Влажность воздуха.
методическая разработка по физике (10 класс)

Тема: Измерение относительной влажности воздуха.

Цель: освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра.

Оборудование: термометр, стакан с водой комнатной температуры, салфетка впитывающая, психрометрическая таблица.

Теоретическая часть: (Ответьте на вопросы)

1. Как образуется влажность воздуха и что это такое?
2. Какова нормальная влажность воздуха?
3. Что такое относительная влажность воздуха? В каких единицах она измеряется?
4. Что такое абсолютная влажность воздуха? В каких единицах она измеряется?
5. С помощью каких приборов измеряют влажность воздуха?
6. Каково устройство психрометра (гигрометра психрометрического)?
7. Для каких целей используется психрометр?
8. Каков принцип действия психрометра?

 Практическая часть: (Выполните последовательность предложенных действий)

1. Подготовьте экспериментальную установку из необходимого оборудования.
2. Изобразите экспериментальную установку схематически.

3. Снимите показания с двух термометров.

      Показания сухого термометра tсухого = _____0С.

      Показания влажного термометра tвлажного = _____0С.

4. Рассчитайте разность показаний сухого и влажного термометров:

Δt = tсухого - tвлажного

5. По психрометрической таблице определите влажность воздуха  (φ =___%)

По вертикали в ней отмечены показания сухого термометра, а по горизонтали разность температур. Сопоставив линии можно получить показания относительной влажности.

6. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

7. Повторите опыт и определите влажность воздуха  на улице. Внесите данные в таблицу.

8. Сравните значения влажности воздуха в помещении и на улице в виде диаграммы.

9. Сделайте вывод о состоянии влажности воздуха в помещении и на улице. Перечислите способы нормализации влажности воздуха в помещении. Есть ли необходимость применять такие меры.

10.  Сделайте вывод к выполненной работе.

Контрольные вопросы:

1. Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?
2. Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?
3. При каком условии разности показаний термометров наибольшая?
4. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?
5.  «Сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?
6. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Ответы на контрольные вопросы:

1. Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?

Резервуар «влажного» термометра обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается.

2. Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?

Да. В ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров могут оказаться одинаковыми при влажности 100%, т.к. в этом случае испарения с марли «влажного» термометра происходить не будет и он не будет охлаждаться.

3. При каком условии разности показаний термометров наибольшая?

Наибольшая разность показаний термометров будет при сухом воздухе (когда влажность воздуха близка к 0%)

4. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?

Температура «влажного» термометра никогда не может оказаться выше температуры «сухого» термометра, т.к. с марли на резервуаре «влажного» термометра испаряется вода и при её испарении он охлаждается

5. «Сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?

Если «сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру, то влажность воздуха 100%

6. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Предельное значение относительной влажности воздуха 100%

Как может сухой воздух повлиять на человека:

увеличивается потеря влаги человеком через кожу; соответственно снижается эластичность кожи, волос и ногтей, а соответственно появляются морщины, ногти расслаиваются, волосы секутся; высыхает слизистая глаз, отчего появляются такие симптомы, как «песок» в глазах, зуд, покраснения; потеря воды в организме человека, а точнее в крови, приводит к её сгущению, отсюда головные боли, учащается сердцебиение, увеличивается давление, снижается работоспособность, появляется слабость; пищеварение также замедляется, потому что внутри желудочно-кишечного тракта снижается концентрация жидкости, что часто приводит к запорам; снижается иммунитет за счёт высыхания слизистых дыхательных путей, что часто приводит к ОРВИ; в воздухе повышается концентрация аллергенов респираторного типа, потому что они связываются капельками влаги, если норма влажности воздуха в помещениях нормальная.

Как может слишком влажный воздух повлиять на человека:

появление в помещениях таких микроорганизмов, как плесень и грибки. Чем они опасны: жители таких домов страдают хроническими респираторными заболеваниями: аллергия, насморк, бронхит, астма; все время присутствует ощущение дискомфорта, особенно влажность и духота; размножение микроорганизмов становится причиной появления неприятного запаха; портиться мебель, долго сохнет постиранное белье и прочее.

Враги нормальной влажности воздуха

Все электрические приборы нагреваются и выделяют тепло, а значит нагревают температуру воздуха внутри дома, снижая влажность. Особенно надо отметить кондиционер, которым все пользуются летом. Его принцип работы основан на том, что прибор забирает влажность, конденсируя её на теплообменнике, расположенном во внутреннем блоке. И эту воду по лотку и шлангу выводит на улицу.

Телевизоры, компьютеры и прочие электроприборы. Самый серьёзный враг влажностному режиму – отопительная система. Она может зимой снизить этот параметр до 20%, что уже считается критическим значением.

Многие стараются решить эту проблему проветриванием. Но не многие знают, что в холодном воздухе влаги немного. И если вы его впустили в комнаты, он нагревается, расширяется и становится сухим.

Как можно регулировать влажность

Если влажность повышенная:

организовать частое проветривание; установить осушители воздуха; провести монтаж вытяжек; постоянно следить за сантехникой и трубами отопления, водопровода и канализации, чтобы они были в герметичном и исправном состоянии;

использовать для обогрева дома обогреватели разного типа; не сушить внутри белье.

Если влажность пониженная:

установить в одной из комнат аквариум или фонтан декоративного типа; как можно меньше использовать кондиционеры и обогреватели; установить разбрызгиватели, они же увлажнители, или делать это ручным пульверизатором; почаще проводить влажную уборку; разложить на радиаторах отопления влажные полотенца; развести как можно больше домашних растений.

Теория.     Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха.

Рассмотрим процессы, происходящие в закрытом сосуде:

1. процесс испарения, скорость которого постепенно уменьшается
2. конденсации, скорость которого постепенно возрастает

     Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

     Ненасыщенный пар – это пар, не достигший динамического равновесия со своей жидкостью. При данной температуре давление ненасыщенного пара всегда меньше давления насыщенного пара.

     При наличии над поверхностью жидкости ненасыщенного пара, процесс парообразования преобладает над процессом конденсации, и потому жидкости в сосуде с течением времени становится все меньше и меньше.

            Рассмотрим некоторые свойства насыщенного пара:

1. Концентрация молекул насыщенного пара не зависит от его объёма при постоянной температуре. Если уменьшить объем насыщенного пара, то сначала концентрация его молекул увеличится и из газа в жидкость начнет переходить больше молекул до тех пор, пока опять не установится динамическое равновесие.

2. Давление насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объёма.    p = n*k*T, т.к. n не зависит от V , то и р не зависит от V.

Независимое от объёма давление пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называется давлением насыщенного пара. Это наибольшее давление, которое может иметь пар при данной температуре.

3. Давление насыщенного пара зависит от температуры. Чем выше будет температура жидкости, тем больше молекул будет испаряться, динамическое равновесие нарушится, но концентрация молекул пара будет расти до тех пор, пока равновесие не установится опять, а значит, больше станет и давление насыщенного пара. С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает.

        В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды, которая испаряется с поверхности морей, рек, океанов и т.п.    Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным.

        Влажность воздуха оказывает огромное влияние на многие процессы на Земле: на развитие флоры и фауны, на урожай сельхоз. культур, на продуктивность животноводства и т.д. Влажность воздуха имеет большое значение для здоровья людей, т.к. от неё зависит теплообмен организма человека с окружающей средой. При низкой влажности происходит быстрое испарение с поверхности и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, что приводит к ухудшению состояния.

     Для количественной оценки влажности воздуха используют понятия абсолютной и относительной влажности.

    Абсолютная влажность – величина, показывающая, какая масса паров воды находится в 1 м³ воздуха (т.е. это плотность водяного пара). Она равна парциальному давлению пара при данной температуре.

    Парциальное давление пара – это давление, которое оказывал бы водяной пар, находящийся в воздухе , если бы все остальные газы отсутствовали.

    Относительная влажность воздуха – это величина, показывающая, как далек пар от насыщения. Это отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного   пара p0 при той же температуре, выраженное в процентах:

     Если воздух не содержит паров воды, то его абсолютная и относительная влажность равны 0.

     Если влажный воздух охлаждать, то находящийся в нем пар можно довести до насыщения, и далее он будет конденсироваться.

     Примеры: выпадение росы под утро, запотевание холодного стекла, если на него подышать, образование капли воды на холодной водопроводной трубе, сырость в подвалах домов.

     Точка росы – это температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным.

     Предельное значение относительной влажности – 100%. Нормальной для человеческого организма считается влажность 60%.

    Для измерения влажности воздуха используют приборы гигрометры и 

психрометры.

1. Испарение это:

Процесс перехода жидкости в газообразное состояние

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости

Один из этапов кипения

2. Насыщенный пар это:

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью

Очень плотный пар

Пар, который конденсируется быстрее, чем испаряется его жидкость

3. От чего зависит скорость испарения?

От массы жидкости

От температуры

От площади поверхности жидкости

От рода жидкости

От местности

4. Выберете верные утверждения

Испарение происходит постоянно

Температура кипения воды всегда равна 100 оС

Существует температура, достигнув которой, пар уже не может стать жидкостью

Влажность воздуха зависит от температуры

5. Если из жидкости вылетает столько же молекул, сколько молекул пара возвращается обратно в жидкость, то это значит:

Испарение прекратилось

Наступило динамическое равновесие

Скорость испарения изменилась

Температура жидкости изменилась

6. Относительная влажность воздуха это:

Отношение скорости испарения пара к средней скорости испарения

Отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре

Правильного ответа нет

7. Если относительная влажность воздуха составляет 100%, то, что произойдёт при понижении температуры?

Относительная влажность уменьшится

Относительная влажность увеличится

Выпадет роса

Пойдет дождь

8. Относительная влажность воздуха составляет 35%. Сколько процентов влажности будет, если плотность насыщенного пара станет вдвое меньше?
9. Измеряя абсолютную плотность пара, студент обнаружил, что она больше плотности насыщенного пара. Он ошибся в измерениях потому что:

Измерить абсолютную плотность пара не представляется возможным

Измерить плотность насыщенного пара не представляется возможным

Это означает, что относительная влажность воздуха больше 100%, а такого быть не может. При такой влажности большая погрешность в измерениях

10. Сухой термометр психрометра показывает 12 оС, а влажный термометр показывает 8 оС. Какова относительная влажность воздуха (в %)?

Тема: Измерение относительной влажности воздуха.

Цель: освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра.

Оборудование: термометр, стакан с водой комнатной температуры, салфетка впитывающая, психрометрическая таблица.

Теоретическая часть: (Ответьте на вопросы)

1. Как образуется влажность воздуха и что это такое?
2. Какова нормальная влажность воздуха?
3. Что такое относительная влажность воздуха? В каких единицах она измеряется?
4. Что такое абсолютная влажность воздуха? В каких единицах она измеряется?
5. С помощью каких приборов измеряют влажность воздуха?
6. Каково устройство психрометра (гигрометра психрометрического)?
7. Для каких целей используется психрометр?
8. Каков принцип действия психрометра?

 Практическая часть: (Выполните последовательность предложенных действий)

1. Подготовьте экспериментальную установку из необходимого оборудования.
2. Изобразите экспериментальную установку схематически.

3. Снимите показания с двух термометров.

      Показания сухого термометра tсухого = _____0С.

      Показания влажного термометра tвлажного = _____0С.

4. Рассчитайте разность показаний сухого и влажного термометров:

Δt = tсухого - tвлажного

5. По психрометрической таблице определите влажность воздуха  (φ =___%)

По вертикали в ней отмечены показания сухого термометра, а по горизонтали разность температур. Сопоставив линии можно получить показания относительной влажности.

6. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

7. Повторите опыт и определите влажность воздуха  на улице. Внесите данные в таблицу.

8. Сравните значения влажности воздуха в помещении и на улице в виде диаграммы.

9. Сделайте вывод о состоянии влажности воздуха в помещении и на улице. Перечислите способы нормализации влажности воздуха в помещении. Есть ли необходимость применять такие меры.

10.  Сделайте вывод к выполненной работе.

Контрольные вопросы:

1. Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?
2. Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?
3. При каком условии разности показаний термометров наибольшая?
4. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?
5.  «Сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?
6. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Ответы на контрольные вопросы:

1. Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?

Резервуар «влажного» термометра обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается.

2. Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?

Да. В ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров могут оказаться одинаковыми при влажности 100%, т.к. в этом случае испарения с марли «влажного» термометра происходить не будет и он не будет охлаждаться.

3. При каком условии разности показаний термометров наибольшая?

Наибольшая разность показаний термометров будет при сухом воздухе (когда влажность воздуха близка к 0%)

4. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?

Температура «влажного» термометра никогда не может оказаться выше температуры «сухого» термометра, т.к. с марли на резервуаре «влажного» термометра испаряется вода и при её испарении он охлаждается

5. «Сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?

Если «сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру, то влажность воздуха 100%

6. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Предельное значение относительной влажности воздуха 100%

Как может сухой воздух повлиять на человека:

увеличивается потеря влаги человеком через кожу; соответственно снижается эластичность кожи, волос и ногтей, а соответственно появляются морщины, ногти расслаиваются, волосы секутся; высыхает слизистая глаз, отчего появляются такие симптомы, как «песок» в глазах, зуд, покраснения; потеря воды в организме человека, а точнее в крови, приводит к её сгущению, отсюда головные боли, учащается сердцебиение, увеличивается давление, снижается работоспособность, появляется слабость; пищеварение также замедляется, потому что внутри желудочно-кишечного тракта снижается концентрация жидкости, что часто приводит к запорам; снижается иммунитет за счёт высыхания слизистых дыхательных путей, что часто приводит к ОРВИ; в воздухе повышается концентрация аллергенов респираторного типа, потому что они связываются капельками влаги, если норма влажности воздуха в помещениях нормальная.

Как может слишком влажный воздух повлиять на человека:

появление в помещениях таких микроорганизмов, как плесень и грибки. Чем они опасны: жители таких домов страдают хроническими респираторными заболеваниями: аллергия, насморк, бронхит, астма; все время присутствует ощущение дискомфорта, особенно влажность и духота; размножение микроорганизмов становится причиной появления неприятного запаха; портиться мебель, долго сохнет постиранное белье и прочее.

Враги нормальной влажности воздуха

Все электрические приборы нагреваются и выделяют тепло, а значит нагревают температуру воздуха внутри дома, снижая влажность. Особенно надо отметить кондиционер, которым все пользуются летом. Его принцип работы основан на том, что прибор забирает влажность, конденсируя её на теплообменнике, расположенном во внутреннем блоке. И эту воду по лотку и шлангу выводит на улицу.

Телевизоры, компьютеры и прочие электроприборы. Самый серьёзный враг влажностному режиму – отопительная система. Она может зимой снизить этот параметр до 20%, что уже считается критическим значением.

Многие стараются решить эту проблему проветриванием. Но не многие знают, что в холодном воздухе влаги немного. И если вы его впустили в комнаты, он нагревается, расширяется и становится сухим.

Как можно регулировать влажность

Если влажность повышенная:

организовать частое проветривание; установить осушители воздуха; провести монтаж вытяжек; постоянно следить за сантехникой и трубами отопления, водопровода и канализации, чтобы они были в герметичном и исправном состоянии;

использовать для обогрева дома обогреватели разного типа; не сушить внутри белье.

Если влажность пониженная:

установить в одной из комнат аквариум или фонтан декоративного типа; как можно меньше использовать кондиционеры и обогреватели; установить разбрызгиватели, они же увлажнители, или делать это ручным пульверизатором; почаще проводить влажную уборку; разложить на радиаторах отопления влажные полотенца; развести как можно больше домашних растений.

Теория.     Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха.

Рассмотрим процессы, происходящие в закрытом сосуде:

1. процесс испарения, скорость которого постепенно уменьшается
2. конденсации, скорость которого постепенно возрастает

     Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

     Ненасыщенный пар – это пар, не достигший динамического равновесия со своей жидкостью. При данной температуре давление ненасыщенного пара всегда меньше давления насыщенного пара.

     При наличии над поверхностью жидкости ненасыщенного пара, процесс парообразования преобладает над процессом конденсации, и потому жидкости в сосуде с течением времени становится все меньше и меньше.

            Рассмотрим некоторые свойства насыщенного пара:

1. Концентрация молекул насыщенного пара не зависит от его объёма при постоянной температуре. Если уменьшить объем насыщенного пара, то сначала концентрация его молекул увеличится и из газа в жидкость начнет переходить больше молекул до тех пор, пока опять не установится динамическое равновесие.

2. Давление насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объёма.    p = n*k*T, т.к. n не зависит от V , то и р не зависит от V.

Независимое от объёма давление пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называется давлением насыщенного пара. Это наибольшее давление, которое может иметь пар при данной температуре.

3. Давление насыщенного пара зависит от температуры. Чем выше будет температура жидкости, тем больше молекул будет испаряться, динамическое равновесие нарушится, но концентрация молекул пара будет расти до тех пор, пока равновесие не установится опять, а значит, больше станет и давление насыщенного пара. С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает.

        В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды, которая испаряется с поверхности морей, рек, океанов и т.п.    Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным.

        Влажность воздуха оказывает огромное влияние на многие процессы на Земле: на развитие флоры и фауны, на урожай сельхоз. культур, на продуктивность животноводства и т.д. Влажность воздуха имеет большое значение для здоровья людей, т.к. от неё зависит теплообмен организма человека с окружающей средой. При низкой влажности происходит быстрое испарение с поверхности и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, что приводит к ухудшению состояния.

     Для количественной оценки влажности воздуха используют понятия абсолютной и относительной влажности.

    Абсолютная влажность – величина, показывающая, какая масса паров воды находится в 1 м³ воздуха (т.е. это плотность водяного пара). Она равна парциальному давлению пара при данной температуре.

    Парциальное давление пара – это давление, которое оказывал бы водяной пар, находящийся в воздухе , если бы все остальные газы отсутствовали.

    Относительная влажность воздуха – это величина, показывающая, как далек пар от насыщения. Это отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного   пара p0 при той же температуре, выраженное в процентах:

     Если воздух не содержит паров воды, то его абсолютная и относительная влажность равны 0.

     Если влажный воздух охлаждать, то находящийся в нем пар можно довести до насыщения, и далее он будет конденсироваться.

     Примеры: выпадение росы под утро, запотевание холодного стекла, если на него подышать, образование капли воды на холодной водопроводной трубе, сырость в подвалах домов.

     Точка росы – это температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным.

     Предельное значение относительной влажности – 100%. Нормальной для человеческого организма считается влажность 60%.

    Для измерения влажности воздуха используют приборы гигрометры и 

психрометры.

1. Испарение это:

Процесс перехода жидкости в газообразное состояние

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости

Один из этапов кипения

2. Насыщенный пар это:

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью

Очень плотный пар

Пар, который конденсируется быстрее, чем испаряется его жидкость

3. От чего зависит скорость испарения?

От массы жидкости

От температуры

От площади поверхности жидкости

От рода жидкости

От местности

4. Выберете верные утверждения

Испарение происходит постоянно

Температура кипения воды всегда равна 100 оС

Существует температура, достигнув которой, пар уже не может стать жидкостью

Влажность воздуха зависит от температуры

5. Если из жидкости вылетает столько же молекул, сколько молекул пара возвращается обратно в жидкость, то это значит:

Испарение прекратилось

Наступило динамическое равновесие

Скорость испарения изменилась

Температура жидкости изменилась

6. Относительная влажность воздуха это:

Отношение скорости испарения пара к средней скорости испарения

Отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре

Правильного ответа нет

7. Если относительная влажность воздуха составляет 100%, то, что произойдёт при понижении температуры?

Относительная влажность уменьшится

Относительная влажность увеличится

Выпадет роса

Пойдет дождь

8. Относительная влажность воздуха составляет 35%. Сколько процентов влажности будет, если плотность насыщенного пара станет вдвое меньше?
9. Измеряя абсолютную плотность пара, студент обнаружил, что она больше плотности насыщенного пара. Он ошибся в измерениях потому что:

Измерить абсолютную плотность пара не представляется возможным

Измерить плотность насыщенного пара не представляется возможным

Это означает, что относительная влажность воздуха больше 100%, а такого быть не может. При такой влажности большая погрешность в измерениях

10. Сухой термометр психрометра показывает 12 оС, а влажный термометр показывает 8 оС. Какова относительная влажность воздуха (в %)?