В в е д е н и е

Вопросы, знание которых обязательно для допуска

К выполнению работы

1. В каких агрегатных состояниях может существовать вещество?

2. Что такое фазовые переходы и чем они определяются?

3. Какой пар называется насыщенным (ненасыщенным)? Каковы свойства насыщенных паров?

4. Что называется точкой росы?

5. Что называется относительной и абсолютной влажностью воз­духа?

6. Как изменяется относительная и абсолютная влажность при нагревании воздуха? При его охлаждении? При выделении росы?

7. Какие способы определения влажности воздуха вам известны?

В в е д е н и е

Атмосферный воздух всегда содержит водяные пары, образую­щиеся при непрерывном испарении воды со всех водоемов, с растительного покрова и при выдыхании.

Пары могут быть насыщенными и ненасыщенными. Пар становит­ся насыщенным, когда достигается термодинамическое равновесие пара с жидкостью (или твердым телом) того же химического соста­ва. Например, такое равновесие двух фаз одного и того же вещест­ва можно осуществить, поместив некоторое количество жидкости в герметически закрытый сосуд.

Равновесие жидкости и пара наступает тогда, когда число молекул, покидающих жидкость, будет равно числу молекул, пере­ходящих за тот же промежуток времени из пара в жидкость. Оче­видно, что плотность и давление ненасыщенных паров при данной температуре всегда меньше соответствующих величин для насыщенного пара.

На рис. 1 приведено семейство экспериментальных изотерм для реального газа. Любая из изотерм, лежащая ниже изотермы при Т = Т_к, является кривой не­пре­рыв­ного пе­рехода вещества из газо­образного состояния в жидкое. Участок СД такой изотермы соот­ветствует ненасыщенному пару. Из графика видно, что ненасыщен­ный пар с достаточной точностью подчиняется закону Бойля-Мариотта. Участок ВС изотермы соот­ветствует насыщенному пару, на­хо­дящемуся в равновесии с жидкостью. При изменении объема V давление насыщенного пара остается постоянным: уменьшение объема приводит к частичному превращению паров в жидкость. Точка В соответствует полному превращению насыщенного пара в жидкость, а участок АВ изотермы характеризует вещество в жид­кой фазе. При переходе к более высоким температурам горизон­тальные участки изотермы сокращаются, стягиваясь в точку при критической температуре Т_к. Это значит, что объемы, а следовательно, и плотности жидкости и пара с повышением температуры сближаются между собой, пока не совпадут в критической точке. В критической точке исчезает всякое различие между жидкостью и паром.

На рис. 2 показана зависимость плотности жидкости (кривая АА') и плотности находящегося в равновесии с ней насыщенного пара (кривая ВA') от температуры.

Кривые АА' в BB' сходятся при Т_к. При критической температуре становятся равными нулю теплота парообразования и коэффициент поверхностного натяжения. Давление насыщенного пара увеличивается с повышением темпе­ратуры, однако не может быть больше крити­ческого (Р_к) (рис. 1). Зависимость давления насыщенного пара от температуры дана на рис. 3. Кривая за­канчивается в критической точке, так как при температурах вы­ше критической понятие насыщенного пара теряет смысл.

Количество водяного пара в воздухе зависит от разных факторов (географического расположения дан­­ного места, времени года, времени дня и т.п.). Слишком сухой, как и слишком влажный воздух, неблагоприятен для жизни людей и животных. Прогноз погоды невозможен без знания влажности. Для количественной характеристики влажности воздуха введены специальные величины:

I. Абсолютная влажность воздуха (обозначается часто через r) - масса водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха. В зави­симости от условий абсолютная влажность воздуха может прини­мать разнообразные значения от 0 до r_Н, где r_Н - абсолютная влажность воздуха, насыщенного при данной температуре водяным паром. В метеорологии абсолютную влажность характеризуют парциальным давлением Р водяного пара, содержащегося в воздухе, выраженным в паскалях (Па).

Масса водяного пара, насыщающего 1 м³ воздуха (r_Н), и соответствующее парциальное давление при некоторых температу­рах приведены в таблице 1.

Таблица 1

t, °С	rН, г/м3	РН, Па	t, °С	rН, г/м3	РН, Па
-30	0,33	37,4		15,4
-15	1,38			16,3
- 4	3,51			17,3
	4,84			18,3
	6,84			19,4
	9,4			20,6
	18,8			21,8
	13,6			23,0
	14,5			30,3

2. Относительная влажность воздуха (обозначается часто через r) измеряется отношением абсолютной влажности (r) к абсолютной влажности насыщенного при данной температуре водя­ным паром (r_Н) и выражается в процентах:

. (1)

Относительную влажность воздуха можно выразить и через парциальные давления (упругость):

, (2)

где Р_Н - парциальное давление насыщенного пара, Р - парциаль­ное давление водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре.

Из уравнений (1) и (2) видно, что относительная влажность воздуха является той величиной, которая дает представление о степени насыщения воздуха водяным паром. Если, например, гово­рят, что относительная влажность воздуха составляет 55%, то это значит, что в данных условиях в воздухе содержится 55% то­го количества водяного пара, которое необходимо для его насы­щения при данной температуре.

Гигиеническое значение влажности воздуха заключается в основном в ее влиянии на теплообмен организма человека с окру­жающей средой. Влажный воздух обладает повышенной теплопровод­ностью, поэтому при низкой температуре (ниже +10°С) он спо­собствует интенсивной теплоотдаче организма, вызывает ощущение холода и часто способствует возникновению простудных заболеваний. Наоборот, при повышенной температуре влажный воздух за­трудняет теплоотдачу организма, так как наличие в воздухе водяного пара препятствует испарению пота с поверхности тела (при испарении 1 г пота организм человека теряет около 2430 Дж). В теплом влажном воздухе пот, хотя и выделяется в значительных количествах, но в отсутствие движения воздуха с поверхности тела испаряется плохо. Поэтому в теплом неподвижном влажном воздухе легко наступает перегрев организма, наблюдается плохое самочувствие, ощущение духоты, изнеможения.

Сухой воздух переносится человеком значительно лучше сы­рого, и лишь при крайних степенях сухости наблюдается чрезмер­ное высыхание кожи и слизистых оболочек рта, носа и дыхатель­ных путей.

При температуре воздуха от 15 до 25% С изменения относи­тельной влажности воздуха в пределах от 30 до 60% не оказывают заметного влияния на теплообмен между внешней средой и ор­ганизмом человека, поэтому эти показатели принимаются как ги­гиеническая норма влажности воздуха для помещений с нормируе­мой температурой.

При температуре воздуха, превышающей 25°С, благотворное влияние на теплообмен организма человека оказывает относитель­ная влажность воздуха порядка 20%, так как при этой влажности воздуха создаются необходимые условия для интенсивного испа­рения пота.

Приборы, которыми пользуются для определения влажности воздуха, - гигрометры и психрометры - бывают разнообразных типов. Большое разнообразие приборов объясняется тем, что для определения влажности воздуха разработано несколько методов, по существу отличных друг от друга. В работе будут рассмотре­ны следующие изних: а) метод точки росы, б) психрометрический метод, в) метод волосного гигрометра.