Как измерить влажность психрометром
3 мин 07 с · Канадский институт консервации. Обратите внимание на смачивание фитиля, принудительный обдув и чтение двух шкал.
Открыть оригинал ↗ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Сколько воды
в воздухе?
Измерьте влажность, понаблюдайте за образованием росы и проверьте себя в лаборатории.
К опытам ↓
ОПЫТ С ДВУМЯ ТЕРМОМЕТРАМИ
Виртуальный психрометр
АСПИРАЦИОННЫЙ ПСИХРОМЕТР
Сухой
Смоченный
↑ Вход воздуха · два измерительных канала
Условия опыта
Сначала смочите тканевый фитиль на резервуаре второго термометра чистой водой. Затем включите вентилятор. Запишите показания после стабилизации. При той же температуре в более сухом воздухе влажный термометр охлаждается сильнее.
Психрометрическая таблица
Выберите ячейку по температуре сухого термометра и разности показаний Δt.
Сначала снимите показания.
Учебная таблица для давления 101,3 кПа и фиксированного обдува. Показания округлены до целого градуса. Для реального измерения используйте таблицу вашего прибора.
ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
Камера испарения
Точки обозначают молекулы пара, капли — конденсат. Размеры и количество условны.
Закрытая камера · 1 м³
Влажность
Масса пара
Конденсат
Объём и общая масса воды постоянны, пока вы меняете только температуру. Модель показывает равновесие.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Три неизвестных образца
Сухой—
Влажный—
Журнал наблюдений
После стабилизации вычислите Δt и определите влажность по таблице. Запишите ответ.
| № | Сухой | Влажный | Δt | φ |
|---|
МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
От молекул к каплям
Фиолетовые — молекулы воздуха, бирюзовые — водяной пар, жёлтые вспышки — столкновения. В увеличенном фрагменте ниже видно, как молекулы воды присоединяются к капле и иногда покидают её.
На границе пара и жидкости · увеличение
Фиолетовая кривая — модель сухого воздуха, бирюзовая — водяной пар, оранжевая — пар при 40 °C для сравнения.
Охладите смесь
Почему образуются капли?
Молекулы постоянно сталкиваются и обмениваются энергией. При охлаждении средняя кинетическая энергия падает. Когда пар достигает насыщения, дальнейшее охлаждение переводит часть воды в жидкую фазу. Азот и кислород остаются газами в этом диапазоне температур.
Как происходит испарение?
Молекулы у поверхности воды непрерывно движутся. Некоторые получают достаточно энергии, чтобы покинуть жидкость. Остальные продолжают сталкиваться и обмениваться энергией. Одновременно часть молекул возвращается в жидкость. При насыщении скорости двух процессов уравниваются.
Столкновения здесь показаны условными упругими ударами одинаковых дисков. График описывает разные массы молекул. Переход в жидкость рассчитывается по равновесию, а отдельная вспышка столкновения обозначает обмен скоростью.
Настоящие психрометры
Рихард Ассман · измерение влажности
Ассман разработал аспирационный психрометр. Вентилятор пропускает воздух мимо двух резервуаров, а защитные трубки уменьшают нагрев от окружающих поверхностей и солнечного света. Это помогает воспроизводить условия измерения. Смитсоновский институт.
Чарльз Томсон Рис Вильсон · Нобелевская премия 1927 года
Вильсон получил премию за способ делать видимыми траектории заряженных частиц с помощью конденсации. В его камере влажный воздух быстро расширялся и охлаждался. Пар становился пересыщенным. Заряженная частица ионизировала молекулы газа вдоль своего пути, и вокруг ионов образовывалась цепочка капель. Эту цепочку можно было фотографировать и использовать для изучения движения частицы. Нобелевский комитет.
Карл Андерсон · Нобелевская премия 1936 года
Андерсон получил премию за открытие позитрона, античастицы электрона. В камере Вильсона с магнитным полем он сфотографировал искривлённый след частицы, прошедшей через свинцовую пластину. По изменению кривизны после прохождения пластины он определил направление движения, а по направлению изгиба — положительный заряд. Характер следа позволил исключить протон: наблюдение соответствовало частице с массой электрона и противоположным зарядом. Разбор снимка Нобелевского комитета.
Патрик Блэкетт · Нобелевская премия 1948 года
Блэкетт получил премию за развитие метода камеры Вильсона и открытия в ядерной физике и физике космических лучей. Вместе с Джузеппе Оккиалини он связал запуск камеры со срабатыванием счётчиков частиц. Это повысило долю полезных снимков и позволило изучать ливни космических частиц и рождение пар электрон–позитрон. Нобелевская лекция Блэкетта.
Видео опытов
Следы частиц в камере Вильсона
1 мин 03 с. Современная диффузионная камера использует пересыщенный пар этанола. Ионы вдоль пути частицы становятся центрами конденсации, как в опыте Вильсона.
Bilovitskiy, оригинальная запись · CC BY 4.0 · уменьшено разрешение.
ФОРМУЛЫ ОПЫТА
Как читать результат
Масса водяного пара в единице объёма. В СИ — кг/м³.
Давления в паскалях. При насыщении влажность равна 100%.
Разность в К и °C имеет одинаковое численное значение.
Источники и границы модели
Психрометрическая формула и давление насыщенного пара — NOAA/NWS, Relative Humidity and Dewpoint Temperature from Temperature and Wet Bulb Temperature. Условия обдува — ВМО, Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, глава 4. Школьная методика — тетрадь лабораторных работ к курсу Пёрышкина. Издание учебника не уточнено.