U zavisnosti od vlažnosti i. Relativna vlažnost vazduha, količina toplote. Prezasićena para

U ovoj lekciji tema je: „Vlažnost. Mjerenje vlage”, raspravljat ćemo o svojstvima zasićene i nezasićene vodene pare, koja je uvijek prisutna u atmosferi.

U prethodnoj lekciji upoznali smo se sa konceptom "zasićene pare". Kao i kod proučavanja bilo koje teme i predmeta, može se postaviti pitanje: "Gdje koristimo ovaj koncept, kako ćemo ga primijeniti?" Najviše važna aplikacija U ovoj lekciji ćemo raspravljati o svojstvima zasićene pare.

Vjerovatno vam je dobro poznat naslov teme, jer pojam "vlažnosti zraka" čujete svaki dan kada gledate ili slušate vremensku prognozu. Međutim, ako vas pitaju: "Šta se podrazumijeva pod vlažnošću zraka?", malo je vjerovatno da ćete odmah dati tačnu fizičku definiciju.

Hajde da pokušamo da formulišemo šta fizika podrazumeva pod vlažnošću vazduha. Pre svega, kakva je voda u vazduhu? Uostalom, takvi su, na primjer, magla, kiša, oblaci i drugo atmosferske pojave prolazeći uz učešće vode u određenom agregatnom stanju. Ako se sve ove pojave uzmu u obzir pri opisivanju vlažnosti, kako onda izvršiti mjerenja? Već iz tako jednostavnog razmišljanja postaje jasno da se ovdje ne mogu izostaviti intuitivne definicije. Zapravo, prije svega govorimo o vodenoj pari koja se nalazi u našoj atmosferi.

Atmosferski vazduh je mešavina gasova, od kojih je jedan vodena para (slika 1). On doprinosi atmosferskom pritisku, ovaj doprinos se zove parcijalni pritisak(kao i elastičnost) vodene pare.

Rice. 1. Komponente atmosferskog zraka

Daltonov zakon

Glavne zakonitosti koje smo dobili u okviru proučavanja molekularne kinetičke teorije odnose se na takozvane čiste plinove, odnosno plinove koji se sastoje od atoma ili molekula iste vrste. Međutim, vrlo često morate imati posla sa mješavinom plinova. Najjednostavniji i najčešći primjer takve mješavine je atmosferski zrak koji nas okružuje. Kao što znamo, sastoji se od 78% azota, više od 21% kiseonika, a preostali procenat zauzima vodena para i drugi gasovi.

Rice. 2. Sastav atmosferskog zraka

Svaki od gasova koji su deo vazduha ili bilo koje druge mešavine gasova, naravno, doprinosi ukupnom pritisku ove mešavine gasova. Doprinos svake pojedinačne takve komponente se naziva parcijalni pritisak gasa,T. Odnosno, pritisak koji bi ovaj gas vršio u odsustvu drugih komponenti smeše.

Engleski hemičar John Dalton eksperimentalno je ustanovio da je za mješavine razrijeđenih plinova ukupni tlak jednostavan zbir parcijalnih pritisaka svih komponenti mješavine:

Ovaj omjer se naziva Daltonov zakon.

Dokaz Daltonovog zakona u okviru molekularne kinetičke teorije, iako nije posebno kompliciran, prilično je glomazan, pa ga ovdje nećemo iznositi. Ovaj zakon je prilično jednostavno kvalitativno objasniti, ako uzmemo u obzir činjenicu da zanemarimo interakciju između molekula, odnosno da su molekule elastične kuglice koje se mogu sudarati samo jedna s drugom i sa stijenkama posude. U praksi, model idealnog gasa dobro funkcioniše samo za dovoljno razređene sisteme. U slučaju gustih plinova uočava se odstupanja od ispunjenja Daltonovog zakona.

Parcijalni pritisakstr vodena para je jedan od pokazatelja vlažnosti zraka, koji se mjeri u paskalima ili milimetrima žive.

Pritisak vodene pare zavisi od koncentracije njegovih molekula u vazduhu, kao i od apsolutne temperature potonjeg. Gustoća se češće uzima kao karakteristika vlage ρ vodena para sadržana u vazduhu, tzv apsolutna vlažnost .

Apsolutna vlažnost pokazuje koliko grama vodene pare sadrži vazduh. Prema tome, jedinica mjere za apsolutnu vlažnost je.

Oba navedena indikatora vlage povezana su Mendeljejev-Klapejronovom jednačinom:

- molarna masa vodene pare;

je njegova apsolutna temperatura.

Odnosno, znajući jedan od pokazatelja, na primjer, gustoću, lako možemo odrediti drugi, odnosno pritisak.

Svi znamo da vodena para može biti i nezasićena i zasićena. Para u termodinamičkoj ravnoteži s tekućinom istog sastava naziva se zasićena. Nezasićena para - para koja nije postigla dinamičku ravnotežu sa svojom tekućinom. U ovom slučaju ne postoji ravnoteža između procesa kondenzacije i isparavanja.

Općenito, vodena para u atmosferi, uprkos prisustvu veliki broj Vodena tijela: okeani, mora, rijeke, jezera i tako dalje - je nezasićena, jer naša atmosfera nije zatvorena posuda. Međutim, kretanje vazdušne mase: vjetrovi, uragani i tako dalje - dovode do toga da na različitim tačkama Zemlje u svakom trenutku postoji različit odnos između brzina kondenzacije i isparavanja vode, uslijed čega na nekim mjestima para može doći do zasićenja. čemu ovo vodi? Štaviše, u takvom prostoru para počinje da se kondenzuje, jer se sjećamo da je zasićena para uvijek u kontaktu sa svojom tekućinom. Kao rezultat, mogu se stvoriti magla ili oblaci, može ispasti rosa. Temperatura na kojoj para postaje zasićena naziva se tačka rose . Označavamo pritisak vodene pare (zasićene) na tački rose.

Razmislite zašto rosa ima tendenciju da pada Rano u jutro? Šta se dešava u ovom trenutku dana sa temperaturom, a samim tim i sa graničnim pritiskom, sa pritiskom zasićene pare? Očigledno, poznavanje apsolutne vlažnosti ili parcijalnog pritiska vodene pare ne daje nam nikakvu ideju o tome koliko je data para blizu ili daleko od zasićenja. Ali upravo ta udaljenost ili blizina zasićenosti određuje brzinu procesa isparavanja i kondenzacije, odnosno onih procesa koji određuju vitalnu aktivnost živih organizama.

Ako isparavanje prevlada nad kondenzacijom, organizmi i tlo će izgubiti vlagu (slika 3). Ako prevladava kondenzacija, procesi sušenja postaju nemogući (slika 4.) Suočeni smo sa potrebom poboljšanja koncepta vlažnosti; koncept apsolutne vlažnosti, kao što smo upravo vidjeli, ne opisuje u potpunosti sve pojave koje su nam potrebne.

Rice. 3. Isparavanje prevladava nad kondenzacijom

Rice. 4. Kondenzacija prevladava nad isparavanjem

Hajde da ponovo razgovaramo o problemu. Učinimo to jednostavnim primjerom. Zamislite da se u određenom vozilu nalazi 20 ljudi. Da li je to puno ili malo, odnosno da li je ovo apsolutna vrijednost od 20 ljudi? Naravno, nećemo moći reći da li je to puno ili malo, dok ne saznamo maksimalan kapacitet datog automobila ili vozilo... 20 ljudi u putničkom automobilu je, naravno, mnogo, to je praktično nemoguće, a 20 ljudi u velikom autobusu nije toliko. Slično, u slučaju apsolutne vlažnosti, odnosno sa parcijalnim pritiskom vodene pare, treba je uporediti s nečim. Sa čime uporediti ovaj parcijalni pritisak? Poslednja lekcija nam govori odgovor. Koji je važan, poseban značaj pritiska vodene pare? Ovo je pritisak zasićene vodene pare. Ako uporedimo parcijalni pritisak vodene pare na datoj temperaturi sa pritiskom zasićene vodene pare na istoj temperaturi, možemo preciznije okarakterisati samu vlažnost. Da bi se okarakterisala udaljenost stanja pare od zasićenja, uvedena je posebna veličina, tzv. relativna vlažnost .

Relativna vlažnost vazduhom se naziva procentualni odnos pritiska vodene pare sadržane u vazduhu i pritiska zasićene pare na istoj temperaturi:

Sada je jasno da što je niža relativna vlažnost, to je ova ili ona para dalje od zasićenja. Tako, na primjer, ako je vrijednost relativne vlažnosti 0, tada u zraku zapravo nema vodene pare. Odnosno, kod nas je kondenzacija nemoguća, a pri relativnoj vlažnosti od 100% sva vodena para u vazduhu je zasićena, jer je njen pritisak tačno jednak pritisku zasićene vodene pare na datoj temperaturi. Na ovaj način smo sada precizno odredili kolika je ista vlažnost, čija nam se vrijednost svaki put javlja u vremenskoj prognozi.

Koristeći Mendeljejev-Klapejronovu jednačinu, možemo dobiti alternativnu formulu za relativnu vlažnost, koja sada uključuje vrednost gustine vodene pare sadržane u vazduhu i gustine zasićene pare na istoj temperaturi.

Pritisak i gustina pare;

Pritisak i gustina zasićene pare na datoj temperaturi;

Univerzalna plinska konstanta.

Formula relativne vlažnosti:

Gustina vodene pare u zraku;

Gustina zasićene pare na istoj temperaturi.

Utjecaj intenziteta isparavanja i kondenzacije vode na žive organizme

Ljudi su vrlo osjetljivi na vrijednost relativne vlažnosti, od toga ovisi intenzitet isparavanja vlage sa površine kože. S visokom vlagom, posebno u vrućem danu, ovo isparavanje se smanjuje, zbog čega je poremećena normalna izmjena topline tijela sa okolinom. Na suhom zraku, naprotiv, dolazi do brzog isparavanja vlage s površine kože, od čega se, na primjer, sluznice isušuju. respiratornog trakta... Najpovoljnija za čovjeka je relativna vlažnost zraka u rasponu od 40-60%.

Uloga vodene pare u formiranju vremenskim uvjetima... Kondenzacija vodene pare dovodi do stvaranja oblaka i naknadnih padavina, što je, naravno, važno za sve aspekte našeg života i za Nacionalna ekonomija... U mnogim proizvodnim procesima održavaju se uvjeti umjetne vlage. Primjeri takvih procesa su tkanje, slastičarstvo, farmaceutske radnje i mnoge druge. U bibliotekama i muzejima, radi očuvanja knjiga i eksponata, važno je i održavanje određene vrijednosti relativne vlažnosti zraka, pa je u takvim ustanovama u svim prostorijama uvijek okačen na zid psihrometar - uređaj za mjerenje relativne vlažnosti.

Da bismo izračunali relativnu vlažnost, kao što smo upravo vidjeli, moramo znati vrijednost pritiska ili gustine zasićene pare na datoj temperaturi.

U prošloj lekciji, dok smo proučavali zasićenu paru, govorili smo o ovoj zavisnosti, ali njen analitički oblik je veoma komplikovan, naše matematičko znanje nije dovoljno. Kako biti u ovom slučaju? Izlaz je vrlo jednostavan: umjesto da ove formule zapišemo u analitičkom obliku, koristićemo tabele pritiska i gustine zasićene pare na datoj temperaturi (tabela 1). Ove tabele se nalaze i u udžbenicima iu bilo kom priručniku tehničkih količina.

Tab. 1. Zavisnost pritiska i gustine zasićene vodene pare o temperaturi

Pogledajmo sada promjenu relativne vlažnosti s temperaturom. Što je temperatura viša, to je niža relativna vlažnost. Zašto i kako, razmotrimo primjer problema.

Zadatak

U nekim posudama para postaje zasićena na. Kolika će biti njegova relativna vlažnost pri,,?

Budući da je riječ o pari u posudi, volumen pare ostaje nepromijenjen kada se temperatura promijeni. Dodatno nam je potrebna tabela zavisnosti pritiska i gustine zasićene pare od temperature (tabela 2).

Tab. 2. Zavisnosti pritiska i gustine zasićene pare od temperature

Rješenje:

Iz teksta pitanja jasno je da pri, jer upravo pri toj vrijednosti para postaje zasićena, odnosno iz definicije relativne vlažnosti, imamo:

Brojnik je gustina vodene pare prisutne u posudi, a nazivnik je gustina zasićene pare koja je odsutna u posudi na istoj temperaturi. Šta će se dogoditi sa količinom vlage kako temperatura raste? Brojač, uzimajući u obzir zatvorenost posude, neće se promijeniti. Zaista, pošto nema kondenzacije i nema razmene materije sa spoljnim svetom, masa pare, a sa njom i njena gustina, zadržaće svoje vrednosti. A nazivnik, kao što znamo iz prošle lekcije, raste s temperaturom, pa će se relativna vlažnost zraka smanjivati. Gustoća pare u posudi pri može se izračunati iz gornje formule:

Istu gustinu pare imat će i na svim drugim temperaturama. Stoga će nam za izračunavanje sadržaja vlage biti dovoljno da znamo vrijednost gustine zasićene pare na svim zadatim temperaturama i odmah možemo dobiti odgovore. Vrijednost gustine zasićene pare uzimamo iz tabele. Zamjenjujući jednu po jednu vrijednosti u formuli za vlažnost, dobijamo sljedeće odgovore:

odgovor:

Primjer rješavanja tipičnog problema za određivanje relativne vlažnosti

Prilikom rješavanja ovakvih problema važno je znati da pritisak zasićene pare zavisi od temperature, ali ne zavisi od zapremine.

Zadatak:

Posuda sadrži vazduh čija je relativna vlažnost na temperaturi jednaka. Kolika će biti relativna vlažnost nakon smanjenja volumena posude za n puta (n = 3) i zagrijavanja plina na temperaturu? Gustina zasićene vodene pare na temperaturi je .

Napredak rješenja:

Iz definicije relativne vlažnosti možemo zapisati da je na temperaturi apsolutna vlažnost, prije kompresije, jednaka:

I nakon kompresije:

Odnosno, sa smanjenjem volumena puta s konstantnom masom, gustoća se povećava za nekoliko puta.

Nakon kompresije, masa vlage po jedinici zapremine posude, ne samo u obliku para, već iu obliku kondenzovane tečnosti, ako su nastali uslovi za kondenzaciju, biće jednaka:

Na temperaturi je pritisak zasićene vodene pare jednak normalnom atmosferskom pritisku, o čemu smo govorili u prošloj lekciji, a iznosi:

A njihova gustoća, ako koristimo Mendelejev-Clapeyronovu jednačinu, može se izračunati po formuli:

Gdje , budući da će posuda sadržavati nezasićenu paru s relativnom vlagom:

Izražavajući ovu vlagu u procentima, dobijamo vrijednost od 2,9%.

odgovor: .

A sada hajde da pričamo ne samo o tome šta je vlaga, već i o tome kako se ta ista vlaga može izmeriti. Najčešći instrument za takva mjerenja je takozvani higrometrijski psihrometar, koji je prikazan na sl. 5.

Rice. 5. Higrometrijski psihrometar

Na postolju su pričvršćena dva termometra sa istim skalama. Rezervoar žive jednog od njih je umotan u vlažnu krpu (slika 8).

Rice. 6. Termometri higrometrijskog psihrometra

Iz ove tkanine isparava voda, zbog čega se sam termometar hladi, odnosno termometri se nazivaju suhi i mokri (slika 7).

Rice. 7. Suvi i mokri termometri higrometrijskog psihrometra

Što je veća relativna vlažnost okolnog vazduha, to je manje intenzivno, slabije je isparavanje vode iz vlažne krpe, manja je razlika u očitanjima suhih i mokrih termometara. Odnosno, pri ϕ = 100%, voda neće ispariti, jer je sva vodena para zasićena, a očitanja oba termometra će se poklopiti. Kada će razlika u očitanjima termometra biti maksimalna. Dakle, prema razlici u očitanjima termometra pomoću posebnih psihometrijskih tablica (najčešće se takva tablica odmah postavlja na tijelo samog uređaja), određuje se vrijednost relativne vlažnosti.

Kao što znamo, veći dio površine naše planete prekriva Svjetski okean, stoga voda i svi procesi koji se s njom odvijaju, posebno isparavanje i kondenzacija, igraju presudnu ulogu u svim procesima našeg života. Mi smo sami dali strogu definiciju pojmova "apsolutna vlažnost" i "relativna vlažnost". Zapravo, ovo je fizička veličina, relativna vlažnost pokazuje koliko se atmosferska para razlikuje od zasićene.

Bibliografija

Kasyanov V.A. Fizika 10 razred. - M.: Drfa, 2010.
Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekularna fizika. Termodinamika. - M.: Drfa, 2010.

Internet portal WorldOfSchool.ru ()
Internet portal “Fizika. Stari udžbenici"()

Zadaća

Koja je razlika između apsolutne i relativne vlažnosti?
Šta se može mjeriti psihrometrijskim higrometrom i koji je njegov princip rada?
Koliki su parcijalni pritisci atmosferskog pritiska?

Zasićene i nezasićene pare

Zasićena para

Tokom isparavanja, istovremeno s prijelazom molekula iz tekućine u paru, događa se i obrnuti proces. Krećući se nasumično iznad površine tečnosti, neki od molekula koji su je napustili vraćaju se ponovo u tečnost.

Ako se isparavanje dogodi u zatvorenoj posudi, tada će u početku broj molekula koji izlaze iz tekućine biti veći od broja molekula koji se vraćaju natrag u tekućinu. Zbog toga će se gustina pare u posudi postepeno povećavati. Kako se gustina pare povećava, povećava se i broj molekula koji se vraćaju u tečnost. Uskoro će broj molekula koji izlaze iz tečnosti biti jednak broju molekula pare koji se vraćaju nazad u tečnost. Od ovog trenutka, broj molekula pare iznad tečnosti će biti konstantan. Za vodu na sobnoj temperaturi ovaj broj je približno jednak $ 10 ^ (22) $ molekula po $ 1s $ po $ 1 cm ^ 2 $ površine. Između pare i tečnosti postoji takozvana dinamička ravnoteža.

Para u dinamičkoj ravnoteži sa svojom tekućinom naziva se zasićena para.

To znači da u datoj zapremini na datoj temperaturi ne može biti više pare.

U dinamičkoj ravnoteži, masa tečnosti u zatvorenoj posudi se ne menja, iako tečnost nastavlja da isparava. Na isti način, masa zasićene pare iznad ove tečnosti se ne menja, iako para nastavlja da se kondenzuje.

Pritisak zasićene pare. Kada se zasićena para komprimuje, čija se temperatura održava konstantnom, ravnoteža će prvo početi da se narušava: gustina pare će se povećati, i kao rezultat toga, više molekula će preći iz gasa u tečnost nego iz tečnosti u gas; To će se nastaviti sve dok koncentracija pare u novom volumenu ne postane ista, što odgovara koncentraciji zasićene pare na datoj temperaturi (i ravnoteža se uspostavi). To se objašnjava činjenicom da broj molekula koji izlaze iz tekućine u jedinici vremena ovisi samo o temperaturi.

Dakle, koncentracija zasićenih molekula pare na konstantnoj temperaturi ne zavisi od njenog volumena.

Pošto je pritisak gasa proporcionalan koncentraciji njegovih molekula, pritisak zasićene pare ne zavisi od zapremine koju zauzima. Pritisak $ p_0 $, pri kojem je tečnost u ravnoteži sa svojom parom, naziva se pritisak zasićene pare.

Kada se zasićena para komprimuje, većina prelazi u tečno stanje. Tečnost zauzima manji volumen od para iste mase. Kao rezultat toga, volumen pare, dok njegova gustina ostaje nepromijenjena.

Zavisnost pritiska zasićene pare o temperaturi. Za idealan gas postoji linearna zavisnost pritiska od temperature pri konstantnoj zapremini. S obzirom na zasićenu paru sa pritiskom $ p_0 $, ova zavisnost se izražava jednakošću:

Pošto pritisak zasićene pare ne zavisi od zapremine, onda zavisi samo od temperature.

Eksperimentalno određena zavisnost $ P_0 (T) $ razlikuje se od zavisnosti $ p_0 = nkT $ za idealni gas. Sa povećanjem temperature, pritisak zasićene pare raste brže od pritiska idealnog gasa (segment krivulje $ AB $). Ovo postaje posebno očigledno ako povučete izohoru kroz tačku $ A $ (isprekidana linija). To se događa jer kada se tečnost zagrije, dio se pretvara u paru, a gustina pare se povećava.

Prema tome, prema formuli $ p_0 = nkT $, pritisak zasićene pare raste ne samo kao rezultat povećanja temperature tečnosti, već i kao rezultat povećanja koncentracije molekula (gustine) pare. Glavna razlika u ponašanju idealnog gasa i zasićene pare je promena mase pare kada se temperatura menja sa konstantnom zapreminom (u zatvorenoj posudi) ili kada se zapremina menja pri konstantnoj temperaturi. Ništa slično se ne može dogoditi sa idealnim gasom (MKT idealnog gasa ne omogućava fazni prelaz iz gasa u tečnost).

Nakon što je sva tečnost isparila, ponašanje pare će odgovarati ponašanju idealnog gasa (deo $ VS $ krive).

Nezasićena para

Ako se dalje isparavanje ove tečnosti može dogoditi u prostoru koji sadrži pare bilo koje tečnosti, tada je para u tom prostoru nezasićeni.

Para koja nije u ravnoteži sa svojom tekućinom naziva se nezasićena.

Nezasićena para može se jednostavnom kompresijom pretvoriti u tečnost. Jednom kada ova transformacija započne, para, u ravnoteži sa tečnošću, postaje zasićena.

Vlažnost vazduha

Vlažnost vazduha je količina vodene pare u vazduhu.

Atmosferski zrak oko nas, zbog kontinuiranog isparavanja vode sa površine okeana, mora, rezervoara, vlažnog tla i biljaka, uvijek sadrži vodenu paru. Što je više vodene pare u određenoj zapremini vazduha, to je para bliža zasićenju. S druge strane, što je temperatura zraka viša, potrebno je više vodene pare da bi se zasitio.

U zavisnosti od količine vodene pare na datoj temperaturi u atmosferi, vazduh može biti različitog stepena vlažnosti.

Kvantifikacija vlage

Kako bi kvantificirali vlažnost zraka, koriste se, posebno, koncepti apsolutno i relativna vlažnost.

Apsolutna vlažnost je broj grama vodene pare sadržane u $ 1m ^ 3 $ vazduha pod datim uslovima, odnosno to je gustina vodene pare $ p $, izražena u g / $ m ^ 3 $.

Relativna vlažnost vazduha $ φ $ je odnos apsolutne vlažnosti vazduha $ p $ i gustine $ p_0 $ zasićene pare na istoj temperaturi.

Relativna vlažnost se izražava u procentima:

$ φ = ((p) / (p_0)) 100% $

Koncentracija pare je povezana s pritiskom ($ p_0 = nkT $), pa se relativna vlažnost može definirati kao postotak parcijalni pritisak$ p $ para u vazduhu do pritiska $ p_0 $ zasićene pare na istoj temperaturi:

$ φ = ((p) / (p_0)) 100% $

Ispod parcijalni pritisak razumjeti pritisak vodene pare koji bi proizvela kada bi svi ostali plinovi unutra atmosferski vazduh bili odsutni.

Ako vlažan vazduh ohladi, a zatim se na određenoj temperaturi para u njemu može dovesti do zasićenja. Daljnjim hlađenjem, vodena para će početi da se kondenzuje kao rosa.

Tačka rose

Tačka rose je temperatura do koje se vazduh mora ohladiti da bi vodena para u njemu postigla zasićenje pri konstantnom pritisku i datoj vlažnosti vazduha. Kada se dostigne tačka rose u vazduhu ili na predmetima sa kojima dolazi u kontakt, počinje kondenzacija vodene pare. Tačka rose se može izračunati iz vrijednosti temperature i vlažnosti ili direktno odrediti kondenzacijski higrometar. At relativna vlažnost$ φ = 100% $ tačka rose se poklapa sa temperaturom vazduha. Za $ φ

Količina toplote. Specifična toplota supstance

Količina toplote se naziva kvantitativna mera promene unutrašnje energije tela tokom razmene toplote.

Količina toplote je energija koju telo odustaje tokom razmene toplote (bez obavljanja posla). Količina toplote, kao i energija, meri se u džulima (J).

Specifična toplota supstance

Toplotni kapacitet je količina toplote koju tijelo apsorbira kada se zagrije za 1 $ stepen.

Toplotni kapacitet tijela označen je velikim latiničnim slovom C.

Šta određuje toplinski kapacitet tijela? Prije svega, od svoje mase. Jasno je da će za zagrijavanje, na primjer, 1 kilogram vode potrebno više topline nego za zagrijavanje 200 grama vode.

A od vrste supstance? Hajde da napravimo eksperiment. Uzmite dvije identične posude i ulijte u jednu vodu od 400 $ g, au drugu - biljno ulje težine 400 $ g, počnimo da ih zagrijavamo pomoću identičnih gorionika. Posmatrajući očitanja termometara, vidjet ćemo da se ulje brže zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, voda se mora zagrijavati duže. Ali što duže zagrijavamo vodu, to više topline prima od gorionika.

Dakle, različite količine topline potrebne su za zagrijavanje iste mase različitih tvari na istu temperaturu. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela, a samim tim i njegov toplinski kapacitet zavise od vrste tvari koja čini ovo tijelo.

Tako, na primjer, da bi se temperatura vode mase od $1 $ kg povećala za 1 ° C, potrebna je količina topline jednaka $ 4200 J, a za zagrijavanje iste mase suncokretovog ulja za 1 ° C. C, potrebna je količina topline jednaka 1700 J.

Fizička veličina koja pokazuje koliko je toplote potrebno da se zagreje $1 $ kg supstance za $1 ° $ C naziva se specifična toplota ove supstance.

Svaka tvar ima svoju specifičnu toplinu, koja se označava latiničnim slovom $ c $ i mjeri se u džulima po kilogram-stepenu (J / (kg $ · ° $ C)).

Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatnim stanjima (čvrsto, tekuće i plinovito) je različit. Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je $ 4200 J / (kg $ · ° $ C), a specifični toplinski kapacitet leda je $ 2100 $ J / (kg $ · ° $ S); aluminijum u čvrstom stanju ima specifičnu toplotu jednaku $920 J / (kg $ · ° $ C), au tekućem stanju je $ 1080 $ J / (kg $ · ° $ S).

Imajte na umu da voda ima vrlo visoku specifičnu toplinu. Stoga voda u morima i okeanima, zagrijavajući se ljeti, apsorbira veliku količinu topline iz zraka. Zahvaljujući tome, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodenih površina, ljeto nije tako vruće kao na mjestima udaljenim od vode.

Izračunavanje količine toplote potrebne za zagrevanje tela ili koju ono emituje tokom hlađenja

Iz navedenog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari koja čini tijelo (tj. njegovom specifičnom toplinskom kapacitetu), te o masi tijela. Takođe je jasno da količina toplote zavisi od toga za koliko stepeni ćemo povećati tjelesnu temperaturu.

Dakle, da bi se odredila količina toplote koja je potrebna za zagrevanje tela ili koju ono emituje tokom hlađenja, specifična toplota tela mora se pomnožiti sa njegovom masom i razlikom između njegove konačne i početne temperature:

gdje je $ Q $ količina topline, $ c $ je specifični toplinski kapacitet, $ m $ je masa tijela, $ t_1 $ je početna temperatura, $ t_2 $ je konačna temperatura.

Kada se tijelo zagrije, $ t_2> t_1 $ i, prema tome, $ Q> 0 $. Kada se tijelo ohladi, $ t_2

Ako je poznata specifična toplota cijelog tijela $ C, Q $ se određuje formulom

Specifična toplota isparavanja, topljenja, sagorevanja

Toplota isparavanja (toplina isparavanja) - količina topline koja se mora prenijeti tvari (pri konstantnom pritisku i konstantnoj temperaturi) za potpunu transformaciju tekuće tvari u paru.

Toplota isparavanja jednaka je količini toplote koja se oslobađa prilikom kondenzacije pare u tečnost.

Transformacija tekućine u paru pri konstantnoj temperaturi ne dovodi do povećanja kinetičke energije molekula, ali je praćena povećanjem njihove potencijalne energije, budući da se udaljenost između molekula značajno povećava.

Specifična toplota isparavanja i kondenzacije. Eksperimenti su pokazali da se za potpunu konverziju 1 $ kg vode u paru (na tački ključanja) mora potrošiti 2,3 $ MJ energije. Druge tečnosti zahtevaju drugačiju količinu toplote da bi se pretvorile u paru. Na primjer, za alkohol je 0,9 MJ.

Fizička veličina koja pokazuje koliko je toplote potrebno da se tečnost mase 1 $ kg pretvori u paru bez promene temperature naziva se specifična toplota isparavanja.

Specifična toplina isparavanja označava se slovom $ r $ i mjeri se u džulima po kilogramu (J/kg).

Količina topline potrebna za isparavanje (ili oslobađanje tokom kondenzacije). Da biste izračunali količinu toplote $ Q $ potrebnu za transformaciju u paru tečnosti bilo koje mase uzete na tački ključanja, morate pomnožiti specifičnu toplotu isparavanja $ r $ sa masom $ m $:

Kada se para kondenzuje, oslobađa se ista količina toplote:

Specifična toplota fuzije

Toplota fuzije je količina topline koja se mora prenijeti tvari pri konstantnom tlaku i konstantnoj temperaturi jednakoj tački da bi se u potpunosti prenijela iz čvrste tvari. kristalno stanje u tečnost.

Toplota fuzije jednaka je količini toplote koja se oslobađa tokom kristalizacije supstance iz tečnog stanja.

Tokom topljenja, sva toplina dovedena tvari troši se na povećanje potencijalne energije njenih molekula. Kinetička energija se ne mijenja, jer se topljenje odvija na konstantnoj temperaturi.

Proučavajući eksperimentalno topljenje različitih supstanci iste mase, može se primijetiti da su potrebne različite količine topline da bi se one pretvorile u tekućinu. Na primjer, da biste otopili jedan kilogram leda, potrebno je potrošiti 332 $ J energije, a da biste otopili 1 $ kg olova - 25 $ kJ.

Fizička veličina koja pokazuje koliko toplote treba preneti kristalno telo mase $1 $ kg da bi se potpuno prešlo u tečno stanje na temperaturi topljenja naziva se specifična toplota fuzije.

Specifična toplina fuzije mjeri se u džulima po kilogramu (J/kg) i označava se grčkim slovom $ λ $ (lambda).

Specifična toplota kristalizacije jednaka je specifičnoj toploti fuzije, jer se tokom kristalizacije oslobađa ista količina toplote koja se apsorbuje tokom topljenja. Tako, na primjer, kada se voda mase 1 $ kg zamrzne, oslobađa se istih 332 $ J energije koja je potrebna da se ista masa leda pretvori u vodu.

Da bi se pronašla količina topline potrebna da se otopi kristalno tijelo proizvoljne mase, ili toplota fuzije, potrebno je pomnožiti specifičnu toplinu fuzije ovog tijela njegovom masom:

Količina topline koju tijelo oslobađa smatra se negativnom. Stoga, kada izračunavate količinu topline koja se oslobađa tijekom kristalizacije tvari mase $ m $, trebali biste koristiti istu formulu, ali sa predznakom minus:

Specifična toplota sagorevanja

Kalorična vrijednost (ili kalorijska vrijednost, kalorijska vrijednost) je količina topline koja se oslobađa tokom potpunog sagorijevanja goriva.

Za zagrijavanje tijela često se koristi energija koja se oslobađa tokom sagorijevanja goriva. Uobičajena goriva (ugalj, nafta, benzin) sadrže ugljik. Prilikom sagorijevanja, atomi ugljika se spajaju s atomima kisika u zraku, što rezultira stvaranjem molekula ugljičnog dioksida. Ispostavilo se da je kinetička energija ovih molekula veća od one originalnih čestica. Povećanje kinetičke energije molekula tokom sagorevanja naziva se oslobađanjem energije. Energija koja se oslobađa tokom potpunog sagorevanja goriva je toplota sagorevanja ovog goriva.

Toplota sagorevanja goriva zavisi od vrste goriva i njegove težine. Što je veća masa goriva, to je veća količina toplote koja se oslobađa tokom njegovog potpunog sagorevanja.

Fizička veličina koja pokazuje koliko se toplote oslobađa pri potpunom sagorevanju goriva mase $1 $ kg naziva se specifična toplota sagorevanja goriva.

Specifična toplota sagorevanja označava se slovom $ q $ i meri se u džulima po kilogramu (J/kg).

Količina toplote $ Q $ koja se oslobađa tokom sagorevanja $ m $ kg goriva određena je formulom:

Da biste pronašli količinu toplote koja se oslobađa tokom potpunog sagorevanja goriva proizvoljne mase, potrebno je pomnožiti specifičnu toplotu sagorevanja ovog goriva njegovom masom.

Jednačina toplotnog bilansa

U zatvorenom (izolovanom od spoljašnjih tela) termodinamičkom sistemu, promena unutrašnje energije bilo kog tela sistema $ ∆U_i $ ne može dovesti do promene unutrašnje energije celog sistema. dakle,

$ ∆U_1 + ∆U_2 + ∆U_3 + ... + ∆U_n = ∑↙ (i) ↖ (n) ∆U_i = 0 $

Ako rad ne obavlja nijedno tijelo unutar sistema, tada, prema prvom zakonu termodinamike, promjena unutrašnje energije bilo kojeg tijela nastaje samo zbog razmjene topline sa drugim tijelima ovog sistema: $ ∆U_i = Q_i $. Uzimajući u obzir ($ ∆U_1 + ∆U_2 + ∆U_3 + ... + ∆U_n = ∑↙ (i) ↖ (n) ∆U_i = 0 $), dobijamo:

$ Q_1 + Q_2 + Q_3 + ... + Q_n = ∑↙ (i) ↖ (n) Q_i = 0 $

Ova jednačina se zove jednačina toplotni bilans... Ovdje je $ Q_i $ količina toplote koju prima ili daje $ i $ -to tijelo. Bilo koja od količina toplote $ Q_i $ može značiti toplotu koja se oslobađa ili apsorbuje tokom topljenja tela, sagorevanja goriva, isparavanja ili kondenzacije pare, ako se takvi procesi dešavaju kod različitih tela sistema, a biće određena odgovarajući omjeri.

Jednačina toplotnog bilansa je matematički izraz zakona održanja energije tokom razmene toplote.

Koncept vlažnosti zraka definira se kao stvarno prisustvo čestica vode u određenom fizičkom okruženju, uključujući i atmosferu. U ovom slučaju treba razlikovati apsolutnu i relativnu vlažnost: u prvom slučaju govorimo o neto postotku vlage. U skladu sa zakonom termodinamike, granični sadržaj molekula vode u zraku je ograničen. Maksimalni dozvoljeni nivo određuje relativnu vlažnost i zavisi od više faktora:

Atmosferski pritisak;
temperatura vazduha;
prisustvo malih čestica (prašina);
nivo hemijskog zagađenja;

Općenito prihvaćena mjera mjerenja je postotak, dok se obračun vrši prema posebnoj formuli, o kojoj će biti riječi kasnije.

Apsolutna vlažnost se meri u gramima po kubnom centimetru, koji se takođe pretvaraju u procente radi praktičnosti. Sa povećanjem nadmorske visine, količina vlage može se povećati ovisno o regiji, ali nakon postizanja određenog plafona (oko 6-7 kilometara nadmorske visine), sadržaj vlage se smanjuje na oko nulte vrijednosti. Apsolutna vlažnost se smatra jednim od glavnih makroparametara: na osnovu toga, planetarna klimatske karte i zonama.

Određivanje nivoa vlage

(Uređaj je psihometar - koristi se za određivanje vlažnosti po temperaturnoj razlici između suhih i vlažnih termometara)

Vlažnost u apsolutnom omjeru određuje se pomoću posebnih uređaja koji određuju postotak molekula vode u atmosferi. U pravilu, dnevne fluktuacije su zanemarljive - ovaj indikator se može smatrati statičnim i ne odražava bitne klimatskim uslovima... Nasuprot tome, relativna vlažnost je podložna jakim dnevnim fluktuacijama i odražava tačnu distribuciju kondenzovane vlage, njen pritisak i ravnotežnu zasićenost. Upravo se ovaj indikator smatra glavnim i izračunava se najmanje jednom dnevno.

Određivanje relativne vlažnosti zraka vrši se prema složenoj formuli koja uzima u obzir:

trenutna tačka rose;
temperatura;
pritisak zasićene pare;
razni matematički modeli;

U praksi sinoptičkih prognoza koristi se pojednostavljeni pristup, kada se vlažnost izračuna približno, uzimajući u obzir temperaturnu razliku i tačku rose (oznake kada višak vlage pada u obliku padavina). Ovaj pristup vam omogućava da odredite potrebne pokazatelje s točnošću od 90-95%, što je više nego dovoljno za svakodnevne potrebe.

Ovisnost o prirodnim faktorima

Sadržaj molekula vode u vazduhu zavisi od klimatske karakteristike specifična regija, vremenski uslovi, atmosferski pritisak i neki drugi uslovi. Dakle, najveća apsolutna vlažnost se uočava u tropskim i obalnim zonama. Relativna vlažnost dodatno zavisi od fluktuacija brojnih faktora o kojima smo ranije govorili. U kišnoj sezoni sa niskim atmosferskim pritiskom, relativna vlažnost zraka može doseći 85-95%. Visok pritisak smanjuje zasićenost vodene pare u atmosferi, snižavajući tako njen nivo.

Važna karakteristika relativne vlažnosti je njena zavisnost od termodinamičkog stanja. Prirodna ravnotežna vlažnost je 100%, što je, naravno, nedostižno zbog ekstremne nestabilnosti klime. Tehnogeni faktori utiču i na fluktuacije atmosferske vlažnosti. U metropolitanskim područjima dolazi do pojačanog isparavanja vlage sa asfaltnih površina, uz oslobađanje velike količine suspendiranih čestica i ugljičnog monoksida. To dovodi do snažnog smanjenja vlažnosti u većini gradova na svijetu.

Utjecaj na ljudski organizam

Ugodne za ljude, granice atmosferske vlažnosti su u rasponu od 40 do 70%. Produženi boravak u uvjetima snažnog odstupanja od navedene norme može uzrokovati primjetno pogoršanje dobrobiti, sve do razvoja patoloških stanja. Treba napomenuti da je osoba posebno osjetljiva na pretjerano nisku vlažnost, doživljavajući niz karakterističnih simptoma:

iritacija sluzokože;
razvoj kroničnog rinitisa;
povećan umor;
pogoršanje stanja kože;
smanjen imunitet;

Među negativnim efektima visoke vlažnosti može se uočiti rizik od razvoja gljivica i prehlade.

Vlažnost vazduha- sadržaj u zraku, karakteriziran nizom vrijednosti. Voda koja ispari sa površine kada se zagreju ulazi i koncentriše se u nižim slojevima troposfere. Temperatura pri kojoj zrak dostiže zasićenje vlagom za dati sadržaj vodene pare i konstantu naziva se tačka rose.

Vlažnost karakteriziraju sljedeći pokazatelji:

Apsolutna vlažnost(latinski absolutus - pun). Izražava se kao masa vodene pare u 1m vazduha. Izračunato u gramima vodene pare po 1 m3 vazduha. Što je veća, to je veća apsolutna vlažnost, jer više vode, kada se zagreje, prelazi iz tečnog u parno stanje. Tokom dana apsolutna vlažnost je veća nego noću. Indikator apsolutne vlažnosti ovisi o: na polarnim geografskim širinama, na primjer, jednaka je 1 g po 1 m2 vodene pare, na ekvatoru do 30 grama po 1 m2 u Batumiju (obala), apsolutna vlažnost je 6 g po 1 m, au Verhojansku ( ,) - 0,1 gram na 1 m. Vegetacijski pokrivač područja u velikoj mjeri ovisi o apsolutnoj vlažnosti zraka;

Relativna vlažnost... Ovo je omjer količine vlage u zraku i količine koju može sadržavati na istoj temperaturi. Relativna vlažnost se izračunava u procentima. Na primjer, relativna vlažnost iznosi 70%. To znači da zrak sadrži 70% količine pare koju može zadržati na datoj temperaturi. Ako je dnevna varijacija apsolutne vlažnosti direktno proporcionalna varijaciji temperatura, tada je relativna vlažnost obrnuto proporcionalna ovoj varijaciji. Osoba se osjeća dobro kada je vrijednost 40-75%. Odstupanje od norme uzrokuje bolno stanje tijela.

Vazduh u prirodi rijetko je zasićen vodenom parom, ali uvijek sadrži nešto od nje. Nigdje na Zemlji nije zabilježena relativna vlažnost od 0%. Na meteorološkim stanicama vlažnost se mjeri higrometrom, osim toga koriste se registratori - higrografi;

Vazduh je zasićen i nezasićen. Kada voda isparava sa površine okeana ili kopna, vazduh ne može beskonačno sadržavati vodenu paru. Ovo ograničenje zavisi od. Zrak koji više ne može sadržavati vlagu naziva se zasićeni zrak. Iz ovog vazduha, pri najmanjem hlađenju, počinje da emituje kapljice vode u obliku rose,. To je zato što voda, kada se ohladi, prelazi iz stanja (pare) u tečnost. Vazduh iznad suhe i tople površine obično sadrži manje vodene pare nego što bi mogao na datoj temperaturi. Ovaj vazduh se naziva nezasićenim. Kada se ohladi, voda ne evoluira uvijek. Što je zrak topliji, to je veći njegov kapacitet upijanja vlage. Na primjer, na temperaturi od -20 ° C, zrak ne sadrži više od 1 g / m vode; na temperaturi od + 10 ° C - oko 9 g / m3, a na + 20 ° C - oko 17 g / m

DEFINICIJA

Apsolutna vlažnost vazduha je količina vodene pare po jedinici zapremine vazduha:

SI jedinica mjere za apsolutnu vlažnost

Vlažnost vazduha je veoma visoka važan parametar okruženje... Poznato je da veći dio Zemljine površine zauzima voda (Svjetski okean), s čije površine dolazi do isparavanja kontinuirano. U različitim klimatskim zonama intenzitet ovog procesa je različit. Zavisi od prosječne dnevne temperature, prisustvo vjetrova i drugih faktora. Tako je na pojedinim mjestima proces isparavanja vode intenzivniji od njene kondenzacije, a na nekima je obrnuto.

Ljudsko tijelo aktivno reagira na promjene vlažnosti zraka. Na primjer, proces znojenja usko je povezan s temperaturom i vlažnošću okoline. Pri visokoj vlažnosti, procesi isparavanja vlage s površine kože praktično se kompenziraju procesima njene kondenzacije, a odvođenje topline iz tijela je poremećeno, što dovodi do poremećaja termoregulacije; pri niskoj vlažnosti, procesi isparavanja vlage prevladavaju nad procesima kondenzacije i tijelo gubi previše tekućine, što može dovesti do dehidracije.

Osim toga, koncept vlažnosti je najvažniji kriterij za procjenu vremenskih prilika, što svi znaju iz vremenske prognoze.

Apsolutna vlažnost zraka daje predstavu o specifičnom sadržaju vode u zraku po masi, ali je ta vrijednost nezgodna sa stanovišta osjetljivosti živih organizama na vlagu. Čovjek ne osjeća masovnu količinu vode u zraku, već njen sadržaj u odnosu na najveću moguću vrijednost. Za opis reakcije živih organizama na promjene sadržaja vodene pare u zraku uvodi se pojam relativne vlažnosti.

Relativna vlažnost

DEFINICIJA

Relativna vlažnost je fizička veličina koja pokazuje koliko je vodena para u zraku udaljena od zasićenja:

gdje je gustina vodene pare u zraku (apsolutna vlažnost); gustina zasićene vodene pare na datoj temperaturi.

Tačka rose

DEFINICIJA

Tačka rose je temperatura na kojoj vodena para postaje zasićena.

Poznavajući temperaturu tačke rosišta, možete dobiti ideju o relativnoj vlažnosti vazduha. Ako je temperatura tačke rosišta blizu temperature okoline, onda je vlažnost visoka ( magla nastaje kada se temperature poklope). Suprotno tome, ako se vrijednosti rosišta i temperature zraka u trenutku mjerenja jako razlikuju, onda možemo govoriti o niskom sadržaju vodene pare u atmosferi.

Kada se stvar unese u toplu prostoriju od mraza, zrak iznad nje se hladi, zasićen vodenom parom, a kapljice vode se kondenzuju na stvar. U budućnosti se stvar zagrije na sobnu temperaturu, a sav kondenzat ispari.

Drugi, ne manje poznat primjer je zamagljivanje prozora u kući. Mnogi ljudi doživljavaju kondenzaciju na svojim prozorima zimi. Na ovu pojavu utiču dva faktora - vlažnost i temperatura. Ako je ugrađen normalan prozor sa dvostrukim staklom i izolacija je pravilno izvedena, a postoji kondenzacija, to znači da je prostorija visoka vlažnost; Moguća je loša ventilacija ili izvlačenje.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježba

Na fotografiji su prikazana dva termometra koji se koriste za određivanje relativne vlažnosti zraka pomoću psihrometrijske tablice. Šta će pokazati vlažni termometar ako se relativna vlažnost poveća za 7% pri konstantnoj temperaturi zraka?

Rješenje

Zapišimo očitanja suhog i mokrog termometra prikazanog na fotografiji:

Odredite razliku u očitanjima termometra:

Prema psihrometrijskoj tabeli određujemo relativnu vlažnost vazduha:

Ako se vlažnost vazduha poveća za 7%, postat će 55%. Prema psihrometrijskoj tablici određujemo očitanja suhog termometra i razliku između očitavanja suhog i mokrog termometra:

Dakle, mokri termometar će pokazati:

Odgovori

Očitavanje mokre sijalice.

PRIMJER 2

Vježba	Relativna vlažnost vazduha uveče na temperaturi je 50%. Hoće li rosa pasti ako temperatura padne na?
Rješenje	Relativna vlažnost: