Wstęp teoretyczny:
Powietrze wilgotne, stanowi jednorodną mieszaninę powietrza suchego z wodą (wilgocią), która może występować w różnych stanach skupienia: gazowym, ciekłym lub stałym. Stan fizyczny powietrza wilgotnego określa się m in. poprzez tzw. wilgotość właściwą,
która jest stosunkiem mas wody i powietrza suchego.
Kolejnym parametrem opisującym powietrze wilgotne , czyli stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej w wilgotnym pw do ciśnienia nasycenia pary wodnej pwn przy stałej temperaturze powietrza t = idem:
Zależność miedzy nimi wygląda następująco
W naszym doświadczeniu używaliśmy układu pomiarowego badającego wilgotnośćwzględną składającego się z trzech termometrów: dwóch tzw. mokrych (owiniętych zwilżoną gazą i umieszczonych w powietrzu), oraz suchego, zwykłego termometru. Tak skonstruowany przyrząd pomiarowy, nazywany psychometrem, opiera się na zasadzie, iż wskazania termometrów mokrych, umieszczonych w powietrzu o
< 1 , zmieniają się, dążąc do stanu ustalonego.
Wyniki pomiarów:
Termometry w otoczeniu bez wentylatora
[min] |
tm1 [oC] |
tm2 [oC] |
ts [oC] |
0 |
8 |
22 |
18 |
1 |
9 |
19 |
18 |
2 |
9 |
15 |
18 |
3 |
10 |
12 |
18 |
4 |
10 |
12 |
18 |
5 |
10 |
12 |
18 |
6 |
10 |
11 |
18 |
7 |
10 |
11 |
18 |
8 |
10 |
11 |
18 |
9 |
10 |
11 |
18 |
10 |
10 |
10 |
18 |
11 |
10 |
10 |
18 |
12 |
10 |
10 |
18 |
13 |
10 |
10 |
18 |
14 |
10 |
10 |
18 |
15 |
10 |
10 |
18 |
Na wykresie widać, że temperatury termometrów mokrych dążą do wartości 10 oC, by pozostać na tym poziomie (stan ustalony), natomiast temperatura otoczenia, badana termometrem suchym pozostaje stała.
Korzystając ze wzoru Sprunga, oraz z wartości odczytanych z wykresu i - X, otrzymujemy poniższy wzór, na
.
Gdzie pn tm = 12mbar ;
pn ts = 20mbar .
2) Termometry w strudze powietrza z wentylatora.
tm1 [oC] |
tm2 [oC] |
ts [oC] |
7 |
16 |
19 |
9 |
11 |
19 |
10 |
10 |
19 |
10 |
10 |
19 |
10 |
10 |
19 |
Zachowanie temperatur jest analogiczne, do poprzedniego przypadku, jednak stan ustalony zaobserwowaliśmy znacznie szybciej. Wartość temperatury termometru mokrego w stanie ustalonym to: 10 oC.
Ponownie korzystamy z tej samej zależności:
W stanie ustalonym:
pn tm = 12 mbar ;
pn ts = 21 mbar .
Dla tm1 = 7 oC :
pn tm = 10,5 mbar ;
pn ts = 21 mbar .
Dla tm1 = 9 oC :
pn tm = 11 mbar ;
pn ts = 21 mbar .
Stan ustalony został zaobserwowany już przy trzecim pomiarze.
3) Termometry w strudze powietrza z termowentylatora.
tm1 [oC] |
tm2 [oC] |
ts [oC] |
10 |
25 |
40 |
12 |
21 |
39 |
14 |
18 |
38 |
15 |
17 |
37 |
15 |
17 |
37 |
15 |
17 |
37 |
15 |
17 |
37 |
15 |
17 |
37 |
15 |
17 |
37 |
15 |
17 |
37 |
15 |
17 |
37 |
16 |
17 |
37 |
16 |
16 |
37 |
16 |
16 |
37 |
16 |
16 |
37 |
16 |
16 |
37 |
Wartość temperatury termometru mokrego w stanie ustalonym to: 16 oC.
W stanie ustalonym:
pn tm = 17 mbar ;
pn ts = 62 mbar .
Dla tm1 = 15 oC :
pn tm = 16 mbar ;
pn ts = 62 mbar .
Dla tm1 = 14 oC :
pn tm = 16 mbar ;
pn ts = 66 mbar .
Dla tm1 = 10 oC :
pn tm = 12 mbar ;
pn ts = 74 mbar .
Wnioski.
Obliczenia pokazały, iż wraz z upływem czasu , wzrasta wilgotność względna, badana przy pomocy termometru mokrego o temperaturze mniejszej niż otoczenia. Interesująca nas wartość jest stosunkowo łatwa, to obliczenia. Niestety korzystając z wykresu i -X, zamiast tablic, nasz wynik obarczamy dużym błędem, ze względu na nienajlepszą podziałkę wykresu. W efekcie końcowym udało się jednak zaobserwować tendencję wzrostową, lecz również całkowicie niepoprawne, ujemne wyniki
, dla stanów początkowych.