WILGOTNOŚĆ POWIETRZA PARA WODNA W POWIETRZU Skład

WILGOTNOŚĆ POWIETRZA
METODY I PRZYRZĄDY POMIAROWE
PARA WODNA W POWIETRZU
Skład powietrza suchego jest przy powierzchni Ziemi, praktycznie rzecz biorąc,
stały i wszędzie jednakowy. W sposób istotny zmienia się w nim jedynie zawartość
dwutlenku węgla (do 0,2 %).
Zawartość pary wodnej w wilgotnym powietrzu przy powierzchni Ziemi
wynosi średnio (w stosunku do objętości powietrza suchego) od 0,2 % (w
szerokościach polarnych do 2,5 % na równiku. W skrajnych przypadkach może
wahać się od 0 do 4 %. Im więcej w powietrzu pary wodnej tym mniejsza jego część
przypada na gazy stałe (w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury).
Z zawartością pary wodnej w powietrzu i jej przechodzeniem ze stanu
gazowego w ciekły i stały związane są najważniejsze procesy pogodowe i
charakterystyczne cechy klimatu, a także warunki termiczne atmosfery i powierzchni
Ziemi.
Przyjmuje się, że powietrze suche i para wodna zachowują się z dużym
przybliżeniem jak gazy doskonałe.
Podstawowe pojęcia i jednostki
W meteorologii wilgotność powietrza jest określana za pomocą kilku
parametrów:
1. aktualne ciśnienie pary wodnej - e - ciśnienie jakie wywiera para wodna
zawarta aktualnie w powietrzu, wyrażone w hPa, mb, mm Hg,
2. maksymalna prężność pary wodnej - E - ciśnienie pary wodnej w stanie
nasycenia w danej temperaturze, wyrażone w hPa, mb, mm Hg,
3. niedosyt wilgotności - ∆ - różnica między maksymalnym i aktualnym
ciśnieniem pary wodnej ∆ = E - e, w danej temperaturze, wyrażone w hPa,
mb, mm Hg,
4. wilgotność względna - f - stosunek aktualnego ciśnienia pary wodnej do
ciśnienia maksymalnego w danej temperaturze, wyrażony w procentach,
e
f = ∗ 100 ,
E
3
5. wilgotność bezwzględna - a - ilość gramów pary wodnej w 1 m powietrza
wilgotnego, wyrażona w g/cm3 lub kg/m3,
6. wilgotność właściwa - q - masa pary wodnej zawartej w jednostce masy
powietrza wilgotnego, wyrażona w g/kg,
7. punkt rosy - td - temperatura jaką musi osiągnąć powietrze aby zawarta w
nim para wodna nasycała je, wyrażona w °C.
Najczęściej stosowane metody pomiaru wilgotności powietrza to:
− metoda psychrometryczna,
− metoda pomiaru punktu rosy,
− metody absorpcyjne,
− metody elektryczne.
Metoda psychrometryczna
Psychrometrem nazywamy zespół składający się z dwóch termometrów, z
których jeden ma zbiorniczek z rtęcią suchy, a drugi zwilżony wodą destylowaną, w
której zanurzony jest batyst owijający ten zbiorniczek. Warstewka wody z batystu
stale paruje i to tym intensywniej im otaczające powietrze jest dalsze od stanu
nasycenia parą wodną. Temperatura termometru zwilżonego szybko obniża się, a
następnie ustala, bowiem do parowania pobierane jest z otoczenia ciepło, a więc
temperatura otoczenia zmienia się z t na t' przy stałym ciśnieniu p.
Parametry charakteryzujące zawartość pary wodnej w powietrzu obliczamy z
ustalonych zależności, będących modyfikacją wzoru Regnaulta:
e = E '−7,946 ∗ 10 −4 ∗ (t − t ') ∗ p
(w)
e = E '−7,060 ∗ 10 −4 ∗ (t − t ') ∗ p
(l)
f =
e
∗ 100
E
∆ = E −e
td =
273,3(ln e − 1,8091)
19,08 − ln e
(w)
td =
265,5(ln e − 1,9081)
23,68 − ln e
(l)
 17,27t

+ 1,8091
E = exp 
(
)
t
+
237
,
3


(w)
 21,87t

+ 1,8091
E = exp 
(
)
t
+
265
,
5


(l)
Temperaturę i wilgotność powietrza poza klatką meteorologiczną można
wyznaczać psychrometrem aspiracyjnym Assmanna.
Metoda pomiaru punktu rosy
Z definicji temperatury punktu rosy wynika, że ciśnienie e pary wodnej
zawartej w powietrzu jest równe ciśnieniu pary wodnej nasyconej w temperaturze τ
punktu rosy, e = Eτ .
W wilgotnościomierzu punktu rosy obniżamy temperaturę otoczenia
zbiorniczka termometru poprzez sztuczne zwiększanie parowania roztworu wodnego
chlorku litu na elektrodzie otaczającej zbiorniczek tego termometru. Odczytujemy
ustaloną temperaturę.
Metody absorpcyjne
Pory włosa absorbują wilgoć z otoczenia. Ciśnienie pary nasyconej zależy od
krzywizny powierzchni nad którą występuje, a zmiana ciśnienia jest przyczyną
wytworzenia sił deformujących, powodujących zmianę długości włosa.
Tego rodzaju czujnik jest stosowany w higrometrze i higrografie.
Metody elektryczne
Wykorzystują zależność przewodności elektrycznej warstwy elektrolitu
umieszczonej między elektrodami, od wilgotności. Przyrządy działające na tej
zasadzie nazwano higrometrami elektrolitycznymi. Taśma polistyrenowa jest
powleczona elektrolityczną warstwą chlorku litu. Wzdłuż krawędzi taśmy są
umieszczone elektrody. Wilgotność powietrza wpływa na opór takiego czujnika.
\