prosdo.ru
добавить свой файл
1
Лабораторная работа № 13

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУXA
Цель работы:


  1. научиться определять влажность воздуха при помощи психрометра Августа и психрометра Ассмана;

  2. рассчитать основные физические параметры микроклимата воздушной среды помещения учебной лаборатории.



Приборы и принадлежности: психрометр Августа, психрометр Ассмана, психрометр аспирационный с электромотором М-34, барометр БМ-2, пипетка с водой.




Теоретические сведения


Для количественной характеристики влажности воздуха пользуются понятиями абсолютной и относительной влажности и дефицита влажности.

Под абсолютной влажностью воздуха понимают физическую величину численно равную массе водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха при данной температуре. Обычно абсолютную влажность выражают . Т.к. плотность пара и его давление пропорциональны

, (13.1)

где Р - давление газа (воды) (Па);

- его плотность (кг/м3);

- молярная масса пара (воды) (кг/моль);

Т -абсолютная температура (К);

R - универсальная газовая постоянная (Дж/моль К).

Таким образом, абсолютную влажность называют упругостью (парциональным давлением) водяного пара и выражают ее в миллиметра ртутного столба (мм.рт.ст.) или в паскалях (Па).

Для каждой температуры существует определенное максимальное значение абсолютной влажности, равное упругости насыщенного водяного пара, при заданной температуре. При определенных условиях возможно перенасыщение водяного пара. Однако состояние перенасыщения является малоустойчивым, практически все излишки пара конденсируются.


Ощущение сухости или сырости воздуха связано не с абсолютно влажностью, а относительной.

Под относительной влажностью понимают отношение абсолютной влажности к ее максимальному значению Е при данной температуре. Обычно выражают относительную влажность в %:

(13.2)

Максимальная влажность - это количество водяного пара, которое соответствовало бы насыщению при данной температуре, отнесенное к объему, в котором оно содержится (количество водяного пара в единице объема).

Разница между максимальной влажностью и абсолютной при той же температуре называется дефицитом влажности:
. (13.3)
Температура, при которой водяной пар, имеющийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы. Точка росы характеризует начало конденсации водяного пара. Влажность воздуха измеряют гигрометрами и психрометрами.

Упражнение 1. Определение влажности воздуха при помощи психрометра



Имеется несколько разновидностей психрометра. Наиболее часто используется психрометр Августа и психрометр Ассмана.

Психрометр Августа состоит из двух термометров: сухого и влажного. Шарик одного из термометров окутан кусочком марли или батиста (рисунок 13.1). Сухой термометр 1 психрометра показывает температуру воздуха t10, а влажный 2 (в случае, если водяной пар в воздухе не является насыщенным) – температуру t20, более низкую, зависящую от влажности окружающего воздуха. Разность температур t10 - t20 тем больше, чем меньше относительная влажность воздуха.




Рисунок 13.1. Психрометр Августа
При испарении воды с поверхности батиста температура влажного термометра понижается до тех пор, пока количество теплоты Q1, поступающее к термометру из окружающей среды за время , станет равным количеству теплоты Q2, необходимому для испарения, до установления теплового равновесия

Q1 Q2.
В случае теплового равновесия Q1=Q2 температура влажного термометра t20 не изменяется, несмотря на продолжающееся испарение.

Количество теплоты Q1, поступающее из окружающей среды при небольших разностях температур, определяется законом Ньютона

(13.4)

где S -величина поверхности шарика влажного термометра;

- коэффициент пропорциональности.

Если за время с поверхности S испаряется масса воды m, то количество теплоты Q2, необходимое для ее испарения, равно:

, (13.5)

где - удельная теплота испарения при температуре влажного термометра.

Выразив m, получим

,


где К - коэффициент пропорциональности, зависящий, в основном, от скорости протекания воздуха над испаряющейся поверхностью;

Е - упругость насыщенного пара при температуре испаряющейся поверхности (температуре влажного термометра) - максимальная влажность;

е - абсолютная влажность воздуха;

Н - атмосферное давление.

При установившемся режиме испарения Q1=Q2, т.е.

. (13.6)

Из формулы (13.6) следует, что разность температур сухого и влажного термометров пропорциональна разности упругостей насыщенного водяного пара (максимальной влажности) при температуре влажного термометра и абсолютной влажностью (упругостью) водяного пара, находящегося в воздухе при данных условиях.

называется постоянной психрометра и зависит от конструкции психрометра и скорости обтекания воздухом влажного термометра.

Из (13.6) получим так называемую психрометрическую формулу:

, . (13.7)

На основании этой формулы составляются психрометрические таблицы (рисунок 13.1) для определения абсолютной и относительной влажности.

Психрометр Ассмана изображен на рисунке 13.2. Он отличается по конструкции от психрометра Августа тем, что концы термометров А помещены внутри открытых металлических трубок В. Постоянство скорости обтекания воздухом резервуара сухого и влажного термометров достигается с помощью вентилятора с часовым механизмом С.

Рисунок 13.2. Психрометр Ассмана


Подготовка и проведение измерений



1. С помощью пипетки смочить водой батист, которым обернут один и: термометров психрометра (рисунок 13.1).

2. Когда показание влажного термометра установится (минут через 10-15), снять показания сухого и влажного термометров и . Опыт повторить 3 раза и вычислить их средние значения.

3. Определить разность показаний сухого и влажного термометров .

4. По психрометрической таблице 3 (рисунок 13.1) определить относительную: влажность f %.

5. По таблице "Давление и плотность насыщенных паров воды " определить максимальную влажность для измеренной температуры в помещении.

6. Вычислить абсолютную влажность е и дефицит влажности Д.

7. По барометру определить атмосферное давление в мм рт.ст. и перевести в Паскали (1 мм рт.ст.=133,317 Па).

8. Вычислить постоянную психрометра А по формуле:

, (13.8)

полученной из психрометрической формулы (13.7).

9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 13.1.





t1 сух

t2 мок

t1-t2


f %

E

e

Дефицит влажности

Д=E-e г/м


Атм. давление мм р.ст.

Атм. давление Па

Постоянная психометра

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

23

21.5

21

19

2.0

2.5

82

75

20.6

16.3













727.5

727.5




9688.11







2

22

21

21

19


1

2











































3

21.9

21.5

21

18.5

0.9

3











































ср




























































Упражнение 2. Психрометр аспирационный с электромотором М-34


Психрометр аспирационный с электромотором М-34 предназначен для определения относительной влажности воздуха в диапазоне от 10 до 100 % при температурах от минус 10 до плюс 40 °С и температуры воздуха от минус 30 плюс 50 °С в наземных условиях. Психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометров 4 (рисунок 13.3), закрепленных в термодержателе, который состоит из трубок защиты 1, аспирационной чашки 2, воздухопроводной трубки 3 и термозащит 5. Резервуары термометров помещены в трубки защиты с воздушным зазором между ними. Сами трубки изолированы друг от друга теплоизоляционными шайбами. Трубки защиты соединены аспирационной чашкой с воздухопроводной трубкой, на верхнем конце которой укреплена аспирационная головка 6. Аспирационная головка имеет электромотор и вентилятор. Для подключения к сети психрометр снабжен шнуром с вилкой 7.

Перед работой резервуар правого термометра обертывается батистом в один слой и смачивается чистой дистиллированной водой при помощи резинового баллона с пипеткой.




Рисунок 13.3. Психрометр аспирационный с электромотором М-34

Порядок работы и наблюдений


1. При помощи пипетки смочить дистиллированной водой батист на резервуаре термометра.

2. Включить электромотор. Через 4 минуты после включения электромотора произвести отсчет по термометрам.

3. Вычисление влажности воздуха (абсолютной и относительной) производятся по психрометрическим таблицам. Кроме того, определение относительной влажности по показаниям психрометра можно производить по психрометрическому графику (рисунок 13.4):


а) по вертикальным линиям отмечают показания сухого термометра, а по наклонным - показания смоченного термометра;

б) на пересечении этих линий получают значения относительной влажности, выраженные в процентах. Линии, соответствующие десяткам процентов, обозначены на графике цифрами: 20,30,40,50,60,70,80 и 90.

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 13.2.


Рисунок 13.4. Психрометрический график

Таблица 13.2







п/п

Показания сухого термометра

, 0С

Показания влажного термометра

, 0С

Относительная влажность

f, %

1

2

3

4

1

2

3










Вопросы для самоконтроля:
1. Понятие абсолютной, относительной и максимальной влажности. Дефицит влажности. Точка росы.

2. Испарение и кипение жидкости.

3. Зависимость температуры кипения от давления.

4. Закон Дальтона.

5. Как изменится разность показаний сухого и влажного термометров в психрометре при понижении температуры воздуха, если абсолютная влажность остается неизменной?

6. Оба термометра в психрометре показывают одинаковую температуру. Какова относительная влажность?

7. Закон Ньютона.

Литература


1. Матвеев А.Е. Молекулярная физика. - М., 1981. -Гл. IV. - §§ 29, 31, 34, 35.