C9. Wyznaczanie wilgotności powietrza za pomocą psychrometru



1/3

Nr pary

Imię i nazwisko studenta

Wydział

grupa

data

Imię i nazwisko prowadzącego

Zaliczenie

C9.

Pomiar wilgotności powietrza za pomocą psychrometru

Celem ćwiczenia jest poznanie pojęcia wilgotności bezwzględnej i względnej, właściwości pary
nasyconej i nienasyconej oraz doświadczalny pomiar wilgotności powietrza przy użyciu
psychrometru Augusta.

W powietrzu atmosferycznym znajduje się zawsze pewna ilość pary wodnej, świadcząca o jego
wilgotności. Stan wilgotności powietrza definiują dwa pojęcia:
1/ Wilgotność bezwzględna W

b

, równa gęstości pary wodnej w danej temperaturze, wyraża stosunek

masy pary wodnej m, zawartej w pewnej objętości V, do tej objętości:

V

m

W

b

=

(1).

2/ Wilgotność względna W

w,

która określa stopień nasycenia powietrza parą wodną, może być

obliczana dwojako:

- jako stosunek gęstości

ρ

pary wodnej zawartej w powietrzu do gęstości

ρ

o

pary

nasyconej* o tej samej temperaturze:

o

w

W

ρ

ρ

=

(2),

- jako stosunek prężności p pary wodnej zawartej w powietrzu do prężności p

o

pary

nasyconej* o tej samej temperaturze:

o

w

p

p

W

=

(3).

*Para nasycona – to para, będąca w stanie równowagi termodynamicznej z cieczą, z której
powstała. Jej prężność zależy od temperatury, a nie zależy od objętości.
W danej temperaturze ma ona maksymalną gęstość i prężność.

Gdy obniżamy temperaturę pary nienasyconej, po pewnym czasie osiąga ona stan nasycenia,
a następnie ulega skropleniu. Temperaturę, w której para nasyca się i zaczyna się skraplać,
nazywamy punktem rosy.

Do wyznaczania wilgotności powietrza stosuje się na ogół dwie metody:

metodę punktu rosy i metodę psychrometru.

W niniejszym ćwiczeniu posłużymy się psychrometrem Augusta, który składa się z dwóch
termometrów umieszczonych na wspólnym statywie. Metoda sprowadza się do porównania wskazań
obu termometrów, jednego tzw. „suchego” i drugiego „mokrego”, którego zbiorniczek z rtęcią owinięty
jest mokrą gazą. Woda z gazy wyparowuje, pobierając ciepło z najbliższego otoczenia, przez co
tzw. mokry termometr pokazuje coraz niższą temperaturę. Obniża się ona tak długo, aż ustali się stan
równowagi termodynamicznej między otoczeniem a gazą, czyli gdy ciepło dopływające z otoczenia Q

1

zrówna się z ciepłem pobranym przez parującą wodę z gazy Q

2

.

Ilość dopływającego ciepła Q

1

jest tym większa, im większa jest różnica temperatur pomiędzy

termometrem mokrym t

1

a otoczeniem t, co można zapisać jako:

Q

1

= C(t – t

1

)

(4), gdzie C jest pewną stałą.

Ilość ciepła pobranego przez parującą wodę Q

2

zależy z kolei, od tzw. szybkości parowania, która jest

wprost proporcjonalna do różnicy prężności pary nasyconej w temperaturze termometru mokrego p

1

i rzeczywistej prężności pary w temperaturze termometru suchego p, a odwrotnie proporcjonalna do

C9. Wyznaczanie wilgotności powietrza za pomocą psychrometru



2/3

ciśnienia atmosferycznego p

atm.

:

Q

2

=

A

.

1

atm

p

p

p

−

(5)

(A

-

wielkość

stała).

Skoro w stanie równowagi Q

1

= Q

2

, przyrównujemy prawe strony równań (4) i (5) i wyznaczamy:

p = p

1

– B p

atm.

(t - t

1

)

(6),

gdzie B = C/A jest stałą empiryczną. Wstawiając następnie równanie (6) do wzoru (3) otrzymujemy

wyrażenie:

(

)

o

atm

w

p

t

t

p

B

p

W

1

.

1

−

⋅

−

=

(7),

które umożliwia wyznaczenie wilgotności względnej powietrza na podstawie tabelarycznych wartości
prężności p

1

pary nasyconej w temperaturze t

1

termometru mokrego i prężności p

o

pary nasyconej w

temperaturze t termometru suchego.
Ponadto, znając różnicę temperatur obu termometrów (t-t

1

), można bezpośrednio odczytać z tzw. tabel

psychrometrycznych

wilgotność względną powietrza.

Wykonanie ćwiczenia

Przyrządy: psychrometr Augusta, barometr, termometr

1. Na termometrze „suchym” odczytujemy temperaturę otoczenia (t).
2. Zwilżamy wodą tkaninę otulającą zbiorniczek termometru „mokrego”.
3. Wprawiamy w ruch wiatraczek, aby przyspieszyć parowanie wody z wilgotnego materiału, co

powoduje spadek temperatury na termometrze „mokrym”. Odczytujemy najniższą ustaloną
wartość temperatury (t

1

).

4. Czynności wyszczególnione w punktach 1- 3 powtarzamy kilkakrotnie.
5. Na barometrze odczytujemy wartość ciśnienia atmosferycznego (p

atm.

).

Opracowanie wyników

1. Dla każdej serii pomiarów odczytujemy z tablic wartości prężności (p

o

)

pary nasyconej

w temperaturze termometru suchego i prężności (p

1

)

pary nasyconej w temperaturze termometru

mokrego, po czym – podstawiając odczytane wartości do wzoru (7) - obliczamy wilgotność
względną powietrza, przyjmując, że B = 66

⋅

10

-5

[

°

C

-1

]. Ciśnienie atmosferyczne (p

atm.

)odczytane w

mm Hg przeliczamy na N/m

2

, korzystając ze wzoru na ciśnienie hydrostatyczne

(p = h

⋅ρ⋅

g

), przyjmując gęstość rtęci

ρ

= 13 550 kg/m

3

.

2. Obliczamy wartość średnią wilgotności względnej powietrza

w

W

a następnie - błąd bezwzględny

w

W

∆

jako trzykrotną wartość odchylenia standardowego SD:

(

)

(

)

1

3

3

1

2

−

−

=

⋅

=

∆

∑

=

n

n

W

W

SD

W

n

i

w

w

w

i

.

3. Z tablic psychrometrycznych odczytujemy wartości wilgotności względnej powietrza (

w

tab

W

), jakie

odpowiadają różnicom temperatur (t-t

1

), czyli tzw. różnicom psychrometrycznym, zmierzonym w

trakcie kolejnych eksperymentów powtarzanych za pomocą psychrometru.

C9. Wyznaczanie wilgotności powietrza za pomocą psychrometru



3/3

Tabela

Lp.

temperatura

termometru

suchego

t [

°

C]

temperatura

termometru

mokrego

t

1

[

°

C]

różnica

psychro-

metryczna

t- t

1

[

°

C]

prężność pary

nasyconej

w temperaturze t

p

o

[N m

-2

]

prężność pary

nasyconej

w temperaturze t

1

p

1

[ N m

-2

]

ciśnienie
atmosfe-

ryczne

p

atm.

[N m

-2

]

wilgotność

względna

obliczona

W

w

[%]

wilgotność

względna

z tablic

tab

W

w

[%]