background image

Akademia Techniczno Humanistyczna 
w Bielsku - Białej  
Wydział Nauk o Materiałach i Środowisku 
Kierunek:  Budownictwo 
I rok, II semestr 

 
 
 
 
 
 
 

Ćwiczenie nr 36 

 

„Wyznaczanie wilgotności względnej 

powietrza i stałej psychrometru 

Assmana” 

 

 

 
 
 
 
 
 

 

 

 
 
 

Robert Sikorski 

Gr. III  

Budownictwo 

(niestacjonarne) 

 

background image

 

I. Część teoretyczna: 

Wilgotność bezwzględna i względna 
 
 

Powietrze  atmosferyczne  zawiera  zawsze  niewielką  ilość  pary  wodnej.  Ilość  ta  jest 

zmienna i zależy głownie od czynników meteorologicznych i klimatycznych. 
Niech w objętości V powietrza znajduje się masa m pary wodnej.  Stosunek:  
 

V

m

 

jest  miarą  wilgotności  bezwzględnej  powietrza.  Wilgotność  bezwzględna  równa  jest,  jak 
widać, gęstości pary wodnej zawartej w powietrzu. 
Wilgotność względną mierzy się stosunkiem wilgotności bezwzględnej 

 powietrza w danej 

temperaturze do gęstości 

s

 nasyconej pary wodnej w tej samej temperaturze. 

 

W=

s

 

gdzie: 



– gęstość pary zawartej aktualnie w powietrzu w danej temperaturze, 



– gęstość nasyconej pary wodnej w danych warunkach ciśnienia i temperatury. 

 

Korzystajac  z  równania  stanu  gazu  doskonałego  pV  =  nRT,  gdzie  liczba  moli  n  równa  jest 
masie podzielonej przez masę czasteczkową

 

m/

,

 

dostajemy zależność:

 

 

RT

V

m

RT

p

 

 
z której wynika proporcjonalna zależność pomiedzy ciśnieniem i gęstością gazu. Można wiec 
stosunek gęstości w równaniu (3) zastąpic stosunkiem odpowiednich ciśnien.  
Otrzymuje się wówczas następujący wzór na wilgotność wzgledną: 

W=

s

p

p

 

 
gdzie p jest ciśnieniem pary wodnej znajdującej się w powietrzu w danej temperaturze, zaś p

s

 

jest ciśnieniem nasyconej pary wodnej w tej samej temperaturze. 
 
Higrometr Lambrechta 
 
 

Higrometr Lambrechta jest to metalowe pudełko z wypolerowaną powierzchnią P, do 

którego wprowadzony jest termometr T. 
W celu przeprowadzenia pomiaru do pudełka wlewa się eter lub inna szybko parującą ciecz, a 
następnie  wdmuchuje  się  powietrze.  Powietrze  to  usuwa  znad  powierzchni  eteru  jego  pary. 
Ponieważ ciśnienie nasyconej pary eteru w temperaturze pokojowej jest dość duże, powoduje 
to  szybkie  parowanie,  a  w  konsekwencji  ochładzanie  eteru  i  pudełka,  w  którym  się  on 
znajduje.  Dla  ułatwienia  obserwacji  rosy  na  powierzchni  P,  otoczona  jest  ona  również 
polerowanym  pierścieniem  S,  odizolowanym  cieplnie  od  pudełka.  W  chwili  pojawienia  się 
rosy  występuje  wyraźny  kontrast  między  powierzchniami  P  i  S,  co  umożliwia  wygodne 
odczytanie temperatury punktu rosy. 
 
 

background image

 

Psychrometr Assamana 
 
 

Psychrometr  Assamana  składa  się  z  dwu  termometrów  a  i  b.  Zbiorniczek  z  rtęcią 

termometru  b  owinięty  jest  zwilżoną  gazą.  Termometr  a  wskazuje  temperaturę  powietrza, 
termometr  b  –  wody  parującej  z  gazy.  Dla  ustalenia  warunków  pracy  psychrometru 
wyposażony  jest  w  turbinkę,  która  ustala  szybkość  przepływu  powietrza  wokół  zbiorników 
termometrów. Podwójne metalowe osłonki na zbiornikach chronią je od wpływów czynników 
zewnętrznych. 
Aby  wyznaczyć  stałą  B  psychrometru  Assamana,  trzeba  oprócz  temperatur  T  i  T

r, 

które 

odczytuje się bezpośrednio z psychrometru, oraz ciśnienia atmosferycznego znać wilgotność 
bezwzględną powietrza 

 
Temperatura krytyczna 
 

Temperatura  układu  fizycznego  jednoskładnikowego  w stanie  krytycznym,  to  jest 

w stanie,  w którym  właściwości  współistniejących  w równowadze  faz  —  pary  i cieczy  — 
danej  substancji  stają  się  identyczne;  w  temperaturze  wyższej  od  temperatury  krytycznej 
substancja może istnieć tylko w fazie gazowej 
  

Procesy parowania, skraplania, wrzenia 

 
Parowanie 
 

 Przemiana  fazowa  pierwszego  rodzaju  polegająca  na  przejściu  substancji  ze  stanu 

ciekłego w stan gazowy (parę); zachodzi na powierzchni cieczy i towarzyszy mu pochłanianie 
ciepła (obniżanie się temperatury substancji), ponieważ praca związana z pokonaniem przez 
cząsteczki  sił  spójności  cieczy  oraz  ze  zwiększeniem  objętości  substancji  jest  wykonywana 
kosztem  jej  energii  wewnętrznej.;  w przeciwieństwie  do  wrzenia  parowanie  zachodzi 
w każdej  temperaturze;  szybkość  parowania  zależy  m.in.  od  rodzaju  cieczy,  wielkości 
powierzchni  swobodnej,  ciśnienia  i temperatury;  ciepło  parowania  —  ilość  ciepła,  jaką 
trzeba  dostarczyć,  aby  w danej  temperaturze  i pod  określonym  ciśnieniem  przeprowadzić 
jednostkową masę danej cieczy w parę. 
 
Skraplanie  -  przemiana  fazowa  pierwszego  rodzaju  polegająca  na  przechodzeniu  substancji 
ze  stanu  gazowego  w ciekły;  towarzyszy  jej  wydzielanie  ciepła.  Proces  skraplania  pary 
(zwany często kondensacją) może zachodzić przez jej sprężanie izotermiczne, chłodzenie pod 
stałym  ciśnieniem  lub  rozprężanie;  aby  para  mogła  się  skroplić,  muszą  w niej  występować 
ośrodki  kondensacji  (cząstki  zawiesin,  jony  itp.),  ułatwiające  utrzymanie  się  cząstek  cieczy 
w pierwszej  fazie  ich  powstawania;  gdy  brak  jest  ośrodków  kondensacji,  powstaje  para 
przesycona.  Skraplanie  gazu  może  zachodzić  jedynie  w temperaturze  niższej  od  jego 
temperatury krytycznej. 

 

Wrzenie -  proces  parowania  cieczy  w  całej  jej  objętości.  Jest  to  proces  burzliwy  i 
intensywny.  We  wnętrzu  cieczy  powstają  pęcherzyki  lub  warstwy  pary.  Proces  wrzenia 
zachodzi  przy  określonej  stałej  temperaturze,  określanej  także  mianem  temperatury  cieczy. 
Temperatura  ta  jest  równa  temperaturze,  kiedy  ciśnienie  pary  nasyconej  cieczy  jest  równe 
ciśnieniu  zewnętrznemu.  Temperatura  wrzenia  jest  zależna  od  panującego  ciśnienia  rośnie, 
gdy  i  ciśnienie  się  zwiększa.  Proces  wrzenia  cieczy  jest  przykładem  przejścia  fazowego 
pierwszego  rodzaju.  Temperatura  wrzenia  wody  w  warunkach  normalnych  wynosi  100 

0

C. 

Przykładem wrzenia jest gotowanie się wody w czajniku. 

 

 

background image

 

Własności par 

 

Para cieczy – faza gazowa substancji wystepujaca ponizej jej punktu krytycznego. Para moze 
zostac skroplona poprzez podwyzszenie cisnienia (proces odwrotny nazywamy parowaniem). 
Gazy powyzej swego punktu krytycznego nie daja sie skroplic poprzez zmiane cisnienia a bez 
obnizenia temperatury. 

Przy danej temperaturze w zaleznosci od cisnienia para moze byc 

 

Para nasycona  
Para będąca w równowadze termodynamicznej z cieczą, z której powstała, mająca w 
danej temperaturze największą gęstość i ciśnienie (prężność).  
Występuje przy ciśnieniu pary nasyconej. 
 

  Para  nienasycona  (para  przegrzana)  –  para  niebędąca  w  równowadze 

termodynamicznej z cieczą, z której powstała, mająca w danej temperaturze mniejszą 
gęstość i mniejsze ciśnienie od pary nasyconej. 
 

  Para  przechłodzona (para  przesycona)  to para mająca  temperaturę  niższą  niż 

temperatura pary  nasyconej przy  tym  samym  ciśnieniu.  Nie  skrapla  się  z  braku 
centrów  kondensacji.  Występuje  w  powietrzu.  W  laboratorium  otrzymywana  przez 
zmniejszenie ciśnienia pary suchej, jest wykorzystywana w komorze Wilsona.  

 
Cisnienie  pary  nasyconej  cieczy  zmienia  sie  z  temperatura  w  przyblizeniu  zgodnie 
ze wzorem: 

T

B

A

p

s

log

 

gdzie: A, B – stale, T – temperatura w kelwinach 

To  proste  rownanie  odpowiada  rownaniu rownaniu  Clausiusa-Clapeyrona,  ktore  z  kolei  jest 
przyblizeniem  scislego rownania  Clapeyrona opisujacego  przemiany  fazowe  dla  dowolnej 
czystej substancji (uwaga, to nie jest rownanie Clapeyrona stanu gazu doskonalego!) 

Wartosc  temperatury,  przy  ktorej  cisnienie  pary  nasyconej  zrowna  sie  z  cisnieniem 
zewnetrznym (p

s

 = p

zewn

) jest temperatura wrzenia cieczy. 

 
Izotermy par. 

 

Ciecze parują w różnych temperaturach. Szybkość parowania rośnie wraz z temperaturą ciała. 
Po  osiągnięciu  temperatury  wrzenia,  ciecz  zaczyna  wrzeć,  czyli  gwałtownie  parować  całą 
objętością. Gdy ciśnienie wywierane na ciecz miało stałą wartość, to pęcherzyki wydostające 
się z głębi cieczy napełnione są parą nasyconą o takim samym ciśnieniu.  

Para nasycona to taka para, która już nie może pomieścić więcej pary w danej objętości i jej 
nadmiar  skrapla  się.  Wtedy  tyle  pary  skrapla  się  ile  cieczy  paruje.  Jest  to  stan  równowagi 
dynamicznej.  Na  temperaturę  wrzenia  cieczy  wpływ  ma  ciśnienie  wywierane  na  ciecz. 
Obniżenie ciśnienia nad cieczą powoduje obniżenie jej temperatury wrzenia i na odwrót.  

 

 

background image

 

 

Cząsteczki pary nasyconej znajdują się blisko siebie i do nich nie mają zastosowania prawa 
gazowe (słuszne dla gazu doskonałego). Para jest postacią lotną substancji jak gaz, ale gazem 
(w rozumieniu gazem doskonałym) nie jest. Kiedy odległości między cząsteczkami pary staną 
się większe, to taką parę nazwiemy nienasyconą, a kiedy odległości będą duże i para będzie 
stosować się do praw gazu doskonałego, wtedy nazwiemy ją gazem. 

 

 

 

Jeśli  pod  tłokiem,  w  temperaturze  T1,  pod  bardzo  dużym  ciśnieniem  znajduje  się  woda 
(rysunek  powyżej),  to  obniżając  ciśnienie  w  znaczący  sposób  powodujemy  spowodujemy 
nieznaczny wzrost objętości wody (jest ona mało ściśliwa). Obrazuje to stroma krzywa 1-2.  
W punkcie 2 rozpoczyna się (cały czas w temperaturze T1) parowanie cieczy. Przy wolnym 
ruchu tłoka w górę, powstająca para jest nasycona. Cały czas ubywa cieczy, a przybywa pary 
nasyconej.  
W  punkcie  3  mamy  pod  tłokiem  tylko  parę  nasyconą.  Jest  to  para  nasycona  sucha  (bez 
obecności cieczy). Dalsze zmniejszanie ciśnienia powoduje, że para staje się nienasycona, a 
następnie staje się gazem (stosuje się do praw gazu doskonałego – punkt 4). Ta krzywa jest to 
to izoterma pary.  
Jeśli pod tłokiem w cylindrze znajdzie się woda o wyższej temperaturze T2, wtedy izoterma 
będzie  miała  odcinek  poziomy  (równowaga  dynamiczna  pary  i  cieczy)  krótszy  (w  wyższej 
temperaturze  woda  szybciej  paruje).  W  pewnej  temperaturze  T

k

,  zwanej  temperaturą 

krytyczną  i  pod  ciśnieniem  krytycznym  p

k

,  nie  powstaje  para  nasycona,  ale  ciecz  od  razu 

przechodzi w parę nienasyconą. Gdy zjawisko przebiega w drugą stronę to para nienasycona 
w  tym  punkcie  skrapla  się.  W  punkcie  krytycznym  istnieje  stan  równowagi  dynamicznej 
między parą nienasyconą i wodą. Parametry punktu krytycznego dla wody są: p

k

=22,15∙10

Pa, T

k

 = 647,27 K

 

Gaz doskonały i rzeczywisty. 

Gaz  doskonały  (idealny)  –  najprostszy  model  gazu  rzeczywistego.  Gaz  doskonały  jest 
układem  składającym  się  z  dużej  liczby  cząsteczek  o  znikomo  małych  rozmiarach  (punkty 
materialne). Cząsteczki gazu doskonałego poruszają się chaotycznie, zderzając się sprężyście 
ze  sobą  i  ściankami  naczynia  i  nie  oddziałują  ze  sobą  „na  odległość”.  Doświadczenie 
pokazuje, że wszystkie gazy rzeczywiste, dostatecznie rozrzedzone, zachowują się w sposób 
zbliżony do gazu doskonałego. 

background image

 

Równanie stanu gazu doskonałego, zwane równaniem Clapeyrona: 

Jest to równanie stanu opisujące związek pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i objętością gazu 
doskonałego, a
 w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste: 
 

nRT

pV

 

 

 

 

 

 

  

gdzie:

 

p – ciśnienie,

 

V – objętość,

 

n – liczba moli

 gazu, 

T – temperatura (bezwzględna), T [K] 

 = t [°C] + 273,15

R – uniwersalna stała gazowa: R = 8,314 J/(mol·K). 

Równanie (6) można też zapisać w innej postaci, przy użyciu stałej Boltzmanna  

23

10

38

,

1

/

A

N

R

k

J/K 

NkT

kT

nN

pV

A

   

 

 

 

 

     

Przemiany charakterystyczne gazu doskonałego 

 

1.  Przemiana izotermiczna – zachodzi 

przy stałej temperaturze = const 
Równanie przemiany: pV = const 
(prawo Boyle’a-Mariotte’a) 

 
 

0

0 .4

0 .8

1 .2

1 .6

 [m

3

]

0

1

2

3

4

p

 [

b

a

r]

T  =  2 7 3  K

 =  4 7 3  K

   

 
Izotermy dla 1 mola gazu doskonałego 

 

2.  Przemiana izochoryczna – zachodzi 

przy stałej objętości (= const) 
Równanie przemiany: p/T = const 
(prawo Charles’a) 

 
 

0

0 .0 2

0 .0 4

0 .0 6

0 .0 8

0 .1

 [m

3

]

0

0 .4

0 .8

1 .2

p

 [

b

a

r]

 =  2 7 3  K

 =  4 7 3  K

 

 
Izochory  dla  1  mola  gazu  doskonałego

 

3.  Przemiana izobaryczna – zachodzi 

przy stałym ciśnieniu (p = const) 
Równanie przemiany: V/T = const 
(prawo Gay-Lussaca) 

 

 
 
 
 

 

0

0 .0 2

0 .0 4

0 .0 6

0 .0 8

0 .1

 [m

3

]

0

0 .4

0 .8

1 .2

p

 [

b

a

r]

 =  2 7 3  K

 =  4 7 3  K

 
Izobary dla 1 mola gazu doskonałego 

 

background image

 

Gaz rzeczywisty 

 

Model  gazu  doskonałego  jest  modelem  „idealnym”.  W  rzeczywistości  w  pewnych 
ekstremalnych warunkach (wysokie ciśnienia, niskie temperatury) zachowanie gazu nie można 
opisać  prawami  gazu  doskonałego.  Mówimy  wtedy  o  gazie  rzeczywistym.  Rys.  2.11  ilustruje 
wpływ  ciśnienia  na  odstępstwo  od  doskonałego  zachowania  jednego  mola  wybranego  gazu  w 
temperaturze 0 

o

C. Dla mola gazu doskonałego mamy:  

 

1

RT

pV

 

 

Wodór  i  hel  wykazuje  w  tej  temperaturze  odstępstwo  dodatnie  natomiast  pozostałe  gazy 
początkowo odstępstwo ujemne, a przy wysokich ciśnieniach dodatnie. 
 

 

Rys. Odstępstwa od doskonałego zachowania się jednego  

mola gazu wywołane wzrostem ciśnienia. 

 

 
Dla  jednego  mola  gazu  doskonałego 

1

/

RT

pV

 W  przypadku  gazów:  N

2

,  CH

4

O

2

  odziaływanie pomiędzy cząsteczkami powoduje spadek wartości 

RT

pV /

 poniżej jedności. 

Dla wszystkich gazów wraz ze wzrostem  ciśnienia rośnie udział objętości własnej  cząsteczek, 
co  daje  przeważnie  wzrost 

RT

pV /

powyżej  jedności.  Ten  ostatni  efekt  obserwowany  jest  dla 

wodoru i helu. 
Różnice w zachowaniu się gazu rzeczywistego i doskonałego wynikają z dwóch przyczyn. Po 
pierwsze, w gazach rzeczywistych duży wpływ wywierają oddziaływania międzycząsteczkowe, 
i  po  drugie,  nie  może  być  zaniedbana  objętość  własna  cząsteczek  w  stosunku  do  całkowitej 
objętości zajmowanej przez gaz.  
Biorąc  pod  uwagę  oddziaływania  międzycząsteczkowe  i  wpływ  objętości  własnej  Van  der 
Waals zaproponował równanie stanu dla gazu rzeczywistego: 
 

T

R

n

nb

V

V

a

n

p





)

(

2

2

 

Jest to równanie dla dowolnej ilości moli gazu n w objętości V.

 

Wyraz 

2

2

V

a

n

 

 

oznacza  korektę  ciśnieniową,  gdzie n jest  liczbą  moli, V –  objętością, -  stałą 

charakterystyczną dla danego gazu. 

background image

 

W miarę wzrostu ciśnienia gazu siły międzycząsteczkowe odgrywają coraz większą rolę i  gaz 
zmniejsza swoją objętość bardziej niżby to wynikało z równania gazów doskonałych. Rezultat 

jest taki jakby na gaz działało dodatkowe ciśnienie. Wyrażenie 

2

2

V

a

n

 jest poprawką na ciśnienie i 

nosi nazwę ciśnienia wewnętrznego. 
Poprawka  nb

 

związana  jest  z  objętością  własną  cząsteczek.  Uwzględnia  fakt,  że  podczas 

sprężania gazu ulega zmianie nie cała objętość zajmowana przez gaz, a jedynie przestrzeń pusta 
niezajęta przez cząsteczki gazu. Należy objętość V zmniejszyć o wielkość

 

nb,  gdzie oznacza 

rzeczywistą objętość zajmowaną przez cząsteczki jednego mola gazu. Stałe a i b wyznacza się 
doświadczalnie.  
 
Przykłady stałych Van der Waalsa podano w tablicy 2.2. 
 

        Gaz

 

Symbol

 

 

 

 

Amoniak

 

 

4,17

 

0,037

 

 132

 

Argon

 

 

1,35

 

0,037

 

-123

 

Azot

 

 

1,39

 

0,039

 

-147

 

Dwutlenek węgla

 

 

3,59

 

0,043

 

   31

 

Etan

 

 

5,49

 

0,064

 

 

 

Etylen

 

 

4,47

 

0.057

 

 

 

Hel

 

 

0,034

 

0,024

 

-268

 

Ksenon

 

 

4,19

 

0,051

 

   17

 

Powietrze

 

 

 

1,4

 

0,039

 

 

 

Tlen

 

 

1,36

 

0,032

 

-118

 

Wodór

 

 

0,244

 

0,027

 

-240

 

 

 

 

 

 

 
Równanie  van  der  Waalsa  stanowi  na  ogół  bardzo  dobre  przybliżenie  równania  stanu  gazów 
rzeczywistych,  szczególnie  dla  dużych  ciśnień  i  w  temperaturach  i  ciśnieniu  zbliżonych  do 
parametrów skraplania gazu i powyżej.  
Jeśli można zaniedbać oddziaływanie między cząsteczkami (a=0) i rozmiary samych cząsteczek 
(b=0),  czyli  traktować  gaz,  jako  gaz  doskonały,  to  równanie  Van  der  Waalsa  przechodzi  w 
równanie Clapeyrona. Bardziej ogólnym równaniem opisującym gazy rzeczywiste jest wirialne 
równanie stanu gazu. 
 
Temperatura punktu rosy lub punkt rosy – temperatura, w której, przy danym składzie gazu 
lub  mieszaniny  gazów  i  ustalonym  ciśnieniu,  może  rozpocząć  się  proces  skraplania  gazu  lub 
wybranego składnika mieszaniny gazu. 
Rozpatrywany składnik gazu (np. para wodna) ma w obecnej temperaturze ciśnienie parcjalne 
równe ciśnieniu pary nasyconej tego składnika w temperaturze punktu rosy. W przypadku pary 
wodnej  w  powietrzu  jest  to  temperatura,  w  której  para  wodna  zawarta  w  powietrzu  staje  się 
nasycona  (przy  zastanym  składzie  i  ciśnieniu  powietrza),  a  poniżej  tej  temperatury  staje  się 
przesycona i skrapla się lub resublimuje. 
Zjawisko  znalazło  zastosowanie  do  budowy  psychrometrów,  laboratoryjnych  przyrządów  do 
pomiaru  wilgotności  powietrza.  Wypolerowaną  płytkę  ochładza  się,  aż  do  zauważenia  na  niej 
kropelek  rosy  –  temperatura  płytki  określa  temperaturę  punktu  rosy.  Na  podstawie  tabeli 
określającej ciśnienie pary wodnej nasyconej określa się zawartość pary w powietrzu. 

 

background image

 

II. Opis metody pomiarowej i stosowanych przyrządów

: 

W  ćwiczeniu  wykorzystywane  są  następujące  przyrządy  oraz  odczynniki:  higrometr 

Lambrechtra,  psychrometr  Assmana,  termometr,  barometr  rtęciowy,  elektroniczny  miernik 
wilgotności eter etylowy. 

 

W  pierwszej  części  ćwiczenia  wilgotność  względna  powietrza  wyznaczana  jest  za 

pomocą higrometru kondensacyjnego Lambrechta, przedstawionego na rysunku 1. 

Rys.1. Higrometr Lambrechta: S – lustro higrometru, 
Tr- termometr, N – zbiornik. 

 

Pomiar  wilgotności  za  pomocą  higrometru 
polega  na  wyznaczeniu  temperatury  tzw. 
punktu  rosy,  czyli  temperatury,  w  której  para 
wodna  w  powietrzu  staje  się  nasycona  i 
skrapla 

się. 

Para 

skrapla 

się 

na 

wypolerowanej,  niklowanej  powierzchni  S 
(lustrze  higrometru),  która  chłodzona  jest  w 
wyniku  szybkiego  parowania  eteru  wlanego 
do  zbiorniczka  higrometru  N,  przez  który 
przedmuchiwane  jest  powietrze.  Ciśnienie 
pary  nasyconej  w  temperaturze  punktu  rosy 
rów ne  j est  ci ś ni e ni u   par y  wodnej  
n i e n a s yc o n e j  

znajdującej 

się 

p o w i e t r z u     
(w· temperaturze 

otoczenia).

Zatem  na  podstawie  wyznaczonych  odpowiednich  wartości  ciśnienia  pary  nasyconej  w 
temperaturze punktu rosy i w temperaturze otoczenia p

s  

oraz korzystając ze wzoru (5) można 

określić wilgotność względną powietrza

.

 

Zależność  między  ciśnieniem  nasyconej  pary  wodnej  p  a  temperaturą  t  przedstawia rysunek 
2, zaś jej analityczną postać dobrze przybliża wielomian: 

 

d

ct

bt

at

t

p

2

3

)

(

 [kPa] 

gdzie:  [

o

C] – temperatura,             [kPa/(

o

C)

3

] = 0,0000501,  

[kPa/(

o

C)

2

] = 0,0009434,   [kPa/

o

C] = 0,04765,  

[kPa] = 0,60654. 

 
Można się nim posłużyć do obliczenia ciśnienia nasyconej pary  wodnej dla  temperatury  
z zakresu 0-30

o

C. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.2. Zależność ciśnienia nasyconej pary 
wodnej od temperatury. 

 

background image

 

W  drugiej  części  ćwiczenia  wilgotność  względna  powietrza  wyznaczana  jest  przy pomocy  
psychrometru  Assmana.  W  tej  części  ćwiczenia  wyznaczana  jest również  stała 
psychrometru Assmana, którego widok przedstawiono na rysunku 3. 

 
 
Psychrometr  Assmana  składa  się  z  dwóch  jednakowych 
termometrów:  suchego  A  i  mokrego  B.  Zbiorniczek  rtęci 
termometru  mokrego  B  owinięty  jest  tkaniną  (tzw. 
koszulką),  zwilżaną  wodą  destylowaną.    Przepływ 
powietrza  wokół  termometrów,  wywołany  przez 
odpowiedni  wentylator  C,  wymusza  parowanie  wody  z 
tkaniny 

termometru  mokrego 

B.  Parowanie  w o d y  

o d b yw a  s i ę  p r z y  p o b i e r a n i u  ci epł a  z  n a j b l i ż s z e g o  
o t o c z e n i a ,  a   w i ę c   temperatura  tkaniny  parującej  obniża 
się  i  termometru  również.  Wskazania  termometrów  po 
pewnym  czasie  ustalają  się  i  w  tym  momencie  można 
odczytać  temperaturę  każdego  z  nich:  suchego  t  i  mokrego 
tm.   Termometr mokry wskazuje temperaturę tm

  niższą

 od t 

pewną  wartość,  która  zależy  od  wilgotności  otaczającego 
powietrza.  Różnica  wskazań termometru suchego i mokrego 
zwana 

różnicą 

psychrometryczną 

pozwala 

określić 

wilgotność  względną  powietrza.  Korzysta  się  wówczas  z 
odpowiednich, 

dostępnych 

na 

pracowni, 

tablic 

psychrometrycznych dołączonych do psychrometru. 

 
Rys.3. Psychrometr Hassmana: A – termometr suchy,  
B – termometr mokry, C – wentylator 

 
Woda z tkaniny termometru mokrego paruje, ponieważ powietrze w otoczeniu nie jest 

na  ogół  nasycone  parą  wodną.  Na  skutek  parowania  temperatura  termometru  mokrego  B 
psychrometru  obniża  się  tak  długo,  aż  zostanie  osiągnięty  stan  równowagi  cieplnej.  Ilość 
ciepła  d o s t a r c z o n e g o   p r z e z   o t o c z e n i e   (termometr,  t k a n i n a ,  o t a c z a j ą c e  
p o w i e t r z e ) j e s t  wówczas dokładnie równa ilości ciepła zużytego na parowanie wody: 
Ilość ciepła Q

zużytego na parowanie wody w jednostce czasu jest równa: 

 

0

1

p

p

p

a

Q

m

 

gdzie: a  – stała, p

– ciśnienie nasyconej pary wodnej wskazywanej przez termometr mokry t

m

P  –  ciśnienie  pary  wodnej  nienasyconej  znajdującej  się  aktualnie  w  powietrzu  o 

temperaturze    t  (jest    ono    praktycznie    równe    ciśnieniu    nasyconej    pary  
wodnej  w temperaturze punktu rosy t

r

), 

p

– ciśnienie atmosferyczne. 

Ilość ciepła   Q

1

’  dopływającego z   otoczenia  w   jednostce  czasu  zależna   jest   od  różnicy 

temperatur termometru suchego i mokrego i jest równa: 

 

)

(

'

1

m

t

t

b

Q

 

gdzie:  b – stała proporcjonalności. 

background image

10 

 

dla stanu równowagi cieplnej ilości ciepła są sobie równe Q

= Q

1

, zatem po uwzględnieniu 

wzorów (7a) i (7b) oraz odpowiednich przekształceniach otrzymamy: 
 

)

(

0

m

m

t

t

Ap

p

p

 

 

gdzie:     A  -  tzw.  stała  psychrometryczna  wyrażona  w  jednostkach  odwrotności 

temperatury  (1/

o

C  lub  1/K),  zależna  od  rodzaju  gazu,  prędkości  przepływu  gazu 

wokół zbiorniczka termometru mokrego,  temperatury  termometru  mokrego  oraz 
konstrukcji psychrometru. 

 

Podstawiając zależność  (7c)  do  wzoru  (5)  oraz  wykonując  odpowiednie przekształcenia 
otrzymujemy wzór, z którego można wyznaczyć wartość stałej psychrometru: 

)

(

0

m

s

m

t

t

p

Wp

p

A

 

 
gdzie: W – wilgotność względna powietrza (wyznaczona z tablic psychrometrycznych) 

 
 
III. Obliczenia: 

 
Wyznaczanie wilgotności względnej za pomocą higrometru kondensacyjnego Lambrechta:
 

 

a)  Tab.1. 

 

 

 
 
Obliczenia: 
 

1)  Wyliczamy średnią temperaturę punktu rosy t

r

 oraz jej maksymalny błąd bezwzględny:  

9

2

10

8

2

''

'

r

r

r

t

t

t

1

2

8

10

2

'

''

r

r

r

t

t

t

 

 

2)  Na podstawie wzoru: 

 

d

ct

bt

at

t

p

2

3

[kPa] obliczamy ciśnienie p nasyconej pary 

wodnej  w  punkcie  rosy  t

r, 

oraz  ciśnienie  p

s     

nasyconej  pary    wodnej    w    temperaturze 

otoczenia t. Obliczone wartości odnotowujemy w tabeli 1. 

 

 
 

 

[kPa]

 

2,81

60654

,

0

)

23

)(

04765

,

0

(

)

23

)(

0009434

,

0

(

)

23

)(

0000501

,

0

(

2

3

t

p

s

 

 
 

 

[ºC] 

[ºC] 

t’

r

 

[ºC] 

t”

r

 

[ºC] 

r

t

 

[ºC] 

t

r

 

[ºC] 

W

t

 

23 

0,5 

8,0 

10 

0,423 

p

 

[kPa] 

[kPa] 

p

s

 

 [kPa] 

p

s

 

 [kPa] 

δ 

[%] 

1,15 

0,077 

2,81 

0,085 

0,41 

0,04 

3,1 

 

[kPa]

 

1,15

60654

,

0

)

9

)(

04765

,

0

(

)

9

)(

0009434

,

0

(

)

9

)(

0000501

,

0

(

2

3

t

p

background image

11 

 

3)  Wyliczamy  błędy  maksymalne  wartości  ciśnienia  nasyconej  pary  wodnej  p  oraz  p

s  

korzystając odpowiednio ze wzorów: 
 

r

r

r

t

c

t

b

t

a

p

2

3

2

 

 
 
 

t

c

t

b

t

a

p

s

2

3

2

 

 

5

,

0

04765

,

0

23

0009434

,

0

2

)

23

(

0000501

,

0

3

2

s

p

= 0,085 [kPa] 

 

4)  Obliczenie wilgotności względnej wraz z błędem: 

 

%

100

81

,

2

15

,

1

s

p

p

W

≈ 41% 

 

5)  Obliczamy błąd bezwzględny wilgotności W

 

%

4

%

100

04

,

0

81

,

2

085

,

0

15

,

1

077

,

0

41

,

0





s

s

p

p

p

p

W

W

 

 

6)  Względna  różnica  (wyrażoną  w  procentach)  pomiędzy  wartością    doświadczalną  

wilgotności względnej  W,  a   wartością  odczytaną  z   cyfrowego miernika wilgotności 
W

t

 wynosi:  

 

%

1

,

3

%

100

423

,

0

423

,

0

41

,

0

%

100

t

t

W

W

W

 

 

Wynik:  Ostatecznie  wilgotność  względna  powietrza  wyznaczona  za  pomocą  higrometru 
kondensacyjnego Lambrechta wynosi: W = 41% ±4%. 
 
 
Wyznaczanie wilgotności względnej powietrza za pomocą psychrometru Assmana oraz 
wyznaczanie stałej psychrometru Assmana. 
 
b) Tab.2. 

 

 

t

[ºC] 

[ºC] 

p

0

 

[ºC] 

W

δ 

[%] 

mmHg 

kPa 

17,8 

23 

745 

99,08 

0,425 

0,60 

41,2 

p

m

 

[kPa] 

p

s

 

[kPa] 

A=

4

667

,

0





C

1

 

2,03 

2,81 

 

 

[kPa]

 

0,077

1

04765

,

0

9

0009434

,

0

2

)

9

(

0000501

,

0

3

2

p

background image

12 

 

1)  Przeliczamy jednostki 

 z [mmHg] na [kPa] 

 

p

[kPa] = 0,133 · p

0

 [mmHg] = 0,133 · 734

 

 [mmHg] = 99,08 [kPa] 

 

2)  Na  podstawie  danych  zgromadzonych  w  tabeli  2,  odczytujemy  z  tablic  

psychrometrycznych wilgotność  względną powietrza 

60

,

0

W

 

3)  Względna  różnica  (wyrażoną  w  procentach)  pomiędzy  wartością  doświadczalną 

wilgotności  względnej   W,  a   wartością  odczytaną   z   cyfrowego miernika wilgotności 
W

t

 wynosi:  

 

2

.

41

%

100

425

,

0

425

,

0

6

,

0

%

100

t

t

W

W

W

 

 
Wyznaczenie stałej psychrometru Assmana 
 
 

1kPa=1000Pa; [1Pa]=[

2

s

m

kg





C

t

t

p

p

W

p

A

m

s

m

1

667

,

0

8

,

17

23

08

,

99

)

81

,

2

60

,

0

(

03

,

2

4

0

  

 
 
Wynik: Ostatecznie wilgotność względna powietrza W wyznaczona za pomocą higrometru 
psychrometru  Assmana oraz tablic wynosi: W = 60% . 
 
IV. WNIOSKI: 

 

W  wyniku  przeprowadzonego  ćwiczenia  otrzymaliśmy  wyniki  wilgotności  względnej 
powietrza w temperaturze 23 

o

C: 

Dla higrometru Lambrechtra: W = 41% ± 4% 
Dla psychrometru  Assmana oraz tablic wynosi: W = 60% 
Wskazują one, że w wilgotność względna wyznaczona za pomocą higrometru Lambrechtra i 
różni  się  tylko  o  3,1%  od  wskazania  elektronicznego  miernika  wilgotności  powietrza 
dostępnego  w  pracowni.  Natomiast  wynik  obliczony  za  pomocą  higrometru  Assmana  różni 
się od pomiaru przeprowadzonego miernikiem aż o 41,2%.  
Powyższa  różnica  dla  higrometru  Assmana  może  być  skutkiem  niedokładnego  odczytu 
maksymalnego spadku temperatury termometru mokrego (tzw. stan równowagi). 
Otrzymana wilgotność względna powietrza 41% w temperaturze 23 

o

C oznacza, że powietrze 

zawiera 41% ilości pary nasyconej, która mogłaby być w nim zawarta w tej temperaturze. 
Zmierzona wartość zawiera się w przedziale <40-50> [%] który przyjmuje się za optymalny i 
najbardziej korzystny dla organizmu człowieka, jak również sprzętu.