Kamil Dobrzyń Grupa 3

Ćwiczenie 18: Pomiar wilgotności powietrza za pomocą psychrometru.

Powietrze zawiera zawsze pewną ilość pary wodnej powstającej w wyniku parowania wody z powierzchni ziemi i zbiorników wodnych. Obecność pary wodnej w powietrzu ma istotne znaczenie dla procesów życiowych oraz wpływa na przebieg wielu zachodzących w przyrodzie procesów chemicznych. Wynika stąd konieczność pomiarów ilości pary wodnej w powietrzu, a także wyznaczanie ilości pary wodnej, która w danej temperaturze może nasycić określoną ilość powietrza.

Zawartość pary wodnej w powietrzu określają wielkości: wilgotność względna i bezwzględna.

Wilgotnością bezwzględną W_b nazywamy stosunek masy m pary wodnej zawartej w pewnej objętości V powietrza do tej objętości:

(1)

Miarą wilgotności jest więc masa pary wodnej zawarta w 1 m³ powietrza.

Bezwzględna wilgotność atmosferyczna waha się w granicach od ok.
zimą do ok.
latem.

Ze względów praktycznych wprowadzono wilgotność względną określającą nasycenie powietrza parą wodną. Wilgotność względna W_w to stosunek masy m pary wodnej znajdującej się w określonej objętości powietrza do masy m_n pary, która by tę objętość w danej temperaturze nasyciła; wyrażamy ją zwykle w procentach:

(2)

Masa pary wodnej zawartej w pewnej objętości powietrza jest proporcjonalna do ciśnienia tej pary. Mając to na uwadze, możemy masy występujące w powyższym wzorze zastąpić ciśnieniami i wówczas wilgotność względną definiujemy:

(3)
; gdzie:

p₁- prężność pary znajdującej się w powietrzu w temperaturze termometru suchego t₁

p₂- prężność pary nasyconej w temperaturze t₁ (wartość odczytywana z tabel)

Pomiar wilgotności powietrza za pomocą psychrometru

Psychrometr składa się z podstawy, na której zawieszone są dwa jednakowe termometry. Zbiorniczek z rtęcią jednego z nich, owinięty muślinem, jest stale zwilżany wodą z naczynia, w którym zanurzony jest koniec muślinu, Woda parując zużywa ciepło. Pobiera je z najbliższego otoczenia, czyli z termometru, który tym samym oziębia się tym bardziej im szybsze jest parowanie, czyli im suchsze powietrze. Termometr jednocześnie uzupełnia swe ciepło z otoczenia. Przy pewnej różnicy temperatur między termometrem mokrym a termometrem suchym, czyli otoczeniem, dopływ ciepła dokładnie pokrywa straty i wówczas

Różnica temperatury obu termometrów się ustala.

_;

t₂-termometr mokry

t₁- termometr suchy

Biorąc pod uwagę różnicę temperatur można wilgotność powietrza odczytać z tablic psychrometrycznych lub ze wzoru (3), w którym to prężność pary p znajdującej się w powietrzu obliczamy ze wzoru:

(4) p₁= p-k(t₁-t₂)b ;gdzie:

p- prężność pary wodnej nasyconej w temperaturze termometru mokrego

k- stały współczynnik

t₁-temperatura termometru suchego (temp. Otoczeni)

t₂-temperaura termometru mokrego

b- ciśnienie atmosferyczne

Uzasadnienie wzoru (4):

W przybliżeniu przyjmuje się, że V parowania jest proporcjonalna do różnicy między ciśnieniem pary nasyconej tej cieczy t temp. t₂ a ciśnieniem pary panującym w danej chwili nad cieczą i do powierzchni, na której zachodzi parowanie oraz odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia barometrycznego.:

(5)
; gdzie:

A-współczynnik proporcjonalności

S-powierzchnia, na której zachodzi parowanie

b- ciśnienie barometryczne

p_n- ciśnienie pary nasyconej w t₂

p- ciśnienie pary w powietrzu w danej temp.

Ilość ciepła pobranego na parowanie (Q₁) jest z kolei proporcjonalna do szybkości parowania, zatem:

(6)
; gdzie:

B- Współczynnik proporcjonalności

Ilość ciepła dopływającego to termometru wilgotnego jest proporcjonalna do różnicy t₁-t₂ oraz powierzchni „ogrzewanej” S:

(7)Q₂=C(t₁-t₂)S; gdzie:

C- współczynnik proporcjonalności

Z chwilą ustalenia się t₂ Q₁=Q₂, zatem:

(8)
; więc:

Jako, że powietrze w pomieszczeniu jest prawie nie ruchome, w związku, z czym psychrometr wskazuje wilgotność tylko najbliższego otoczenia nasyconego parą z muślinu stosuje się przedmuchiwanie powietrza za pomocą wiatraczka.

Pomiary:

Numer pomiaru	t1	t2	p2	p	p1	b	w

Obliczenia: