"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Влажность воздуха показывает, сколько водяного пара содержится в воздухе и насколько близко его количество к возможному пределу. Пар появляется при испарении воды и обычно невидим. Тёплый воздух может вместить больше пара, чем холодный, поэтому при охлаждении могут образоваться капли. Абсолютную влажность измеряют в граммах на кубический метр, относительную — в процентах. Эти величины помогают описывать погоду, объяснять появление тумана и капель на окнах, а также следить за воздухом в помещении.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Водяной пар — вода в газообразном состоянии. Он постоянно присутствует в воздухе, потому что вода испаряется с поверхности морей, рек, почвы и других влажных мест. Обычно пар невидим, поэтому его нельзя путать с туманом или белым облачком из капель. Это понятие помогает отличать воду, которую мы не видим, от видимых капель.
Влажность воздуха — содержание водяного пара в воздухе. Она показывает, насколько воздух сухой или влажный, и меняется, когда в воздух добавляется пар либо меняется температура. Знать влажность нужно, чтобы описывать состояние воздуха и объяснять образование облаков, тумана и капель.
Абсолютная влажность — масса водяного пара в одном кубическом метре воздуха. Её обозначают греческой буквой ρ и измеряют в граммах на кубический метр (г/м³). Например, значение 8 г/м³ означает, что в каждом кубометре воздуха содержится 8 граммов пара. Эта величина сообщает именно количество пара, а не то, насколько воздух близок к насыщению.
Относительная влажность — отношение фактического содержания водяного пара к максимально возможному при данной температуре. Её обозначают φ и выражают в процентах: φ = (фактическое содержание / максимально возможное содержание) × 100%. Например, 50% означает, что в воздухе находится половина возможного при этой температуре количества пара. Эта величина позволяет сравнивать, насколько воздух близок к насыщению.
Если оставить воду в открытой посуде, часть её постепенно исчезнет: молекулы с поверхности переходят в воздух. Этот процесс называется испарением. Испарение происходит не только при кипении, а при обычной температуре тоже, поэтому водяной пар постоянно поступает в воздух из водоёмов, почвы, растений и влажных предметов. Ветер уносит пар от поверхности воды, и испарение может продолжаться.
Тёплый воздух может содержать больше водяного пара, чем холодный. При нагревании частицы воздуха движутся быстрее, поэтому водяные молекулы легче остаются в газообразном состоянии, а не собираются в капли. При охлаждении воздуха максимально возможное содержание пара уменьшается. Поэтому одно и то же количество пара может быть далеко от предела в тёплом воздухе и близко к пределу в холодном.
Когда воздух содержит максимально возможное при данной температуре количество пара, его называют насыщенным. Если вода продолжает испаряться, лишний пар уже не может весь оставаться газом: часть его превращается обратно в жидкую воду. Такое превращение называется конденсацией. Она также начинается, если насыщенный или очень влажный воздух охладить: после охлаждения допустимый предел станет меньше, и избыток пара образует капли.
Относительная влажность зависит и от количества пара, и от температуры. Чтобы её найти, фактическое содержание сравнивают с максимально возможным при той же температуре. Если добавить пар, относительная влажность обычно увеличится; если нагреть воздух, не меняя количества пара, она обычно уменьшится, потому что тёплый воздух способен содержать больше влаги. Поэтому одного знания массы пара недостаточно, чтобы определить относительную влажность.
Влажность измеряют приборами — гигрометром и психрометром. Гигрометр показывает влажность, а психрометр использует два термометра: один измеряет обычную температуру, другой обёрнут влажной тканью и охлаждается при испарении. По разнице их показаний определяют влажность. Её изменения наблюдают в комнате при проветривании и сушке белья, а в природе — при испарении, образовании тумана и выпадении осадков.
| Показатель | Что показывает | Обозначение и единица | Как определяют |
|---|---|---|---|
| Водяной пар | Воду в газообразном состоянии, присутствующую в воздухе | Специального обозначения и единицы нет | Учитывают, что пар обычно невидим и появляется при испарении воды |
| Абсолютная влажность | Массу пара в одном кубическом метре воздуха | ρ, г/м³ | Определяют массу пара в известном объёме воздуха |
| Насыщенный водяной пар | Максимально возможное содержание пара при данной температуре | Единица зависит от того, как выражено содержание | Сравнивают фактическое содержание с пределом для этой температуры |
| Относительная влажность | Степень близости воздуха к насыщению | φ, % | Фактическое содержание делят на максимально возможное и умножают на 100% |
| Приборы для измерения влажности | Влажность воздуха | Гигрометр и психрометр | Снимают показания гигрометра или определяют влажность по двум термометрам психрометра |
Сначала выбери в таблице нужный показатель: масса пара и близость к насыщению — не одно и то же. Для относительной влажности понадобятся и фактическое содержание пара, и предел при данной температуре. Приборы позволяют узнать влажность воздуха на практике.
Задача 1. В первом случае водяного пара мало, поэтому воздух сухой. Во втором пара много, а на холодном стекле появились капли. Нужно связать эти наблюдения с влажностью и конденсацией.
В случае сухого воздуха отмечаем, что водяного пара в нём мало. Само по себе это говорит о небольшом фактическом содержании пара, но для точного значения относительной влажности ещё нужна температура.
Во втором случае воздух содержит водяной пар, а у холодного стекла охлаждается. Из-за охлаждения уменьшается количество пара, которое может оставаться в воздухе газом.
Когда пара оказывается больше нового предела, часть его превращается в жидкую воду. Это превращение называется конденсацией.
Ответ: первый случай описывает воздух с малым содержанием пара; капли на холодном стекле во втором случае появились из-за конденсации водяного пара.
Задача 2. В 1 м³ воздуха содержится 8 г водяного пара, а максимально возможное содержание при этой температуре равно 16 г/м³. Найдём относительную влажность. Для неё сравнивают фактическое содержание с максимально возможным при той же температуре.
Записываем фактическое содержание: 8 г/м³. Максимально возможное содержание: 16 г/м³.
Делим фактическое значение на максимальное: 8 / 16 = 0,5. Это показывает, что фактическое количество составляет половину от возможного.
Чтобы получить проценты, умножаем результат на 100%: 0,5 × 100% = 50%.
Ответ: относительная влажность воздуха равна 50%.
Задача 3. В двух помещениях одинаковое количество водяного пара, но в одном из них температура ниже. Нужно сравнить относительную влажность и понять, где вероятнее появятся капли. Считаем, что фактическое количество пара в помещениях одинаково.
При более низкой температуре воздух может содержать меньше пара, чем тёплый. Значит, максимально возможное содержание в холодном помещении ниже.
Одинаковое фактическое количество пара сравнивают с меньшим пределом. Поэтому в холодном помещении отношение фактического содержания к максимальному будет больше.
Холодный воздух оказывается ближе к насыщению. Если он охладится ещё сильнее или встретится с холодной поверхностью, избыток пара может сконденсироваться в капли.
Ответ: относительная влажность выше в более холодном помещении. Там вероятнее появятся капли, потому что воздух ближе к насыщению.
Ошибка — считать, что водяной пар виден как белое облако. Так думают, потому что пар смешивают с туманом или мельчайшими каплями, которые видны глазу. Проверь себя: газообразная вода прозрачна, а видимое белое облачко состоит из капелек.
Ошибка — путать абсолютную и относительную влажность. Обе величины описывают влагу в воздухе, но абсолютная сообщает массу пара в объёме, а относительная — близость к насыщению. Проверь единицы: г/м³ относятся к абсолютной влажности, проценты — к относительной.
Ошибка — считать, что при повышении температуры относительная влажность всегда растёт. Если количество пара не изменилось, тёплый воздух может содержать больше влаги, поэтому отношение к пределу обычно уменьшается. Перед выводом проверь, изменилось ли количество пара и при какой температуре задан предел.
Ошибка — записывать относительную влажность без процентов или сравнивать её только по количеству воды. Одно и то же содержание пара при разных температурах может соответствовать разной относительной влажности. Проверь, что результат записан в процентах и учтена температура воздуха.
Чтобы разбираться во влажности, нужно знать, как происходят испарение и конденсация, чем отличаются агрегатные состояния воды и как измеряют температуру. Эти знания помогают понять, почему пар появляется в воздухе, а затем может стать каплями. Влажность пригодится при изучении погоды, облаков, тумана, осадков и круговорота воды в природе. Она также помогает объяснять самочувствие человека, необходимость проветривания и работу бытовых приборов.
Почему водяной пар обычно не видно?
Водяной пар — это вода в газообразном состоянии, и он прозрачен. Белое облако над кипящей водой состоит не из пара, а из мельчайших капель воды, которые образовались при охлаждении.
Чем абсолютная влажность отличается от относительной?
Абсолютная влажность показывает массу водяного пара в одном кубическом метре воздуха и измеряется в г/м³. Относительная влажность показывает, какую часть от максимально возможного количества пара содержит воздух при данной температуре; её записывают в процентах.
Может ли относительная влажность быть равна 100%?
Да. Это означает, что воздух содержит максимально возможное количество водяного пара при своей температуре и стал насыщенным. При охлаждении такого воздуха или добавлении пара избыток влаги может превратиться в капли.
Почему на холодном стекле появляются капли воды?
Воздух рядом со стеклом охлаждается. Холодный воздух может удерживать меньше водяного пара, поэтому часть пара превращается в жидкую воду и оседает на стекле каплями.
Как измеряют влажность воздуха?
Для измерения используют гигрометр или психрометр. Гигрометр показывает влажность напрямую, а психрометр помогает определить её по показаниям двух термометров: сухого и влажного.
Влажность
