Понятие влажности воздуха и ее зависимость от температуры
Определение относительной влажности. Формула. Единицы измерения.
Точка росы
Определение относительной влажности через давление насыщенных паров. Формула
Гигрометры и психрометры
При одной и той же температуре содержание в воздухе водяного пара может изменяться в широких пределах: от нуля (абсолютно сухой воздух) до максимально возможного (насыщенный пар)
Причем суточный ход относительной влажности обратен суточному ходу температуры. Днем, с возрастанием температуры, и следовательно, с ростом давления насыщения относительная влажность убывает, а ночью возрастает. Одно и то же количество водяного пара может либо насыщать, либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в нем пар до насыщения.
Содержание водяного пара в воздухе, т.е. влажность, можно характеризовать несколькими величинами.
Парциальное давление водяного пара (или упругость водяного пара)
Атмосферный воздух представляет смесь различных газов и водяного пара.
Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара.
Парциально давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха.
Выражают в единицах давления – Па или в мм.рт.ст.
Абсолютная влажность воздуха
Поскольку давление пара пропорционально концентрации молекул, можно определить абсолютную влажность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в килограммах на метр кубический.
Абсолютная влажность показывает, сколько граммов водяного пара содержится в 1м3 воздуха при данных условия.
Обозначение - ρ
Это – плотность водяного пара.
Относительная влажность воздуха
По парциальному давлению водяного пара нельзя судить о том, насколько он близок к насыщению. А именно от этого зависит интенсивность испарения воды. Поэтому вводят величину, показывающую, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению – относительную влажность.
Относительной влажностью воздуха φ называют отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению p0 насыщенного пара при той же температуре, выраженной в процентах:
φ = 100%
Относительная влажность воздуха – процентное отношение концентрации водяного пара в воздухе и концентрации насыщенного пара при той же температуре
Концентрация насыщенного пара является максимальной концентрацией, которую может иметь пар над жидкостью. Следовательно, относительная влажность может меняться от 0 до nн.п
Чем меньше относительная влажность, тем суше воздух и тем интенсивней происходит испарение.
Для оптимального теплообмена человека оптимальна относительная влажность 25% при +20-25оС. При более высокой температуре оптимальна влажность 20%
Так как концентрация пара связана с давлением (p = nkT), то относительную влажность можно выразить как процентное отношение давления пара в воздухе и давлению насыщенного пара при той же температуре:
Большинство явлений, наблюдаемых в природе, например быстрота испарения, высыхание различных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, насколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.
При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокращается, что ведет к перегреванию организма. Наиболее благоприятной для человека в средних климатических широтах является относительная влажность 40—60%.
Если влажный воздух охлаждать, то при некоторой температуре находящийся в нем пар можно довести до насыщения. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться в виде росы. Появляется туман, выпадает роса.
Точкой росы называют температуру, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным.
При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара.
Точка росы характеризует влажность воздуха.
Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.
Гигрометры бывают двух видов – конденсационные и волосные.
Конденсационный гигрометр
С помощью конденсационного гигрометра можно определить абсолютную влажность воздуха по точке росы.
Он представляет собой металлическую коробочку. Ее передняя стенка хорошо отполирована и окружена также отполированным кольцом. Между стенкой и кольцом расположена теплоизолирующая прокладка.
К коробочке подсоединена резиновая груша и вставлен термометр.
Если в коробочку налить легко испаряющуюся жидкость (эфир), то продувая воздух через коробочку с помощью груши, можно вызвать сильное испарение эфира и быстрое охлаждение коробочки.
На полированной поверхности появляются капельки росы. По термометру замечают температуру, при которой они появились. Это и есть точка росы, так как появление росы свидетельствует, что пар стал насыщенным.
По таблице плотности насыщенного водяного пара определяют абсолютную влажность воздуха.
Волосной гигрометр
Действие основано на свойстве человеческого волоса удлиняться при увеличении относительной влажности воздуха. Стрелка на шкале показывает относительную влажность воздуха.
Психрометр
Это прибор для определения влажности воздуха.
Состоит из двух термометров. Один показывает температуру воздуха, второй обмотан тканью, конец которой опущен в воду.
Вода с ткани испаряется и термометр охлаждается.
Чем больше относительная влажность, тем интенсивней идет испарение, тем больше разность показаний термометров.
По разности показаний «сухого» и «влажного» термометров по специальным таблицам определяют относительную влажность воздуха.
Нормальная влажность воздуха в жилых помещениях около 60%. Днем с возрастанием температуры, а значит, с ростом давления, влажность убывает. Ночью, наоборот, относительная влажность возрастает.
Физика кипения
Определение кипения
Определение температуры кипения
Зависимость температуры кипения от давления.
(Пример опреснительной установки)
Неизменность температуры кипения
Критическая температура
Понятие перегретой жидкости.
Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре.
При определенных условиях процесс парообразования может происходить и внутри жидкости.
Кипение – парообразование, происходящее во всем объеме жидкости при определенной температуре.
Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.
При этой температуре, называемой температурой кипения, всплывают и лопаются
многочисленные пузырьки пара, вызывающие характерное бурление жидкости.
Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.
Во время кипения температура жидкости не меняется.
В жидкости всегда присутствуют растворенные газы, которые выделяются на дне и стенках сосуда, а так же на взвешенных в жидкости пылинках. Пары жидкости, которые находятся внутри пузырьков, являются ненасыщенными.
С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает, пузырьки увеличиваются в размерах. Под действием выталкивающей силы они всплывают.
Если верхние слои жидкости имеют более низкую температуру, то в этих слоях происходит конденсация пара в пузырьках. Давление стремительно падает и пузырьки захлопываются с характерным шумом..
При дальнейшем увеличении температуры жидкость внутри пузырьков с их поверхности испаряются молекулы жидкости. Замкнутый объем пузырька оказывается заполненным не только воздухом, но и насыщенным паром.
С повышением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление воздуха, поэтому в достаточно нагретой жидкости давление внутри пузырька можно считать равным давлению насыщенного пара.
Увеличение объема пузырька происходит, когда давление насыщенного пара внутри него превосходит внешнее давление, равно сумме атмосферного и гидростатического давления столба жидкости.
p = pa + ρgh
При дальнейшем нагреве объем пузырька возрастает. Когда сила Архимеда превосходит силу сцепления пузырька со стенкой сосуда и силу тяжести пузырька mg, он отрывается от стенки и всплывает.
При подъеме в жидкости, имеющей постоянную температуру, пузырьки увеличиваются в объеме в соответствии с законом Бойля-Мариотта, так как внешнее давление по мере всплытия уменьшается.
Всплывшие пузырьки начинают лопаться, когда давление насыщенного пара, которым они наполнены, будет превосходить атмосферное давление:
pнп > pa
Температура кипения – температура, при которой давление насыщенного пара жидкости превосходит внешнее давление на жидкость.
Температура кипения зависит от внешнего давления на жидкость.
Температура кипения жидкости остается постоянной в процессе кипения
Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия расходуется на превращение ее в пар. (Каждый лопнувший пузырек охлаждает жидкость)
Зависимость давления насыщенного пара от температуры объясняет, почему температура кипения жидкости зависти от давления на ее поверхность. Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости.
Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.
Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости. Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.
У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения.
При увеличении температуры жидкости увеличивается давление насыщенного пара и одновременно растет его плотность. Плотность жидкости, находящейся в равновесии со своим паром, уменьшается вследствие расширения жидкости при нагревании.
Зависимость плотностей жидкости и ее насыщенного пара от температуры при постоянном объеме.
При некоторой температуре, называемой критической, плотности жидкости и пара сравняются.
Критическая температура – это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и ее насыщенным паром.
При критической температуре плотность и давление насыщенного пара становятся максимальными, а плотность жидкости , находящейся в равновесии с паром, - минимальной.
Особое значение критической температуры состоит в том, что при температуре выше критической ни при каких давлениях газ нельзя обратить в жидкость. Газ, имеющий температуру ниже критической, представляет собой ненасыщенный пар.
Понижение температуры кипения при понижении давления используется в опреснительных установках.
Жидкость, не содержащая газа и находящаяся в сосуде, со стенок которого удален газ, не кипит.
Жидкость, нагретая до температуры, превышающей температуру кипения при нормальном давлении, называется перегретой.
Особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя
Поверхностное натяжение. Определение.
Поверхностная энергия. Определение. Формула
Сила поверхностного натяжения
Единица и обозначение поверхностного натяжения.
На границе с паром жидкость образует свободную поверхность.
Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул, равна нулю.
Молекулы поверхностного слоя притягиваются только внутрь жидкости. На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном объеме. Поэтому жидкость при отсутствии силы тяжести или когда она уравновешена силой Архимеда (например: капля масла в спирте), принимает сферическую форму при одном и том же объеме.
Тоже можно наблюдать при свободном падении капель жидкости и в состоянии невесомости.
Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая ее поверхность к минимуму.
Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.
Это притяжение обуславливает дополнительную потенциальную энергию молекул на поверхности жидкости.
Поверхностная энергия – дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости.
Энергия поверхностного слоя жидкости пропорциональна его площади:
Eпов = σS
σ – поверхностное натяжение - коэффициент, характеризующий энергию молекул на единице площади поверхности жидкости Н*м.
Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.
Рассмотрим опыт с мыльной пленкой на прямоугольнике с подвижной перемычкой.
В отсутствии внешней силы вдоль поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения, которая сокращает к минимуму площадь поверхности пленки. Подвижная перемычка смещается влево.
При равномерном растяжении пленки внешней силой F0, она совершает работу:
A = F0Δx
Вдоль поверхности пленки действуют равные силы поверхностного натяжения F1 и F2 (от двух половинок рамки).
F1 = F2 = Fпов/2
При равновесии перемычки:
F0 = F1 + F2 = Fпов
В процессе растяжения поверхности жидкости ( в отличии от растяжения резины) среднее расстояние между молекулами не изменяется. Увеличиваясь, поверхность жидкости заполняется молекулами внутренних слоев. Число молекул и соответственно энергия поверхностного слоя жидкости увеличиваются:
ΔEпов = σΔS
В соответствии с законом сохранения энергии (учитывая, что ΔS = 2l Δx):
2FповΔx = σΔS = σ 2l Δx
Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине l границы поверхностного слоя:
Fпов = σ l
σ - поверхностное натяжение, характеризующее силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины поверхности (Н*м)
Чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в ткань.
(Например, высокая проникающая способность мыльного раствора объясняется его малым поверхностным натяжением)
Примеры и физика процесса смачивания.
Определение смачивания
Условия смачивания
Мениск
Угол смачивания
Капиллярность
Поведение жидкости в капилляре
Формула высоты подъема жидкости в каппиляре
Сферическая форма капли жидкости при соприкосновении с поверхностью твердого тела не сохраняется. Изменение формы зависит от свойств жидкости и твердого тела.
Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела Fж-т больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости Fж, то жидкость смачивает поверхность.
Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела Fж-т меньше, чем силы притяжения между молекулами жидкости Fж, то жидкость не смачивает поверхность.
Примеры:
вода смачивает стекло Fжт > Fж
вода не смачивает парафин Fжт < Fж
Смачивание – искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.
Смачивание твердых поверхностей жидкостью характеризуется мениском и углом смачивания.
Мениск – форма поверхности жидкости вблизи стенки сосуда.
Мениск зависит от того, смачивает или не смачивает жидкость стенки сосуда.
Угол смачивания θ – угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой.
Для смачивающей жидкости угол смачивания острый θ < 90o
Для несмачивающей жидкости угол смачивания тупой θ < 90o
В широких сосудах силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости удерживают в виде мениска лишь незначительную часть жидкости. Основная поверхность – горизонтальная. В узких сосудах (капиллярах) масса жидкости невелика и наблюдается явление капиллярности.
Капиллярность – явление подъема или опускания жидкости в капиллярах.
Смачивающая жидкость поднимается в каппиляре. Fжт > Fж
Несмачивающая жидкость опускается в капилляре. Fжт < Fж
Подъем жидкости в капилляре происходит пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх, не уравновесится силой тяжести столба жидкости высотой h:
Fв = mg
Жидкость, не смачивающая стенки капилляра, опускается в нем на расстояние h.
Согласно третьему закону Ньютона сила Fв, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения Fпов, действующей на стенку по линии соприкосновения ее с жидкостью:
Fв = Fпов
Fв = mg (вес столба жидкости в капилляре)
Fпов = σ 2πr
2πr - длина контура окружности капилляра
σ – поверхностное натяжение жидкости (См.выше «Поверхностное натяжение»)
Масса жидкости m = ρV = ρ πr2h
ρ – плотность жидкости
Высота подъема жидкости в капилляре( учитывая что σ 2πr = ρ πr2h g) :
h =
Высота подъема жидкости в капилляре зависит от свойств жидкости (ее поверхностного натяжения σ и плотности ρ)
Чем меньше радиус капилляра, тем выше высота подъема жидкости в капилляре.
Деление тел по характеру относительного расположения частиц
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54
