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, f_m, jaka panowałaby przy nasyceniu powietrza w danej temperaturze para wodną. Wyrażona jest więc wzorem:

= (f/f_m) 100% (1)

lub

= (d/d_m) 100% (2)

d - gęstość pary wodnej w powietrzu o temperaturze t,

d_m - 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/p_m) 100% (3)

p - ciśnienie pary wodnej w powietrzu w istniejących warunkach,

p_m - 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

1. Należy zwilżyć wodą osłonkę z materiału nasuniętą na termometr rtęciowy (oznaczenie niebieskie).

2. Nakręcić mechanizm zegarowy (tarcza u góry psychrometru) do łatwo wyczuwalnego oporu. Należy to wykonać ostrożnie aby nie uszkodzić sprężyny.

3. Obserwować wskazania termometrów. Zapisać temperaturę t₁ i t, gdy wskazania termometru zwilżonego przestają się obniżać.

4. Pomiary należy powtórzyć kilkakrotnie.

5. Odczytać z tablic ciśnienie pary wodnej nasyconej: p1 - dla temperatury t₁ termometru zwilżonego, p_m - dla temperatury termometru suchego.

6. obliczyć ciśnienie p - pary w powietrzu(wzór 4) i wilgotność względną  (wzór 3).