Laboratorium Fizyki Budowli
Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych (L1)
nazwisko....................................
imię.............................................
specjalność..................................
Pomiar wilgotności powietrza za pomocą psychrometru
Wskazania termometru, [oC] |
Różnica temperatury |
Ciśnienie pary nasyconej w [kPa] w temperaturze: |
Wilgotność względna |
||
suchego |
mokrego |
[oC] |
t |
t1 |
|
t |
t1 |
t-t1 |
pm |
p1 |
1[%] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Średnia wartość wilgotności względnej [%] |
|
Rachunek błędów:
Jako błąd pomiaru przyjmujemy bląd maksymalnej średniej wilgotności względnej:
= max |-i| i=1,2,3
Wprowadzenie:
W powietrzu znajduje się zawsze pewna ilość pary wodnej. W celu określenia jej zawartości posługujemy się pojęciem wilgotności.
Wilgotnością bezwzględną f nazywamy masę pary wodnej, wyrażoną w gramach, zawartą w jednostce objętości (1m3) powietrza.
Wilgotność bezwzględna jest równa więc gęstości d (g/m3) pary wodnej w powietrzu w danych warunkach (temperatury i ciśnienia cząstkowego).
Wilgotnością względną nazywamy stosunek rzeczywistej wilgotności bezwzględnej f do wilgotności bezwzględnej maksymalnej, fm, jaka panowałaby przy nasyceniu powietrza w danej temperaturze para wodną. Wyrażona jest więc wzorem:
= (f/fm) 100% (1)
lub
= (d/dm) 100% (2)
d - gęstość pary wodnej w powietrzu o temperaturze t,
dm - gęstość pary wodnej nasyconej w temperaturze t (maksymalna gęstość pary w danej temperaturze).
Korzystając z równania stanu gazu pV= nRT,
n - liczba moli, która jest równa: n=m/
m - masa gazu,
- masa cząsteczkowa,
otrzymujemy zależność:
(2)
z której wynika proporcjonalna zależność pomiędzy ciśnieniem i gęstością gazu. Stosunek gęstości w równaniu (2) można więc zastąpić stosunkiem odpowiednich ciśnień, otrzymując wzór na wilgotność względną:
= (p/pm) 100% (3)
p - ciśnienie pary wodnej w powietrzu w istniejących warunkach,
pm - maksymalne możliwe ciśnienie pary w tych (ciśnienie pary nasyconej).
Pomiar wilgotności powietrza
Metoda psychrometryczna wykorzystuje ochłodzenie związane z parowaniem wody. Gdy wilgotność otaczającego powietrza jest mniejsza niż 100%, woda parując pobiera ciepło.
Psychrometr składa się z dwóch termometrów umieszczonych w metalowej osłonie.
Koniec jednego termometru owinięty jest cienka warstwą tkaniny zwilżonej wodą.
Wprawienie w ruch wiatraczka psychrometru powoduje przepływ powietrza wokół termometrów, co wymusza przyspieszone parowanie wody i związane z tym obniżanie się temperatury zwilżonego termometru. Temperatura ta zmniejsza się, aż do osiągnięcia stanu równowagi termodynamicznej, kiedy to ilość ciepła oddawanego parującej wodzie jest równa ciepłu pobieranemu z otoczenia.
Im suchsze jest powietrze, tym szybsze jest parowanie i tym większa jest różnica wskazań termometrów - suchego i zwilżonego.
Wzór empiryczny, pozwalający obliczyć ciśnienie p pary wodnej w powietrzu na podstawie różnicy temperatury wskazanej przez termometr suchy - t i zwilżony - t1:
p= p1 - a(t - t1) (4)
p1 - ciśnienie pary wodnej nasyconej [kPa] w temperaturze t1,
a - stały współczynnik, którego wartość liczbowa wynosi 0,067 [kPa/oC] dla wody i 0,057 [kPa/oC] dla lodu (woda na zwilżonym termometrze może zamarznąć).
Wykonanie ćwiczenia
Należy zwilżyć wodą osłonkę z materiału nasuniętą na termometr rtęciowy (oznaczenie niebieskie).
Nakręcić mechanizm zegarowy (tarcza u góry psychrometru) do łatwo wyczuwalnego oporu. Należy to wykonać ostrożnie aby nie uszkodzić sprężyny.
Obserwować wskazania termometrów. Zapisać temperaturę t1 i t, gdy wskazania termometru zwilżonego przestają się obniżać.
Pomiary należy powtórzyć kilkakrotnie.
Odczytać z tablic ciśnienie pary wodnej nasyconej: p1 - dla temperatury t1 termometru zwilżonego, pm - dla temperatury termometru suchego.
obliczyć ciśnienie p - pary w powietrzu(wzór 4) i wilgotność względną (wzór 3).