Comment est déterminée l’humidité absolue et relative de l’air ? Détermination de l'humidité de l'air
DÉFINITION
Humidité absolue de l'air est la quantité de vapeur d’eau par unité de volume d’air :
L'unité SI de mesure de l'humidité absolue est
L'humidité de l'air est un paramètre très important environnement. Il est connu que la plupart La surface de la Terre est occupée par de l'eau (l'océan mondial), à partir de la surface de laquelle une évaporation se produit continuellement. Dans différents zones climatiques l'intensité de ce processus varie. Cela dépend de la température moyenne quotidienne, de la présence de vents et d'autres facteurs. Ainsi, à certains endroits, le processus de vaporisation de l'eau est plus intense que sa condensation, et à certains endroits, c'est l'inverse.
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. En cas d'humidité élevée, les processus d'évaporation de l'humidité de la surface de la peau sont pratiquement compensés par les processus de condensation et l'évacuation de la chaleur du corps est perturbée, ce qui entraîne des perturbations de la thermorégulation ; À faible humidité, les processus d'évaporation de l'humidité prédominent sur les processus de condensation et le corps perd trop de liquide, ce qui peut entraîner une déshydratation.
De plus, la notion d'humidité est le critère d'évaluation le plus important. conditions météorologiques, que 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 est gênante du point de vue de la susceptibilité à l'humidité des organismes vivants. Une personne ne ressent pas la quantité massique d'eau dans l'air, mais sa teneur par rapport à la valeur maximale possible. Pour décrire la réaction des organismes vivants aux changements dans la teneur en vapeur d'eau de l'air, le concept d'humidité relative est introduit.
Humidité relative
DÉFINITION
Humidité relative est une grandeur physique qui montre à quelle distance la vapeur d'eau dans l'air se trouve de la saturation :
où est la densité de la 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.
Connaître la température du point de rosée peut vous donner 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). Au contraire, si les valeurs du point de rosée et de la température de l'air au moment de la mesure diffèrent considérablement, on peut alors parler d'une faible teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère.
Lorsqu'un objet est amené du froid dans une pièce chaude, l'air au-dessus se refroidit, se sature de vapeur d'eau et des gouttelettes d'eau se condensent sur l'objet. Ensuite, l'article se réchauffe jusqu'à la température ambiante et toute la condensation s'évapore.
Un autre exemple non moins familier est la buée sur les vitres d'une maison. De nombreuses personnes subissent de la condensation sur leurs fenêtres en hiver. Ce phénomène est influencé par deux facteurs : l'humidité et la température. Si une fenêtre normale à double vitrage est installée et que l'isolation est effectuée correctement et qu'il y a de la condensation, cela signifie qu'il y a une humidité élevée dans la pièce ; Peut-être une mauvaise ventilation ou un mauvais échappement.
Exemples de résolution de problèmes
EXEMPLE 1
| Exercice | La photographie montre deux thermomètres utilisés pour déterminer l'humidité relative à l'aide d'une table psychrométrique. Que montrera un thermomètre humide à température de l'air constante ? humidité relative va augmenter de 7% ? |
| Solution | Enregistrons les lectures du thermomètre sec et humide indiquées sur la photo : Déterminons la différence entre les lectures du thermomètre : A l'aide du tableau psychrométrique, on détermine l'humidité relative de l'air : Si l'humidité de l'air augmente de 7 %, elle deviendra égale à 55 %. À l'aide du tableau psychrométrique, nous déterminons les lectures du thermomètre sec et la différence entre les lectures des thermomètres secs et humides : Ainsi, le thermomètre à bulbe humide indiquera : |
| Répondre | Lectures de bulbe humide. |
EXEMPLE 2
| Exercice | L'humidité relative le soir à une température de 50 %. La rosée tombera-t-elle si la température descend à ? |
| Solution | Humidité relative:
|
Paires saturées et insaturées
Vapeur saturée
Pendant l'évaporation, simultanément à la transition des molécules du liquide à la vapeur, le processus inverse se produit également. En se déplaçant de manière aléatoire à la surface du liquide, certaines des molécules qui l'ont quitté retournent dans le liquide.
Si l'évaporation se produit dans un récipient fermé, le nombre de molécules quittant le liquide sera d'abord supérieur au nombre de molécules revenant dans le liquide. Par conséquent, la densité de vapeur dans le récipient augmentera progressivement. À mesure que la densité de vapeur augmente, le nombre de molécules retournant dans le liquide augmente également. Bientôt, le nombre de molécules sortant du liquide deviendra égal au nombre de molécules de vapeur revenant 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 $^(22)$ de molécules pour 1 c$ par 1 cm^2$ de surface. Il se produit ce qu'on appelle l'équilibre dynamique entre la vapeur et le liquide.
La vapeur qui est en équilibre dynamique avec son liquide est appelée vapeur saturée.
Cela signifie que dans volume donné je ne peux pas être à cette température grande quantité paire.
En équilibre dynamique, la masse du liquide dans un récipient fermé ne change pas, bien que le liquide continue de s'évaporer. De la même manière, la masse de vapeur saturée au dessus de ce liquide ne change pas, même si la vapeur continue à se condenser.
Pression de vapeur saturée. Lorsqu'on comprime de la vapeur saturée dont la température est maintenue constante, l'équilibre va d'abord commencer à être perturbé : la densité de la vapeur va augmenter, et par conséquent, plus de molécules passeront du gaz au liquide que du liquide au gaz ; cela continuera 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 que l'équilibre soit rétabli). Ceci s'explique par le fait que le nombre de molécules sortant du liquide par unité de temps dépend uniquement de la température.
Ainsi, la concentration des molécules de vapeur saturée à température constante ne dépend pas de son volume.
Puisque la pression d’un gaz est proportionnelle à la concentration de ses molécules, la pression de la vapeur saturée ne dépend pas du volume qu’elle occupe. La pression $р_0$ 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 se transforme en état liquide. Le liquide occupe moins de volume que la vapeur de même masse. En conséquence, le volume de vapeur, alors que sa densité reste inchangée, diminue.
Dépendance de la pression de vapeur saturée sur la température. Pour un gaz parfait, une dépendance linéaire de la pression sur la température à volume constant est valable. Appliquée à la vapeur saturée de pression $р_0$, cette dépendance s'exprime par l'égalité :
Puisque la pression de vapeur saturée ne dépend pas du volume, elle dépend donc uniquement de la température.
La dépendance $P_0(T)$ déterminée expérimentalement diffère de la dépendance $p_0=nkT$ pour un gaz parfait. Avec l'augmentation de la température, la pression de la vapeur saturée augmente plus vite que la pression d'un gaz parfait (section de la courbe $AB$). Cela devient particulièrement évident si vous tracez une isochore passant par le point $A$ (ligne pointillée). Cela se produit parce que lorsqu’un liquide est chauffé, une partie de celui-ci se transforme en vapeur et la densité de la vapeur augmente.
Donc, d'après la formule $p_0=nkT$, la pression de vapeur saturée augmente non seulement en raison d'une augmentation de la température du liquide, mais également en raison d'une augmentation de la concentration de molécules (densité) de la vapeur. La principale différence dans le comportement d'un gaz parfait et d'une vapeur saturée est la modification de la masse de la vapeur avec un changement de température à volume constant (dans un récipient fermé) ou avec un changement de volume à température constante. Rien de tel ne peut arriver avec un gaz parfait (le MCT d'un gaz parfait ne prévoit pas de transition de phase du gaz au liquide).
Une fois tout le liquide évaporé, le comportement de la vapeur correspondra au comportement d'un gaz parfait (section $BC$ de la courbe).
Vapeur insaturée
Si dans un espace contenant de la vapeur d'un liquide, une évaporation supplémentaire de ce liquide peut se produire, alors la vapeur située dans cet espace est insaturé.
La vapeur qui n’est pas en équilibre avec son liquide est dite insaturée.
La vapeur insaturée peut être transformée en liquide par simple compression. Une fois cette transformation amorcée, la vapeur en équilibre avec le liquide devient saturée.
L'humidité de l'air
L'humidité de l'air est la teneur en vapeur d'eau de 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, des sols humides 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 se rapproche de l’état de saturation. En revanche, plus la température de l’air est élevée, plus la quantité de vapeur d’eau nécessaire pour le saturer est importante.
En fonction de la quantité de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère à une température donnée, l'air peut être divers degrés humidité.
Quantifier l'humidité
Afin de quantifier l'humidité de l'air, ils utilisent notamment les notions absolu Et humidité relative.
L'humidité absolue est le nombre de grammes de vapeur d'eau contenue dans 1 m^3$ d'air dans des conditions données, c'est-à-dire la densité de vapeur d'eau $p$ exprimée en g/$m^3$.
L'humidité relative de l'air $φ$ est le rapport de l'humidité absolue de l'air $p$ à la densité $p_0$ de vapeur saturée à la même température.
L'humidité relative est exprimée en pourcentage :
$φ=((p)/(p_0))·100%$
La concentration de vapeur est liée à la pression ($p_0=nkT$), donc l'humidité relative peut être définie en pourcentage pression partielle$р$ vapeur dans l'air à la pression $р_0$ de vapeur saturée à la même température :
$φ=((p)/(p_0))·100%$
Sous pression partielle comprendre la pression de vapeur d’eau qu’elle produirait si tous les autres gaz étaient présents air atmosphériqueétaient absents.
Si l'air humide est refroidi, à une certaine température, la vapeur qu'il contient peut être amenée à saturation. Avec un refroidissement supplémentaire, la vapeur d'eau commencera à se condenser sous forme de rosée.
point de rosée
Le point de rosée est la température à laquelle l'air doit se refroidir pour que la vapeur d'eau qu'il contient atteigne un état de saturation à pression constante et à une humidité de l'air donnée. Lorsque le point de rosée est atteint dans l'air ou sur les objets avec lesquels il entre en contact, la vapeur d'eau commence à se condenser. Le point de rosée peut être calculé à partir des valeurs de température et d'humidité de l'air ou déterminé directement hygromètre à condensation.À humidité relative de l'air$φ = 100 %$ le point de rosée coïncide avec la température de l'air. À $φ
Quantité de chaleur. Capacité thermique spécifique d'une substance
La quantité de chaleur est une mesure quantitative de la variation de l’énergie interne d’un corps lors d’un échange thermique.
La quantité de chaleur est l’énergie qu’un corps dégage lors d’un échange thermique (sans effectuer de travail). La quantité de chaleur, comme l'énergie, se mesure en joules (J).
Capacité thermique spécifique d'une substance
La capacité thermique est la quantité de chaleur absorbée par un corps lorsqu'il est chauffé à 1 $ de degré.
La capacité thermique d'un corps est indiquée par un majuscule Lettre latine AVEC.
De quoi dépend la capacité thermique d’un corps ? Tout d’abord de par sa masse. Il est clair que chauffer, par exemple, 1 $ de kilogramme d’eau nécessitera plus de chaleur que chauffer 200 $ de grammes.
Qu’en est-il du type de substance ? Faisons une expérience. Prenons deux récipients identiques et versons de l'eau pesant 400$ g dans l'un et dans l'autre - huile végétale pesant 400$ g, commençons à les chauffer en utilisant des brûleurs identiques. En observant les lectures du thermomètre, nous verrons que l'huile chauffe 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 longtemps, plus elle reçoit de chaleur du brûleur.
Ainsi, différentes quantités de chaleur sont nécessaires pour chauffer la même masse de différentes substances à la même température. La quantité de chaleur nécessaire pour chauffer un corps et, par conséquent, sa capacité thermique dépendent du type de substance qui compose le corps.
Ainsi, par exemple, pour augmenter la température d'une eau pesant 1$ kg de 1°$C, une quantité de chaleur égale à 4 200$ J est nécessaire, et pour chauffer la même masse d'huile de tournesol de 1°$C, une quantité de chaleur égale à 1 700 $ J est nécessaire.
Une quantité physique qui montre la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer 1$ kg d'une substance de 1°$C est appelée la capacité thermique spécifique de cette substance.
Chaque substance a sa propre capacité thermique spécifique, désignée par la lettre latine $c$ et mesurée en joules par kilogramme-degré (J/(kg$·°$С)).
La capacité thermique spécifique d'une même substance dans différents états d'agrégation (solide, liquide et gazeux) est différente. Par exemple, la capacité thermique spécifique de l'eau est de 4 200 $ J/(kg$·°$С) et la capacité thermique spécifique de la glace est de 2 100 $ J/(kg$·°$С) ; l'aluminium à l'état solide a une capacité thermique spécifique égale à 920$ J/(kg$·°$С) et à l'état liquide - 1 080$ J/(kg$·°$С).
Notez que l’eau a une capacité thermique spécifique très élevée. Par conséquent, l'eau des mers et des océans, se réchauffant en été, absorbe une grande quantité de chaleur de l'air. Grâce à cela, dans les endroits situés à proximité de grands plans d'eau, l'été n'est pas aussi chaud que dans les endroits éloignés de l'eau.
Calcul de la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer un corps ou dégagée par celui-ci lors du refroidissement
De ce qui précède, il ressort clairement que la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer un corps dépend du type de substance qui le compose (c'est-à-dire sa capacité thermique spécifique) et de la masse du corps. Il est également clair que la quantité de chaleur dépend du degré d’augmentation de la température corporelle.
Ainsi, pour déterminer la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer un corps ou dégagée par celui-ci lors du refroidissement, il faut multiplier la capacité thermique spécifique du corps par sa masse et par la différence entre ses températures finale et initiale :
où $Q$ est la quantité de chaleur, $c$ est la capacité thermique spécifique, $m$ est la masse du corps, $t_1$ est la température initiale, $t_2$ est la température finale.
Lorsque le corps est chauffé, $t_2 > t_1$ et, donc, $Q > 0$. Quand le corps refroidit $t_2
Si la capacité thermique du corps entier $C est connue, Q$ est déterminé par la formule
Chaleur spécifique de vaporisation, fusion, combustion
Chaleur de vaporisation (chaleur d'évaporation) - la quantité de chaleur qui doit être transmise à une substance (à pression et température constantes) pour une transformation complète substance liquide au par.
La chaleur de vaporisation est égale à la quantité de chaleur dégagée lorsque la vapeur se condense en 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, puisque la distance entre les molécules augmente considérablement.
Chaleur spécifique de vaporisation et de condensation. Des expériences ont établi que pour convertir complètement 1$ kg d'eau en vapeur (au point d'ébullition), il faut dépenser 2,3$ MJ d'énergie. Pour transformer d’autres liquides en vapeur, une quantité de chaleur différente est nécessaire. Par exemple, pour l’alcool, c’est 0,9$ MJ.
Une quantité physique qui montre la quantité de chaleur nécessaire pour convertir un liquide pesant 1 $ kg en vapeur sans changer de température est appelée chaleur spécifique de vaporisation.
La chaleur spécifique de vaporisation est désignée par la lettre $r$ et mesurée en joules par kilogramme (J/kg).
La quantité de chaleur nécessaire à la vaporisation (ou libérée lors de la condensation). Pour calculer la quantité de chaleur $Q$ nécessaire pour transformer un liquide de n'importe quelle masse prise au point d'ébullition en vapeur, la chaleur spécifique de vaporisation $r$ doit être multipliée par la masse $m$ :
Lorsque la vapeur se condense, 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 transformer complètement d’un état cristallin solide à un liquide.
La chaleur de fusion est égale à la quantité de chaleur libérée lors de la cristallisation d'une substance à l'état liquide.
Lors de la fusion, toute la chaleur fournie à une substance va augmenter l'énergie potentielle de ses molécules. L'énergie cinétique ne change pas puisque la fusion se produit à température constante.
En étudiant expérimentalement la fusion de diverses substances de même masse, on peut remarquer que différentes quantités de chaleur sont nécessaires pour les transformer en liquide. Par exemple, pour faire fondre un kilogramme de glace, vous devez dépenser 332 $ J d'énergie, et pour faire fondre 1 $ kg de plomb, vous devez dépenser 25 $ kJ.
Une grandeur physique qui montre la quantité de chaleur qui doit être transmise à un corps cristallin pesant 1$ kg afin de le transformer complètement à l'état liquide à la température de fusion est appelée la chaleur spécifique de fusion.
La chaleur spécifique de fusion est mesurée en joules par kilogramme (J/kg) et est désignée par la lettre grecque $λ$ (lambda).
La chaleur spécifique de cristallisation est égale à la chaleur spécifique de fusion, car lors de la cristallisation, la même quantité de chaleur est libérée que celle absorbée lors de la fusion. Par exemple, lorsque de l'eau pesant 1 $ kg gèle, la même énergie de 332 $ J est libérée, ce qui est nécessaire pour convertir 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, il faut multiplier la chaleur spécifique de fusion de ce corps 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 de masse $m$, il faut utiliser la même formule, mais avec un signe moins :
Chaleur spécifique de combustion
La chaleur de combustion (ou pouvoir calorifique, pouvoir calorifique) est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète du carburant.
Pour chauffer les corps, l'énergie libérée lors de la combustion du carburant est souvent utilisée. Les carburants conventionnels (charbon, pétrole, essence) contiennent du carbone. Lors de la combustion, les atomes de carbone se combinent aux atomes d’oxygène présents dans l’air, entraînant la formation de molécules de dioxyde de carbone. L'énergie cinétique de ces molécules s'avère supérieure à celle des particules d'origine. L'augmentation de l'énergie cinétique des molécules lors de la combustion est appelée libération d'énergie. L'énergie dégagée lors de la combustion complète du carburant est la chaleur de combustion de ce carburant.
La chaleur de combustion du carburant dépend du type de carburant et de sa masse. Plus la masse du 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 chaleur spécifique de combustion est désignée par la lettre $q$ et 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 connaître la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un carburant de masse arbitraire, il faut multiplier la chaleur spécifique de combustion de ce carburant par sa masse.
Équation du bilan thermique
Dans un système thermodynamique fermé (isolé des corps externes), une modification de l'énergie interne de n'importe quel corps du système $∆U_i$ ne peut pas conduire à une modification de l'énergie interne de l'ensemble du système. Ainsi,
$∆U_1+∆U_2+∆U_3+...+∆U_n=∑↙(i)↖(n)∆U_i=0$
Si aucun travail n'est effectué par aucun corps à l'intérieur du système, alors, selon la première loi de la thermodynamique, un changement dans l'énergie interne de tout corps se produit uniquement en raison de l'échange de chaleur avec d'autres corps de ce système : $∆U_i= Q_i$. En prenant en compte ($∆U_1+∆U_2+∆U_3+...+∆U_n=∑↙(i)↖(n)∆U_i=0$), on obtient :
$Q_1+Q_2+Q_3+...+Q_n=∑↙(i)↖(n)Q_i=0$
Cette équation est appelée équation du bilan thermique. Ici $Q_i$ est la quantité de chaleur reçue ou dégagée par le $i$-ème corps. N'importe laquelle des quantités de chaleur $Q_i$ peut désigner la chaleur libérée ou absorbée lors de la fusion de tout corps, de la combustion de combustible, de l'évaporation ou de la condensation de vapeur, si de tels processus se produisent avec différents corps du système et seront déterminés par le correspondant des relations.
L'équation du bilan thermique est une expression mathématique de la loi de conservation de l'énergie lors du transfert de chaleur.
Qu'est-ce que la vapeur et quelles sont ses principales propriétés.
L'air peut-il être considéré comme un gaz ?
Les lois des gaz parfaits s’appliquent-elles à l’air ?
L'eau occupe environ 70,8% de la surface globe. Les organismes vivants contiennent de 50 à 99,7 % d'eau. Au sens figuré, les organismes vivants sont de l’eau animée. Il y a environ 13 à 15 000 km3 d'eau dans l'atmosphère sous forme de gouttelettes, de cristaux de neige et de vapeur d'eau. La vapeur d'eau atmosphérique influence le temps et le climat de la Terre.
Vapeur d'eau dans l'atmosphère.
La vapeur d'eau dans l'air, malgré les immenses surfaces des océans, des mers, des lacs et des rivières, n'est pas 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 prédomine sur la condensation, tandis que dans d'autres, au contraire, la condensation prédomine. Mais il y a presque toujours une certaine quantité de vapeur d’eau dans l’air.
La densité de la vapeur d'eau dans l'air s'appelle humidité absolue.
L'humidité absolue est donc exprimée en kilogrammes par mètre cube (kg/m3).
Pression partielle de vapeur d'eau
L'air atmosphérique est un mélange de divers gaz et de vapeur d'eau. Chacun des gaz contribue à la pression totale produite par l'air sur les corps qui le composent.
La pression que produirait la vapeur d’eau 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. Elle est exprimée en unités de pression - pascals ou millimètres de mercure.
Puisque l’air est un mélange de gaz, alors Pression atmosphérique est déterminée 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.
Sur la base de la pression partielle de vapeur d’eau et de l’humidité absolue, il est encore impossible de juger à quel point la vapeur d’eau est proche de la saturation dans ces conditions. À savoir, l'intensité de l'évaporation de l'eau et de la perte d'humidité par les organismes vivants en dépend. 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 de l'air est le rapport entre la pression partielle p de vapeur d'eau contenue dans l'air à une température donnée et la pression pH. n de vapeur saturée à même température, exprimé en pourcentage :
L'humidité relative est généralement inférieure à 100 %.
À mesure que la température diminue, 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 de l'air peut être déterminée par le point de rosée.
Psychromètre.
L'humidité de l'air est mesurée à l'aide d'instruments spéciaux. Nous allons vous 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 plongée dans l'eau. L'eau s'évapore, ce qui refroidit le thermomètre. Plus l'humidité relative est élevée, moins l'évaporation se produit intense et la température indiquée par un thermomètre entouré d'un chiffon humide se rapproche 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. Sur la base de la différence de température entre ces thermomètres, à l'aide de tableaux spéciaux, vous pouvez déterminer l'humidité de l'air.
Valeur d'humidité.
L'intensité de l'évaporation de l'humidité de la surface de la peau humaine dépend de l'humidité. Et l'évaporation de l'humidité a grande importance pour maintenir la température corporelle constante. DANS vaisseaux spatiaux l'humidité relative de l'air la plus favorable pour l'homme est maintenue (40-60 %).
Dans quelles conditions pensez-vous que la rosée se produit ? Pourquoi n'y a-t-il pas de rosée sur l'herbe le soir avant un jour de pluie ?
Il est très important de connaître l'humidité en météorologie - en relation avec les prévisions météorologiques. Bien que Montant relatif La vapeur d'eau dans l'atmosphère est relativement faible (environ 1 %), son rôle dans les phénomènes atmosphériques est important. La condensation de la vapeur d'eau entraîne la formation de nuages et de précipitations ultérieures. Cela libère une grande quantité de chaleur. A l’inverse, l’évaporation de l’eau s’accompagne d’une absorption de chaleur.
Dans les industries du tissage, de la confiserie et autres, une certaine humidité est requise pour le déroulement normal du processus.
Il est très important de maintenir le régime d'humidité en production lors de la fabrication de circuits et dispositifs électroniques, et en nanotechnologie.
Le stockage d’œuvres d’art et de livres nécessite de maintenir l’humidité de l’air au niveau requis. En cas d'humidité élevée, les toiles des murs peuvent s'affaisser, ce qui endommagera la couche de peinture. C'est pourquoi on peut voir des psychromètres sur les murs des musées.
La quantité d'humidité contenue dans un mètre cube d'air. En raison de sa petite valeur, il est généralement mesuré en g/m³. Mais étant donné qu'à une certaine température de l'air, il ne peut contenir qu'une quantité maximale d'humidité maximale (avec une augmentation de la température, cette quantité maximale possible d'humidité augmente, avec une diminution de la température de l'air, la quantité maximale possible d'humidité diminue), le concept de relatif l'humidité a été introduite.
Humidité relative
Une définition équivalente est le rapport entre la fraction molaire de vapeur d'eau dans l'air et le maximum possible à une température donnée. Mesuré en pourcentage et déterminé par la formule :
où : - humidité relative du mélange (air) considéré ; - pression partielle de vapeur d'eau dans le mélange ; - pression de vapeur saturée à l'équilibre.
La pression de vapeur saturée de l’eau augmente considérablement 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 de vapeur constante, il arrive un moment (point de rosée) où la vapeur est saturée. Dans ce cas, la vapeur « supplémentaire » 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 dans la physique atmosphérique : processus de formation et de formation des nuages fronts atmosphériques sont largement déterminés par les processus de saturation et de condensation ; la chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur d'eau atmosphérique fournit le mécanisme énergétique nécessaire à l'émergence et au développement des cyclones tropicaux (ouragans).
Estimation de l'humidité relative
L'humidité relative d'un mélange eau-air peut être estimée si sa température est connue ( T) et la température du point de rosée ( Td). Quand T Et Td exprimé en degrés Celsius, alors l’expression suivante est vraie :
où la pression partielle de vapeur d'eau dans le mélange est estimée :
et la pression de vapeur humide de l'eau dans le mélange à température est estimée :
Vapeur d'eau sursaturée
En l'absence de centres de condensation, lorsque la température diminue, un état sursaturé peut se former, c'est-à-dire que l'humidité relative devient supérieure à 100 %. Les ions ou les particules d'aérosol peuvent jouer le rôle de centres de condensation ; c'est sur la condensation de vapeur sursaturée sur des ions formés lors du passage d'une particule chargée dans une telle vapeur que repose le principe de fonctionnement de la chambre de Wilson et des chambres de diffusion : gouttelettes d'eau la condensation sur les ions formés forme une trace visible (piste) des particules chargées.
Un autre exemple de condensation de vapeur d'eau sursaturée est celui des traînées de condensation des avions, qui se produisent lorsque la vapeur d'eau sursaturée se condense sur les particules de suie provenant des gaz d'échappement des moteurs.
Moyens et méthodes de contrôle
Pour déterminer l'humidité de l'air, des instruments appelés psychromètres et hygromètres sont utilisés. Le psychromètre d'August se compose de deux thermomètres : sec et humide. Un thermomètre humide indique une température plus basse qu'un thermomètre sec car son réservoir est enveloppé dans un tissu imbibé d'eau, qui le refroidit en s'évaporant. L'intensité de l'évaporation dépend de l'humidité relative de l'air. Sur la base des lectures de thermomètres secs et humides, l'humidité relative de l'air est déterminée à l'aide de tables psychrométriques. DANS Dernièrement Les capteurs d'humidité intégrés (généralement avec sortie de tension) sont devenus largement utilisés, en raison de la propriété de certains polymères de modifier leur Caractéristiques électriques(telle que la constante diélectrique du milieu) sous l'influence de la vapeur d'eau contenue dans l'air.
Pour augmenter l'humidité relative dans les zones résidentielles, des humidificateurs électriques, des plateaux remplis d'argile expansée humide et une pulvérisation régulière sont utilisés.
Remarques
Fondation Wikimédia. 2010.
Voyez ce qu'est « humidité relative » dans d'autres dictionnaires :
Le rapport entre la fraction molaire d'humidité dans un gaz et la fraction molaire de vapeur d'eau saturée au-dessus de l'eau [glace] dans ce gaz à la même pression et à la même température. Unité de mesure % [RMG 75 2004] Thèmes de mesure de la teneur en humidité des substances Termes généralisants pour les quantités ... ... Guide du traducteur technique
humidité relative- Le rapport en pourcentage de l'élasticité de la vapeur d'eau contenue dans une unité de volume d'air à l'élasticité de la vapeur saturante à la même température... Dictionnaire de géographie
Humidité relative- 16. Humidité relative D. Feuchtigkeit relative E. Humidité relative F. Humidite relative Le rapport entre la pression partielle de vapeur d'eau et la pression de vapeur saturée à la même pression et température Source ... Dictionnaire-ouvrage de référence 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 de l'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 : engl. 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 : engl. humidité relative russe. humidité relative... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
humidité relative- drėgnis statusas T sritis fizika atitikmenys : engl. humidité relative vok. relatif Feuchte, f; relative Feuchtigkeit, f rus. humidité relative, f pran. humidité relative, f … Fizikos terminų žodynas
Dans cette leçon, la notion d'humidité absolue et relative de l'air sera introduite, les termes et grandeurs associés à ces notions seront abordés : 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 ainsi que le tableau psychrométrique.
Pour l’homme, le taux d’humidité est un paramètre environnemental très important, puisque notre corps réagit très activement à ses changements. Par exemple, un 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 pratiquement compensés par les processus de condensation et l'évacuation de la chaleur du corps est perturbée, ce qui entraîne des perturbations de la thermorégulation. À faible humidité, les processus d'évaporation de l'humidité prédominent sur les processus de condensation et le corps perd trop de liquide, ce qui peut entraîner une déshydratation.
La quantité d'humidité est importante non seulement pour les humains et les autres organismes vivants, mais également pour le déroulement des processus technologiques. Par exemple, en raison de la propriété connue de l'eau de conduire électricité son contenu dans l'air peut sérieusement affecter bon fonctionnement la plupart des appareils électriques.
De plus, la notion d'humidité est le critère le plus important pour évaluer les conditions météorologiques, que chacun connaît grâce aux prévisions météorologiques. Il convient de noter que si nous comparons l'humidité à différentes périodes de l'année dans notre environnement habituel conditions climatiques, puis il est plus élevé 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 et contient de nombreux gaz différents, dont la vapeur d'eau. Pour estimer sa quantité dans l'air, il est nécessaire de déterminer quelle masse de vapeur d'eau possède dans un certain volume alloué - cette valeur est caractérisée par la densité. La densité de la vapeur d'eau dans l'air s'appelle humidité absolue.
Définition.Humidité absolue de l'air- la quantité d'humidité contenue dans un mètre cube d'air.
Désignationhumidité absolue: (comme c'est la désignation habituelle de la densité).
Unitéshumidité absolue: (en SI) ou (pour faciliter la mesure de petites quantités de vapeur d'eau dans l'air).
Formule calculs humidité absolue:
Désignations :
Masse de vapeur (eau) dans l'air, kg (en SI) ou g ;
Le volume d'air contenant la masse de vapeur indiquée est de .
D'une part, l'humidité absolue de l'air est une valeur compréhensible et pratique, car elle donne une idée de la teneur spécifique en eau de l'air en masse ; d'autre part, cette valeur est peu pratique du point de vue de la susceptibilité. de l'humidité par les 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 cette perception, la quantité suivante a été introduite : humidité relative.
Définition.Humidité relative– une valeur indiquant à quelle distance la vapeur se trouve de la saturation.
C'est-à-dire la valeur de l'humidité relative, en mots simples, montre ce qui suit : si la vapeur est loin de la saturation, alors l'humidité est faible, si elle est proche, elle est élevée.
Désignationhumidité relative: .
Unitéshumidité relative: %.
Formule calculs humidité relative:
Désignations:
Densité de vapeur d'eau (humidité absolue), (en SI) ou ;
Densité de vapeur d'eau saturée à une température donnée, (en SI) ou .
Comme le montre la formule, elle inclut l'humidité absolue, que nous connaissons déjà, et la densité de vapeur saturée à la même température. La question se pose : comment déterminer cette dernière valeur ? Il existe des appareils spéciaux pour cela. Nous considérerons condensationhygromètre(Fig. 4) - un appareil utilisé pour déterminer le point de rosée.
Définition.point de rosée- la température à laquelle la vapeur devient saturée.
Riz. 4. Hygromètre à condensation ()
Un liquide s'évaporant facilement, par exemple de l'éther, est versé dans le récipient de l'appareil, un thermomètre (6) est inséré et de l'air est pompé à travers le récipient à l'aide d'une ampoule (5). En raison de la circulation accrue de l'air, une évaporation intensive de l'éther commence, la température du récipient diminue de ce fait et de la rosée (gouttelettes de vapeur condensée) apparaît sur le miroir (4). Au moment où la rosée apparaît sur le miroir, la température est mesurée à l'aide d'un thermomètre ; 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 convient de noter un fait utile : à mesure que le point de rosée augmente, la valeur de la densité de vapeur saturée correspondante augmente également. En d’autres termes, plus l’air est chaud, plus il peut contenir d’humidité, et vice versa, plus l’air est froid, plus la teneur maximale en vapeur qu’il contient est faible.
Considérons maintenant le principe de fonctionnement d'autres types d'hygromètres, appareils de mesure des caractéristiques d'humidité (du grec hygros - « humide » et meteo - « je mesure »).
Hygromètre à cheveux(Fig. 5) - un appareil de mesure de l'humidité relative, dans lequel les cheveux, par exemple les cheveux humains, jouent le rôle d'élément actif.
L'action d'un hygromètre capillaire repose sur la propriété des cheveux dégraissés de changer de longueur lorsque l'humidité de l'air change (avec l'augmentation de l'humidité, la longueur des cheveux augmente, avec la diminution elle diminue), ce qui permet de mesurer l'humidité relative. Les cheveux sont tendus sur une armature métallique. Le changement de longueur des cheveux est transmis à la flèche se déplaçant le long de l'échelle. Il ne faut pas oublier qu'un hygromètre à cheveux ne donne pas valeurs exactes humidité relative et est principalement utilisé à des fins domestiques.
Un appareil plus pratique et plus précis pour mesurer l'humidité relative est un psychromètre (du grec ancien ψυχρός - « froid ») (Fig. 6).
Un psychromètre se compose de deux thermomètres fixés sur une échelle commune. L'un des thermomètres est appelé thermomètre humide car il est enveloppé dans un tissu en batiste, qui est immergé dans un réservoir d'eau situé à l'arrière de l'appareil. L'eau s'évapore du tissu humide, ce qui entraîne le refroidissement du thermomètre, le processus de réduction de sa température se poursuit 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, le thermomètre à bulbe humide indique une température inférieure ou égale à la température ambiante réelle. Le deuxième thermomètre est appelé thermomètre sec et indique la température réelle.
En règle générale, sur le corps de l'appareil se trouve également un tableau dit psychrométrique (tableau 2). À l'aide de ce tableau, vous pouvez déterminer l'humidité relative de l'air ambiant à partir de la valeur de température indiquée par le thermomètre à bulbe sec et à partir de la différence de température entre les bulbes secs et humides.
Cependant, même sans un tel tableau 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, l'évaporation de l'eau du thermomètre humide est presque entièrement compensée par la condensation, c'est-à-dire que l'humidité de l'air est élevée. Si, au contraire, la différence entre les lectures du thermomètre est grande, alors l'évaporation du tissu humide l'emporte sur la condensation et l'air est sec et l'humidité est faible.
Passons aux tableaux qui permettent de déterminer les caractéristiques de l'humidité de l'air.
|
Température, |
Pression, mm. art. Art. |
Densité de vapeur |
Tableau 1. Densité et pression de la vapeur d'eau saturée
Notons encore une fois que, comme indiqué précédemment, la valeur de la densité de la vapeur saturée augmente avec sa température, il en va de même pour la pression de la vapeur saturée.
Tableau 2. Tableau psychométrique
Rappelons que l'humidité relative est déterminée par la valeur des lectures de bulbe sec (première colonne) et la différence entre les lectures sèches et humides (première ligne).
Dans la leçon d'aujourd'hui, nous avons découvert une caractéristique importante de l'air : son humidité. Comme nous l'avons déjà dit, l'humidité diminue pendant la saison froide (hiver) et augmente pendant la saison chaude (été). Il est important de pouvoir réguler ces phénomènes, par exemple, s'il est nécessaire d'augmenter l'humidité, placez la pièce dans heure d'hiver plusieurs réservoirs d'eau pour améliorer les processus d'évaporation, cependant, cette méthode ne sera efficace qu'à la température appropriée, qui est plus élevée qu'à l'extérieur.
Dans la prochaine leçon, nous examinerons ce qu'est le travail au gaz et le principe de fonctionnement d'un moteur à combustion interne.
Bibliographie
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Éd. Orlova V.A., Roizena I.I. Physique 8. - M. : Mnémosyne.
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- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Physique 8. - M. : Lumières.
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