4η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΑΕΡΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΧΕΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΥΓΡΑΣΙΑΣ

Transcript

1 4η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΑΕΡΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΧΕΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΥΓΡΑΣΙΑΣ

2 ΤΙ EIΝΑΙ ΥΓΡΑΣΙΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ Είναι το μέτρο της ποσότητας των υδρατμών που περιέχονται στον ατμοσφαιρικό αέρα ΤΟ ΝΕΡΟ ΣΤΗ ΓΗ Νερό σε αέρια φάση (H 2 O) Το νερό υπάρχει τόσο στην επιφάνεια της Γης όσο και μέσα στην ατμόσφαιρά της Το νερό υπάρχει σε τρεις φάσεις: στερεή - υγρή - αέρια ΟΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Βροχή & Χιόνι (Υετός) Υδρατμοί Διαπνοή Το νερό υφίσταται αλλαγές μεταξύ των τριών φάσεων ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΝΕΡΟ ΤΟΥ ΠΛΑΝΗΤΗ 1,385,000,000 km 3 ΥΠΟΛΟΙΠΟ 3% Διήθηση Υπόγεια Νερά Εξάτμιση Ωκεανοί-Λίμνες ΩΚΕΑΝΟΙ 97% ΝΕΡΟ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 0.001% (12,900 Km 3 ) στην επιφάνεια όλης της Γης θα σχημάτιζε στρώμα πάχους 2.5cm!!

3 ΤΟ ΝΕΡΟ ΣΤΗ ΓΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ ΜΕΓΑΛΗΣΗΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ εκτός των άλλων λόγων ΑΝΤΑΛΛΑΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤA ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Οι αλλαγές των φάσεων του νερού και τα ανταλασσόμενα ποσά θερμότητας Στερεό Εξάχνωση 680 cal/ Επικάθηση Αέριο Συμπύκνωση 600 cal/ Εξάτμιση Πήξη 80 cal/ Υγρό Τήξη ΛανθάνουσαΘερμότητα (εξάτμισης/συμπύκνωσης/εξάχνωσης) εξάρτηση από τη θερμοκρασία Ηθερμότητα που αποροφάται/απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια των αλλαγών των φάσεων του νερού Λανθάνουσα θερμότητα πήξης/τήξης 334 J/ Λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης/συμπύκνωσης 2260 J/ (στους 100 C) Λανθάνουσα θερμότητα εξάχνωσης/επικάθησης 2835 J/

4 ΥΓΡΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ i) Μερική πίεση(τάση) υδρατμών, e(σε mb ή mmh) ii) Απόλυτη υγρασία (πυκνότητα υδρατμών) μάζα υδρατμών μονάδα όγκου ατμοσφ.αέρα συνήθως σε m 3 iii) Ειδική υγρασία μάζα υδρατμών μονάδα μάζας ατμοσφ. αέρα σε ή K καθαρός αριθμός iv) Αναλογία μείγματος μάζας υδρατμών μάζα υδρατμών μάζα ξηρού αέρα σε ή K καθαρός αριθμός (σε δεδομένο όγκο υγρού αέρα) v) Σχετική υγρασία, RH (σε %) μερική πίεση (τάση) υδρατμών, e, στον αέρα κορεσμένη τάση υδρατμών, e s, αέρα της ίδιας θερμοκρασίας RH = (100%)e/e s (οριακή πίεση υδρατμών, σε μια δεδομένη θερμοκρασία, σε κατάσταση ισορροπίας πάνω από καθαρό υγρό νερό επίπεδης επιφάνειας)

5 ΥΓΡΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ RH = (100%)e/e s e s : κορεσμένη τάση υδρατμών υπολογίζεται με τη βοήθεια ή με παραμετροποιημένες σχέσεις e s T c = exp Tc θερμοκρασίασε C της Εξίσωσης Clausius-Clapeyron Clapeyron de dt περιγράφουν τη μεταβολή της κορεσμένης τάσης των υδρατμών με τη θερμοκρασία = Le s e s 2 RT υ p vs, L e : λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του νερού (σε J K -1 ) R υ : σταθερά των υδρατμών = J K -1 rad e s = 6.112exp[6816( ) ln( )] T T Τάση κορεσμένων Τάση Υδρατμών υδρατμών (mb) Πάνωαπό υγρό νερό Θερμοκρασία ( C) Τάση κορεσμένων Τάση Υδρατμών υδρατμών (mb) Τ e s e s > e i Πάνω από υγρό νερό Πάνω από πάγο Θερμοκρασία ( C)

6 ΥΓΡΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ vi) Κοροπλήρωμα, d d= e s -e (για δεδομένη θερμοκρασία) vi) Θερμοκρασία σημείου δρόσου, Τ d Ηθερμοκρασία στην οποία πρέπει να ψυχθεί ο αέρας υπό σταθερή πίεση, ώστε να καταστεί κορεσμένος σε υδρατμούς Οι Οιδιάφορες υγρομετρικές παράμετροι συνδέονται μεταξύ τους

7 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ ΑΡΧΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Διαστολή: Κάποια φυσικά σώματα (π.χ. τρίχες) διαστέλλονται όταν απορροφούν υγρασία. Ηδιαστολή αυτή μεταφέρεται σε έναν δείκτη πάνω σε κλίμακα ήκινούμενη ταινία Συμπύκνωση: Τα προϊόντα της συμπύκνωσης (π.χ. υδροσταγονίδια-δρόσος) φαίνονται με παρατήρηση πάνω σε κατάλληλα ψυχόμενες επιφάνειες Ηλεκτρικές ιδιότητες: Ηηλεκτρική αντίσταση και ηδιηλεκτρική σταθερά του αέρα εξαρτώνται από την περιεκτικότητά του σε υγρασία Εξασθένιση ακτινοβολίας: Ορισμένες φασματικές περιοχές της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (υπέρυθρο, μικροκύματα) απορροφώνται από τους υδρατμούς

8 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Ψυχρόμετρο Auust απλής ένδειξης ξηρό υδραργυρικό θερμόμετρο απλής ένδειξης υγρό υδραργυρικό θερμόμετρο ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΩΝ Auust Θερμόμετρο Α:Ξηρό θερμόμετρο (ένδειξη Τ α ) Θερμόμετρο Β:Υγρό θερμόμετρο (ένδειξης Τ w ) Τ w T α (λόγω εξάτμισης) Ηδιαφορά θερμοκρασίας (T α -T w ) εξαρτάται από: (i) το βαθμό αερισμού των θερμομέτρων (ii) την υγρασία του αέρα q υγρό ύφασμα που περιβρέχει τη λεκάνη του θερμομέτρου q w ανακρίβειες μεθόδου: (i) μεταβλητότητα φυσικού αερισμού (ii) επίδραση της ακτινοβολίας Εάν: q είναι η ειδική υγρασία στη λεκάνη του θερμομέτρου Α q w είναι η ειδική υγρασία στη λεκάνη του θερμομέτρου B Τότε έχουν εξατμισθεί (q w -q) γραμμάρια ανά μονάδα μάζας αέρα ειδικής θερμότητας c p και ισχύει p ( q q) L = c ( Tα T ) q = qw ( Tα Tw ) w p w ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ q βάσει (Τ α -Τ w ) ΠΙΟ ΑΠΛΟΠΟΙΗΜΕΝΑ, ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΠΙΝΑΚΩΝ q s c L e

9 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Ψυχρόμετρο Assman Υγρόμετρο τρίχας Υγρογράφος Ψηφιακό υγρόμετρο Όμοιο με το ψυχρόμετρο Auust, όμως παράγεται ρεύμα αέρα (>2.5 m/s) με τη βοήθεια ανεμιστήρα που λειτουργεί μηχανικά. Οι θερμομετρικές λεκάνες προστατεύονται από την ακτινοβολία με τη βοήθεια 2 ομοαξονικών γυαλιστερών μεταλλικών σωλήνων που τις περιβάλλουν.

10 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Γνωρίζουμε τα διάφορα είδη οργάνων μέτρησης της υγρασίας που υπάρχουν στο Εργαστήριο (υγρομέτρων/ψυχρομέτρων, υγρογράφων, ηλεκτρονικών οργάνων). Παίρνουμε μετρήσεις θερμοκρασίας με τα ψυχρόμετρα Auust και Assman. Υπολογίζουμε την τιμή της σχετικής υγρασίας στο χώρο του Εργαστηρίου. ΠΡΟΣΟΧΗ: -Οι υπολογισμοί της σχετικής υγρασίας και στις δύο περιπτώσεις γίνονται με τη χρήση αντίστοιχων Πινάκων. - Για την πρώτη περίπτωση (ψυχρόμετρο Auust) χρησιμοποιούμε 4 ζεύγη ψυχρομέτρων και υπολογίζουμε μέσες τιμές θερμοκρασίας Στη συνέχεια υπολογίζουμε: (i) την τάση των υδρατμών (ii) την απόλυτη υγρασία (πυκνότητα υδρατμών) (iii) την ειδική υγρασία (iv) την αναλογία μίγματος μάζας υδρατμών (v) τη θερμοκρασία σημείου δρόσου ΠΡΟΣΟΧΗ: Για τον υπολογισμό της ειδικής υγρασίας και της αναλογίας μίγματος χρειάζεται και η πίεση του ατμοσφαιρικού αέρα την οποία παίρνουμε με το βαρόμετρο Fortin. Υπολογίζουμε τη μεταβολή της σχετικής υγρασίας με την ταχύτητα του αέρα κάνοντας τη γραφική παράσταση RH=f(V). Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε 4 ψυχρόμετρα Auust τοποθετημένα σε διαφορετικήςταχύτητας ρεύμα αέρα (με τη χρήση ανεμιστήρα).

11 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Χρειάζονται: 1) Σφάλμα οργάνου = -0.1 mb 2) Απόλυτη υγρασία: e = R T ρ υ υ ρ υ = e R T υ 3) Ειδική υγρασία: q υ ε e e e = = = p + ε e p + ε e p e+ ε e d d q υ = e p e 4) Aναλογία μίγματος μάζας υδρατμών ω υ : ρ q υ =ω d υ ρ ω υ = e p e

12 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Χρειάζονται: 5) Θερμοκρασία σημείου δρόσου, T d 17.67Tc Ισχύει: es = 6.112exp( ) T c Για το σημείο συμπύκνωσης ισχύει: e = e s AΡΑ T C ( C) = T D (K) T D = ln e ln e