Как найти абсолютную влажность воздуха при температуре

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 ноября 2017 года; проверки требуют 20 правок.

Абсолютная влажность воздуха
Размерность	L−3M
Единицы измерения
СИ	кг/м³
СГС	г/см³
Примечания
скалярная величина

Абсолютная влажность воздуха (лат. absolutus — полный) — физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1 м³ воздуха^[1]. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе. Обычно обозначается буквой .

Согласно РМГ 75-2014 термины абсолютная влажность и парциальная плотность влаги отнесены к не рекомендуемым к применению синонимам термина массовая концентрация влаги^[2].

Определение[править | править код]

Абсолютная влажность воздуха рассчитывается по следующей формуле:

где  — объём влажного воздуха, а  — масса водяного пара, содержащегося в этом объёме.

Обычно используемая единица абсолютной влажности: г/м³.

Абсолютная влажность воздуха зависит от температурного режима и переноса (адвекции) влаги с океаническими массами воздуха. При одной и той же температуре воздух может поглотить вполне определённое количество водяного пара и достичь состояния полного насыщения. В спокойном состоянии воздух может достичь и перенасыщения (параметр влажности становится выше 100%), но поскольку атмосфера редко когда равновесна, лишняя влага или осаждается (роса, изморозь, иней) или, реже, конвектирует в более высокие слои атмосферы, а в прогнозах погоды перенасыщение не отображается.

Рассматривая водяной пар как идеальный газ, с помощью уравнения Клапейрона — Менделеева получают соотношение, связывающее плотность и парциальное давление водяного пара^[3]:

,

где  — молярная масса воды (18,01528 г/моль); — парциальное давление паров воды в воздухе;  — универсальная газовая постоянная (R = 8,3144598(48) ^Дж⁄_{(моль∙К)});  — температура воздуха, К.

Переход к относительной влажности[править | править код]

Согласно следствию закона Бойля — Мариотта, при изотермическом процессе давление газа изменяется прямо пропорционально его плотности. Отсюда формулу расчёта относительной влажности воздуха можно как:

откуда следует, что

где

— относительная влажность воздуха (обычно обозначается греческой буквой φ);

— парциальное давление паров воды в воздухе;

— равновесное давление насыщенного пара.

— это и есть абсолютная влажность воздуха , а

— плотность насыщенного водяного пара при данной температуре, значение которой можно найти из психрометрических таблиц Всемирной метеорологической организации^[4]:

Зависимость плотности насыщенного пара от температуры воздуха

Температура	Плотность насыщенного водяного пара , г/м³	Температура	Плотность насыщенного водяного пара , г/м³
0,0	4,9	55,0	104,0
5,0	6,8	60,0	129,5
10,0	9,4	65,0	160,1
15,0	12,8	70,0	196,4
20,0	17,3	75,0	239,3
25,0	23,0	80,0	289,7
30,0	30,4	85,0	348,7
35,0	39,6	90,0	417,3
40,0	51,2	95,0	496,8
45,0	65,4	100,0	588,5
50,0	82,8	и т.д.	>588,5

Абсолютная влажность воздуха в состоянии его насыщения носит название влагоёмкости. Величина влагоёмкости воздуха резко возрастает с увеличением его температуры.

См. также[править | править код]

• Влажность
• Насыщенный пар
• Относительная влажность
• Психрометр

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• Кирьянов А. П., Коршунов С. М. Термодинамика и молекулярная физика. Пособие для учащихся. — М.: Просвещение, 1977. — 160 с.
• Рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 75-2014. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения влажности веществ. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2015. — iv + 16 с.

Ссылки[править | править код]

• Абсолютная влажность воздуха и относительная влажность воздуха. Онлайн-калькулятор.

Этот калькулятор переводит относительную влажность воздуха в абсолютную влажность воздуха при заданной температуре и атмосферном давлении. Калькулятор под ним выполняет обратную операцию — переводит абсолютную влажность воздуха в относительную. Немного теории и формулы находятся под калькулятором.

Начнем с нескольких определений
Относительная влажность воздуха — отношение парциального давления водяного пара к его предельному значению (давлению насыщенного водяного пара) над плоской поверхностью чистой воды, при постоянном давлении и температуре, выраженное в процентах. Относительная влажность показывает соотношение между количеством водяного пара в воздухе и количеством водяного пара в воздухе в состоянии насыщение, то есть максимальным количеством водяного пара, который может содержаться в воздухе при данной температуре и давлении.

Абсолютная влажность воздуха — масса водяного пара в единице объема влажного воздуха. Абсолютная влажность показывает количественное содержание воды в воздухе.

Благодаря Всемирной метеорологической организации, мы можем найти значение давления насыщенного водяного пара при заданной температуре и давлении (подробнее смотри Давление насыщенного водяного пара).
Зная давление насыщения и относительную влажность, мы можем найти соответствующее давление водяного пара.

Перейти к абсолютной влажности поможет известное уравнение Менделеева-Клапейрона.

В нашем случае это будет

где R — универсальная газовая постоянная, равная 8313.6, а Rv — газовая постоянная для водяного пара, равная 461.5

Откуда можно выразить соотношение массы к объему:

Вот так — для температуры 25 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха 60% мы получаем, что в кубометре воздуха содержится примерно 14 грамм воды, что, в общем-то, соответствует тем таблицам перевода относительной влажности в абсолютную, что я находил.

Как найти абсолютную влажность воздуха

Абсолютная влажность – эта масса водяного пара, которая находится в единице объема этого газа, проще говоря, это плотность водяного пара. В зависимости от температуры эта величина может меняться. Ее можно измерить, получив точку росы или рассчитать через относительную влажность.

Вам понадобится

• – ртутный термометр;
• – герметичный сосуд;
• – таблица зависимости насыщенного водяного пара от температуры;
• – психрометр.

Инструкция

Для непосредственного измерения влажности, отберите пробу воздуха в герметичный сосуд и начинайте охлаждать его. При определенной температуре на стенках сосуда появится роса (пар конденсируется), запишите значение температуры, при котором это произойдет. По специально таблице найдите плотность насыщенного пара при той температуре, что он конденсировался. Это и будет абсолютная влажность воздуха, проба которого отбиралась.

Возьмите чувствительный ртутный термометр, обмотайте пузырек с ртутью тканью. Снимите с него показания после того, как он придет в температурное равновесие с окружающим воздухом. По таблице определите плотность насыщенного пара при температуре, которую показывает термометр. Это и будет абсолютная влажность, но значение будет не очень точным.

Рассчитайте абсолютную влажность при известной относительной влажности. Эта величина измеряется в процентах и показывает, во сколько раз реальная плотность водяного пара в воздухе меньше насыщенного при данной температуре. Для определения абсолютной влажности измерьте температуру воздуха. Затем, по таблице плотности насыщенного пара найдите эту величину для измеренной температуры. Чтобы найти абсолютную влажность, относительную влажность φ умножьте на плотность насыщенного пара при данной температуре ρн и поделите на 100% (ρ= φ∙ ρн/100%).

Пример Относительная влажность при температуре 20ºС составляет 45%. Чтобы получить абсолютную влажность, найдите плотность насыщенного водяного пара при температуре 20 ºС, которую имеет воздух. Эта величина составляет 17,3 г/м³. После этого примените формулу для расчета абсолютной влажности ρ=45∙17,3/100=7,785 г/м³. Это и будет абсолютная влажность воздуха.

Полезный совет

Если относительная влажность воздуха неизвестна, измерьте ее при помощи специального прибора, который называется психрометр.

Источники:

• абсолютная влажность воздуха

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Вы видели хоть раз росу?

К примеру, почему летом утром или вечером трава становится мокрой, хотя дождь мог быть довольно давно? Замечали как просыпаетесь рано утром на даче, выходить на улицу, а на деревьях и растениях висят маленькие капельки воды? Это связано с некоторыми физическими явлениями.

Воздух в атмосфере содержит водяной пар. Он появляется в воздухе при испарении воды с поверхности водоемов при достаточно высокой температуре. Также водяной пар появляется при испарении влаги с поверхности земли после полива растений или после дождей. Вечером и ночью происходит охлаждение как самого воздуха, так и земной поверхности. Быстрее всего остывает воздух (а с ним и водяной пар), находящийся поблизости от земли. При определенной температуре, называемой точкой росы, пар начинает превращаться в воду (конденсироваться).

Роса образуется при положительных температурах, которые не позволяют ей замерзнуть. А при отрицательной температуре водяной пар сразу переходит в твердое состояние и образуется иней.

Из любого водоема испаряется вода — с поверхности морей, рек и прудов. Испаряется она и из луж, и с листьев деревьев, и даже с поверхности нашего тела, особенно когда мы потеем. Вместе с потоками теплого воздуха водяной пар поднимается все выше и выше. Чем дальше от земли, тем воздух становится холоднее, поэтому происходит обратный испарению процесс — конденсация, то есть переход воды из газообразного состояния (пара) в жидкое (собственно воду). Вначале образуются мельчайшие капельки, подвешенные в воздухе, — это облака, возникновение которых далеко не всегда приводит к дождю.

Обычно ветер уносит облака далеко от тех мест, где они образовались. Если облако попадает в поток более теплого воздуха, капельки снова превращаются в пар. Но если холодного воздуха много, капли постепенно увеличиваются в размерах, одновременно опускаясь под действием своей тяжести. Эго уже не легкое белое облачко — это серая и тяжелая дождевая туча.

Когда водяные капли становятся достаточно большими, они падают вниз, по пути сливаясь со встреченными маленькими капельками. От того, с какой скоростью растут капли, зависит сила дождя, который проливается из тучи. Капельки имеют одинаковую форму, но их размер может изменяться от 0,5 до 6 мм в диаметре. Капли меньших размеров относят к мороси.

Интенсивность дождей в значительной степени зависит от региона: так как в жарком климате поверхность земли нагревается быстрее и сильнее, это вызывает более мощный поток поднимающегося водяного пара.

Утренняя роса

Иногда в течение дня Земля нагревается Солнцем, а ночью она сильно охлаждается. И тогда ранним утром вы можете видеть, как сверкают капли росы на листьях растений. Как же они появляются? Невидимые частицы воды после очень жаркого дня собираются в воздухе, а потом в виде водяных капелек оседают на траве и листве деревьев. Чаще всего это происходит в ясную безветренную погоду осенью и весной. Днём, когда снова становится жарко, роса тут же испаряется.

Образование росы. Физические принципы

Из-за охлаждения воздушной массы водяной пар конденсируется на объектах вблизи земли и превращается в капли воды. Это происходит обычно ночью. В пустынных регионах роса является важным источником влаги для растительности. Достаточно сильное охлаждение нижних слоёв воздуха происходит, когда после заката солнца поверхность земли быстро охлаждается посредством теплового излучения. Благоприятными условиями для этого являются чистое небо и покрытие поверхности, легко отдающее тепло, например, травяное. Особенно сильное образование росы происходит в тропических регионах, где воздух в приземном слое содержит много водяного пара и благодаря интенсивному ночному тепловому излучению земли существенно охлаждается. При отрицательных температурах образуется иней.

Температура воздуха, до которой должен охладиться воздух при данном его влагосодержании, чтобы водяной пар достиг насыщения, называется точкой росы.

Температура точки росы газа (точка росы) — значение температуры газа, при которой водяной пар, содержащийся в газе, охлаждаемом изобарически, становится насыщенным над плоской поверхностью воды.

Точка росы — это температура воздуха, при которой содержащийся в нём пар достигает состояния насыщения и начинает конденсироваться в росу.

Разобрались научно-популярным языком, теперь ближе к физике

Рассмотрим задачу из ЕГЭ по теме расчета относительной и абсолютной влажности воздуха

В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23 °C на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 12 °C. По результатам этих экспериментов определите абсолютную и относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Поясните, почему конденсация паров воды в воздухе может начинаться при различных значениях температуры. Давление и плотность насыщенного водяного пара при различной температуре показано в таблице:

Попробуйте решить самостоятельно… В конце статьи будет решение задачи

Решение:

Температура t = 23 °C и объем комнаты V не изменяются, поэтому давление водяного пара, который находится в воздухе, в комнате остается неизменным. По таблице мы знаем давление насыщенного водяного пара при температуре 23 °C, но не знаем давление обычного водяного пара в этой комнате при данной температуре. Именно здесь нам помогает та часть условия, которая говорит, что если охладить стакана до 12 °C, то начнется конденсация паров из воздуха на стенках холодного стакана. То есть именно в этот момент достигается точка росы. А значит давление водяного пара в воздухе при текущей температуре t = 23 °C сравнивается с давлением насыщенного водяного пара (холодного пара у поверхности воды в стакане) при 12 °C. 

Допущение, которые нужно было принять:
1. Температура в комнате всё же остается постоянной
2. Если занести холодный стакан, то это насыщенный водяной пар над поверхностью холодной воды в стакане “подстраивается” под давление водяных паров в комнате таким образом, что возникает точка росы. Поэтому давление приравниваются исходя из 100% относительной влажности.

Решение.jpg

Еще много полезного:

Библиотека с книгами для физиков, математиков и программистов

Репетитор IT mentor в VK // Репетитор IT mentor в Instagram
Репетитор IT mentor в Яндекс.Дзен // Репетитор IT mentor в telegram