement mesuré en g / m³. Mais étant donné qu'à une certaine température de l'air, seule une certaine quantité d'humidité peut y être contenue (avec l'augmentation de la température, cette quantité maximale possible d'humidité augmente, avec la diminution de la température de l'air, la quantité maximale possible d'humidité diminue), le concept d'humidité relative a été introduit.
Humidité relative
Une définition équivalente est le rapport de la fraction molaire de vapeur d'eau dans l'air au maximum possible à une température donnée. Il est mesuré en pourcentage et est déterminé par la formule:
où: - humidité relative du mélange en question (air); - pression partielle de vapeur d'eau dans le mélange; - pression d'équilibre de la vapeur saturée.
La pression de la vapeur d'eau saturée augmente rapidement avec l'augmentation de la température. Par conséquent, avec le refroidissement isobare (c'est-à-dire à pression constante) de l'air avec une concentration constante de vapeur, il arrive un moment (point de rosée) où la vapeur est saturée. Dans ce cas, la vapeur "en excès" se condense sous forme de brouillard ou de cristaux de glace. Les processus de saturation et de condensation de la vapeur d'eau jouent un rôle énorme en physique atmosphérique: formation et formation de nuages fronts atmosphériques dans une large mesure déterminée par les processus de saturation et de condensation, la chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur d'eau atmosphérique fournit un mécanisme énergétique pour l'émergence et le développement de cyclones tropicaux (ouragans).
Humidité relative
L'humidité relative du mélange air-eau peut être estimée si sa température est connue ( T) et la température du point de rosée ( T d) Quand T et T d exprimée en degrés Celsius, alors l'expression est vraie:
où la pression partielle de vapeur d'eau dans le mélange est estimée:
et pression humide de vapeur d'eau dans le mélange à une température estimée:
Vapeur d'eau sursaturée
En l'absence de centres de condensation avec une baisse de température, la formation d'un état sursaturé est possible, c'est-à-dire que l'humidité relative devient supérieure à 100%. Les ions ou les particules d'aérosol peuvent agir comme des centres de condensation, à savoir, la condensation d'une vapeur sursaturée sur les ions formés lors du passage d'une particule chargée dans une telle paire est basée sur le principe d'action de la chambre Wilson et des chambres de diffusion: les gouttelettes d'eau se condensant sur les ions formés forment une trace visible (trace) de la charge chargée particules.
Un autre exemple de condensation de vapeur d'eau sursaturée est les traces d'inversion des aéronefs qui se produisent lors de la condensation de vapeur d'eau sursaturée sur les particules de suie des gaz d'échappement du moteur.
Moyens et méthodes de contrôle
Des instruments appelés psychromètres et hygromètres sont utilisés pour déterminer l'humidité de l'air. Le psychromètre Augustus se compose de deux thermomètres - sec et humide. Un thermomètre humide montre une température inférieure à sèche, car son réservoir est enveloppé d'un chiffon trempé dans l'eau, qui, en s'évaporant, le refroidit. Le taux d'évaporation dépend de l'humidité relative. Selon les lectures des thermomètres secs et humides, l'humidité relative de l'air se trouve dans les tableaux psychrométriques. DANS ces derniers temps Les capteurs d'humidité intégrés (généralement avec sortie de tension) ont commencé à être largement utilisés, en raison de la propriété de certains polymères de modifier leurs caractéristiques électriques (telles que la constante diélectrique d'un milieu) sous l'influence de la vapeur d'eau dans l'air.
Pour augmenter l'humidité relative dans les locaux résidentiels, des humidificateurs électriques sont utilisés, des palettes remplies d'argile expansée humide et une pulvérisation régulière.
Remarques
Fondation Wikimedia. 2010.
Voyez ce qu'est «humidité relative» dans d'autres dictionnaires:
Le rapport de la fraction molaire d'humidité dans un gaz à la fraction molaire de vapeur d'eau saturée au-dessus de l'eau [glace] dans ce gaz à la même pression et température. Unité de mesure% [RMG 75 2004] Sujets de mesure de l'humidité des substances Termes généraux pour les quantités ... ... Référence du traducteur technique
humidité relative - Le pourcentage d'élasticité de la vapeur d'eau contenue dans un volume unitaire d'air à l'élasticité de la vapeur saturante à la même température ... Dictionnaire de géographie
Humidité relative - 16. Humidité relative D. Feuchtigkeit relatif E. Humidité relative F. Humidite relative Le rapport de la pression partielle de vapeur d'eau à la pression de vapeur saturée à la même pression et température Source ... Glossaire des termes de la documentation normative et technique
Le rapport de l'élasticité de la vapeur d'eau contenue dans l'air à l'élasticité de la vapeur saturée à la même température; exprimé en pourcentage. * * * HUMIDITÉ RELATIVE HUMIDITÉ RELATIVE, le rapport d'élasticité de la vapeur d'eau (voir ÉLASTICITÉ ... ... Dictionnaire encyclopédique
humidité relative - drėgnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Drėgmės ir ją sugėrusios medžiagos masių arba tūrių dalmuo, dažniausiai išreikštas procentais. atitikmenys: angl. humidité relative vok. relatif Feuchte, f; relatif ... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
humidité relative - santykinis drėgnis statusas T sritis chemija apibrėžtis Drėgmės ir drėgnos medžiagos, kurioje ji yra, masių arba tūrių santykis (%). atitikmenys: angl. humidité relative rus. humidité relative ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
humidité relative - drėgnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. humidité relative vok. relatif Feuchte, f; relative Feuchtigkeit, f rus. humidité relative, f pranc. humidité relative, f ... Fizikos terminų žodynas
Dans cette leçon, le concept d'humidité absolue et relative de l'air sera introduit, les termes et quantités associés à ces concepts seront discutés: vapeur saturée, point de rosée, instruments de mesure de l'humidité. Au cours de la leçon, nous nous familiariserons avec les tableaux de densité et de pression de vapeur saturée et le tableau psychrométrique.
Pour l'homme, la valeur de l'humidité est un paramètre très important de l'environnement, car notre corps est très actif pour répondre à ses changements. Par exemple, un tel mécanisme de régulation du fonctionnement du corps comme la transpiration est directement lié à la température et à l'humidité de l'environnement. À une humidité élevée, les processus d'évaporation de l'humidité de la surface de la peau sont presque compensés par les processus de condensation et l'élimination de la chaleur du corps est perturbée, ce qui entraîne des violations de la thermorégulation. À faible humidité, les processus d'évaporation de l'humidité prévalent sur les processus de condensation et le corps perd trop de liquide, ce qui peut entraîner une déshydratation.
La valeur de l'humidité est importante non seulement pour les humains et les autres organismes vivants, mais aussi pour le flux des processus technologiques. Par exemple, en raison de la propriété connue de l'eau de conduire le courant électrique, sa teneur en air peut sérieusement affecter le bon fonctionnement de la plupart des appareils électriques.
De plus, le concept d'humidité est le critère le plus important pour évaluer les conditions météorologiques, que tout le monde connaît grâce aux prévisions météorologiques. Il convient de noter que si nous comparons l'humidité à différents moments de l'année dans l'habituel pour nous conditions climatiques, elle est plus élevée en été et plus faible en hiver, ce qui est notamment associé à l'intensité des processus d'évaporation à différentes températures.
Les principales caractéristiques de l'air humide sont:
- densité de vapeur d'eau dans l'air;
- humidité relative.
L'air est un gaz composite; il contient de nombreux gaz différents, y compris de la vapeur d'eau. Pour estimer sa quantité dans l'air, il est nécessaire de déterminer la quantité de vapeur d'eau dans un certain volume alloué - cette valeur est caractérisée par la densité. La densité de vapeur d'eau dans l'air est appelée humidité absolue.
DéfinitionHumidité absolue - la quantité d'humidité contenue dans un mètre cube d'air.
La désignationhumidité absolue: (ainsi que la notation habituelle pour la densité).
Unitéshumidité absolue: (en SI) ou (pour la commodité de mesurer une petite teneur en vapeur d'eau dans l'air).
Formule calcul humidité absolue:
Désignations:
Masse de vapeur (eau) dans l'air, kg (en SI) ou g;
Le volume d'air dans lequel la masse de vapeur indiquée est contenue.
D'une part, l'humidité absolue est une quantité compréhensible et pratique, car elle donne une idée de la teneur spécifique en eau de l'air dans la masse, d'autre part, cette valeur est gênante du point de vue de la sensibilité à l'humidité des organismes vivants. Il s'avère que, par exemple, une personne ne ressent pas la teneur massique en eau de l'air, mais plutôt sa teneur par rapport à la valeur maximale possible.
Pour décrire une telle perception, une quantité telle que humidité relative.
DéfinitionHumidité relative - une valeur indiquant la distance entre la vapeur et la saturation.
Autrement dit, la valeur de l'humidité relative, en termes simples, montre ce qui suit: si la vapeur est loin de la saturation, alors l'humidité est faible, si elle est proche - élevée.
La désignationhumidité relative: .
Unitéshumidité relative: %.
Formule calcul humidité relative:
Désignations:
Densité de vapeur d'eau (humidité absolue), (en SI) ou;
La densité de vapeur d'eau saturée à une température donnée, (en SI) ou.
Comme le montre la formule, il contient l'humidité absolue que nous connaissons déjà et la densité de vapeur saturée à la même température. La question se pose, comment déterminer la dernière valeur? Il existe des dispositifs spéciaux pour cela. Nous considérerons condensationhygromètre (Fig.4) - un appareil qui sert à déterminer le point de rosée.
Définitionpoint de rosée- La température à laquelle la vapeur devient saturée.
Figure. 4. Hygromètre à condensation ()
Un liquide volatil, tel que de l'éther, est versé dans le récipient de l'appareil, un thermomètre (6) est inséré et l'air est pompé à travers le récipient à l'aide d'une ampoule (5). En raison de l'amélioration de la circulation de l'air, une évaporation intensive de l'éther commence, la température du récipient diminue pour cette raison et de la rosée (gouttelettes de vapeur condensée) apparaît sur le miroir (4). Au moment où la rosée apparaît sur le miroir avec un thermomètre, la température est mesurée et cette température est le point de rosée.
Que faire de la valeur de température obtenue (point de rosée)? Il existe un tableau spécial dans lequel les données sont saisies - quelle densité de vapeur d'eau saturée correspond à chaque point de rosée spécifique. Il est à noter un fait utile qu'avec l'augmentation de la valeur du point de rosée, la valeur de la densité de vapeur saturée qui lui correspond augmente également. En d'autres termes, plus l'air est chaud, plus la quantité d'humidité qu'il peut contenir, et vice versa, plus l'air est froid, plus sa teneur maximale en vapeur est faible.
Examinons maintenant le principe de fonctionnement d'autres types d'hygromètres, instruments de mesure des caractéristiques d'humidité (du grec. Hygros - «humide» et metreo - «mesure»).
Hygromètre à cheveux (Fig. 5) - un appareil pour mesurer l'humidité relative, dans lequel les cheveux, tels que les humains, agissent comme un élément actif.
L'action d'un hygromètre capillaire est basée sur la propriété des cheveux non gras de changer de longueur avec un changement d'humidité de l'air (avec une augmentation de l'humidité, la longueur des cheveux augmente, avec une diminution elle diminue), ce qui permet de mesurer l'humidité relative. Cheveux tirés sur une armature métallique. La modification de la longueur des cheveux est transmise à la flèche se déplaçant le long de l'échelle. Il ne faut pas oublier que l'hygromètre capillaire ne donne pas de valeurs précises d'humidité relative et est principalement utilisé à des fins domestiques.
Un appareil de mesure de l'humidité relative plus pratique et plus précis est par exemple un psychromètre (d'un autre grec. Ψυχρός - «froid») (Fig. 6).
Le psychromètre se compose de deux thermomètres montés sur une échelle commune. L'un des thermomètres est appelé humide, car il est enveloppé dans un tissu cambric, qui est immergé dans un réservoir d'eau situé à l'arrière de l'appareil. L'eau s'évapore du tissu humide, ce qui conduit au refroidissement du thermomètre, le processus d'abaissement de sa température dure jusqu'à ce que le stade soit atteint, jusqu'à ce que la vapeur près du tissu humide atteigne la saturation et que le thermomètre commence à afficher la température du point de rosée. Ainsi, un thermomètre humide montre une température inférieure ou égale à la température ambiante réelle. Le deuxième thermomètre est appelé sec et indique la température réelle.
En règle générale, le soi-disant tableau psychrométrique est également indiqué sur le boîtier de l'instrument (tableau 2). En utilisant ce tableau, l'humidité relative de l'air ambiant peut être déterminée à partir de la valeur de température indiquée par le thermomètre sec et de la différence de température entre les thermomètres secs et humides.
Cependant, même sans une telle table à portée de main, vous pouvez déterminer approximativement la quantité d'humidité en utilisant le principe suivant. Si les lectures des deux thermomètres sont proches l'une de l'autre, alors l'évaporation de l'eau humide est presque complètement compensée par la condensation, c'est-à-dire que l'humidité est élevée. Si, au contraire, la différence dans les lectures des thermomètres est grande, alors l'évaporation d'un chiffon humide prévaut sur la condensation et l'air est sec et l'humidité est faible.
Nous nous tournons vers les tableaux, qui nous permettent de déterminer les caractéristiques de l'humidité de l'air.
|
Température, |
Pression mm Hg. Art. |
Densité de vapeur |
Languette. 1. La densité et la pression de la vapeur d'eau saturée
Encore une fois, on note que, comme mentionné précédemment, la valeur de la densité de vapeur saturée augmente avec sa température, il en va de même pour la pression de vapeur saturée.
Languette. 2. Tableau psychométrique
Rappelons que l'humidité relative est déterminée par la valeur du thermomètre sec (première colonne) et la différence entre les lectures sèche et humide (première ligne).
Dans la leçon d'aujourd'hui, nous avons rencontré une caractéristique importante de l'air - son humidité. Comme nous l'avons déjà dit, l'humidité en saison froide (hiver) diminue et en saison chaude (été) elle augmente. Il est important de pouvoir réguler ces phénomènes, par exemple, s'il est nécessaire d'augmenter l'humidité, de placer plusieurs réservoirs d'eau dans la pièce en hiver afin d'améliorer les processus d'évaporation, cependant, cette méthode ne sera efficace qu'à la température appropriée, qui est plus élevée que dans la rue.
Dans la prochaine leçon, nous considérerons ce qu'est le fonctionnement au gaz et le principe de fonctionnement d'un moteur à combustion interne.
Liste de références
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