Vlhkost vzduchu a metody jejího stanovení • 8. ročník • Fyzika

Zde a dále si budeme povídat vlhkost vzduchu a plynů. Na rozdíl od teploty zde nejsou žádné problémy s definicí a fyzikálním chápáním vlhkosti. Jedná se o množství vody obsažené v jednotkovém objemu vzduchu. Při naší práci jsme se ale setkali s tím, že lidé zabývající se profesionálním měřením tento fyzikální parametr necítí a nedokážou proto provést základní výpočty a vysvětlit řadu jevů souvisejících s vlhkostí. Je to z velké části dáno tím, že na rozdíl od teploty necítíme vlhkost tak zřetelně (Viz článek: Co je to teplota? Jak správně měřit teplotu? Co vybrat: termoodpor nebo termočlánek? Tipy k použití.). Představte si, že jste opustili dům v zimním ránu. Jaká je venkovní teplota, poznáte s přesností na 3. 5⁰С, ale otázka, jaká je nyní relativní vlhkost, vás zmátne. Vlhkost vzduchu je přitom velmi důležitým parametrem, který přímo ovlivňuje pohodu a výkonnost člověka. V mnoha průmyslových odvětvích a zemědělství je velmi důležité znát a udržovat určitou vlhkost.

Co je to vlhkost vzduchu

Existuje několik jednotek pro měření relativní vlhkosti vzduchu.
1. Absolutní vlhkost je množství vody na jednotku objemu vzduchu, A (g/m3).
2. Pro určení druhé měrné jednotky je třeba se pozorně podívat na obrázek znázorňující pohyb molekul vody v uzavřené nádobě naplněné vodou do určité úrovně. Po nějaké době se v této nádobě srovnají dva procesy: vypařování a kondenzace molekul vody a získáme nasycenou vodní páru, která vytvoří na stěnách nádoby tlak rovný tlaku nasycené vodní páry Ps(Pa). Ve vzduchu jsou vždy molekuly vody, ale jejich koncentrace je nižší než nad vodní hladinou. Stejně jako ostatní molekuly vzduchu vytvářejí tlak. Tento tlak, vytvořený specificky molekulami vody, se nazývá parciální tlak vodní páry, P(Pa). Poměr parciálního tlaku vodní páry k tlaku nasycené vodní páry, vyjádřený v procentech, se nazývá relativní vlhkost vzduchu:

Z definice vyplývá, že nad hladinou vody je relativní vlhkost vzduchu 100 %. A naopak, při 100% vlhkosti vzduchu je pozorována kondenzace vlhkosti. Tlak nasycené vodní páry se zvyšuje s rostoucí teplotou. Pokud zvýšíte teplotu v izolované místnosti se 100% vlhkostí, relativní vlhkost prudce klesne.

3. Třetí jednotka vyplývá z druhé jednotky měření. Pokud snížíte teplotu v uzavřeném prostoru s určitou vlhkostí, zvýší se relativní vlhkost vzduchu. Při určité teplotě bude relativní vlhkost 100%. Tato teplota se nazývá teplota rosného bodu. Pro záporné teploty existuje rosný bod – bod mrazu. Samotná definice naznačuje jeden ze způsobů, jak zjistit vlhkost vzduchu v určitém objemu. Předmět musíte pomalu ochlazovat a přitom kontrolovat jeho teplotu. Teplota, při které se na předmětu objeví vodní film zkondenzovaných molekul vody, se bude rovnat teplotě rosného bodu v daném objemu.

Níže jsou uvedeny výrazy pro výpočet tlaku nasycené vodní páry nad povrchem vody Psw a ledu Psi v závislosti na teplotě:

Hodnoty tlaku nasycených par nad povrchem vody (Psw) a ledu (Psi)

T,°C

psw, Pa

psi, Pa

T,°C

psw, Pa

psi, Pa

T,°C

psw, Pa

psi, Pa

Látky se mohou měnit z pevného do kapalného skupenství a z kapalného do plynného skupenství. Poslední přeměna se nazývá vaporizace, ke které může dojít vypařováním nebo varem.

K varu dochází při specifické teplotě pro každou kapalinu. K odpařování kapaliny naopak dochází při jakékoli teplotě.

To znamená, že k vypařování na naší planetě dochází nepřetržitě: voda se vypařuje z povrchů jezer, oceánů, řek, různé vegetace atd. Výsledkem je, že vzduch v naší atmosféře vždy obsahuje vodní páru.

Влажность — je pojem, který charakterizuje obsah vodní páry v atmosféře. V této lekci si prověříme pojmy absolutní a relativní vlhkost vzduchu, rosný bod a seznámíme se s přístroji na měření vlhkosti vzduchu.

Absolutní a relativní vlhkost

Množství vodní páry ve vzduchu při dané teplotě určuje stupeň vlhkosti. Ale jak lze tento stupeň posoudit? K tomu nám pomohou dvě nové definice: absolutní vlhkost a relativní vlhkost.

Absolutní vlhkost $rho$ je fyzikální veličina, která ukazuje, kolik gramů vodní páry je obsaženo ve vzduchu o objemu $1 prostor m^3$ za daných podmínek, tedy hustoty vodní páry.
$rho = frac$.

Upozorňujeme, že při výpočtu hustoty různých látek jsme použili standardní měrnou jednotku – $frac$. Pro absolutní vlhkost je obvyklé používat nesystémovou jednotku měření hustoty – $frac$.

Stupeň vlhkosti je určen tím, jak blízko nebo daleko je vodní pára od nasycení.

• Čím více vodní páry je ve vzduchu, tím blíže je pára k nasycení.
• Čím vyšší je teplota vzduchu, tím více vodní páry je potřeba k jeho nasycení.

Připomeňme si: sytá pára je pára, která je v dynamické rovnováze se svou kapalinou. Počet molekul opouštějících kapalinu se rovná počtu molekul, které se do ní vracejí.

Vzhledem k tomu, že známe pouze absolutní vlhkost, nelze říci, zda je vzduch suchý nebo vlhký, nebo jak blízko je stavu nasycení.

Vodní pára obsažená ve vzduchu je nejčastěji nenasycená. Pokud by vodní pára ve vzduchu byla vždy nasycená, pak by nikdy vše na zemském povrchu nevyschlo.

Relativní vlhkost vzduchu $varphi$ je poměr absolutní vlhkosti vzduchu $rho$ k hustotě $rho_0$ nasycené vodní páry při stejné teplotě, vyjádřený v procentech.
$varphi = frac cdot 100 %$.

To znamená, že relativní vlhkost charakterizuje procento vlhkosti ve vzduchu. Za nejpříznivější relativní vlhkost pro člověka se považuje $40-60%$.

Chcete-li se plně naučit používat výše uvedené vzorce, podívejte se na lekci o řešení problémů na toto téma.

Rosný bod

V každém případě je ve vzduchu vodní pára. Pokud snížíme teplotu vzduchu, pak při určité teplotě budeme schopni přivést páru v něm obsaženou, do bodu nasycení.

Pokud poté budete teplotu dále snižovat, pára začne kondenzovat. V důsledku toho se tvoří mlha a padají kapky rosy. Zde máme další novou hodnotu, která také charakterizuje vlhkost vzduchu: rosný bod.

Rosný bod je teplota, při které se vodní pára ve vzduchu nasytí.

Vlhkost vzduchu se měří pomocí speciálních přístrojů: kondenzačních a vlasových vlhkoměrů a psychrometrů.

Kondenzační vlhkoměr

Podívejme se na strukturu a princip činnosti kondenzačního vlhkoměru (obrázek 1). Lze jej použít k určení absolutní vlhkosti vzduchu na základě rosného bodu.

Jeho základem je malá kovová krabička. 1. Jeho přední stěna 2 obklopený prstenem 3. Povrchy těchto prvků jsou dobře leštěné. Mezi nimi je umístěno tepelně izolační těsnění. 4. Na samotné krabici je připevněna gumová žárovka. 5. Uvnitř krabičky je vložen teploměr. 6.

Naplňte krabici například éterem. Už víte, že tato tekutina se poměrně rychle odpařuje. Začneme foukat vzduch skrz krabici pomocí žárovky. Tím urychlíme odpařování éteru a krabička rychle vychladne. Brzy se na vyleštěném povrchu objeví kapky rosy.

Všimněme si teploty, která je v tuto chvíli pozorována. Takto jsme to určili rosný bod. Bylo to v tuto chvíli pára se nasytila.

Dále pomocí speciálních tabulek můžete určit absolutní vlhkost vzduchu.

Vzhled typického laboratorního vlhkoměru je znázorněn na obrázku 2.

Vlasový vlhkoměr

Podle názvu tohoto zařízení můžete odhadnout, že někde v jeho struktuře jsou vlasy. A skutečně, funkce vlasového vlhkoměru (obrázek 3) je založena na jedné zajímavé vlastnosti lidských vlasů. Faktem je, že když se relativní vlhkost vzduchu zvýší, vlasy se prodlouží.

Stupnice tohoto zařízení již obsahuje hodnoty relativní vlhkosti vzduchu. Když se relativní vlhkost zvýší, vlasy se prodlouží, a když se sníží, zkrátí se. Šipka se pohybuje po stupnici a ukazuje relativní vlhkost vzduchu.

Psychrometr

Psychrometr (z latinského psychros – chlad, metrio – měřit) je znázorněn na obrázku 4.

Toto zařízení se skládá ze dvou teploměrů. Konec jednoho z nich je zabalen do látky a spuštěn do vody. Voda se odpaří a teploměr se ochladí. Teploměry budou ukazovat různé hodnoty.

K odpařování dochází méně intenzivně při vysoké relativní vlhkosti a intenzivněji při nízké relativní vlhkosti. Pro její vyhodnocení je potřeba zaznamenat teplotní rozdíl na teploměry. Existují pro ně i speciální tabulky, ze kterých zjistíte hodnotu relativní vlhkosti vzduchu.

Vlhkost v okolním světě

Vlhkost vzduchu je důležitá jak v přírodě, tak v životě člověka. Zpočátku naše pohoda často závisí na tomto ukazateli. Intenzitu odpařování vlhkosti z naší pokožky totiž určuje vlhkost vzduchu. Nízká vlhkost může vést k suchým sliznicím, kožním a vlasovým problémům a velmi vysoká vlhkost může vést ke zhoršení celkové fyzické kondice.

Vlhkost vzduchu ovlivňuje výměnu tepla mnoha organismů s prostředím a život zvířat a rostlin. Když lidé pěstují rostliny ve sklenících nebo zimních zahradách, potřebují znát a kontrolovat vlhkost vzduchu. Tímto způsobem je zachován potřebný režim pro jejich růst a vitální činnost.

Význam vlhkosti vzduchu hraje hlavní roli v meteorologii pro předpovědi počasí. Při provozu různých zařízení je důležité vzít v úvahu vlhkost – při vysokých úrovních dochází ke korozi rychleji. Při ukládání důležitých uměleckých děl a knih se sleduje i vlhkost.