приховати рекламу

Відносна вологість повітря

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Л. А. Логінов, центр освіти № 109, м. Москва

Це одна з найбільш складних тем. Часто її не люблять ні вчителі ні учні. Перші - через складність пояснення, другі - через складність сприйняття. Але якщо її зрозуміють і полюблять обидві сторони, то виграш у навчальному процесі буде очевидним, оскільки стане зрозумілою суть численних явищ, що зустрічаються буквально кожен день: запотівання холодних шибок, сушіння білизни на відкритому повітрі, вогкість у підвалах будинків і т.д. і т.п. Розповім про те, як даний розділ вивчаємо ми.

Починаємо з понять ненасиченого і насиченого парів, динамічної рівноваги рідини і пари. Оскільки властивості насиченої пари демонструватимуть у класі за допомогою лабораторного обладнання складно, довго і вкрай клопітно, дивимося відповідний Кинофрагмент. Фільм старий, але ключові моменти в ньому викладені дуже дохідливо. Більш того, якщо заздалегідь дати учням опорні питання, то після перегляду вони самі легко на них відповідають.

Від чого залежить тиск насиченої пари і від чого не залежить? (Залежить від температури і не залежить від обсягу.)

Як залежить тиск насиченої пари від температури? (Крива показана нижче, на рис. 1.)

Як співвідноситься тиск насиченого і ненасиченого парів? [Тиск насиченої пари при даній температурі завжди більше. - Ред.]

Що станеться при стисканні насиченої пари? (Частина його сконденсується в рідину, в частині збережеться колишній тиск - тиск насиченої пари.)

Що станеться при додаванні рідини через кран в герметично закриту посудину? [Рівень рідини підвищиться за рахунок доданої частини і конденсації частини насиченої пари, об'єм пари зменшиться, а його тиск, не залежне від обсягу, залишиться постійним. - Ред.]

Відповіді як опорний конспект заносимо в робочі зошити. Не забуваємо про згаданий вище графік, він нам ще знадобиться. Вводимо поняття абсолютній вологості повітря, ототожнюємо його з поняттям парциальной щільності парів рідини, тобто маси рідини, що міститься в одиниці об'єму повітря. Говоримо, що набагато більшого практичного значення для людини має відносна вологість повітря. Вводимо і це поняття. Причому як чисто фізично (відношення парціального тиску ненасичених парів до тиску насичених парів рідини при тій же температурі), так і суто філософськи: величина, що показує, наскільки ненасичений пар близький до насичення:

(1)

Далі пояснюємо, як і чому від формули для відносної вологості через відношення тисків можна перейти до формули для відносної вологості через відношення щільності:  =  ненасить /  нас

Відзначаємо, що на практиці зручно користуватися не відносними одиницями при вимірюванні відносної вологості, а відсотками. Як перейти до відсотків, учні повинні здогадатися самі. Ці формули засвоюються легко, як і принцип роботи з ними в простих завданнях (типу № 623, 624 з збірки А. П. Римкевіч, 1988 р.), оскільки там потрібно фактично лише вміння працювати з довідковою таблицею залежності крижаних пари від температури.

Введення ж поняття точки роси і перехід до формули для відносної вологості з використанням точки роси може вже викликати проблеми. Щоб їх було трохи менше, починаємо з розгляду графіка залежності тиску насиченої пари від температури (рис. 1): визначаємо, де область ненасиченого пара, а де - область рідини. Тоді відразу зрозуміло, що крива - це кордон між парою і рідиною. Різні стану ненасиченого пара відповідають точкам нижче кривої, наприклад точці А.

Зробити пар насиченим - означає досягти будь-яким чином стану насичення, тобто кривої BC. Найпростіше - шляхами АВ або АС. Але що це означає? АВ - ізотермічний стиск пара, АС - його изобарических охолодження, причому в міру перебігу обох процесів насичення збільшується. Ознака того, що пар наситився, - поява перших крапель сконденсировавшейся рідини, роси. У природі насичення пари досягається найчастіше саме другим способом, тобто изобарических або майже изобарических охолодженням. Отже, температура, при якій колишній ненасичений пар стає насиченим, називається точкою роси.

Життєвих прикладів насичення при охолодженні дуже багато. Це і випадання роси під ранок, і запітніння холодного скла, якщо на нього подихати, це і освіта крапель води на водопровідній трубі з холодною водою у ванній кімнаті, і вогкість у підвалах будинків, яка викликана зазвичай зовсім не протіканням труб, а саме охолодженням повітря .

Розглянемо формулу (1): pненас - тиск даного ненасиченого пара, наприклад, у стані А, а Pнас - значення тиску насиченої пари при тій же температурі. Але якщо ми подивимося на графік, то побачимо, що тиск ненасиченого пари в стані А чисельно дорівнює тиску насиченого пара Pнас. р при більш низькій температурі (точка С) - в точці роси. Величина тиску насиченої пари при даній температурі Pнас. данн відповідає насиченню в точці В. Це дозволяє перейти до формули:

Для класів різного профілю, зрозуміло, підбираємо завдання різних рівнів складності. У гуманітарному і не дуже сильному загальноосвітньому класі обмежуємося простими завданнями на застосування основних (трьох розглянутих) формул і основних формул з використанням рівняння Клапейрона-Менделєєва або газових законів, не складніше, ніж, наприклад, така: «У кімнаті об'ємом 15 м3 з абсолютно сухим повітрям випарувалося із стакана 200 г води. Якою стала відносна вологість повітря? »У медико-біологічних класах завдання беремо складніше, типу такий:« У закритій кімнаті з площею підлоги 6 м2 і висотою стелі 3 м відносна вологість повітря становила 20%. Яку масу води треба додатково випарувати в цій кімнаті, щоб вологість досягла 70%? Яка максимальна маса води, яка може додатково випаруватися в кімнаті? »

Вивчаючи вологість повітря, ми маємо на увазі вміст у повітрі тільки водяної пари. А адже в повітрі можуть бути й інші пари. Більше того, вони теж можуть бути і ненасиченими, і насиченими, і за певних умов можуть конденсуватися. Наприклад, має право на існування поняття відносна спиртова вологість.

Пам'ятаю, як-то раз, 3 травня, тобто в третій день травневих свят, їхав я в гості до свого інститутського приятеля на тролейбусі. Пасажирів було небагато (але всі сидячі місця були зайняті), бажають входити і виходити не було, і тролейбус довгий час їхав повз зупинок, лише трохи-трохи пригальмовуючи. На вулиці було прохолодно, всі кватирки і люки в салоні були закриті. Народ мірно, але з великою амплітудою, похитувався на сидіннях. Здавалося, що всі дивляться кудись «у нескінченність». Поступово шибки запітніли. І коли тролейбус різко повернув, мене сильно хитнуло до вікна і ... О боже! Від запітніле скла виходив стійкий, але ... приємний аромат спирту ...

Природно, я не забув розповісти про побачене, вірніше, про «пронюхав», своїм знайомим і учням. А потім цей сюжет знайшов відображення і в задачі для десятикласників, яка увійшла в наш задачник, складений для медико-біологічних класів:

«У святковий вечір у повітрі, що видихається людьми, містяться пари спирту. В такий вечір у тролейбусі, на великому перегоні між зупинками, маса парів спирту в повітрі досягла 800 м. Температура повітря в салоні тролейбуса 20 ° С, а шибок - всього 5 ° С. Обсяг повітря в салоні 22 м3. Чи буде конденсуватися спирт на стеклах? Яка відносна спиртова вологість повітря в салоні тролейбуса? Тиск насичених парів спирту при 20 ° С становить 5,90 кПа, при 5 ° С - 2,30 кПа ».

Завдання не тільки весела, але і комплексна, тому що передбачає знання і основної формули для визначення відносної вологості, і рівняння Клапейрона-Менделєєва, і поняття точки роси, тобто насичення пари внаслідок охолодження, тому розглянемо її рішення.

Відразу усвідомимо, що тиск повітря в салоні тролейбуса в усіх точках однаково. Причому не тільки всього повітря, але і його складових (парціальний тиск кисню, азоту, парів спирту і т.д.). І це незважаючи на те, що повітря в салоні може мати різну температуру: поблизу шибок він холодний (будемо вважати, що 5 ° С), а далеко від них - теплий (20 ° С).

Розрахуємо парціальний тиск парів спирту в салоні, використовуючи рівняння Клапейрона-Менделєєва. Для цього, щоправда, доведеться прийняти, що всі пари і гази ідеальні, отже,

де Т - абсолютна температура. Якщо температура 293 К, тобто 20 ° С, то під m слід розуміти масу тієї частини парів спирту, яка має саме зазначену температуру. Але оскільки маса холодних парів, тобто знаходяться в безпосередній близькості від скла, дуже мала, то під m будемо розуміти масу (0,8 кг) всіх парів спирту. З цієї ж причини об'єм повітря будемо вважати рівним 22 м3, тобто це весь вільний об'єм салону тролейбуса. Знаючи, що молярна маса етилового спирту (С2Н5ОН) дорівнює 0,046 кг / моль, а універсальна газова стала R = 8,31 Дж / (К Ч моль), зробимо розрахунок:

Розрахуємо відносну спиртову вологість теплого повітря в тролейбусі. В якості тиску насичених парів візьмемо значення при 20 ° С, що становить 5,90  103 Па. Отже:

Розрахуємо відносну спиртову вологість холодного повітря біля шибок. В якості тиску насичених парів візьмемо значення тиску при 5 ° С, що становить 2,30  103 Па.

Отже: тобто 83%. Так як це значення менше 100%, то видно, що навіть холодні пари спирту, біля стекол, ще не є насиченими, і спирт конденсуватися не буде. Але треба зауважити, що якби парціальний тиск p парів спирту було б побільше, то конденсація могла б і розпочатися. А для збільшення цього тиску необхідно збільшення маси парів спирту в повітрі.

До речі, це завдання непогано сприймається і гуманітаріями, оскільки за своєю складністю не виходить за рамки дозволеного. Про позитивні емоції учнів, думаю, говорити не варто. Ну а для «продовження задоволення» можна учням дати для домашнього рішення завдання, аналогічну наведеній, але з іншим питанням: «При якій масі парів спирту в тролейбусі спирт все-таки буде конденсуватися на склі?» Як бачимо, це завдання - зворотна попередньої: за заданою вологості (100%) і отже, парціальному тиску парів спирту розрахувати їх масу.

З учнями фізико-математичних класів і в загальноосвітньому сильному класі можна розглянути задачі на аналіз можливості простого зниження тиску ненасичених парів при зниженні температури типу: «У герметично закритому посуді, що містить лише повітря і водяні пари при температурі 25 ° С, вологість повітря складає 80% . Яким буде парціальний тиск водяної пари після охолодження судини і його вмісту до 5 ° С? Тиск насичених водяних парів при 25 ° С становить 3,10 кПа, а при 5 ° С - 0,88 кПа ».

Розглянемо рішення і цього завдання. Отже, для першого стану водяних парів Т1 = 298 К, ​​ 1 - відносна вологість повітря при цій температурі, pнас1 = 3,10  103 Па, p1 - парціальний тиск ненасиченого водяної пари, яке треба буде виразити через pнас1. Відповідно для другого стану: Т2 = 278 К, pнас2 = 0,88  103 Па, p2 - парціальний тиск водяної пари.

Так як

то

і, за законом Шарля:

Звідси:

Підставимо числа і отримаємо:

Теоретично розраховане p2 виявилося більше pнас2, чого насправді бути не може. Отже, частина парів при охолодженні сконденсується, а решта буде мати тиск pнас2, максимально допустиме при даній температурі. Отже, тиск водяної пари при 5 ° С становить 0,88 кПа, тобто ці пари насичені.

Можна ще розглянути механізм явища, описаного в задачі, за допомогою графіків, що відображають закон Шарля, - ізохорами, що виходять з початку координат (рис. 2). Ізохоричному охолодження - це рух по ізохорами зі стану 1 в стан 2.

Але якщо зіставити це з графіком залежності тиску насиченої пари від температури (рис. 3), то виявиться, що стан 2 знаходиться за межами «дозволеного», в області рідини. Тому охолодження ненасиченого пара буде йти зі стану 1 тільки до перетину з

кривої тиску насиченого

пари (точка В на графіку), а далі - по самій кривій, в результаті чого пара опиниться в стані 2 'при тиску рнас2.

Важливе також питання про визначення відносної вологості на практиці за допомогою приладів - гігрометрів. Найчастіше зустрічається, звичайно ж, гігрометр психрометрический - психрометр. Назва ця грецького походження, адже        [псіхрос] означає холодний. До речі, гуманітаріїв добре було б і самих запитати про походження слова. В основі роботи психрометра лежить явище аспірації. Нехай учні самі здогадаються, що означає слово аспірація, по однокорінним словами. Назва ліки «аспірин» всім добре відомо, а його основне призначення - зняття спека, тобто відведення тепла при випаровуванні. Адже недарма людина з підвищеною температурою тіла, що прийняв аспірин, спочатку рясно потіє, після чого йому стає легше. (Як бачите, цим лінгвістичним моментом ми лестило і майбутнім гуманітаріям, і майбутнім медикам. З відведенням тепла при випаровуванні можна навести і ще один приклад: перед ін'єкцією ліки відповідне місце протирають спиртом, після чого місце відчуває холод - випаровується спирт забирає тепло. Втім, можна обійтися і без уколу: просто налити трохи спирту або ефіру на долоню і почекати.)

Швидкість аспірації залежить від відносної вологості повітря. Але як? Нехай учні це теж вирішать самостійно, тільки їм треба для цього навести простий життєвий приклад: білизна, сохне на мотузці в суху і в дощову погоду. Діти вже з досвіду знають, що швидкість висихання білизни визначається не стільки температурою повітря, скільки його вологістю. У холодну осінню пору білизна може висохнути і швидше, ніж влітку, якщо повітря сухий (вологість 30-40%), а влітку - дуже вологий (80-90%). Отже, чим менше вологість повітря, тим легше волозі випаровуватися.

У психрометри є два термометра. Один - звичайний, його називають сухим. Він вимірює температуру навколишнього повітря. На спиртову колбу іншого термометра одним своїм кінцем надітий тряпочной трубчастий гніт. Щоб гніт постійно був вологим, його другий кінець опущений в колбу з водою. Таким чином, інший термометр показує температуру не повітря, а вологого гнота, звідси і назва зволожений термометр. Чим менше вологість повітря, тим інтенсивніше випаровується волога з гнота, тим більша кількість теплоти в одиницю часу відводиться від спиртової колби зволоженого термометра, тим менше його свідчення, отже, тим більше різниця показань сухого і зволоженого термометрів.

Знаючи показання сухого і визначивши різницю з показаннями зволоженого термометра, за спеціальною таблицею (до речі, що є на лицьовій стороні психрометра), на перетині відповідних рядка і стовпця, знаходять значення відносної вологості. Для наочності спочатку вчитель весь процес визначення вологості показує сам, а потім дає три психрометра на кожен ряд для самостійної роботи. Як показує досвід, принцип роботи з психрометром хлопці запам'ятовують добре, принаймні до випускних іспитів у 11-му класі.

У медико-біологічних класах треба зупинитися ще на впливі вологості повітря на самопочуття людини та на стан його окремих органів. Людина відчуває себе комфортно при вологості від 40 до 60%, причому максимально допустиме значення, при якому людина відчуває себе ще нормально, зменшується зі зростанням температури (див. таблицю).

Видно, що високу температуру легше переносити при сухому повітрі. Тому 40 ° С в сухій пустелі можуть не так сильно виснажувати, як 30 ° С у місті після зливи, коли вологість доходить до 70%. Це і зрозуміло. Щоб не перегрітися, організму в спеку треба б інтенсивно потіти, але при високій вологості піт не буде встигати висихати, а буде, як кажуть, лити струмком, що не дасть рятівного охолодження тіла.

Низька вологість повітря в жарких країнах використовується і в медичних цілях. Зокрема, для лікування нирок, коли потрібно послабити навантаження на них. При високій температурі повітря і низькій вологості людина, сильно потіючи, виводить вологу з організму здебільшого не через нирки, а через шкіру. Так що після такої процедури залишається тільки прийняти душ.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
30.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Високоефективна рідинна хроматографія забруднювачів атмосферного повітря і повітря робочої зони
Пароутворення Вологість
Відносна швидкість інерціальних систем
Відносна фазова маніпуляція - метод підвищення надійності передачі інформації
Повітря
Атмосферне повітря
Склад повітря
Забруднення атмосферного повітря
Вплив людини на повітря

Нажми чтобы узнать.
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru