Как определить плотность водяного пара…

Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха. урок. Физика 8 Класс

Как определить плотность водяного пара...

Сегодняшний урок мы посвятим обсуждению такого понятия, как влажность воздуха, и методам ее измерения. Основным явлением, влияющим на влажность воздуха, будет процесс испарения воды, о котором мы уже говорили ранее, а важнейшим понятием, которое мы будем использовать, будет насыщенный и ненасыщенный пар.

Если выделять различные состояния пара, то они будут определяться тем, в каком взаимодействии пар находится со своей жидкостью.

Если представить, что некоторая жидкость находится в закрытом сосуде и происходит процесс ее испарения, то рано или поздно этот процесс придет к состоянию, когда испарение в равные промежутки времени будет компенсироваться конденсацией и наступит так называемое динамическое равновесие жидкости со своим паром (рис. 1).

Рис. 1. Насыщенный пар

Определение.Насыщенный пар – это пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью. Если же пар не насыщенный, то такого термодинамического равновесия нет (рис. 2).

Рис. 2. Ненасыщенный пар

С помощью этих двух понятий мы и будем описывать такую важную характеристику воздуха, как влажность.

Определение.Влажность воздуха – величина, указывающая на содержание в воздухе водяного пара.

Возникает вопрос: почему же понятие влажности является важным для рассмотрения и каким образом водяные пары попадают в воздух? Известно, что большую часть поверхности Земли занимает вода (Мировой океан), с поверхности которой непрерывно происходит испарение (рис. 3).

Безусловно, в различных климатических зонах интенсивность этого процесса различна, что зависит от среднесуточной температуры, наличия ветров и т. п. Эти факторы обуславливают тот факт, что в определенных местах процесс парообразования воды более интенсивен, чем ее конденсация, а в некоторых – наоборот.

В среднем же можно утверждать, что пар, который образуется в воздухе, не является насыщенным, и его свойства необходимо уметь описывать.

Рис. 3. Испарение жидкости (Источник)

Для человека величина влажности является очень важным параметром окружающей среды, т. к. наш организм очень активно реагирует на ее изменения. Например, такой механизм регуляции функционирования организма, как потоотделение, напрямую связан с температурой и влажностью окружающей среды.

При высокой влажности процессы испарения влаги с поверхности кожи практически компенсируются процессами ее конденсации и нарушается отвод тепла от организма, что приводит к нарушениям терморегуляции.

При низкой влажности процессы испарения влаги превалируют над процессами конденсации и организм теряет слишком много жидкости, что может привести к обезвоживанию.

Величина влажности важна не только для человека и других живых организмов, но и для протекания технологических процессов. Например, из-за известного свойства воды проводить электрический ток ее содержание в воздухе может серьезно влиять на корректную работу большинства электроприборов.

Кроме того, понятие влажности является важнейшим критерием оценивания погодных условий, что всем известно из прогнозов погоды. Стоит отметить, что если сравнивать влажность в различные времена года в привычных для нас климатических условиях, то она выше летом и ниже зимой, что связано, в частности, с интенсивностью процессов испарения при различных температурах.

Основными характеристиками влажного воздуха являются:

  1. плотность водяного пара в воздухе;
  2. относительная влажность воздуха.

Воздух является составным газом, в нем содержится множество различных газов, в том числе водяной пар. Для оценивания его количества в воздухе необходимо определить, какую массу имеют водяные пары в определенном выделенном объеме – такую величину характеризует плотность. Плотность водяного пара в воздухе называют абсолютной влажностью.

Определение.Абсолютная влажность воздуха – количество влаги, содержащейся в одном кубическом метре воздуха.

Обозначениеабсолютной влажности:  (как и обыкновенное обозначение плотности).

Единицы измеренияабсолютной влажности:  (в СИ) или  (для удобства измерения небольшого содержания паров воды в воздухе).

Формула вычисления абсолютной влажности:

Обозначения:

 масса пара (воды) в воздухе, кг (в СИ) или г;

 объем воздуха, в котором указанная масса пара содержится, .

С одной стороны, абсолютная влажность воздуха является понятной и удобной величиной, т. к.

дает представление о конкретном содержании воды в воздухе по массе, с другой стороны, эта величина неудобна с точки зрения восприимчивости влажности живыми организмами.

Оказывается, что, например, человек ощущает не массовое содержание воды в воздухе, а именно ее содержание относительно максимально возможного значения.

Для описания такого восприятия введена такая величина, как относительная влажность.

Определение.Относительная влажность воздуха – величина, показывающая насколько далек пар от насыщения.

Т. е. величина относительной влажности, простыми словами, показывает следующее: если пар далек от насыщения, то влажность низкая, если близок – высокая.

Обозначениеотносительной влажности: .

Единицы измеренияотносительной влажности: %.

Формула вычисления относительной влажности:

Обозначения:

 плотность водяного пара (абсолютная влажность),  (в СИ) или ;

 плотность насыщенного водяного пара при данной температуре,  (в СИ) или .

Как видно из формулы, в ней фигурируют абсолютная влажность, с которой мы уже знакомы, и плотность насыщенного пара при той же температуре. Возникает вопрос, каким образом определять последнюю величину? Для этого существуют специальные приборы. Мы рассмотрим конденсационныйгигрометр (рис. 4) – прибор, который служит для определения точки росы.

Определение.Точка росы – температура, при которой пар становится насыщенным.

Рис. 4. Конденсационный гигрометр (Источник)

Внутрь емкости прибора наливается легкоиспаряющаяся жидкость, например, эфир, вставляется термометр (6) и с помощью груши (5) через емкость прокачивается воздух.

В результате усиленной циркуляции воздуха начинается интенсивное испарение эфира, температура емкости из-за этого понижается и на зеркале (4) выступает роса (капельки сконденсировавшегося пара).

В момент появления на зеркале росы с помощью термометра замеряется температура, вот эта температура и является точкой росы.

Что же делать с полученным значением температуры (точки росы)? Существует специальная таблица, в которой занесены данные – какая плотность насыщенного водяного пара соответствует каждой конкретной точке росы.

Следует отметить полезный факт, что при увеличении значения точки росы растет и значение соответствующей ей плотности насыщенного пара.

Иными словами, чем теплее воздух, тем большее количество влаги он может содержать, и наоборот, чем воздух холоднее, тем максимальное содержание в нем пара меньше.

Рассмотрим теперь принцип действия других видов гигрометров, приборов для измерения характеристик влажности (от греч. hygros – «влажный» и metreo – «измеряю»).

Волосной гигрометр (рис. 5) – прибор для измерения относительной влажности, в котором в качестве активного элемента выступает волос, например человеческий.

Рис. 5. Волосной гигрометр (Источник)

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха (при увеличении влажности длина волоса увеличивается, при уменьшении – уменьшается), что позволяет измерять относительную влажность.

Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передается стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. При этом следует помнить, что волосной гигрометр дает не точные значения относительной влажности, и используется преимущественно в бытовых целях.

Более удобен в использовании и точен такой прибор для измерения относительной влажности, как психрометр (от др.-греч. ψυχρός – «холодный») (рис. 6).

Рис. 6. Психрометр (Источник)

Психрометр состоит из двух термометров, которые закреплены на общей шкале. Один из термометров называется влажным, т. к. он обмотан батистовой тканью, которая погружена в резервуар с водой, расположенный на тыльной стороне прибора.

С влажной ткани испаряется вода, что приводит к охлаждению термометра, процесс снижения его температуры длится до достижения этапа, пока пар вблизи влажной ткани не достигнет насыщения и термометр не начнет показывать температуру точки росы.

Таким образом, влажный термометр показывает температуру меньше либо равную реальной температуре окружающей среды. Второй термометр называется сухим и показывает реальную температуру.

На корпусе прибора, как правило, изображена еще так называемая психрометрическая таблица (табл. 2). С помощью этой таблицы по значению температуры, которую показывает сухой термометр, и по разности температур между сухим и влажным термометрами можно определить относительную влажность окружающего воздуха.

Однако даже не имея под рукой такой таблицы, можно примерно определить величину влажности, пользуясь следующим принципом.

Если показания обоих термометров близки друг к другу, то испарение воды с влажного практически полностью компенсируется конденсацией, т. е. влажность воздуха высокая.

Если, наоборот, разность показаний термометров большая, то испарение с влажной ткани превалирует над конденсацией и воздух сухой, а влажность низкая.

Обратимся к таблицам, которые позволяют определять характеристики влажности воздуха.

Температура, Давление, мм. рт. ст.Плотность пара,
-101,952,14
-82,322,54
-62,762,09
-43,283,51
-23,884,13
04,584,84
25,35,6
46,16,4
67,07,3
88,08,3
109,29,4

Табл. 1. Плотность и давление насыщенных водяных паров

Еще раз отметим, что, как указывалось ранее, значение плотности насыщенного пара растет с его температурой, то же самое относится и к давлению насыщенного пара.

Табл. 2. Психометрическая таблица

Напомним, что относительная влажность определяется по значению показаний сухого термометра (первый столбец) и разности показаний сухого и влажного (первая строка).

На сегодняшнем уроке мы познакомились с важной характеристикой воздуха – его влажностью. Как мы уже говорили, влажность в холодное время года (зимой) понижается, а в теплое (летом) повышается.

Важно уметь регулировать эти явления, например при необходимости повысить влажность располагать в помещении в зимнее время несколько резервуаров с водой, чтобы усилить процессы испарения, однако такой способ будет эффективен только при соответствующей температуре, которая выше, чем на улице.

На следующем уроке мы рассмотрим, что такое работа газа, и принцип действия двигателя внутреннего сгорания.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «dic.academic.ru» (Источник)
  2. Интернет-портал «baroma.ru» (Источник)
  3. Интернет-портал «femto.com.ua» (Источник)
  4. Интернет-портал «.com» (Источник)

Домашнее задание

  1. Стр. 48: вопросы № 1-5. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Если дуть на горячий чай, он быстрее остынет. Почему?
  3. Почему во влажном воздухе зной переносить труднее, чем в сухом?
  4. В закрытом сосуде объемом 2 л находится водяной пар массой 12 г. До какой температуры надо охладить сосуд, чтобы в нем выпала роса?
  5. При температуре  относительная влажность воздуха в помещении равна 70 %. Какова масса росы, выпавшей из  воздуха после понижения температуры до ?

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/8-klass/bagregatnye-sostoyaniya-vewestvab/vlazhnost-vozduha-sposoby-opredeleniya-vlazhnosti-vozduha

Свойства водяного пара: температура, тройная точка, упругость, термодинамическое равновесие, плотность

Как определить плотность водяного пара...

Изучение теплофизических свойств воды и водяного пара помогает понять, почему происходит испарение. Благодаря динамическому равновесию газообразного и жидкого состояния Н2О осуществляется круговорот воды в природе.

Атмосфера планеты служит защитным колпаком, в ней происходят те же термодинамические процессы, что и в закрытой емкости с водой. Зависимость давления пара от температуры, плотности соответствует уравнению Менделеева-Клапейрона.

С помощью формул можно вычислить, чему будет равна плотность пара в пузырьках, поднимающихся к поверхности воды, или при какой температуре закипит вода, если подняться на гору, где давление воздуха ниже.

Вода превращается в пар при температуре

Понятие «водяной пар» характеризует свойство жидкостиулетучиваться. Начало испарения — отрыв частичек воды от поверхности воды. Изжидкого агрегатного состояния молекулы переходят в газообразное.

Превращение вгазовую фазу происходит до момента насыщения, когда возникает равновесие междужидкой или твердой субстанцией и газом. Молекула воды не в силах оторваться отповерхности, если плотность достигает максимальной величины, газ становитсянасыщенным.

Определить величину давления насыщения водяного пара можно длялюбой температуры. Даже лёд обладает способностью испаряться.

Когда говорят об испарении, уточняют градусы Цельсия, при которых начинается парообразование. При 100°С жидкость закипает только при атмосферном давлении 760 мм рт. столба. Чем ниже давление, тем свободнее отрываются частицы воды от поверхности, насыщая воздух.

Снижение давления до 0,006 атмосфер (тройная точка) приводит к тому, что вода одновременно присутствует в трех фазовых состояниях: жидком, твердом, газообразном. Кипение воды в лабораторных условиях достигается без перехода в жидкое состояние.

Происходит вскипание твердой фазы, процесс называется возгонкой. Лед трансформируется в газообразное состояние при температуре –0,1°С под давлением ниже тройной точки.

Величину давления и плотности насыщенного водяного пара при различной температуре устанавливают экспериментальным путем.

Способность паров насыщать воздух характеризуетсявлажностью. Упругость водяного пара определяют прибором для измерениявлажности, он называется психрометром. Измеряется парциальное давление водяныхпаров, находящихся в атмосферном воздухе.

Насыщенный водяной пар

Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банкежидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкойплотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает,оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды.

Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется«конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации,возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным.Жидкость и газ уравновешивают друг друга.

Такое состояние достигается приопределенных условиях, важные параметры:

  1. Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
  2. Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.

Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.

Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигаетсильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при которомжидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно,происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты.За счет этого ожог от пара сильнее.

Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температураводы. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давлениятемпература газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике,горячим, вязким паром заполняют теплообменники.

Давление насыщенного водяного пара

Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давленияидеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул,содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. ПостояннаяБольцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образованиявещества (энтальпия).

Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление приповышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрациячастиц в неизменном объеме возрастает.

Эти особенности свойств водяного паранеобходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара.

Если видеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то внасыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличенияконцентрации активных частиц.

Плотность насыщенного водяного пара

Плотностью называется отношение массы вещества к его объему.Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкойфазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительнодруг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чемобъясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.

Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает наплотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-заизменения массы газообразной фазы:

  • при повышении температуры она возрастает за счетускорения испарения;
  • при понижении – падает, вода активноконденсируется.

По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы водынепрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но придинамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится,столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально длякаждой температуры. Их значения сведены в таблицы.

Источник: https://VodaVoMne.ru/svojstva-vody/svojstva-vodyanogo-para

ПОИСК

Как определить плотность водяного пара...
[c.642]

    Плотность водяного пара меньше плотности воздуха, поэтому влажный воздух легче сухого, причем с увеличением влажности масса воздуха уменьшается. [c.738]

    Плотности пара и жидкости ввиду малого содержания ацетона примем равными плотностям водяного пара и воды при 99,3 С ру = 0,590 кг/м , = 959 кг/м . Поверхностное натяжение воды при этой температуре 0,059 Н/м. Вычисляем коэффициент С. При [c.63]

    Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в кг, содержащегося в 1 влажного воздуха. С достаточной для технических расчетов точностью можно считать, что влажный воздух подчиняется законам идеальных газов.

Тогда водяной пар как компонент газовой смеси (влажного воздуха), находясь под парциальным давлением Рп, должен занимать весь объем смеси (1 лг ).

Поэтому абсолютная влажность равна массе 1 пара, или плотности водяного пара р (в кг м ) при температуре воздуха и парциальном давлении р . [c.584]

    Кроме л , ф и / при расчетах процесса сушки необходимо знать плотность пли обратную ей величину — удельный объем влажного воздуха. Плотность влажного воздуха равна сумме плотностей абсолютно сухого воздуха рс.в и водяного пара р . Учитывая, что, согласно выражению (XV,5), плотность водяного пара р = хрс в, плотность влажного воздуха [c.586]

    Давления П, По и Р ас должны выражаться в одних и тех же единицах. Плотность водяного пара меньше плотности сухого воздуха при той же темиературе, поэтому плотность влажного воздуха всегда меньше плотности сухого воздуха. [c.643]

    Относительной влажностью воздуха (ф) называется отношение массы водяного пара, находящегося в 1 смеси, к количеству насыщенного пара в 1 смеси при той же температуре. Эта величина равна отношению плотности водяного пара при его парциальном давлении и температуре влажного воздуха (рп) к плотности насы-щергного пара при той же температуре и давлении (рн)  [c.35]

    Плотность водяного пара в конце сжатия [c.148]

    Определение плотности водяного пара при температуре кипения воды дает для. молекулярного веса значение 18,64, что соответствует наличию в паре около 3,5% [c.136]

    Свойства воды изменяются прн изменении температуры и давления. Прн низких значениях температуры и давления вода существует в виде жидкости или газа. На рис. 25 показано изменение плотности и давления чистого водяного пара в зависимости от температур.

При температуре и давлении выше критической точки ( + 374,15°С) и (221-10 Па) НгО существует в виде надкритического флюида. В этих условиях осуществляется непрерывный переход от газообразного состояния в жидкое. Плотности водяного пара надкритического флюида зависят от давления.

Прн высоких температурах растворимость вещества в данной фазе НгО контролируется в основном ее плотностью. [c.255]

    При высоких температурах и давлениях плотность водяного пара настолько велика, что он начинает растворять заметные количества труднолетучих солей и щелочей. [c.122]

    Количество водяных паров в воздухе характеризуется значением влагосодержания, представляющего собой отношение плотности водяного пара к плотности сухого воздуха, т. е. [c.65]

    Ргаз — плотность ВОДЯНОГО Пара у днища отпарной секции, равная 0,515 кг/м . [c.520]

    Показано [221, что при постоянном давлении растворимость КС1 в водяном паре с увеличением температуры уменьшается, но при постоянной плотности водяного пара — возрастает. [c.134]

    Для того чтобы найти парциальное давление водяного пара и природного газа в смеси, определим сначала ее объе.м в э емеете пласта = тяг 1 = 0,3-10″ N 1 Средняя плотность природного газа рг = Л1г/22,4= 878 кг/м . Аналогично можно определить среднюю плотность водяного пара рп = 0,883 кг/м . [c.144]

    Плотность водяного пара при р = 0,1 МПа ро = 0,579 кг/м. Следовательно, [c.143]

    Опреде.чено поглощение как функция полного давления, плотности водяного пара и оптической длины пути в области 1429—10 000 см-  [c.121]

    В рассматриваемом периоде времени Ясмундом[22] были опубликованы данные по определению растворимости хлорида калия в водяном паре высокого давления. Растворимость КС1 в паре ис-следоЬана при 400 450 475 и 500°и при давлениях, доходящих до 300 атм.

При малых содержаниях КС1 в паре использовался метод радиоактивных изотопов. В системе КС1 — Н2О, так же как и в системе Na l — Н2О, обнаружена значительная растворимость хлорида в сжатом водяном паре.

С повышением давления (плотности водяного пара) эта растворимость сильно возрастает i (при увеличении давлений от 100 до 300 атм на 2—3 порядка). [c.134]

    Из условия перегонки пенящейся бражки скорость паров в свободном сечении колонны принимаем равной 0,7 м1сек. При рабочем давлении в колонне 1,15 ат плотность водяного пара у = 0,66 кз/лг . [c.59]

    Потенциал массопереноса в камере определяется разностью плотностей водяного пара в слое пограничного воздуха у поверхности продукта и батарей (.

В зависимости от соотношения потенциалов массопереноса, устанавливаемых между охлаж-даюш,ей средой и массообмениваюш,имися поверхностями, при одинаковом количестве масс воздуха и заданной температуре в камере устанавливается относительная влажность воздуха фк- [c.167]

Источник: https://www.chem21.info/info/697406/

Biz-books
Добавить комментарий