С ПОМОЩЬЮ ГИГРОМЕТРА И ПСИХРОМЕТРА

Цель:

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия конденсационного гигрометра.

2. Научиться измерять и вычислять влажность воздуха.

3. Научиться пользоваться психрометрическими таблицами (Сборник вопросов и задач по    физике [4] табл.8, 20).

Оборудование:

1. Конденсационный гигрометр (рис.1).

2.  Термометр.

3. Эфир.

4. Психрометры (рис.2)

Теория

    В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность (ρ_а) определяется массой водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, т.е. плотностью водяного пара. Абсолютную влажность можно определить по температуре точки росы – температуре, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Температуру точки росы определяют с помощью гигрометра, а затем по таблице "Давление насыщающих паров и их плотность при различных температурах" находят соответствующую температуре точки росы плотность. Найденная плотность и есть абсолютная влажность окружающего воздуха. Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность ρ_а от плотности ρ_н водяного пара, насыщающего воздух при данной температуре:

В = ρ_а • 100% / ρ_н             (1)

     Для определения относительной влажности используют гигрометр и психрометр. Гигрометры (от греч. hygros—влажный и metron—мера), приборы для определения влажности воздуха. Существует три основных типа гигрометра.: одни показывают абсолютную влажность, другие — относительную, третьи—точку росы. Гигрометры, определяющие влажность воздуха по точке росы, носят название конденсационных гигрометров. Из конденсационных гигрометров, наиболее простое устройство имеет зеркальный гигрометр Ламбрехта (см. рисунок 1).

Рис.1 Он состоит из металлической камеры 1, передняя часть 2 которой гладко отполирована; внутри камеры налит серный эфир и вставлен термометр 6 для измерения температуры эфира. В камеру входят две трубки, по которым посредством каучукового баллона 5 продувают через эфир воздух; при этом эфир испаряется, и вследствие этого температура воздуха в камере постепенно понижается. При опускании температуры до точки росы зеркальная наружняя поверхность 2 гигрометра покрывается мельчайшими капельками воды (запотевает) – «выпадает роса». При этом часть корпуса гигрометра 3 (внешнее кольцо) имеет комнатную температуру и остается сухой (для сравнения). Чем меньше влажность, тем ниже точка росы. Относительная влажность может быть определена по формуле (1).      Для определения относительной влажности особенно часто пользуются гигрометр, носящии название психрометр. Рассмотрим устройства психрометра Августа (см. рис. 2). Рис.2       Он состоит: сухого термометра-1, панели-2, влажного термометра-3, чехла -4, сосуда с водой-5.      Психрометр Августа имеет два термометра: "сухой" и "влажный". Они так называются потому, что конец одного из термометров находится в воздухе, а конец второго обвязан кусочком марли, погруженным в воду. Испарение воды с поверхности влажного термометра приводит к понижению его температуры. Второй же, сухой термометр, показывает обычную температуру воздуха. Определение влажности основано на сравнении показаний сухого t1 и смоченного t2 термометров. Так как с поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение воды, то его температура будет ниже, чем сухого. Причем разность между показаниями термометров будет тем больше, чем меньше влажность воздуха, так как при малой влажности испарение происходит более интенсивно и показания влажного термометра будут меньшими. Понижение температуры смоченного термометра продолжается до тех пор, пока не наступит равновесие, при котором на испарение будет уходить столько тепла, сколько будет приходить из окружающей среды. Порядок выполнения работы Опыт 1 Работа с гигрометром. 1. Измерить температуру окружающего воздуха tкомн 2. Наполнить камеру гигрометра летучей жидкостью (эфир 3-4 см3) 3. Установить термометр в камеру гигрометра (рис.1). При помощи груши продувать воздух через эфир и внимательно следить за полированной поверхностью стенки камеры 1, сравнивая ее с поверхностью кольца 2 (рис.1). Заметив появление росы (начало запотевания), записать температуру точки росы tросы 4. Опыт повторить 1-2 раза. 5. Определить температуру точки росы как среднее арифметическое измеренных температур. 6. По таблице (см. таблицу 1) определить плотность пара соответственно при температуре точки росы и комнатной. ρн –плотность пара при точке росы, ρа –плотность пара при комнатной температуре.                        7. Вычислить относительную влажность B1 по формуле: B1 = ρн (tросы) •* 100% / ρн (tкомн)      Опыт2 Работа с психрометром. 1. Проверить наличие воды в стаканчике психрометра и при необходимости долить ее. 2. Определить температуру сухого термометра tcyx= 3. Определить температуру влажного термометра tвл 4. Определить разность показаний термометров: Δt = tсух –tвл, °С.Пользуясь психрометрической таблицей (см. таблицу 2), определить относительную влажность В2. 5. Результаты измерений и вычислений записать в отчет по лабораторной работе.   Контрольные вопросы Вариант 1. 1. Почему при продувании воздуха через эфир на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса? 2. Температура в помещении понижается, а абсолютная влажность остается прежней. Как изменится разность показаний термометров психрометра? 3. Почему после жаркого дня роса бывает более обильна? 4. При какой температуре выпадет роса, если абсолютная влажность воздуха 7,3*10-3 кг/м3? 5. При понижении температуры от 27 до 10 градусов из каждого кубического метра воздуха выделилось 8 г воды. Какова была относительная влажность воздуха при 27 градусах? Вариант 2. 1. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра? При каком условии разность показаний термометров наибольшая? 2. Сухой и влажный термометры психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха? 3. Почему перед дождём ласточки летают низко? 4. Относительная влажность воздуха 73% .Что показывает сухой и влажный термометры психрометра, если разность их показаний равна 4 градусам? 5. В сводке погоды днём сообщалось, что температура воздуха составляет 25 градусов, относительная влажность – 75% . Выпадет ли ночью роса, если температура понизится до 17 градусов?   Таблица1. Давление насыщенных паров воды, мм рт. ст. Таблица 1 С° Десятые доли градусов   0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 5 6.54 6.59 6.64 6.68 6.73 6.78 6.82 6.87 6.92 6.97 6 7.01 7.06 7.11 7.16 7.21 7.26 7.31 7.36 7.41 7.46 7 7.51 7.57   .62 7.67 7.72 7.78 7.83 7.88 7.94 7.99 8 8.05 8.10 8.16 8.21 8.27 8.32 8.38 8.44 8.50 8.55 9 8.61 8.67 8.73 8.79 8.85 8.91 8.97 9.03 9.09 9.15 10 9.21 9.27 9.33 9.40 9.46 9.52 9.59 9.65 9.72 9.78 11 9.85 9.91 9.98 10.04 10.11 10.18 10.25 10.31 10.38 10.45 12 10.52 10.59 10.66 10.73 10.80 10.87 10.94 11.02 11.09 11.16 13 11.23 11.31 11.38 11.46 11.53 11.61 11.68 11.76 11.84 11.91 14 11.99 12.07 12.15 12.23 12.30 12.38 12.46 12.55 12.63 12.71 15 12.79 12.87 12.96 13.04 13.12 13.21 13.29 13.38 13.46 13.55 16 13.64 13.72 13.81 13.90 13.99 14.08 14.17 14.26 14.35 14.44 17 14.53 14.63 14.72 14.81 14.91 15.00 15.10 15.19 15.29 15.38 18 15.48 15.58 15.68 15.78 15.87 15.97 16.07 16.18 16.28 16.38 19 16.48 16.59 16.69 16.79 16.90 17.00 17.11 17.22 17.32 17.43 20 17.54 17.65 17.76 17.87 17.98 18.09 18.20 18.31 18.43 18.54 21 18.66 18.77 18.89 19.00 19.12 19.24 19.35 19.47 19.59 19.71 22 19.83 19.95 20.08 20.20 20.32 20.45 20.57 20.70 20.82 20.95 23 21.07 21.20 21.33 21.46 21.59 21.72 21.85 21.98 22.12 22.25 24 22.38 22.52 22.65 22.79 22.93 22.07 23.20 23.34 23.48 23.62 25 23.76 23.91 24.05 24.19 24.34 24.48 24.63 24.77 24.92 25.07     Таблица 2 Психрометрическая таблица относительной влажности воздуха Разность показаний сухого и влажного термометров 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 1 100 90 81 73 64 57 50 43 36 31 26 20 16 11 7 3   2 100 90 82 74 66 59 52 45 39 33 29 2   19 16 11 7   3 100 90 83 75 67 61 57 47 42 35 31 26 23 18 14 10   4 100 90 83 76 69 63 56 49 44 39 34 29 26 21 17 13 10 5 100 91 84 77 70 64 57 51 46 41 36 32 28 24 20 16 14 6 100 91 85 78 71 65 59 54 48 43 39 34 30 27 23 19 17 7 100 92 85 78 72 66 61 56 50 45 41 35 33 29 26 22 19 8 100 92 86 79 73 67 62 57 52 47 43 39 35 31 28 25 22 9 100 92 86 80 74 68 63 58 54 49 45 41 37 33 30 27 25 10 100 93 86 81 75 70 65 60 55 51 47 43 39 35 32 29 27 11 100 94 87 82 76 71 66 61 57 53 48 45 41 38 34 31 28 12 100 94 88 82 77 72 67 62 58 55 50 47 43 40 36 33 30 13 100 94 88 82 78 73 68 63 59 56 52 48 44 42 38 35 32 14 100 94 88 83 78 73 69 64 61 57 57 50 46 43 40 37 34 15 100 94 89 83 79 74 70 66 62 58 54 51 47 45 41 36 30 16 100 94 89 84 80 75 71 67 63 59 55 52 49 46 43 41 37 17 100 95 90 84 80 75 72 67 64 60 57 53 50 48 44 42 39 18 100 95 90 84 81 76 73 68 65 61 58 54 52 49 46 44 40 19 100 95 90 85 81 76 74 69 66 62 59 56 53 50 47 45 42 20 100 95 91 85 82 77 74 70 66 63 60 57 54 51 48 46 43 21 100 95 91 86 82 78 75 71 67 64 61 58 55 53 49 47 44 22 100 95 91 86 83 79 75 71 68 65 62 59 56 54 51 49 46 23 100 95 91 87 83 79 76 72 69 65 63 60 57 55 52 50 47 24 100 96 91 87 83 80 76 72 69 66 63 61 58 56 53 51 48 25 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 52 49   ____________________________________________________________________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5