В данной работе для определения абсолютной и относительной влажности используется гигрометр конденсационного типа. Он состоит из небольшой цилиндрической камеры с никелированной передней стенкой. В камеру через специальное отверстие заливается этиловый эфир. Температура эфира измеряется термометром. В стенки камеры впаяны трубки, одна из которых соединена с резиновой грушей, а на другую для отвода паров эфира надевается резиновая трубка. Передняя стенка камеры окружена не соприкасающимся с ней никелированным кольцом. Грушей через камеру медленно продувают воздух и наблюдают за её стенкой. Продувание воздуха усиливает испарение эфира, пары которого проходят по отводной трубке. Вследствие испарения температура эфира понижается, и стенки камеры охлаждаются. Температуру воздуха в непосредственной близости от камеры можно считать равной температуре эфира и стенок камеры. При некоторой температуре, ниже комнатной, водяной пар, находящийся в прилежащем к стенке слое воздуха, станет насыщенным. Дальнейшее понижение температуры приведёт к его конденсации на никелированной поверхности камеры и потускнению этой поверхности. В момент появления первых признаков росы (потускнение поверхности) прекращают продувание воздуха и быстро отсчитывают температуру  по термометру. Затем температура эфира начинает повышаться, и потускнение начинает исчезать с поверхности. Отсчитывают температуру, соответствующую началу исчезновения росы .

Потускнение стенки и его исчезновение легко заметить на фоне кольца, поверхность которого остаётся всё время блестящей. Обычно температура  немного ниже, а температура  выше температуры точки росы. За температуру точки росы берётся среднее из этих двух показаний термометра:

.                                                    (2)

Зная точку росы, легко определить абсолютную и относительную влажность воздуха. Абсолютная влажность воздуха в данный момент и в данном объёме воздуха будет равна парциальному давлению (или плотности) насыщенного пара при температуре точки росы (её находят из табл. 1).

Относительная влажность вычисляется по формуле (1) или ( ). Для этого значение парциального давления насыщенного пара определяют по той же табл. 1, предварительно измерив комнатную температуру.

Для определения абсолютной и относительной влажности воздуха в данной работе используются также психрометр Августа и психрометр Ассмана.

Психрометрический метод определения влажности основан на зависимости скорости испарения воды от влажности окружающего воздуха. Имеется несколько разновидностей психрометров. Для стационарных наблюдений чаще всего используется психрометр Августа.

Психрометр Августа состоит из 2-х одинаковых термометров. Резервуар одного из термометров обмотан батистом. Батист смачивается водой. Сухой термометр психрометра показывает температуру воздуха , а влажный (в случае, если водяной пар в воздухе не является насыщенным) — температуру , более низкую, зависящую от влажности окружающего воздуха. Разность температур  тем больше, чем меньше относительная влажность воздуха. При испарении воды с поверхности батиста температура влажного термометра понижается до тех пор, пока количество теплоты  поступающее к термометру из окружающей среды за время , не станет равным количеству теплоты , необходимому для испарения. В случае теплового равновесия  температура влажного термометра  не меняется, несмотря на продолжающееся испарение.

Количество теплоты  поступающее к шарику термометра, обернутого влажным батистом, из окружающей среды за время  можно определить по формуле:

,                                 (3)

где — коэффициент теплоотдачи, зависящий от рода поверхности тела и окружающей среды;

( ) — разность температур воздуха и тела (т. е. сухого и влажного термометров);  — площадь поверхности тела.

Количество теплоты , необходимое для испарения, пропорционально скорости испарения и времени , т. е.

                                             (4)

Скорость испарения определяется по формуле:

         ,                                           (5)

где  —коэффициент, зависящий от скорости протекающего воздуха;  — площадь испаряющей поверхности;  — атмосферное давление;  — давление насыщенных паров или максимальная влажность при температуре испаряющейся жидкости;  — абсолютная влажность воздуха.

Подставив значение из (5) в (4), получим:

.                                     (6)

При условии установившегося испарения приравниваем правые части уравнений (3) и (6), получим:

,

откуда, произведя соответствующие сокращения, получим:

.

В этой формуле величины , ,  зависят только от прибора (скорости работы вентилятора, смачивающей жидкости и поверхности батиста). Обозначая , последнюю формулу можем переписать так:

.                        (7)

Это формула для определения абсолютной влажности при помощи психрометра, где  постоянная психрометра.

Из формулы (7) получим:

                                     (8)

Аспирационный психрометр Ассмана является удобным и точным прибором для определения влажности воздуха в различных местах хранения товаров, в экспедициях и т. п.

Так же как и у психрометра Августа, измерение влажности в нём основано на сопоставлении показаний двух одинаковых психрометрических термометров, у одного из которых резервуар обёрнут влажным батистом. Однако в отличие от психрометра Августа скорость обтекания воздуха здесь постоянна, что достигается при помощи специального вентилятора, действующего либо от электромотора, либо от заводного механизма. Скорость вентиляции воздуха в трубках . В психрометре Ассмана термометры защищены от действия солнечных лучей металлическими никелированными трубочками. Обычно психрометры выносят на место наблюдений заблаговременно — за 30 минут. Используя измерения, сделанные с помощью аспирационного психрометра, абсолютную влажность определяют по формуле (7), где постоянная психрометра  вычислена при скорости вентиляции воздуха .

Относительную влажность вычисляют по формуле (1), где максимальная влажность  определяется по температуре окружающего воздуха из табл. 1.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение абсолютной и относительной влажности с помощью гигрометра.

1. По термометру определите температуру окружающего воздуха . По величине  из табл. 1 определите максимальную влажность  или давление  насыщающих паров воды для данной температуры.

2. В камеру гигрометра налейте эфир.

3. Резиновой грушей через камеру прибора продувайте воздух и наблюдайте за её стенкой. В момент появления первых признаков росы (потускнением поверхности) прекратите продувать воздух и быстро отсчитайте температуру по термометру. После того как продувание воздуха было прекращено, температура эфира начинает повышаться и потускнение исчезать с поверхности. Отсчитайте температуру, соответствующую началу исчезновения росы . Найдите среднее значение по формуле (2). Измерения проделайте не менее 3-х раз.

4. По величине , пользуясь табл. 1, найдите значение абсолютной влажности  или .

5. По формуле (1) или ( ) определите величину относительной влажности . Сравните полученные результаты.

6. Все измерения проделайте не менее трёх раз. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

№ п/п
1
2
3
Среднее значение

Задание 2. Определение постоянной психрометра Августа

1. Осторожно, чтобы вода не попала на сухой термометр, смочите дистиллированной водой батист, которым обёрнут резервуар одного из термометров психрометра Августа.

2. При установившемся процессе испарения (когда температура  перестанет изменяться) отсчитайте разность температур .

3. Определите атмосферное давление  по барометру.

4. Рассчитайте постоянную психрометра Августа по формуле (8).

5. Все измерения проделайте не менее трёх раз. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

№ п/п
1
2
3
Среднее значение

Задание 3. Определение абсолютной и относительной влажности с помощью психрометра Ассмана.

1. Смочите дистиллированной водой батист, которым обёрнут один из термометров психрометра. Включите в сеть вентилятор. Когда показания установятся (через 4—5 мин работы вентилятора), отсчитайте температуры по обоим термометрам и .

2. Определите величину  барометром.

3. Из табл. 1 определите значение  для температуры .

4. По формуле (7) определите абсолютную влажность.

5. По табл. 2 определите значение относительной влажности.

6. Все измерения проделайте не менее трёх раз. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

№ п/п
1
2
3
Среднее значение

Контрольные вопросы

1. Что такое абсолютная влажность воздуха и в каких единицах она измеряется?

2. Что такое относительная влажность воздуха, и в каких единицах она измеряется?

3. Перечислите способы определения влажности воздуха.

4. Что такое точка росы?

5. В каких случаях наблюдается относительная влажность воздуха, близкая к 100%?

6. Каким является водяной пар, находящийся в воздухе при температуре выше точки росы, при температуре ниже точки росы?

7. Оба термометра в психрометре Ассмана показывают одинаковую температуру. Какова относительная влажность воздуха?

8. Как изменится разность показаний сухого и влажного термометров в психрометре при понижении температуры воздуха, если абсолютная влажность остается неизменной?

9. Как образуется туман?

 Т а б л и ц а 1