Προσδιορισµός της υγρασίας του αέρα. Εργαστήριο 4

Transcript

1 Προσδιορισµός της υγρασίας του αέρα Εργαστήριο 4

2 Ατµοσφαιρική υγρασία Τα µόρια του νερού σε υγρή µορφή κινούνται άτακτα Όσα βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια και έχουν αρκετά µεγάλη ταχύτητα υπερνικούν τις δυνάµεις συνοχής και απελευθερώνονται στην ατµόσφαιρα (εξάτµιση) Τα ελεύθερα µόρια νερού στην ατµόσφαιρα αποτελούν τον υδρατµό Η εξάτµιση έχει σαν αποτέλεσµα τη µείωση της θερµοκρασίας του υγρού Τα µόρια νερού στην ατµόσφαιρα κινούνται άτακτα και µερικά από αυτά επιστρέφουν στην υγρή µορφή Όταν ο αριθµός των µορίων που ξεφεύγουν από το υγρό γίνει ίσος µε τον αριθµό των µορίων που επιστρέφουν στο υγρό λέµε ότιοατµοσφαιρικός αέρας είναι κορεσµένος (κορεσµένη ατµόσφαιρα)

3 Ατµοσφαιρική υγρασία Γενικά Στην ατµόσφαιρα περιέχονται υδρατµοί, λόγω της εξάτµισης των υδάτινων επιφανειών και της διαπνοής των φυτών Υγρός αέρας είναι το µίγµα των αερίων της ατµόσφαιρας συµπεριλαµβανοµένων των υδρατµών Ξηρός αέρας είναι το µίγµα των αερίων της ατµόσφαιρας χωρίς τους υδρατµούς Μερική πίεση των υδρατµών ή τάση των υδρατµών (e) είναι η πίεση που θα ασκούσαν οι υδρατµοί εάν καταλάµβαναν µόνοι τους τον όγκο που καταλαµβάνει ο αέρας που τους περιέχει Η περιεκτικότητα του ατµοσφαιρικού αέρα σε υδρατµούς έχει µία µέγιστη τιµή, που εξαρτάται από τη θερµοκρασία του αέρα. Αν η ποσότητα των υδρατµών στην ατµόσφαιρα αγγίξει τη µέγιστη τιµή, τότε λέµε ότι ο αέρας είναι κορεσµένος Η µερική πίεση των υδρατµών στον κορεσµένο αέρα λέγεται κορεσµένη τάση υδρατµών (e s ) και εξαρτάται από τη θερµοκρασία

4 Ατµοσφαιρική υγρασία Γενικά Στη θερµοκρασία 0 ο C η κορεσµένητάσητωνυδρατµών λαµβάνει την τιµή 6.1mb ή 6.1hPa ή atm Η τάση των υδρατµών είναι ανάλογη της µάζας των υδρατµών στην ατµόσφαιρα (προκύπτει από την καταστατική εξίσωση των αερίων) Κατάσταση ατµόσφαιρας Ακόρεστη Κορεσµένη υπέρκορη e < e s e = e s e > e s

5 Ατµοσφαιρική υγρασία Μέτρα περιεκτικότητας των υδρατµών στην ατµόσφαιρα Αναλογία µίγµατος (r). Σαν αναλογία µίγµατος r ενός δείγµατος υγρού αέρα ονοµάζεται ο λόγος της µάζας m υ των υδρατµών του µίγµατος προς την µάζα m d του ξηρού αέρα, µε τον οποίο συνδυάζονται στο θεωρούµενο δείγµα m α =(m d + m υ ) r = m υ /m d = m υ /(m α -m υ ) = e/(p-e) Ειδική υγρασία (q). Ονοµάζεται ο λόγος της µάζας m υ των υδρατµών του δείγµατος προς την µάζα m α του δείγµατος m α =(m d + m υ ) και εκφράζεται σε γραµµάρια υδρατµών ανά γραµµάριο υγρού αέρα ή σε γραµµάρια υδρατµών ανά χιλιόγραµµουγρούαέρα. q = m υ / m α = e/(p-0.378e) Σχετική υγρασία (RH), του ατµοσφαιρικού αέρα ονοµάζεται ο λόγος της µάζας mυ των υδρατµών που περιέχονται σε δοσµένο όγκο υγρού αέρα, προς τη µάζα των υδρατµών msυ που θα περιείχε ο όγκος αυτός, αν ήταν κορεσµένος µε υδρατµούς, κάτω από τις ίδιες συνθήκες πίεσης P και θερµοκρασίας Τ RH =r/r s x 100% ή RH = e/e s x 100% Απόλυτη υγρασία (β) λέγεται και συγκέντρωση ή πυκνότητα των υδρατµών, ορίζεται σαν ο λόγος της µάζας των υδρατµών m υ προς τον όγκο V a του αέρα, στον οποίο περιέχονται ή η ποσότητα β των υδρατµών σε γραµµάρια που περιέχονται στην µονάδα του όγκου (συνήθως 1m 3 ) ατµοσφαιρικού αέρα. β= m υ / V a (gr*m -3 ) ή β=1,0599*f/1+0,00367*t 1 ήαλλιώςηπυκνότητατωνυδρατµών ρ y = e/r y T Σύµβολα σηµασία m u m d m e ή f e s ή F P Μάζα υδρατµών Μάζα ξηρού αέρα Μάζα υγρού αέρα Τάση υδρατµών Μέγιστητάσηυδρατµών Ατµοσφαιρική πίεση

6 Ψυχρόµετρο August ύο παράλληλα κατακόρυφα θερµόµετρα υδραργύρου απλής ένδειξης. Απέχουν µεταξύ τους περίπου 5cm Ξηρό θερµόµετρο (θερµοκρασία Τ) Το δοχείο υδραργύρου του ενός θερµοµέτρου είναι ξηρό δίνει θερµοκρασία αέρα Υγρό θερµόµετρο (θερµοκρασία Τ w ) Το δοχείο υδραργύρου του άλλου θερµοµέτρου περιβάλλεται από υγρό ύφασµα του οποίου το ένα άκρο είναι εµβαπτισµένο σε απεσταγµένο νερό Τ > Τ w όταν η ατµόσφαιρα είναι ακόρεστη Τ = Τ w όταν η ατµόσφαιρα είναι κορεσµένη (οµίχλη)

7 Υπολογισµός απόλυτης και σχετικής υγρασίας µε τις ενδείξεις του ψυχροµέτρου August Για την τάση των υδρατµών ισχύει η σχέση e = e s (T w ) a p (T T w ) a = όταν Τ>0 ο C a = όταν Τ<0 ο C e s (T w ): ηκορεσµένητάσηυδρατµών που αντιστοιχεί στη θερµοκρασία Τ w και βρίσκεται σε έτοιµο πίνακα Οι πιέσεις αντικαθίστανται σε mmhg (1mb = 1hPa = 0.75mmHg) Οι θερµοκρασίες αντικαθίστανται σε ο C f =µερική τάση ατµών F= µέγιστη τάση των υδρατµών στη θερµοκρασία t 2 του υγρού θερµοµέτρου που βρίσκεται από πίνακα. a =συντελεστής που εξαρτάται από την ταχύτητα του αέρα που ψύχει την θερµοµετρική κλίµακα. Όταν Τ ο >0 τότε a=0,00079 Όταν Τ ο <0 τότε a= 0,00069 P= ατµοσφαιρική πίεση f =F-aP(t 1 -t 2 )

8 Υπολογισµός απόλυτης και σχετικής υγρασίας µε τις ενδείξεις του ψυχροµέτρου August Για την απόλυτη υγρασία ισχύει η σχέση ρ = e / ( T) Οι πιέσεις αντικαθίστανται σε mmhg (1mb = 1hPa = 0.75mmHg) Ηθερµοκρασία αντικαθίσταται σε ο C Η απόλυτη υγρασία εκφράζεται σε gr/m 3 β= m υ / V a (gr*m -3 ) ή β=1,0599*f/1+0,00367*t 1

9 Υπολογισµός απόλυτης και σχετικής υγρασίας µε τις ενδείξεις του ψυχροµέτρου August Για τη σχετική υγρασία ισχύει η σχέση RH = e / e s x 100% h =f/f *100 f = ηπραγµατική τάση ατµών F = η µέγιστη τάση των υδρατµών στην θερµοκρασία του ξηρού θερµοµέτρου από τον πίνακα Π3 Ή

10 ΑΣΚΗΣΗ Έστω t 1 =20 o C (από ξηρό θερµόµετρο), t 2 =15 o C(από υγρό θερµόµετρο), P=850mb Να υπολογιστεί: α) η µερικήτάσητωνυδρατµών Γίνεται χρήση του τύπου f =F-aP(t 1 -t 2 ) t 1 -t 2 =20-15=5 ο C Για t 2 =15 ο Ct 2 η ένδειξη του υγρού θερµοµέτρου από τον πίνακα Π3 του βιβλίου (εργαστηρίου) βλέπουµε ότιf=17,042 Άρα f =F-aP(t 1 -t 2 )=17,042-0,00079*850*5=13,684mb ή 13,684*0,75=10,263 mmhg β) η απόλυτη υγρασία Γίνεται χρήση του τύπου β=1,0599*f/1+0,00367*t 1 β=1,0599*f/1+0,00367*t 1 =1,0599*13,684/1+0,00367*20=13,551 ή 13,551*0,75=10,133 mmhg γ) την σχετική υγρασία. Γίνεται χρήση του τύπου h =f/f *100 h =f/f *100=13,684/23,371 *100=58,55% Για t 1 =20 o C η ένδειξη του ξηρού θερµοµέτρου από τον πίνακα Π3 του βιβλίου (εργαστηρίου) βλέπουµε ότιf=23,371 δ ) την αναλογία µιγµάτων. Γίνεται χρήση του τύπου r = e/(p-e) όπου e το f r = e/(p-e)= 0,622*13,684/(850-13,684)=0,010mb ή 0,0075mmHg (0,010*0,75)=0,0075mmHg

11 Χρήση Πινάκων 3 και 4 απότοβιβλίοτων σηµειώσεων

12 Αναρροφητικό ψυχρόµετρο Assman Τα δύο υδραργυρικά θερµόµετρα (ξηρό και υγρό) βρίσκονται µέσα σε σωλήνες για να προστατεύονται από την ηλιακή ακτινοβολία τη βροχή κ.α. Στο πάνω µέρος υπάρχει ανεµιστήρας ο οποίος τίθεται σε λειτουργία Οι ενδείξεις των θερµοµέτρων διαβάζονται µετά 2 λεπτά

13 Υγροσκοπική µέθοδος ιάφορες ουσίες ή σώµατα ζωικής, φυτικής ή συνθετικής προελεύσεως έχουν την ιδιότητα να διαστέλλονται όταν υγραίνονται, λόγο απορρόφησης υγρασίας (π.χ. τρίχα)

14 Υγρόµετρο Saussure Αποτελείται από δέσµη ανθρώπινων τριχών στερεωµένες σε ακλόνητο σηµείο από το ένα άκρο στη µέση του µήκους τους τυλιγµένες σε τροχαλία στην οποία υπάρχει στερεωµένος δείκτης Στην άλλη άκρη είναι αναρτηµένο µικρό βάρος

15 Υγρογράφος Συνεχής καταγραφή της θερµοκρασίας σε ταινία βαθµονοµηµένη κατάλληλα, η οποίαείναιτυλιγµένη σε περιστρεφόµενο κύλινδρο µε ηµερήσια ή εβδοµαδιαία περίοδο Το αισθητήριο της υγρασίας είναι µία δέσµη τριχών οι οποίες διαστελλόµενες µε την υγρασία προκαλούν µέσω µοχλών τη µετακίνηση του βραχίονα και της γραφίδας πάνω στην ταινία

16 Μειονεκτήµατα Υγροσκοπικής µεθόδου Η διαστολή και συστολή των τριχών δεν είναι ανάλογη της υγρασίας Η ακρίβεια των οργάνων δεν είναι µεγάλη Η ελαστικότητα των τριχών µεταβάλλεται µε τοχρόνο. Το όργανο πρέπει να ελέγχεται και να ρυθµίζεται συχνά

17 Υπολογισµός Υγρασίας από τις αναγνώσεις ψυχροµέτρου Να υπολογιστούν ητάσητωνυδρατµών η απόλυτη υγρασία η σχετική υγρασία η αναλογία µίγµατος στις παρακάτω περιπτώσεις Τ = 20 ο C, T w = 15 o C, p = 850mb 1mb = 1hPa = 0.75mmHg Τ = 32 ο C, T w = 25 o C, p = 970mb 1mb = 1hPa = 0.75mmHg Τ = 15 ο C, T w = 13 o C, p = 930mb 1mb = 1hPa = 0.75mmHg

18