Фізика. Рівень стандарту. 10 клас. Головко

§ 28. Вологість повітря та її вимірювання

• Вологість повітря
• Прилади для вимірювання вологості

ВОЛОГІСТЬ ПОВІТРЯ. Із поверхні водойм, вологого ґрунту, листків рослин, легенів і шкіри тварин та людини в атмосферу Землі випаровується величезна кількість водяної пари (10¹⁴ т/рік) і майже стільки ж води випадає у вигляді опадів. Тому атмосферне повітря, що є сумішшю різних газів (азоту Ν₂ — 78%, кисню О₂ — 21%, інертних газів, водяної пари), завжди містить і водяну пару. Хоча вміст водяної пари в атмосфері значно менший порівняно з іншими складовими, проте її значення для життєдіяльності всього живого на земній поверхні величезне.

Процеси випаровування впливають також на організм людини, що складається на 80-90% з води. За одну добу (залежно від роду занять) із поверхні шкіри і легенів людини випаровується майже 2 кг води. Це вказує на велике значення вологості навколишнього повітря для здоров’я й самопочуття людини. Тривале перебування в теплому й вологому повітрі порушує теплообмін в організмі. Людина стає в’ялою, її працездатність знижується. Важливе значення має вологість для життєдіяльності тваринного і рослинного світу, процесів сушіння виробів тощо. Контроль і підтримання необхідної вологості важливі також для зберігання книг, творів мистецтва, музичних інструментів, харчових продуктів, овочів, фруктів тощо. З метою підтримання необхідної вологості користуються приладами, які зволожують або осушують повітря.

Для характеристики вмісту водяної пари в повітрі використовують такі величини: абсолютна та відносна вологість.

Оскільки за абсолютною вологістю не можна зробити висновок про те, наскільки водяна пара наближена до насичення, на практиці використовують ще одну величину — відносну вологість повітря. Відносну вологість позначають малою грецькою літерою φ (читається «фі») та вимірюють у відсотках: [φ] = %.

Відносна вологість повітря — фізична величина, яка показує, на скільки водяна пара, що міститься в повітрі, наближається до насичення і дорівнює відношенню абсолютної вологості (або парціального тиску водяної пари р) до густини (або тиску ро) насиченої водяної пари при тій же температурі, виражається у відсотках.

Тиск та густина насиченої водяної пари залежать від температури. Їх значення можна знайти в табл. 28.1.

Таблиця 28.1

Густина та тиск насиченої водяної пари при різних температурах

t, °С	р0, кПа	ρ0, г/м3	t, °С	р0, кПа	ρ0, г/м3
-5	0,40	3,2	14	1,60	12,1
0	0,61	4,8	15	1,71	12,8
1	0,65	5,2	16	1,81	13,6
2	0,71	5,6	17	1,94	14,5
3	0,76	6,0	18	2,07	15,4
4	0,81	6,4	19	2,20	16,3
5	0,88	6,8	20	2,33	17,3
6	0,93	7,3	21	2,49	18,3
7	1,0	7,8	25	3,17	23,0
8	1,06	8,3	50	12,3	83,0
9	1,14	8,8	60	19,9	129,4
10	1,23	9,4	70	31,0	195,7
11	1,33	10,0	80	47,3	290,2
12	1,40	10,7	90	70,0	417,6
13	1,49	11,4	100	101,3	588,3

Водяна пара є насиченою, якщо її відносна вологість становить 100%. Чим меншим є значення відносної вологості повітря, тим меншим є вміст водяної пари у ньому. Фахівці стверджують, що нормою вологості повітря в житлових будинках можна вважати 40-60 %, якщо температура повітря становить приблизно 20 °С. Відносна вологість повітря — важливий екологічний показник середовища. В умовах надто низької або надто високої вологості спостерігаються швидка стомлюваність людини, погіршення сприйняття і пам’яті, висихання слизових оболонок носа. Вологість повітря у приміщенні можна змінювати, застосовуючи зволожувачі повітря.

Наявність вологи в повітрі різко змінює його теплопровідність і теплоємність. Тому спека і холод в умовах великої вологості переносяться значно важче. Взимку при великій вологості людина швидше мерзне, а обмороження може настати навіть при +4 °С. У спеку в тропічному кліматі піт, що виділяється людським організмом, через велику вологість повітря не може ефективно випаровуватися і знижувати температуру тіла. Це призводить до великих втрат води і порушення терморегуляції організму і його перегрівання.

Виявляється, що внаслідок охолодження до певної температури ненасичена водяна пара стає насиченою. Температуру, до якої необхідно охолодити повітря деякої вологості, щоб водяна пара стала насиченою, називають точкою роси.

ПРИЛАДИ ВИМІРЮВАННЯ ВОЛОГОСТІ ПОВІТРЯ. Вологість повітря вимірюють спеціальними приладами — психрометром, гігрометром тощо. Психрометр (мал. 28.1) складається із двох термометрів: резервуар одного з них, який показує температуру повітря, залишається сухим, іншого — оточений шматком тканини, зануреної у воду. Завдяки випаровуванню води термометр охолоджується. Чим більша відносна вологість, тим менш інтенсивне випаровування і тим вищу температуру показує термометр, оточений вологою тканиною. За різницею показників термометрів і психрометричною таблицею (табл. 28.2.) можна визначити відносну вологість повітря.

Таблиця 28.2

Психрометрична таблиця

Покази сухого термометра, °С	Різниця показів сухого і вологого термометрів, °С
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	100	82	63	45	28	11	—	—	—	—	—
2	100	84	68	51	35	20	—	—	—	—	—
4	100	85	70	56	42	28	14	—	—	—	—
6	100	86	73	60	47	35	23	10	—	—	—
8	100	87	75	63	51	40	28	18	7	—	—
10	100	88	76	65	54	44	34	24	14	4	—
12	100	89	78	68	57	48	38	29	20	11	—
14	100	90	79	70	60	51	42	33	25	17	9
16	100	90	81	71	62	54	45	37	30	22	15
18	100	91	82	73	64	56	48	41	34	26	20
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37	30	24
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40	34	28
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31
26	100	92	85	78	71	64	58	50	45	40	34
28	100	93	85	78	72	65	59	53	48	42	37
30	100	93	86	79	73	67	61	55	50	44	39
Відносна вологість, %

Мал. 28.1. Психрометр

Наприклад, якщо показники сухого термометра становлять 20 °С, а вологого 15 °С, то їх різниця становить 5 °С. На перетині рядка показників сухого термометра 20 °С і різниці показників термометрів 5 °С знаходимо, що відносна вологість повітря за таких умов становитиме 59 %.

Головне в цьому параграфі

Уміст водяної пари в повітрі характеризують такими фізичними величинами: абсолютна та відносна вологість повітря.

Абсолютна вологість дорівнює масі водяної пари в одному кубічному метрі повітря.

Відносна вологість повітря — фізична величина, яка показує на скільки водяна пара, що міститься в повітрі, наближається до насичення і дорівнює відношенню абсолютної вологості ρ до густини ρ₀ насиченої водяної пари при тій самій температурі, виражається у відсотках.

Запитання для самоперевірки

• 1. Що розуміють під вологістю повітря?
• 2. Що називають відносною вологістю повітря?
• 3. Що називають точкою роси?
• 4. За допомогою яких приладів визначають вологість повітря?
• 5. Які суб’єктивні відчуття вологості повітря людиною?

Вправа до § 28

1(п). Якщо кількість молекул, які щосекунди вилітають з рідини та повертаються до неї, однакова, то пара над рідиною є:

• А Перегрітою
• Б Насиченою
• В Ненасиченою
• Г Переохолодженою

2(п). Кипіння — це пароутворення, яке відбувається:

• А З усієї поверхні рідини
• Б З її частини
• В В усьому об’ємі рідини
• Г Правильної відповіді немає.

3(с). Температура кипіння води у відкритій посудині становить 100 °С. Вкажіть, як зміниться ця температура, якщо посудину закрити?

• А Підвищиться
• Б Знизиться
• В Не зміниться
• Г Спочатку знизиться, а потім підвищиться

4(с). Тиск насиченої пари, що перебуває над рідиною, при збільшенні її об’єму:

• А Зростає
• Б Спадає
• В Не змінюється
• Г Спочатку зростає, а потім спадає

5(с). У закритій пляшці міститься повітря. Пляшку охолоджують, проте роса не утворюється. Укажіть, як під час охолодження змінюється абсолютна і відносна вологість повітря.

• А Абсолютна вологість не змінюється, відносна зростає.
• Б Абсолютна і відносна вологість зростають.
• В Абсолютна вологість зменшується, відносна зростає.
• Г Абсолютна і відносна вологість не змінюються.

6(с). Температура повітря 20 °С, точка роси 12 °С. Визначте відносну вологість повітря.

• А 40 %
• Б 52 %
• В 62 %
• Г 70 %

7(с). Визначте відносну вологість повітря, якщо парціальний тиск при температурі 18 °С становить 1,59 кПа.

8(д). Густина насиченої водяної пари при температурі 20 °С дорівнює 2 г/м³. Визначте тиск водяної пари при цій температурі.

9(д). Термометри психрометра показують 18 °С і 10 °С. Визначте парціальний тиск водяної пари та масу води, що містить за цих умов кожен квадратний метр повітря.

10(д). Ввечері при температурі 16 °С відносна вологість повітря становила 55 %. Визначте, чи випаде роса, якщо вночі температура повітря знизиться до 8 °С?

11(в). Визначте точку роси якщо термометри психрометра показують 18 і 10 °С.

12(в). Столітрова посудина заповнена повітрям при 15°С і відносній вологості 30 %. Якою стане відносна вологість повітря, якщо в посудину ввести 1 г води?