Ovisno o vlazi i. Relativna vlaga, količina topline. Zasićena vodena para

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

U prethodnoj lekciji upoznali smo se s konceptom zasićene pare. Kao i kod proučavanja bilo koje teme i predmeta, može se postaviti pitanje: "Gdje ćemo koristiti ovaj koncept, kako ćemo ga primijeniti?". U ovoj lekciji raspravljat ćemo o najvažnijoj primjeni svojstava zasićene pare.

Vjerojatno dobro znate naziv teme, jer svaki dan čujete ili slušate vremensku prognozu čujete pojam "vlažnost zraka". Međutim, ako se zapitate: "Što se podrazumijeva pod vlagom zraka?", Malo je vjerojatno da ćete odmah dati točnu fizičku definiciju.

Pokušajmo formulirati ono što se u fizici podrazumijeva kao vlažnost zraka. Prije svega, kakva se voda sadrži u zraku? U stvari, takva su, na primjer, magla, kiša, oblaci i drugi atmosferski fenomeni koji se javljaju uz sudjelovanje vode u jednom ili drugom agregatnom stanju. Ako se sve ove pojave uzimaju u obzir pri opisivanju vlage, kako onda treba izvršiti mjerenja? Već iz takvog jednostavnog obrazloženja jasno je da intuitivne definicije nisu dovoljne. Zapravo, govorimo prije svega o vodenoj pari koja se nalazi u našoj atmosferi.

Atmosferski zrak je mješavina plinova, od kojih je jedna vodena para (Sl. 1). Doprinosi atmosferskom tlaku, zove se ovaj doprinos parcijalni pritisak (kao i elastičnost) vodene pare.

Sl. 1. Dijelovi atmosferskog zraka

Daltonov zakon

Glavni obrasci koje smo dobili u sklopu istraživanja molekularne kinetičke teorije odnose se na takozvane čiste plinove, odnosno plinove koji se sastoje od atoma ili molekula iste vrste. Međutim, vrlo često se morate suočiti sa mješavinom plinova. Najjednostavniji i najčešći primjer takve smjese je atmosferski zrak koji nas okružuje. Kao što znamo, sastoji se od 78% dušika, 21% ili više kisika, a preostali postotak zauzimaju vodena para i drugi plinovi.

Sl. 2. Sastav zraka

Svaki od plinova koji čine zrak ili bilo koja druga mješavina plina sigurno doprinosi ukupnom tlaku ove plinske smjese. Pozvan je doprinos svake pojedine takve komponente parcijalni pritisak plina, t. e. tlak koji bi davao određeni plin u nedostatku drugih sastojaka smjese.

Engleski kemičar John Dalton eksperimentalno je utvrdio da je za razrjeđene plinske smjese ukupni tlak jednostavan zbroj parcijalnih pritisaka svih komponenti smjese:

Taj se omjer naziva Daltonov zakon.

Iako dokaz Daltonovog zakona u okviru molekularno-kinetičke teorije nije baš složen, prilično je glomazan, pa ga ovdje nećemo dati. Kvalitativno je objasniti ovaj zakon vrlo jednostavno, s obzirom na činjenicu da zanemarujemo interakciju između molekula, tj. Molekule su elastične kuglice koje se mogu sudarati samo jedna s drugom i sa zidovima posude. U praksi, model idealnog plina djeluje dobro za prilično rijetke sustave. U slučaju gustih plinova primijetit će se odstupanja od ispunjenja Daltonovog zakona.

Djelomični pritisakpvodena para jedan je od pokazatelja vlažnosti zraka, koja se mjeri u paskalima ili milimetrima žive.

Tlak vodene pareovisi o koncentraciji njegovih molekula u zraku, kao i o apsolutnoj temperaturi potonjeg. Češće se gustoća uzima kao karakteristika vlažnosti. ρ vodena para sadržana u zraku, to se naziva apsolutna vlaga .

Apsolutna vlagapokazuje koliko grama vodene pare ima u zraku. U skladu s tim, jedinica apsolutne vlage je.

Ova dva pokazatelja vlage povezana su Mendeleev-Clapeyronovom jednadžbom:

- molarna masa vodene pare;

- njegova apsolutna temperatura.

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

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

Općenito, vodena para u atmosferi, unatoč prisutnosti velikog broja vodenih tijela: oceana, mora, rijeka, jezera i tako dalje, nezasićena je, jer naša atmosfera nije zatvorena posuda. Međutim, kretanje zračnih masa: vjetrovi, uragani i tako dalje - dovodi do činjenice da u različitim točkama Zemlje u svakom trenutku postoji različit omjer između stope kondenzacije i isparavanja vode, zbog čega na nekim mjestima para može doći do zasićenja. Do čega to vodi? Štoviše, na takvom području para se počinje kondenzirati, jer se sjećamo da zasićena para uvijek dolazi u dodir sa vlastitom tekućinom. Kao rezultat toga, može se stvoriti magla ili oblaci, rosa će pasti. Naziva se temperatura na kojoj para postaje zasićena temperatura kondenzacije . Označen je tlak vodene pare (zasićene) u točki rose.

Razmislite zašto rosa obično pada rano ujutro? Što se u ovom trenutku dana događa s temperaturom, a samim tim i s ekstremnim pritiskom, s tlakom zasićene pare? Očito, znanje o apsolutnoj vlažnosti ili parcijalnom tlaku vodene pare ne daje nam nikakvu ideju koliko je ta para blizu ili koliko je daleko od zasićenja. Ali upravo od ove udaljenosti ili blizine zasićenja ovisi brzina procesa isparavanja i kondenzacije, odnosno onih procesa koji određuju vitalnu aktivnost živih organizama.

Ako isparavanjem prevladava kondenzacija, tada organizmi i tlo gube vlagu (Sl. 3). Ako prevladava kondenzacija, tada postupci sušenja postaju nemogući (sl. 4). Suočeni smo s potrebom poboljšanja koncepta vlažnosti; koncept apsolutne vlage, kao što smo upravo vidjeli, ne opisuje u potpunosti sve fenomene koji su nam potrebni.

Sl. 3. Isparavanjem prevladava kondenzacija.

Sl. 4. Kondenzacija prevladava nad isparavanjem

Ponovno ćemo raspravljati o tom pitanju. Učinimo to jednostavnim primjerom. Zamislite da u određenom vozilu bude 20 ljudi. Je li to puno ili malo, tj. To je apsolutna vrijednost 20 ljudi? Naravno, ne možemo reći je li puno ili malo, dok ne znamo koji je maksimalni kapacitet određenog automobila ili vozila. 20 ljudi u osobnom automobilu je, naravno, puno, to je praktički nemoguće, a 20 ljudi u velikom autobusu nije toliko. Slično tome, u slučaju apsolutne vlage, tj. S parcijalnim tlakom vodene pare, moramo je usporediti s nečim. S čime usporediti ovaj parcijalni pritisak? Odgovor nam govori zadnju lekciju. Koji važan, poseban značaj ima tlak vodene pare? Ovo je tlak zasićene vodene pare. Ako usporedimo parcijalni tlak vodene pare pri određenoj temperaturi s tlakom zasićene vodene pare pri istoj temperaturi, možemo preciznije okarakterizirati samu vlažnost zraka. Da bismo karakterizirali udaljenost stanja pare od zasićenja, uveli smo posebnu količinu koja se zove relativna vlažnost .

Relativna vlažnost zrak je postotni omjer tlaka vodene pare sadržane u zraku i tlaka zasićene pare pri istoj temperaturi:

Sada je jasno da što je relativna vlaga niža, to je daljnja posebna para od zasićenja. Tako, na primjer, ako je vrijednost relativne vlage 0, u stvari nema vodene pare u zraku. Odnosno, kod nas je kondenzacija nemoguća, a pri relativnoj vlažnosti zraka od 100% sva vodena para koja se nalazi u zraku je zasićena, jer je njezin tlak jednak tlaku zasićene vodene pare pri određenoj temperaturi. Na taj smo način sada točno odredili što je vlaga, čija se vrijednost svaki put izvještava u vremenskim prognozama.

Korištenjem jednadžbe Mendeleev-Clapeyron možemo dobiti alternativnu formulu za relativnu vlažnost, koja sada uključuje gustoću vodene pare sadržane u zraku i gustoću zasićene pare pri istoj temperaturi.

Tlak i gustoća pare;

Tlak i gustoća zasićene pare pri određenoj temperaturi;

Univerzalna konstanta plina.

Formula relativne vlage:

Gustina vodene pare sadržana u zraku;

Gustoća zasićene pare pri istoj temperaturi.

Utjecaj brzine isparavanja i kondenzacije vode na žive organizme

Ljudi su vrlo osjetljivi na vrijednost relativne vlage, o čemu ovisi intenzitet isparavanja vlage s površine kože. Pri visokoj vlažnosti zraka, posebno vrućeg dana, ovo isparavanje se smanjuje, zbog čega je poremećena normalna razmjena tijela s okolinom. U suhom zraku, naprotiv, dolazi do brzog isparavanja vlage s površine kože, iz koje se, na primjer, sluznice dišnih putova isušuju. Najpovoljnija za ljude je relativna vlaga zraka u rasponu od 40-60%.

Važna je i uloga vodene pare u stvaranju vremenskih uvjeta. Kondenzacija vodene pare dovodi do stvaranja oblaka i naknadnih oborina, što je, naravno, važno za bilo koji aspekt našeg života i za nacionalno gospodarstvo. Mnogi proizvodni procesi podržavaju uvjete umjetne vlage. Primjer takvih procesa su tkanje, konditorski proizvodi, farmaceutske radionice i mnogi drugi. U knjižnicama i muzejima, za očuvanje knjiga i eksponata, važno je i održavati određenu vrijednost relativne vlage, pa je u takvim ustanovama u svim sobama psihrometar nužno obješen na zid - uređaj za mjerenje relativne vlažnosti.

Da bismo izračunali relativnu vlažnost, kao što smo upravo vidjeli, moramo znati vrijednost tlaka ili gustoće zasićene pare na određenoj temperaturi.

Na posljednjoj lekciji, proučavajući zasićenu paru, razgovarali smo o toj ovisnosti, međutim njezin analitički oblik je vrlo kompliciran, matematičko znanje nam nije dovoljno. Što učiniti u ovom slučaju? Rješenje je vrlo jednostavno: umjesto da ove formule pišemo u analitički oblik, upotrijebit ćemo tablice tlaka i gustoće zasićene pare pri određenoj temperaturi (tablica 1). Te su tablice kako u udžbenicima, tako i u bilo kojim referentnim knjigama tehničkih količina.

Tab. 1. Ovisnost tlaka i gustoće zasićene vodene pare od temperature

Sada razmotrite promjenu relativne vlage s temperaturom. Što je viša temperatura, niža je relativna vlaga. Zašto i kako, razmotrite primjer zadatka.

Zadatak

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

Budući da govorimo o pari u nekoj posudi, volumen pare ostaje nepromijenjen s temperaturom. Dodatno, potrebna nam je tablica ovisnosti tlaka i gustoće zasićene pare o temperaturi (tablica 2).

Tab. 2. Ovisnost tlaka i gustoće zasićene pare od temperature

Odluka:

Iz teksta pitanja je jasno da s ,, zato što s tom vrijednošću para postaje zasićena, tj. Iz definicije relativne vlažnosti imamo:

Brojač je gustoća vodene pare prisutne u posudi, a nazivnik sadrži gustoću zasićene pare koja je u posudi odsutna na istoj temperaturi. Što će se dogoditi s količinom vlage s porastom temperature? Brojač, uzimajući u obzir zatvaranje posude, neće se promijeniti. Doista, budući da nema kondenzacije i nema razmjene materije s vanjskim svijetom, masa pare i s njom gustoća zadržavat će svoje vrijednosti. A nazivnik, kao što znamo iz prošle lekcije, raste s temperaturom, pa će se relativna vlaga smanjivati. Gustoća pare u posudi se može izračunati iz gornje formule:

Ista gustoća pare imat će se i na svim ostalim temperaturama. Stoga će za izračunavanje vlage biti dovoljno da znamo vrijednost gustoće zasićene pare na svim zadanim temperaturama i odmah možemo dobiti odgovore. Vrijednost gustoće zasićene pare uzima se iz tablice. Zamjenjujući vrijednosti u formuli za vlažnost, dobivamo sljedeće odgovore:

Odgovor:

Primjer rješavanja tipičnog problema za određivanje relativne vlage

Pri rješavanju takvih problema važno je znati da tlak zasićene pare ovisi o temperaturi, ali ne ovisi o volumenu.

Zadatak:

U posudi ima zraka, čija je relativna vlaga jednaka temperaturi. Kolika će biti relativna vlaga nakon smanjenja volumena posude za n puta (n \u003d 3) i zagrijavanja plina na temperaturu? Gustoća zasićene vodene pare pri temperaturi je .

Napredak rješenja:

Iz definicije relativne vlage možemo napisati da je pri temperaturi apsolutna vlaga prije stiskanja jednaka:

I nakon kompresije:

To jest, s smanjenjem volumena za jedan faktor konstantne mase, gustoća se povećava za jedan faktor.

Nakon prešanja masa vlage po jedinici volumena posude, ne samo u obliku pare, već i u obliku kondenzirane tekućine, ako su se stekli uvjeti za kondenzaciju, bit će jednaka:

Pri temperaturi, tlak zasićene vodene pare jednak je normalnom atmosferskom tlaku, o tome smo govorili u prošloj lekciji i glasi:

A njihova gustoća, ako koristimo Mendeleev-Clapeyronovu jednadžbu, može se izračunati formulom:

Gdje , jer će u posudi biti nezasićena para s relativnom vlagom:

Izražavajući ovaj postotak vlage, dobivamo vrijednost 2,9%.

Odgovor: .

A sada razgovarajmo ne samo o tome što je vlaga, već i o tome kako se ta vlažnost može mjeriti. Najčešći instrument za takva mjerenja je takozvani higrometrički psihrometar, koji je prikazan na Sl. pet.

Sl. 5. higrometar psihrometar

Dva termometra s istim mjerilima učvršćena su na stalak. Spremnik žive u jednom od njih umotan je u vlažnu krpu (Sl. 8).

Sl. 6. Termometri higrometarskog psihrometra

Voda iz ove krpe isparava, pa se sam termometar hladi, odnosno termometri nazivaju se suha i mokra (Sl. 7).

Sl. 7. Suhi i mokri termometri higrometar psihrometar

Što je veća relativna vlaga okolnog zraka, to je manje intenzivno, slabije je isparavanje vode iz vlažne krpe, manja je razlika u očitanju suhih i vlažnih termometra. Odnosno, pri ϕ \u003d 100%, voda neće ispariti, jer je sva vodena para zasićena, a očitanja oba termometra će se podudarati. S razlikom u očitanju termometra bit će maksimalna. Dakle, razlika u očitanju termometra pomoću posebnih psihometrijskih tablica (najčešće se takva tablica odmah postavlja na tijelo samog uređaja) i određuje vrijednost relativne vlažnosti.

Kao što znamo, veći dio površine našeg planeta prekrivaju oceani, tako da voda i svi procesi koji se s njom događaju, posebno isparavanjem i kondenzacijom, igraju presudnu ulogu u svim procesima našeg života. Sami smo dali strogu definiciju pojmova „apsolutna vlaga“ i „relativna vlaga“. U stvari, to je fizička količina, relativna vlaga pokazuje koliko se atmosferska para razlikuje od zasićene.

Popis referenci

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

Internet portal WorldOfSchool.ru ()
Internetski portal „Fizika. Stari udžbenici "()

Domaća zadaća

Koja je razlika između apsolutne vlage i relativne vlažnosti?
Što se može mjeriti psihrometrijskim higrometrom i koji je njegov princip djelovanja?
Koji su djelomični pritisci atmosferskog tlaka?

Zasićene i nezasićene pare

Zasićena para

Tijekom isparavanja, obrnuti proces događa se istodobno s prijelazom molekula iz tekuće u pare. Krećući se nasumično iznad površine tekućine, dio molekula koje su ga ostavile ponovno se vraća u tekućinu.

Ako se isparavanje dogodi u zatvorenoj posudi, prvo će broj molekula koje izlaze iz tekućine biti veći od broja molekula koje se vraćaju natrag u tekućinu. Stoga će se gustoća pare u posudi postupno povećavati. S povećanjem gustoće pare, povećava se i broj molekula koje se vraćaju u tekućinu. Prilično brzo, broj molekula koje izlaze iz tekućine bit će jednak broju molekula para koje se vraćaju nazad u tekućinu. Od ovog trenutka broj molekula para iznad tekućine bit će konstantan. Za vodu na sobnoj temperaturi, taj broj je otprilike jednak 10 $ (22) $ molekula za $ 1s $ po $ 1cm ^ 2 $ površine. Između pare i tekućine postoji takozvana dinamička ravnoteža.

Para koja se nalazi u dinamičkoj ravnoteži s tekućinom naziva se zasićenom parom.

To znači da u danom volumenu pri određenoj temperaturi ne može biti više pare.

U dinamičkoj ravnoteži, masa tekućine u zatvorenoj posudi se ne mijenja, iako tekućina i dalje ispari. Isto tako, masa zasićene pare iznad ove tekućine se ne mijenja, iako se para i dalje kondenzira.

Tlak zasićenog para. Kada se komprimira zasićena para, čija se temperatura održava konstantnom, ravnoteža će isprva početi narušavati: gustoća pare će se povećavati, a kao rezultat toga više će se molekula prebaciti iz plina u tekućinu nego iz tekućine u plin; to će se nastaviti sve dok koncentracija pare u novom volumenu ne postane ista, što odgovara koncentraciji zasićene pare pri određenoj temperaturi (i uspostavi se ravnoteža). To se objašnjava činjenicom da broj molekula koje napuštaju tekućinu po jedinici vremena ovisi samo o temperaturi.

Dakle, koncentracija zasićenih molekula para pri konstantnoj temperaturi ne ovisi o njegovom volumenu.

Budući da je tlak plina proporcionalan koncentraciji njegovih molekula, tlak zasićene pare ne ovisi o volumenu koji zauzima. Tlak $ p_0 $, pri kojem je tekućina u ravnoteži sa svojom parom, naziva se zasićeni tlak pare.

Kada se sazrijeva zasićena para, veći dio prelazi u tekuće stanje. Tekućina zauzima manje volumena od pare iste mase. Kao rezultat toga, volumen pare pri konstantnoj gustoći opada.

Ovisnost tlaka zasićene pare od temperature.Za idealan plin vrijedi linearna ovisnost tlaka o temperaturi pri konstantnom volumenu. Za zasićeni par s tlakom $ p_0 $, ta se ovisnost izražava jednakošću:

Budući da tlak zasićene pare ne ovisi o volumenu, tada, dakle, ovisi samo o temperaturi.

Eksperimentalno određena ovisnost $ P_0 (T) $ razlikuje se od zavisnosti $ p_0 \u003d nkT $ za idealan plin. S porastom temperature tlak zasićene pare raste brže od tlaka idealnog plina (dio krivulje $ AB $). To postaje osobito očito ako se kroz točku $ A $ (isprekidana linija) provuče izohora. To se događa jer se tekućina zagrijava, dio se pretvara u paru, a gustoća pare raste.

Stoga se prema formuli $ p_0 \u003d nkT $, tlak zasićene pare raste ne samo kao rezultat porasta temperature tekućine, već i zbog povećanja koncentracije molekula (gustoće) para. Glavna razlika u ponašanju idealnog plina i zasićene pare je promjena mase pare kada se temperatura mijenja stalnim volumenom (u zatvorenoj posudi) ili kada se volumen mijenja pri konstantnoj temperaturi. Ništa se takve vrste ne može dogoditi s idealnim plinom (idealna komora za kondenzaciju plina ne osigurava fazni prijelaz plina u tekućinu).

Nakon isparavanja cijele tekućine, ponašanje pare odgovarat će ponašanju idealnog plina (presjek krivulje $ BC $).

Nezasićena para

Ako u prostoru koji sadrži pare bilo koje tekućine može doći do daljnjeg isparavanja ove tekućine, tada para u tom prostoru stoji nezasićen.

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

Nezasićenom parom može se pretvoriti u tekućinu jednostavnim komprimiranjem. Čim je ova transformacija započela, para u ravnoteži s tekućinom postaje zasićena.

Vlažnost zraka

Vlažnost je sadržaj vodene pare u zraku.

Atmosferski zrak koji nas okružuje zbog kontinuiranog isparavanja vode s površine oceana, mora, akumulacija, vlažnog tla i biljaka uvijek sadrži vodenu paru. Što je više vodene pare u određenom volumenu zraka, to je para bliža svom stanju zasićenja. S druge strane, što je temperatura veća, to je veća količina vodene pare potrebna za njeno zasićenje.

Ovisno o količini vodene pare prisutne na određenoj temperaturi u atmosferi, zrak može biti različitog stupnja vlažnosti.

Kvantifikacija vlage

Da bi odredili vlažnost zraka, koriste se posebno pojmovi apsolutani relativna vlažnost.

Apsolutna vlaga je broj grama vodene pare sadržane u zraku od $ 1m ^ 3 $ pod danim uvjetima, tj. To je gustoća vodene pare $ p $, izražena u g / $ m ^ 3 $.

Relativna vlaga zraka $ φ $ omjer je apsolutne vlažnosti zraka $ p $ i gustoće $ p_0 $ zasićene pare pri istoj temperaturi.

Relativna vlaga izražena je u postocima:

$ φ \u003d ((p) / (p_0)) 100% $

Koncentracija pare povezana je s tlakom ($ p_0 \u003d nkT $), pa se relativna vlaga može definirati kao postotak parcijalni pritisak $ p $ para u zraku do tlaka $ p_0 $ zasićene pare pri istoj temperaturi:

$ φ \u003d ((p) / (p_0)) 100% $

Pod, ispod parcijalni pritisak oni razumiju tlak vodene pare koji bi stvorio ako bi bili odsutni svi drugi plinovi u atmosferskom zraku.

Ako se vlažni zrak ohladi, tada se na određenoj temperaturi para u njemu može dovesti do zasićenja. Daljnjim hlađenjem vodena para će se kondenzirati u obliku rose.

temperatura kondenzacije

Točka rosišta je temperatura do koje se zrak mora ohladiti, tako da vodena para u njoj doseže stanje zasićenja pod konstantnim tlakom i zadanom vlagom. Nakon postizanja točke rosišta u zraku ili na objektima s kojima je u kontaktu, počinje kondenzacija vodene pare. Točka rose može se izračunati iz vrijednosti temperature i vlažnosti ili odrediti izravno kondenzacijski higrometar. Na relativna vlažnost $ φ \u003d 100% $ točka rošenja podudara se s temperaturom zraka. Za $ φ

Količina topline. Specifična toplina materije

Količina topline naziva se kvantitativnom mjerom promjene unutarnje energije tijela tijekom prijenosa topline.

Količina topline je energija koju tijelo odustaje tijekom prijenosa topline (bez obavljanja posla). Količina topline, poput energije, mjeri se u džulima (J).

Specifična toplina materije

Kapacitet topline je količina topline koju apsorbira tijelo pri zagrijavanju za 1 $ stupanj.

Toplinski kapacitet tijela označen je velikim latiničnim slovom C.

Što određuje toplinski kapacitet tijela? Prije svega od njegove mase. Jasno je da će za zagrijavanje, na primjer, 1 $ kilograma vode, trebati više topline nego za zagrijavanje 200 $ grama.

I iz vrste tvari? Napravimo iskustvo. Uzmimo dvije identične posude i, ulijevajući 400 dolara g vode u jednu od njih i 400 dolara g biljnog ulja u drugu, počet ćemo ih grijati istim plamenicima. Promatrajući očitanja termometra, vidjet ćemo da se ulje brže zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, vodu treba duže zagrijavati. Ali što duže zagrijavamo vodu, to više topline dobiva iz plamenika.

Dakle, za zagrijavanje iste mase različitih tvari na istu temperaturu potrebna je različita količina topline. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela, a samim tim i njegov toplinski kapacitet ovisi o vrsti tvari od koje se to tijelo sastoji.

Tako, na primjer, da biste povećali temperaturu vode s masom od 1 $ kg za 1 ° $ C, potrebna je količina topline jednaka 4.200 USD J, a za zagrijavanje za 1 ° C C jednaka masa suncokretovog ulja potrebna je količina topline jednaka 1.700 $ J.

Fizička količina koja pokazuje koliko je potrebno topline za zagrijavanje 1 $ kg tvari za $ 1 ° C C naziva se specifičnom toplinom ove tvari.

Svaka tvar ima svoju specifičnu toplinu, koja je označena latiničnim slovom $ c $, a mjeri se u džulima po kilogramu (J / (kg $ · ° $ C)).

Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatnim stanjima (kruta, tekuća i plinovita) je različit. Na primjer, specifična toplina vode iznosi 4200 $ J / (kg $ · ° $ C), a specifična toplina leda je 2100 $ J / (kg $ · ° $ C); aluminij u krutom stanju ima specifičnu toplinu od 920 $ J / (kg $ · ° $ C), a u tekućem stanju ima 1.080 $ J / (kg $ · ° $ C).

Imajte na umu da voda ima vrlo veliku specifičnu toplinu. Stoga voda u morima i oceanima, ljeti zagrijavajući, apsorbira veliku količinu topline iz zraka. Zbog toga na mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodnih tijela ljeto nije tako vruće kao na mjestima udaljenim od vode.

Proračun količine topline potrebne za zagrijavanje tijela ili oslobođeno od njega tijekom hlađenja

Iz prethodnog je jasno da količina topline potrebne za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari iz koje se tijelo sastoji (tj. O specifičnom toplinskom kapacitetu) i o masi tijela. Također je jasno da količina topline ovisi o tome koliko stupnjeva ćemo povećati tjelesnu temperaturu.

Dakle, da bismo odredili količinu topline potrebne za zagrijavanje tijela ili oslobođeno od njega tijekom hlađenja, potrebno je umnožiti specifičnu toplinu tijela s njegovom masom i razlikom između njegovih krajnjih i početnih temperatura:

gdje je $ Q $ količina topline, $ c $ je specifična toplina, $ m $ je masa tijela, $ t_1 $ je početna temperatura, $ t_2 $ je konačna temperatura.

Pri zagrijavanju tijela $ t_2\u003e t_1 $ i, prema tome, $ Q\u003e 0 $. Pri hlađenju tijela $ t_2

Ako je poznat toplinski kapacitet cijelog tijela $ C, Q $ se određuje formulom

Specifična toplina isparavanja, taljenja, izgaranja

Toplina isparavanja (toplina isparavanja) je količina topline koja se mora prenijeti na neku tvar (pri konstantnom tlaku i konstantnoj temperaturi) radi potpune pretvorbe tekuće tvari u paru.

Toplina isparavanja jednaka je količini topline oslobođene tijekom kondenzacije pare u tekućini.

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

Specifična toplina isparavanja i kondenzacije. Pokusima je utvrđeno da za potpunu pretvorbu 1 $ kg vode u paru (na vrelištu) mora biti potrošeno 2,3 $ MJ energije. Za pretvaranje ostalih tekućina u paru potrebna je različita količina topline. Na primjer, za alkohol je 0,9 $ MJ.

Fizička količina koja pokazuje koliko je potrebno topline za pretvaranje tekućine težine 1 $ kg u paru bez promjene temperature naziva se specifičnom toplinom isparavanja.

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

Količina topline potrebna za isparavanje (ili oslobođena tijekom kondenzacije). Da bi se izračunala količina topline $ Q $ potrebna za isparavanje tekućine bilo koje mase uzete u vrelištu, specifična toplina isparavanja $ r $ mora se pomnožiti s masom $ m $:

Tijekom kondenzacije pare oslobađa se ista količina topline:

Specifična toplina fuzije

Toplina fuzije je količina topline koja se mora priopćiti tvarju pod stalnim tlakom i konstantnom temperaturom jednakom temperaturi taljenja kako bi se ona u potpunosti prebacila iz čvrstog kristalnog stanja u tekuće.

Toplina fuzije jednaka je količini topline oslobođene tijekom kristalizacije tvari iz tekućeg stanja.

Tijekom topljenja sva toplina koja se dovodi u tvar odlazi u povećanje potencijalne energije njegovih molekula. Kinetička energija se ne mijenja, jer se otapanje događa pri konstantnoj temperaturi.

Proučavajući eksperimentalno topljenje različitih tvari iste mase, može se primijetiti da je za njihovo pretvaranje u tekućinu potrebna različita količina topline. Na primjer, da biste rastopili jedan kilogram leda, trebate potrošiti 332 $ J energije, a da biste rastopili 1 $ kg olova - 25 $ kJ.

Fizička količina koja pokazuje koliko topline treba prijaviti kristalnom tijelu, teškom 1 USD, da bi se potpuno pretvorila u tekuće stanje pri temperaturi topljenja naziva se specifična toplina fuzije.

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

Specifična toplina kristalizacije jednaka je specifičnoj toplini fuzije, budući da kristalizacijom nastaje jednaka količina topline koja se apsorbira tijekom taljenja. Tako, na primjer, pri zamrzavanju vode mase 1 $ kg oslobađa se istih 332 $ J energije koja je potrebna da se ista masa leda pretvori u vodu.

Da biste pronašli količinu topline potrebne za otapanje kristalnog tijela proizvoljne mase, ili toplina fuzije, specifična toplina fuzije ovog tijela mora se pomnožiti s njegovom masom:

Količina topline koju tijelo oslobađa smatra se negativnom. Stoga, za izračunavanje količine topline oslobođene tijekom kristalizacije tvari mase $ m $, treba koristiti istu formulu, ali sa znakom minus:

Specifična toplina izgaranja

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

Za grijanje tijela često se koristi energija oslobođena tijekom izgaranja goriva. Konvencionalna goriva (ugljen, nafta, benzin) sadrže ugljik. Tijekom izgaranja ugljikovi se atomi kombiniraju s atomima kisika koji se nalaze u zraku, što rezultira stvaranjem molekula ugljičnog dioksida. Kinetička energija ovih molekula veća je od izvorne čestice. Povećanje kinetičke energije molekula tijekom izgaranja naziva se oslobađanje energije. Energija oslobođena tijekom potpunog izgaranja goriva je toplina izgaranja ovog goriva.

Toplina izgaranja goriva ovisi o vrsti goriva i njegovoj masi. Što je veća masa goriva, veća je količina topline oslobođene tijekom njegovog potpunog izgaranja.

Fizička količina koja pokazuje koliko se topline oslobađa tijekom potpunog izgaranja goriva mase 1 $ kg naziva se specifičnom toplinom izgaranja goriva.

Specifična kalorijska vrijednost označena je slovom $ q $ i mjeri se u džulima po kilogramu (J / kg).

Količina topline $ Q $ oslobođena tijekom izgaranja $ m $ kg goriva određena je formulom:

Da bi se pronašla količina topline oslobođena tijekom potpunog izgaranja goriva proizvoljne mase, specifična toplina izgaranja ovog goriva mora se pomnožiti s njegovom masom.

Jednadžba ravnoteže topline

U zatvorenom (izoliranom od vanjskih tijela) termodinamičkom sustavu, promjena unutarnje energije bilo kojeg tijela sustava $ ∆U_i $ ne može dovesti do promjene unutarnje energije cijelog sustava. Stoga,

$ ΔU_1 + ΔU_2 + ΔU_3 + ... + ΔU_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) ΔU_i \u003d 0 $

Ako unutar sustava ne rade nijedna tijela, tada se prema prvom zakonu termodinamike promjena unutarnje energije bilo kojeg tijela događa samo zbog razmjene topline s drugim tijelima ovog sustava: $ ∆U_i \u003d Q_i $. S obzirom na ($ ΔU_1 + ΔU_2 + ΔU_3 + ... + ΔU_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) ΔU_i \u003d 0 $), dobivamo:

$ Q_1 + Q_2 + Q_3 + ... + Q_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) Q_i \u003d 0 $

Ova jednadžba naziva se jednadžba toplinske ravnoteže. Ovdje je $ Q_i $ količina topline koju je primio ili dao tijelo $ i $. Bilo koja od količina topline $ Q_i $ može značiti toplinu koja se oslobađa ili apsorbira tijekom taljenja tijela, izgaranja goriva, isparavanja ili kondenzacije pare, ako se takvi procesi događaju s različitim tijelima sustava, a bit će određena odgovarajućim odnosima.

Jednadžba toplinske ravnoteže matematički je izraz zakona očuvanja energije tijekom prijenosa topline.

Pojam vlažnosti zraka definira se kao stvarna prisutnost vodenih čestica u specifičnom fizičkom okruženju, uključujući u atmosferi. U ovom slučaju treba razlikovati apsolutnu i relativnu vlažnost: u prvom slučaju govorimo o čistom postotku vlage. U skladu sa zakonom termodinamike, ograničava se sadržaj molekula vode u zraku. Najviša dopuštena razina određuje relativnu vlažnost zraka i ovisi o nekoliko čimbenika:

tlak u atmosferi;
temperatura zraka;
prisutnost sitnih čestica (prašine);
razina onečišćenja kemikalijama;

Općenito prihvaćena mjera mjerenja je kamata, a izračun se vrši prema posebnoj formuli, o kojoj ćemo kasnije govoriti.

Apsolutna vlaga mjeri se u gramima po kubičnom centimetru, što se radi praktičnosti pretvara i u postotak. S povećanjem visine, količina vlage može se povećati ovisno o regiji, ali kad se dosegne određeni strop (oko 6-7 kilometara nadmorske visine), vlaga se smanjuje na oko nulte vrijednosti. Apsolutna vlaga smatra se jednim od glavnih makro parametara: na njenoj osnovi sastavljaju se planetarne klimatske karte i zone.

Određivanje vlažnosti

(Uređaj je psihometar - vlaga se u njemu određuje prema temperaturnoj razlici između suhog i vlažnog termometra)

Vlažnost u apsolutnom smislu određuje se pomoću posebnih instrumenata koji određuju postotak molekula vode u atmosferi. U pravilu su dnevne fluktuacije zanemarive - ovaj se pokazatelj može smatrati statičkim i ne odražava važne klimatske uvjete. Suprotno tome, relativna vlaga izložena je jakim dnevnim fluktuacijama i odražava točnu raspodjelu kondenzirane vlage, njezin tlak i ravnotežno zasićenje. Ovaj se pokazatelj smatra glavnim i izračunava se najmanje jednom dnevno.

Određivanje relativne vlage provodi se prema složenoj formuli koja uzima u obzir:

trenutna točka rosišta;
temperatura
tlak zasićene pare;
razni matematički modeli;

U praksi sinoptičkih predviđanja koristi se pojednostavljeni pristup, kada se vlaga izračuna približno, uzimajući u obzir temperaturnu razliku i točku rošenja (označava se kada višak vlage ispada u obliku oborina). Ovakav pristup omogućuje vam određivanje potrebnih pokazatelja s točnošću od 90-95%, što je više nego dovoljno za svakodnevne potrebe.

Ovisnost o prirodnim čimbenicima

Sadržaj molekula vode u zraku ovisi o klimatskim značajkama određenog područja, vremenskim uvjetima, atmosferskom tlaku i nekim drugim uvjetima. Dakle, najveća apsolutna vlaga zraka opaža se u tropskim i obalnim zonama. Relativna vlaga dodatno ovisi o fluktuacijama niza faktora razmotrenih ranije. U kišnoj sezoni s niskim atmosferskim tlakom, relativna vlaga može doseći 85-95%. Visoki tlak smanjuje zasićenje vodene pare u atmosferi, odnosno smanjuje njihovu razinu.

Važna značajka relativne vlažnosti zraka je ovisnost o termodinamičkom stanju. Prirodna ravnotežna vlaga iznosi 100%, što je, naravno, nemoguće postići zbog ekstremne klimatske nestabilnosti. Umjetni čimbenici također utječu na fluktuaciju atmosferske vlage. U megagradima dolazi do povećanog isparavanja vlage s asfaltiranih površina, istodobno s oslobađanjem velike količine suspendiranih čestica i ugljičnog monoksida. To uzrokuje snažno smanjenje vlage u većini gradova u svijetu.

Učinci na ljudsko tijelo

Granice atmosferske vlage ugodne za ljude kreću se od 40 do 70%. Dugo zadržavanje u uvjetima snažnog odstupanja od ove norme može uzrokovati vidljivo pogoršanje dobrobiti, sve do razvoja patoloških stanja. Treba napomenuti da je osoba posebno osjetljiva na prekomjerno nisku vlažnost zraka, ima niz karakterističnih simptoma:

iritacija sluznice;
razvoj kroničnog rinitisa;
umor;
pogoršanje kože;
smanjen imunitet;

Među negativnim učincima visoke vlažnosti može se spomenuti rizik od razvoja gljivica i prehlade.

Vlažnost zraka - sadržaj u zraku, karakteriziran brojem količina. Voda koja isparava s površine kada se zagrijava ulazi i koncentrirana je u donjim slojevima troposfere. Temperatura na kojoj zrak doseže zasićenost vlagom uz zadani sadržaj vodene pare i nepromijenjena naziva se točka rosišta.

Vlažnost je karakterizirana sljedećim pokazateljima:

Apsolutna vlaga (lat. absolutus - pun). Izražava se masom vodene pare u 1 m zraka. Izračunava se u gramima vodene pare na 1 m3 zraka. Što je veća, veća je apsolutna vlaga, što više vode pri zagrijavanju prelazi iz tekućeg u stanje pare. Tokom dana, apsolutna vlaga je veća nego noću. Pokazatelj apsolutne vlage ovisi o: na primjer, u polarnim širinama, to je do 1 g na 1 m2 vodene pare, u ekvatoru do 30 grama po 1 m2 u Batumiju (, obali), apsolutna vlaga iznosi 6 g na 1 m, a u Verkhoyansku ( ,) - 0,1 grama na 1 m. Vegetativni pokrov područja u velikoj mjeri ovisi o apsolutnoj vlažnosti zraka;

Relativna vlažnost, To je omjer količine vlage u zraku i količine koju on može sadržavati pri istoj temperaturi. Izračunava se relativna vlaga u postocima. Na primjer, relativna vlažnost zraka je 70%. To znači da zrak sadrži 70% količine pare koju može zadržati na određenoj temperaturi. Ako je dnevni tijek apsolutne vlage izravno proporcionalan tijeku temperatura, tada je relativna vlaga obrnuto proporcionalna ovom toku. Osoba se osjeća dobro na 40-75%. Odstupanje od norme uzrokuje bolno stanje tijela.

Zrak u prirodi rijetko je zasićen vodenom parom, ali ga uvijek sadrži neka količina. Nigdje na Zemlji nije zabilježena relativna vlaga od 0%. Na meteorološkim stanicama vlaga se mjeri uređajem za higrometar, osim toga koriste se snimači - higrografi;

Zrak je zasićen i nezasićen. Kad voda isparava s površine oceana ili kopna, zrak ne može zadržati vodenu paru u nedogled. Ovo ograničenje ovisi o. Zrak koji više ne može zadržati vlagu naziva se zasićenim. Pri najmanjem hlađenju, kapljice vode u obliku rose počnu se isticati iz ovog zraka. To je zato što nakon hlađenja voda prelazi iz stanja (pare) u tekućinu. Zrak iznad suhe i tople površine obično sadrži manje vodene pare nego što bi bio pri određenoj temperaturi. Takav se zrak naziva nezasićenim. Kad se ohladi, voda se ne ispušta uvijek. Što je zrak topliji, to je veća i njegova sposobnost apsorbiranja vlage. Na primjer, pri temperaturi od -20 ° C zrak ne sadrži više od 1 g / m vode; pri temperaturi od + 10 ° C - oko 9 g / m3, a na + 20 ° C - oko 17 g / m, stoga s očiglednom jakom vlagom u

Definicija

Apsolutna vlaga je količina vodene pare po jedinici volumena zraka:

U SI sustavu jedinica apsolutne vlage

Vlažnost je vrlo važan okolišni parametar. Poznato je da većinu Zemljine površine zauzima voda (Svjetski ocean), s čije površine neprestano dolazi do isparavanja. Intenzitet ovog procesa je različit u različitim klimatskim zonama. To ovisi o prosječnoj dnevnoj temperaturi, prisutnosti vjetrova i drugim čimbenicima. Stoga je na pojedinim mjestima proces isparavanja vode intenzivniji od kondenzacije, a u nekim slučajevima i obrnuto.

Ljudsko tijelo aktivno reagira na promjene vlažnosti zraka. Na primjer, proces znojenja usko je povezan s temperaturom i vlagom okoliša. Pri visokoj vlažnosti, procesi isparavanja vlage s površine kože gotovo se nadoknađuju procesima njene kondenzacije, a uklanjanje topline iz tijela je poremećeno, što dovodi do kršenja termoregulacije; pri niskoj vlažnosti, procesi isparavanja vlage prevladavaju nad postupcima kondenzacije i tijelo gubi previše tekućine, što može dovesti do dehidracije.

Uz to, koncept vlage najvažniji je kriterij za ocjenu vremenskih uvjeta, što svi znaju iz vremenskih prognoza.

Apsolutna vlaga zraka daje predstavu o specifičnom udjelu vode u masi, ali ta je vrijednost neprikladna sa stajališta osjetljivosti vlage u živim organizmima. Osoba ne osjeća veliku količinu vode u zraku, već njen sadržaj u odnosu na najveću moguću vrijednost. Da bismo opisali reakciju živih organizama na promjene vodene pare u zraku, uveden je pojam relativne vlage.

Relativna vlažnost

Definicija

Relativna vlažnost je fizička količina koja pokazuje koliko je vodena para u zraku daleko od zasićenja:

gdje je gustoća vodene pare u zraku (apsolutna vlaga); gustoća zasićene vodene pare pri određenoj temperaturi.

temperatura kondenzacije

Definicija

temperatura kondenzacije je temperatura pri kojoj vodena para postaje zasićena.

Znajući temperaturu točke rosišta, možete dobiti predstavu o relativnoj vlažnosti. Ako je temperatura rosišta blizu temperature okoline, vlaga je visoka ( kad se temperature podudaraju, nastaje magla). Suprotno tome, ako se vrijednosti točke rosišta i temperature zraka u vrijeme mjerenja uvelike razlikuju, tada možemo govoriti o niskom sadržaju vodene pare u atmosferi.

Kad se stvar od mraza dovede u toplu sobu, zrak iznad nje se hladi, zasićen je vodenom parom, a kapljice vode kondenziraju se na stvarima. U budućnosti se stvar zagrijava do sobne temperature, a sav kondenzat isparava.

Drugi ne manje poznati primjer je maglovitost naočala u kući. Mnogi zimi imaju kondenzaciju na prozorima. Dva faktora utječu na ovaj fenomen - vlaga i temperatura. Ako je postavljen normalan prozor s dvostrukim ostakljenjem i zagrijavanje se provodi pravilno, ali postoji kondenzacija, tada soba ima visoku vlažnost; moguća je loša ventilacija ili ispušni ispuh.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Zadatak

Fotografija prikazuje dva termometra koja se koriste za određivanje relativne vlage pomoću psihrometrijske tablice. Što će pokazati mokri termometar ako se pri stalnoj temperaturi zraka relativna vlaga poveća za 7%?

Odluka

Zabilježite očitanja suhog i vlažnog termometra prikazana na fotografiji:

Definirajte razliku u očitanju termometra:

Prema psihrometrijskoj tablici određujemo relativnu vlažnost:

Ako se vlaga poveća za 7%, postat će jednaka 55%. Prema psihrometrijskoj tablici određujemo očitanja suhog termometra i razlike u očitanju suhih i vlažnih termometra:

Tako će vlažni termometar pokazati:

Odgovor

Indikacija vlažnog termometra.

PRIMJER 2

Zadatak	Relativna vlaga u večernjim satima na temperaturi od 50%. Hoće li pasti rosa ako temperatura padne na noć?
Odluka	Relativna vlažnost: