1. Wstęp teoretyczny:

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

Zjawisko przemiany cieczy w gaz (parę), podczas którego powstają i rosną pęcherzyki pary nasyconej w objętości. Czyli wrzenie jest to gwałtowne parowanie nie tylko na powierzchni, ale także w całej objętości. Wrzenie wymaga dostarczania energii do wrzącego ciała, dlatego jest przejściem fazowym pierwszego rodzaju.Powstające pęcherze z parą unoszą się ku górze dzięki sile wyporu. Po wypłynięciu na powierzchnię cieczy pękają a zawarta w nich para przechodzi do przestrzeni nad cieczą.

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 :

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=

Ciśnienie pary wodnej zawartej w powietrzu jest proporcjonalne do jej gęstości, zatem wzór można zastąpić wyrażeniem:

W=

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.

Para nasycona

Para będąca w równowadze termodynamicznej z cieczą, z której powstała, mająca w danej temperaturze największą gęstość i ciśnienie (prężność).

Para nienasycona

Para przegrzana, para nie będąca w równowadze termodynamicznej z cieczą, z której powstała, mająca w danej temperaturze mniejszą gęstość i mniejsze ciśnienie od pary nasyconej.

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 stająsię identyczne; w temperaturze wyższej od temperatury krytycznej substancja może istnieć tylko w fazie gazowej

Punkt Rosy

To temperatura, w której para wodna w powietrzu staje sięnasycona i skrapla się.

Równanie gazu doskonałego:

pV = nRT

Równanie gazu rzeczywistego:

   

V – objętość gazu

n – liczba moli gazu

T – temperatura [K]

p – ciśnienie pod jakim gaz występuje

R – stała gazowa

a – stała charakterystyczna

b – stała charakterystyczna

2. Budowa i zasada działania higrometru i psychrometru.

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.

Psychrometr Assmana składa sięz dwóch jednakowych termometrów: suchego A

i mokrego B. Zbiorniczek rtęci termometru mokrego B owinięty jest tkanina (tzw. koszulka),

zwilżoną wodądestylowaną.Stosuje się do wyznaczania względnej wilgotności powietrza. Jego działanie opiera się na wyznaczeniu wartości temperatur termometru suchego i mokrego. Termometr suchy określa temperaturę powietrza. Przepływ powietrza wokół termometrów wymusza parowanie wody z tkaniny termometru mokrego. Parowanie wody jest spowodowane pobieraniem ciepła z najbliższego otoczenia, a wiec temperatura tkaniny parującej obniża się i termometru również. Różnica wskazań termometru po ich stabilizacji, zwana różnicą psychrometryczną pozwala określić wilgotność względną powietrza w oparciu o tablice psychrometryczne. Wyniki pomiarów są dokładne dzięki temu, iż wentylator nadaje powietrzu stałą prędkość.

W ćwiczeniu wykorzystywane są: wyżej wymieniony higrometr Lambrechta, psychometr Assmana, termometr, barometr rtęciowy, elektroniczny miernik wilgotności oraz eter etylowy.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wilgotności względnej powietrza za pomocą higrometru Lambrechta oraz psychometru Assmana.