ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์และสัมพัทธ์ ความชื้นสัมพัทธ์และความชื้นสัมพัทธ์ ความชื้นสัมพัทธ์สัมพัทธ์
ในส่วนก่อนหน้านี้ เราใช้คำศัพท์ทางกายภาพจำนวนหนึ่ง เมื่อคำนึงถึงความสำคัญอันยิ่งใหญ่เหล่านี้ ขอให้เราจดจำไว้ หลักสูตรของโรงเรียนฟิสิกส์และอธิบายว่าความชื้นในอากาศและจุดน้ำค้างคืออะไร และจะวัดได้อย่างไร
พารามิเตอร์ทางกายภาพวัตถุประสงค์หลักคือความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ (ตามจริง) - ความเข้มข้นของมวล (เนื้อหา) ของน้ำที่เป็นก๊าซ (น้ำระเหย, ไอน้ำ) ในอากาศ เช่น จำนวนกิโลกรัมของน้ำที่ระเหยในอากาศหนึ่งลูกบาศก์เมตร (มากกว่า ในพื้นที่หนึ่งลูกบาศก์เมตร) หากมีไอน้ำในอากาศน้อยแสดงว่าอากาศแห้ง ถ้ามีมากก็ชื้น แต่มากหมายถึงอะไร? เช่น ไอน้ำ 0.1 กิโลกรัมในอากาศ 1 ลูกบาศก์เมตรมีปริมาณมากหรือไม่? และไม่มากและไม่น้อย แค่มากเท่านั้นและไม่มีอะไรมากไปกว่านั้น แต่ถ้าคุณถามว่าไอน้ำ 0.1 กิโลกรัมมีจำนวนมากในอากาศ 1 ลูกบาศก์เมตรที่อุณหภูมิ 40 °C หรือไม่ ก็บอกได้เลยว่ามีมากมาย มากจนไม่เคยเกิดขึ้นเลย
ความจริงก็คือมันเป็นไปไม่ได้ที่จะระเหยน้ำได้มากเท่าที่ต้องการ เนื่องจากภายใต้สภาวะการอาบน้ำปกติ น้ำยังคงเป็นของเหลว และมีเพียงส่วนเล็ก ๆ ของโมเลกุลเท่านั้นที่หลุดออกจากเฟสของเหลวผ่านส่วนต่อประสานเข้าสู่เฟสแก๊ส ให้เราอธิบายสิ่งนี้โดยใช้ตัวอย่างของการอาบน้ำแบบตุรกีแบบดั้งเดิมแบบเดียวกัน - ภาชนะจำลอง (“ กระทะ”) ด้านล่าง (พื้น) ผนังและฝา (เพดาน) ซึ่งมีอุณหภูมิเท่ากัน ในเทคโนโลยี ถังเก็บอุณหภูมิคงที่เรียกว่าเทอร์โมสตัท (เตาอบ)
ให้เทน้ำลงก้นภาชนะจำลอง (บนพื้นโรงอาบน้ำ) แล้วเปลี่ยนอุณหภูมิวัดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน- ปรากฎว่าเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความชื้นสัมบูรณ์อุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและเมื่ออุณหภูมิลดลงก็จะลดลงอย่างรวดเร็ว (รูปที่ 23) นี่เป็นผลมาจากความจริงที่ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จำนวนโมเลกุลของน้ำที่มีพลังงานเพียงพอที่จะเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงานของการเปลี่ยนเฟสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (แบบทวีคูณ) การเพิ่มจำนวนโมเลกุลของการกลายเป็นแก๊ส (“การระเหย”) ส่งผลให้จำนวน (การสะสม) ของโมเลกุลน้ำในอากาศเพิ่มขึ้น (การเพิ่มขึ้นของปริมาณไอน้ำ) ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของ จำนวนโมเลกุลของน้ำที่ "บิน" ลงไปในน้ำอีกครั้ง (กลายเป็นของเหลว) เมื่อเปรียบเทียบอัตราการแปรสภาพเป็นแก๊สของน้ำกับอัตราการทำให้กลายเป็นของเหลวของไอน้ำ จะเกิดความสมดุล ซึ่งอธิบายได้ด้วยเส้นโค้งในรูปที่ 1 23. สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าในสภาวะสมดุล เมื่อดูเหมือนว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้นในโรงอาบน้ำ ไม่มีอะไรระเหยและไม่มีอะไรควบแน่น อันที่จริงน้ำหลายตัน (และไอน้ำ) จะถูกทำให้เป็นแก๊สจริงๆ (และ ทำให้กลายเป็นของเหลวทันที) ตามลำดับ) อย่างไรก็ตามในอนาคตเราจะพิจารณาผลกระทบที่เกิดขึ้นจากการระเหยอย่างแม่นยำ - อัตราการแปรสภาพเป็นแก๊สส่วนเกินมากกว่าอัตราการทำให้เป็นของเหลวเมื่อปริมาณน้ำลดลงจริง ๆ และปริมาณไอน้ำเพิ่มขึ้นจริง หากอัตราการทำให้เป็นของเหลวเกินอัตราการทำให้เป็นแก๊ส เราจะเรียกกระบวนการนี้ว่าการควบแน่น
ค่าของความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ที่สมดุลเรียกว่าความหนาแน่นของไออิ่มตัวของน้ำและเป็นความชื้นในอากาศสัมบูรณ์สูงสุดที่เป็นไปได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น น้ำจะเริ่มระเหย (กลายเป็นก๊าซ) ส่งผลให้ความหนาแน่นของไออิ่มตัวเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิลดลง การควบแน่นของไอน้ำจะเกิดขึ้นทั้งบนผนังทำความเย็นในรูปของหยดน้ำค้างขนาดเล็ก (แล้วรวมตัวเป็นหยดขนาดใหญ่แล้วไหลลงมาในรูปของลำธาร) หรือในปริมาตรของอากาศทำความเย็นในรูปของขนาดเล็ก หยดหมอกที่มีขนาดน้อยกว่า 1 ไมครอน (รวมถึงในรูปของ "เมฆไอน้ำ")
ข้าว. 23. ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์จะเกิดขึ้นเหนือน้ำภายใต้สภาวะสมดุล (ความหนาแน่นของไออิ่มตัว) และความดันไออิ่มตัวที่สอดคล้องกันที่อุณหภูมิต่างๆ ลูกศรประ – การกำหนดจุดน้ำค้าง Тр สำหรับค่าความชื้นสัมพัทธ์โดยพลการ d
ดังนั้น ที่อุณหภูมิ 40 °C ความชื้นสัมพัทธ์สัมบูรณ์ของอากาศเหนือน้ำภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่ (ความหนาแน่นของไออิ่มตัว) คือ 0.05 กก./ลบ.ม. ในทางกลับกัน สำหรับความชื้นสัมพัทธ์ 0.05 กก./ลบ.ม. อุณหภูมิ 40 °C เรียกว่าจุดน้ำค้าง เนื่องจากที่ความชื้นสัมพัทธ์นี้และที่อุณหภูมินี้ น้ำค้างเริ่มปรากฏขึ้น (เมื่ออุณหภูมิลดลง) ทุกคนคุ้นเคยกับน้ำค้างจากกระจกฝ้าและกระจกในห้องน้ำ ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์จะกำหนดจุดน้ำค้างในอากาศอย่างชัดเจน (ตามกราฟในรูปที่ 23) และในทางกลับกัน โปรดทราบว่าจุดน้ำค้างคือ 37 °C เท่ากับ อุณหภูมิปกติร่างกายมนุษย์ สอดคล้องกับความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ 0.04 กก./ลบ.ม.
ตอนนี้ให้พิจารณากรณีที่สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ถูกละเมิด ตัวอย่างเช่น ขั้นแรก เรือจำลองที่มีน้ำและอากาศอยู่ในนั้นได้รับความร้อนถึง 40 °C จากนั้นให้เราสันนิษฐานตามสมมุติฐานเพียงอย่างเดียวว่าอุณหภูมิของผนัง น้ำ และอากาศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วถึง 70 °C ในตอนแรก เรามีความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ 0.05 กก./ลบ.ม. ซึ่งสอดคล้องกับความหนาแน่นของไออิ่มตัวที่อุณหภูมิ 40 °C หลังจากที่อุณหภูมิอากาศเพิ่มขึ้นถึง 70 °C ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ควรค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็นค่าใหม่ของความหนาแน่นไออิ่มตัวที่ 0.20 กก./ลบ.ม. เนื่องจากการระเหยของน้ำในปริมาณที่เพิ่มขึ้น และตลอดระยะเวลาการระเหยทั้งหมด ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์จะต่ำกว่า 0.20 กก./ลบ.ม. แต่จะเพิ่มขึ้นและมีแนวโน้มที่จะมีค่า 0.20 กก./ลบ.ม. ซึ่งไม่ช้าก็เร็วจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 70 °C
โหมดการเปลี่ยนอากาศที่ไม่สมดุลดังกล่าวจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งอธิบายโดยใช้แนวคิดเรื่องความชื้นสัมพัทธ์ซึ่งค่าที่คำนวณและเท่ากับอัตราส่วนของความชื้นสัมพัทธ์สัมบูรณ์ในปัจจุบันต่อความหนาแน่นของไออิ่มตัวที่อุณหภูมิอากาศปัจจุบัน ดังนั้นในช่วงแรกๆ เรามีความชื้นสัมพัทธ์ 100% ที่ 40 °C จากนั้น เมื่ออุณหภูมิอากาศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วถึง 70 °C ความชื้นในอากาศสัมพัทธ์ก็ลดลงอย่างรวดเร็วเหลือ 25% หลังจากนั้น เนื่องจากการระเหย ความชื้นก็เริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้งเป็น 100% เนื่องจากแนวคิดเรื่องความหนาแน่นของไออิ่มตัวจะไม่มีความหมายหากไม่ได้ระบุอุณหภูมิ แนวคิดเรื่องความชื้นสัมพัทธ์จึงไม่มีความหมายหากไม่ได้ระบุอุณหภูมิ ดังนั้น ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ 0.05 กก./ลบ.ม. จึงสอดคล้องกับความชื้นในอากาศสัมพัทธ์ 100% ที่อุณหภูมิอากาศ 40 °C และ 25% ที่อุณหภูมิอากาศ 70 °C ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์เป็นค่ามวลล้วนๆ และไม่จำเป็นต้องอ้างอิงกับอุณหภูมิใดๆ
หากความชื้นสัมพัทธ์เป็นศูนย์ แสดงว่าไม่มีไอน้ำในอากาศเลย (อากาศแห้งสนิท) หากความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศเป็น 100% แสดงว่าอากาศมีความชื้นมากที่สุด ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศจะเท่ากับความหนาแน่นของไออิ่มตัว หากความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศเป็นเช่น 30% แสดงว่ามีเพียง 30% ของปริมาณน้ำที่ระเหยไปในอากาศ ซึ่งโดยหลักการแล้วสามารถระเหยในอากาศได้ที่อุณหภูมินี้ แต่ยังไม่มีการระเหยในอากาศ ระเหยแล้ว (หรือยังไม่สามารถระเหยได้เนื่องจากขาดน้ำของเหลว) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ค่าตัวเลขของความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศบ่งชี้ว่าน้ำยังสามารถระเหยได้หรือไม่ และปริมาณที่สามารถระเหยออกไปได้ กล่าวคือ ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศเป็นตัวกำหนดลักษณะความจุความชื้นที่อาจเกิดขึ้นในอากาศจริงๆ เราเน้นย้ำว่าคำว่า "สัมพัทธ์" เกี่ยวข้องกับมวลของน้ำในอากาศไม่ใช่มวลอากาศ แต่เกี่ยวข้องกับมวลไอน้ำในอากาศสูงสุดที่เป็นไปได้
แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากไม่มีอุณหภูมิในภาชนะที่สม่ำเสมอ? เช่น ด้านล่าง (พื้น) จะมีอุณหภูมิ 70 °C และฝา (เพดาน) จะมีอุณหภูมิเพียง 40 °C ดังนั้น จึงไม่สามารถนำเสนอแนวคิดที่เป็นเอกภาพเกี่ยวกับความหนาแน่นของไออิ่มตัวและความชื้นสัมพัทธ์ได้ ที่ด้านล่างของถัง ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเป็น 0.20 กก./ลบ.ม. และที่เพดานจะลดลงเป็น 0.05 กก./ลบ.ม. ในกรณีนี้น้ำที่อยู่ด้านล่างจะระเหยออกไป และไอน้ำจะควบแน่นบนเพดานแล้วไหลลงมาในรูปของคอนเดนเสท โดยเฉพาะที่ด้านล่างของภาชนะ กระบวนการที่ไม่สมดุลดังกล่าว (แต่อาจจะค่อนข้างคงที่ในเวลา ซึ่งก็คือ การหยุดนิ่ง) เรียกว่าการกลั่นในอุตสาหกรรม กระบวนการนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับการอาบน้ำแบบตุรกีจริง ๆ ซึ่งมีน้ำค้างควบแน่นบนเพดานเย็นตลอดเวลา ดังนั้นในห้องอาบน้ำแบบตุรกีจึงจำเป็นต้องมีเพดานโค้งพร้อมรางน้ำ (ร่อง) สำหรับการระบายน้ำคอนเดนเสท
ความไม่สมดุลยังสามารถเกิดขึ้นได้ในกรณีอื่นๆ (และเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นจริง) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่ออุณหภูมิทั้งหมดเท่ากัน แต่ไม่มีน้ำ ดังนั้นหากในระหว่างกระบวนการระเหยน้ำที่ด้านล่างของภาชนะหายไป (ระเหย) ก็จะไม่มีอะไรระเหยอีกต่อไปและความชื้นสัมพัทธ์จะคงที่ในระดับเดียวกัน เป็นที่ชัดเจนว่าเพื่อให้ได้ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ 100% ในกรณีนี้ด้วย อุณหภูมิสูงขึ้นล้มเหลวซึ่งเป็นปัจจัยที่มีประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการได้รับห้องซาวน่าแห้งหรือไอน้ำเบา ๆ ในอ่างอาบน้ำแบบรัสเซีย แต่ถ้าเราเริ่มลดอุณหภูมิลงก็ถึงระดับหนึ่งแล้ว อุณหภูมิต่ำเรียกว่าจุดน้ำค้าง น้ำจะปรากฏขึ้นอีกครั้งบนผนังของภาชนะในรูปของการควบแน่น ที่จุดน้ำค้าง ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศจะอยู่ที่ 100% เสมอ (ตามคำจำกัดความของจุดน้ำค้าง)
ตามหลักการของการปรากฏตัวของการควบแน่นเมื่ออุณหภูมิอากาศลดลงได้มีการสร้างอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในการกำหนดจุดน้ำค้างในก๊าซ ในห้องกระจกที่ก๊าซทดสอบถูกส่งผ่านด้วยความเร็วต่ำ จะมีการติดตั้งพื้นผิวโลหะขัดเงา ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ (รูปที่ 24) ในขณะที่น้ำค้าง (หมอก) อุณหภูมิพื้นผิวจะถูกวัดอุณหภูมิ อุณหภูมินี้ถือเป็นจุดน้ำค้าง การกำหนดช่วงเวลาของการปรากฏตัวของน้ำค้างอย่างแม่นยำนั้นทำได้ด้วยความช่วยเหลือของกล้องจุลทรรศน์เท่านั้นเนื่องจากน้ำค้างที่หยดในช่วงแรกมีขนาดเล็กมาก พื้นผิวถูกทำให้เย็นลงโดยการแยกความร้อนด้วยน้ำยาหล่อเย็นหรือโดยวิธีอื่นใด อุณหภูมิของพื้นผิวที่มีน้ำค้างตกนั้นวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ใดๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทอร์โมคัปเปิล หลักการทำงานของอุปกรณ์จะชัดเจนหากคุณ "หายใจ" บนกระจกเย็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งกระจกที่นำมาจากความเย็นเข้ามาในห้องอุ่น - เมื่อกระจกร้อนขึ้น หมอกก็ลดลงเรื่อยๆ แล้วหยุดไปพร้อมกัน
ทั้งหมดนี้หมายความว่าที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดน้ำค้าง พื้นผิวจะแห้งอยู่เสมอ และหากน้ำถูกเทลงไปโดยตั้งใจ น้ำก็จะระเหยออกไปอย่างแน่นอน และพื้นผิวก็จะแห้งด้วย และที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดน้ำค้างพื้นผิวจะเปียกอยู่เสมอและหากพื้นผิวแห้ง (เช็ด) เทียมแล้วน้ำที่เกาะอยู่ก็จะปรากฏขึ้น “ด้วยตัวเอง” ทันทีในแง่ที่ว่ามันจะตกตะกอนจากอากาศในรูปแบบ ของน้ำค้าง (การควบแน่น)
ข้าว. 24. หลักการของอุปกรณ์ในการกำหนดจุดน้ำค้างในก๊าซอย่างแม่นยำ 1 – พื้นผิวโลหะขัดเงาสำหรับสังเกตลักษณะของหยดน้ำค้าง, 2 – ตัวเครื่องเป็นโลหะ, 3 – แก้ว, 4 – ทางเข้าและทางออกของการไหลของก๊าซ, 5 – กล้องจุลทรรศน์, 6 – หลอดไฟแบ็คไลท์, 7 – เทอร์โมคัปเปิลเทอร์โมคัปเปิลพร้อมหัวต่อเทอร์โมคัปเปิลที่ติดตั้งใน ใกล้กับพื้นผิวขัดเงา 8 – แก้วที่มีของเหลวเย็น (เช่น ส่วนผสมน้ำ-แอลกอฮอล์กับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นของแข็ง – น้ำแข็งแห้ง) 9 – เครื่องยกแก้ว
สถานการณ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงจะเกิดขึ้นหากพื้นผิวมีรูพรุน (ไม้ เซรามิก ทรายซีเมนต์ เส้นใย ฯลฯ) วัสดุที่มีรูพรุนนั้นมีลักษณะเฉพาะคือมีช่องว่าง และช่องว่างนั้นมีรูปแบบของช่องที่มีขนาดตามขวางขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลาง) ลงไปถึง 1 ไมครอนหรือน้อยกว่านั้นด้วยซ้ำ ของเหลวในช่องดังกล่าว (เส้นเลือดฝอย, รูขุมขน) มีลักษณะแตกต่างจากบนพื้นผิวที่ไม่มีรูพรุนหรือในช่องที่มีขนาดตามขวางขนาดใหญ่ หากพื้นผิวของช่องเปียกด้วยน้ำน้ำจากพื้นผิวจะถูกดูดซับลึกเข้าไปในวัสดุและอย่างที่ทุกคนรู้ดีว่าจะระเหยได้ยากในภายหลัง และหากพื้นผิวของช่องไม่เปียกด้วยน้ำ น้ำก็จะไม่ดูดซึมลึกเข้าไปในวัสดุและแม้ว่าจะ "ฉีด" เข้าไปในวัสดุเป็นพิเศษ (เช่น ด้วยเข็มฉีดยา) ก็จะยังคงเป็นเช่นนั้น บังคับออก (ระเหย) ออก สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากในเส้นเลือดฝอยที่เปียก จะเกิดวงเดือนเว้าของพื้นผิวของเหลว และแรงตึงผิวจะดึงของเหลวเข้าไปในเส้นเลือดฝอย (รูปที่ 25) ยิ่งเส้นเลือดฝอยบางลง ของเหลวจะถูกดูดซับได้แรงยิ่งขึ้น และความสูงของคอลัมน์ของเหลวในเส้นเลือดฝอยที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงตึงผิวสามารถสูงได้หลายสิบเมตร ดังนั้นของเหลวที่ถูกดูดซับจะค่อยๆ กระจายไปทั่วทั้งปริมาตรของวัสดุที่มีรูพรุน ซึ่งต้นไม้ใช้เพื่อส่งสารอาหารจากรากถึงใบของมงกุฎ
ข้าว. 25. ภาพประกอบคุณสมบัติของวัสดุที่มีรูพรุนซึ่งนำเสนอในรูปแบบของชุดช่อง (เส้นเลือดฝอย, รูขุมขน) ที่มีขนาดตามขวางต่างกัน d (เส้นผ่านศูนย์กลาง) 1 – สารตั้งต้นที่ไม่มีรูพรุน 2 – น้ำหกลงบนสารตั้งต้น 3 – เส้นเลือดฝอยของวัสดุที่มีรูพรุน ซึ่งเนื่องจากแรงตึงผิว F ดูดซับน้ำจากสารตั้งต้นไปยังระดับความสูงที่มากขึ้น เส้นเลือดฝอยก็จะบางลง (ขนาดตามขวางแบบมีเงื่อนไข ของ “ช่อง” d0 สำหรับน้ำที่อยู่นอกเส้นเลือดฝอยมีค่าอนันต์ ) ยิ่งเส้นเลือดฝอยบางลง ค่าสมดุลของความดันไอน้ำก็จะยิ่งต่ำลง (ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ที่สมดุล ความหนาแน่นของไออิ่มตัว) ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ไอน้ำก่อตัวขึ้นที่ผิวน้ำบนพื้นผิวที่ควบแน่นบนพื้นผิวของน้ำใน เส้นเลือดฝอย (การเคลื่อนที่ของไอแสดงโดยลูกศรประประ 4 - ปรากฏการณ์การทำให้วัสดุที่มีรูพรุนเปียกชื้นด้วยไอน้ำจากอากาศเรียกว่าการดูดความชื้น
วัสดุที่มีรูพรุนก็มีอีกแบบหนึ่ง คุณสมบัติที่สำคัญเนื่องจากความหนาแน่นของไออิ่มตัวเหนือพื้นผิวเว้าของน้ำนั้นน้อยกว่าเหนือพื้นผิวเรียบของน้ำนั่นคือน้อยกว่าค่าที่ระบุในรูปที่ 23. สิ่งนี้มีสาเหตุมาจากความจริงที่ว่าโมเลกุลของน้ำจากเฟสไอมักจะบินไปในน้ำอัดแน่น (ของเหลว) โดยมีวงเดือนเว้า (เนื่องจากพวกมันถูก "ล้อมรอบ" ด้วยพื้นผิวของน้ำอัดแน่นมากกว่า) และอากาศก็หมดลง ไอน้ำ ทั้งหมดนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าน้ำจากพื้นผิวเรียบระเหยและควบแน่นภายในวัสดุที่มีรูพรุนในเส้นเลือดฝอยที่มีผนังเปียก คุณสมบัติของวัสดุที่มีรูพรุนที่จะชุบด้วยอากาศชื้นนี้เรียกว่าการดูดความชื้น เห็นได้ชัดว่าไม่ช้าก็เร็วน้ำทั้งหมดจากพื้นผิวที่ไม่มีรูพรุนจะ "ควบแน่น" เข้าไปในเส้นเลือดฝอยของวัสดุที่มีรูพรุน ซึ่งหมายความว่าหากวัสดุที่ไม่มีรูพรุนแห้ง ไม่ได้หมายความว่าวัสดุที่มีรูพรุนจะแห้งภายใต้สภาวะเหล่านี้ด้วย
ดังนั้น แม้ที่ความชื้นในอากาศต่ำ (เช่น ที่ความชื้นสัมพัทธ์ 20%) ก็สามารถความชื้นวัสดุที่มีรูพรุนได้ (แม้ที่อุณหภูมิ 100 °C) ไม้จึงมีรูพรุน ดังนั้นเมื่อเก็บในโกดังไม้ก็จะไม่แห้งสนิทไม่ว่าจะแห้งนานแค่ไหนก็ตาม แต่ทำได้เพียง "ทำให้แห้งด้วยลม" เท่านั้น เพื่อให้ได้ไม้ที่แห้งสนิท จะต้องให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงสุดที่เป็นไปได้ (120–150 °C ขึ้นไป) โดยมีความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศต่ำที่สุด (0.1% และต่ำกว่า)
ปริมาณความชื้นในอากาศแห้งของไม้ไม่ได้ถูกกำหนดโดยความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ แต่โดยความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศที่อุณหภูมิที่กำหนด การพึ่งพาอาศัยกันนี้เป็นเรื่องปกติไม่เพียง แต่สำหรับไม้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงอิฐปูนปลาสเตอร์เส้นใย (แร่ใยหินขนสัตว์ ฯลฯ ) ความสามารถของวัสดุที่มีรูพรุนในการดูดซับน้ำจากอากาศเรียกว่าความสามารถในการ "หายใจ" ความสามารถในการ “หายใจ” เทียบเท่ากับการดูดความชื้น ปรากฏการณ์นี้จะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อ 7.8
วัสดุที่มีรูพรุนอินทรีย์ (เส้นใย) บางชนิดสามารถยืดตัวได้ขึ้นอยู่กับปริมาณความชื้นในตัวเอง ตัวอย่างเช่น คุณสามารถแขวนน้ำหนักไว้บนด้ายทำด้วยผ้าขนสัตว์ธรรมดา และในขณะที่ทำให้ด้ายเปียกอยู่ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าด้ายนั้นยาวขึ้น และเมื่อแห้งก็จะสั้นลงอีกครั้ง ทำให้สามารถระบุปริมาณความชื้นของด้ายได้โดยการวัดความยาวของด้าย และเนื่องจากความชื้นของด้ายถูกกำหนดโดยความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ ความยาวของด้ายจึงสามารถใช้เพื่อระบุความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศได้ (แม้ว่าจะมีข้อผิดพลาดบางอย่างโดยประมาณ ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามความชื้นในอากาศที่เพิ่มขึ้น) ไฮโกรมิเตอร์ในครัวเรือน (อุปกรณ์สำหรับกำหนดความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ) รวมถึงเครื่องอาบน้ำทำงานบนหลักการนี้ (รูปที่ 26)
ข้าว. 26. หลักการของไฮโกรมิเตอร์ 1 – ด้ายดูดความชื้น ยืดเมื่อเปียก (จากวัสดุธรรมชาติหรือวัสดุเทียม) ยึดปลายทั้งสองข้างไว้กับตัวเครื่อง 2 – เหล็กลวดที่ปรับความยาวได้สำหรับการสอบเทียบอุปกรณ์ 3 – แกนการหมุนของลูกศรระบุของ อุปกรณ์, 4 – คันโยกลูกศร, 5 – สปริงดึง, 6 – ลูกศร, 7 – สเกล
เมื่อแห้งเส้นใยไม้ก็จะสั้นลงเช่นกัน สิ่งนี้จะอธิบายผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของกิ่งก้านของพืชและการบิดงอของไม้ในระหว่างการอบแห้ง การออกแบบไฮโกรมิเตอร์สำหรับหมู่บ้านแบบโฮมเมดจำนวนมากนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถในการดูดความชื้นของไม้ (รูปที่ 27 และ 28)
ดังนั้น พื้นผิวเว้าของน้ำในเส้นเลือดฝอยที่เปียกจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุที่มีรูพรุน (โดยเฉพาะการดูดความชื้นและการเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติทางกล- บทบาทที่สำคัญไม่แพ้กันคือเล่นโดยพื้นผิวน้ำนูน (บนพื้นผิวเรียบที่ไม่เปียกของพื้นผิวและในเส้นเลือดฝอยที่ไม่เปียก) ซึ่งเหนือสิ่งอื่นใดซึ่งความดันของไอน้ำอิ่มตัวมากกว่าเหนือพื้นผิวน้ำเรียบและเว้า ซึ่งหมายความว่าวัสดุที่ไม่เปียกจะแห้งกว่าวัสดุที่สามารถเปียกได้ น้ำจะระเหยออกจากวัสดุที่ไม่เปียก และไอที่เกิดขึ้นจะควบแน่นบนวัสดุที่สามารถเปียกได้ นี่เป็นพื้นฐานสำหรับการกระทำของการเคลือบไม้กันน้ำ ซึ่งไม่เพียงแต่ป้องกันการแทรกซึมของน้ำของเหลวเข้าไปในรูพรุน แต่ยังรวมถึงการควบแน่นของไอน้ำภายในไม้อีกด้วย การนูนของหยดน้ำในอากาศอธิบายถึงการระเหยของหมอกได้ง่าย รวมถึงความยากลำบาก (เมื่อเทียบกับน้ำค้าง) ในการก่อตัวของหมอกในระหว่างการทำให้ก๊าซชื้นเย็นลงเป็นพิเศษ (โดยเฉพาะในห้องอาบน้ำ ในเมฆ ในเมฆ ฯลฯ)
ข้าว. 27. ไฮโกรมิเตอร์แบบโฮมเมดที่ง่ายที่สุดจากกิ่งไม้แห้งและขัดทราย 1 – หน่อหลัก ตัดทั้งสองด้านและติดกับผนัง (อยู่ในระนาบของแผ่น) 2 – หน่อด้านรองหนา 3–6 มม. และยาว 40–60 ซม. 3 – ทำเครื่องหมายสเกลบนผนังแล้วสร้าง ตามไฮโกรมิเตอร์ที่ได้รับการรับรอง (หรือตามรายงานสภาพอากาศในพื้นที่) ที่ความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ ไม้ของหน่อจะแห้ง เส้นใยไม้ตามยาว 4 จะสั้นลงและดึงหน่อด้านข้างออกจากเส้นใยหลัก
ข้าว. 28. ไฮโกรมิเตอร์แบบโฮมเมดที่ง่ายที่สุดโดยเพิ่มมวลของไม้ชุบน้ำหมาด ๆ ที่ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศสูง 1 – แขนโยก (ตาชั่ง) 2 – ด้ายแขวน 3 – น้ำหนักที่ทำจากวัสดุที่ไม่ดูดความชื้น (เช่น โลหะ) 4 – น้ำหนักที่ทำจากไม้ดูดความชื้น (ไม้กลมบางที่ทำจากไม้เนื้ออ่อนที่เลื่อยตามขวาง เช่น ดอกลินเดน หรือตาข่ายด้วยขี้เลื่อยและขี้กบ) เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศเพิ่มขึ้น ไม้จะมีความชื้นและมีน้ำหนักเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ตัวโยกเอียงไปทางภาระดูดความชื้น
โดยสรุป เราสังเกตคุณลักษณะของแนวคิดในชีวิตประจำวันและคำศัพท์ทางวิชาชีพที่เกี่ยวข้องกับก๊าซเปียก ผู้ชื่นชอบโรงอาบน้ำหลายคนยังคงมั่นใจว่าเครื่องทำความร้อนของห้องอาบน้ำรัสเซีย "แจก" ในช่วง "ระเบิด" ไม่ได้ให้ไอน้ำบางชนิด แต่เป็นก๊าซแขวนลอย (ฝุ่น) ของอนุภาคขนาดเล็ก น้ำร้อนและอนุภาคเล็กๆ ของน้ำร้อนก็คือ "ไอน้ำเบา" นั่นเอง ดังนั้นผู้สนับสนุนทฤษฎีในชีวิตประจำวันที่สวยงามนี้จึงต้องเร่งรีบอย่างเจ็บปวดระหว่างความได้เปรียบที่ชัดเจนของการจัดหา "ตุรกี" สำหรับพื้นผิวขนาดใหญ่ แต่ร้อนปานกลาง (ซึ่งตามทฤษฎีนี้ดูเหมือนว่าจะให้ไอน้ำ "เบาที่สุด") และ " ประโยชน์” ของอุปทานของรัสเซียสำหรับพื้นผิวหินร้อนขนาดค่อนข้างเล็ก ตามทฤษฎีนี้ การพ่นไอน้ำ "สีขาว" จากกาต้มน้ำดูเหมือนจะเป็นการกระทำหลักของ "การระเหย" ของน้ำในกาต้มน้ำ จากนั้นอนุภาคขนาดใหญ่ของไอน้ำ "สีขาว" เหล่านี้จะ "ระเหย" (น่าจะแยกตัวออก) อีกครั้งเพื่อสร้างอนุภาคน้ำขนาดเล็กที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เป็นที่ชัดเจนว่าการพิจารณาทั้งหมดนี้เป็นผลมาจากความไม่รู้ของทฤษฎีโมเลกุลของสารและด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถจินตนาการถึงน้ำที่ควบแน่นในรูปแบบของชุดของโมเลกุลที่ดึงดูดซึ่งกันและกันซึ่งจากการเอาชนะสิ่งกีดขวางน้ำที่มีพลังมากที่สุดของแต่ละบุคคล โมเลกุลสามารถบินไปในอากาศได้ (สามารถทำลาย "พันธะ" ของการดึงดูดซึ่งกันและกัน ) เพียงก่อตัวเป็นไอในรูปของก๊าซ
ในหนังสือเล่มนี้ เราไม่มีโอกาสที่จะอภิปรายแนวคิดมากมายในชีวิตประจำวัน (มักจะฉลาดมาก แต่หนาแน่น) ที่เป็นลักษณะเฉพาะของการอาบน้ำ หนังสือเล่มนี้ให้ความคุ้นเคยกับฟิสิกส์อย่างน้อยในระดับหนึ่ง หลักสูตรของโรงเรียน- เราแยกแยะความแตกต่างอย่างชัดเจนของน้ำของเหลวที่มีขนาดกะทัดรัดที่เทลงในภาชนะจากน้ำของเหลวที่กระจัดกระจาย (กระจัดกระจาย) ในรูปแบบของหยดและกระเด็นขนาดใหญ่ และ/หรือในรูปของหยดขนาดเล็ก - ละอองลอย (ตกลงไปอย่างช้าๆ ในอากาศ) และ/หรือในรูปแบบ ของหยดละอองละเอียดพิเศษ - หมอกและหมอกควัน (แทบไม่ตกในอากาศ) ไอน้ำ (ไอน้ำ) ไม่ใช่น้ำหรือของเหลว (แม้ว่าจะถูกแบ่งละเอียด) แต่เป็นก๊าซ สิ่งเหล่านี้คือโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลในอวกาศ และโมเลกุลของน้ำเหล่านี้อยู่ห่างจากกันมากจนแทบไม่ดึงดูดกัน ( แต่บางครั้งก็มีปฏิกิริยาโต้ตอบอันเป็นผลมาจากการชนและด้วยเหตุนี้จึงสามารถรวมเข้าด้วยกันอย่างต่อเนื่อง - ควบแน่นที่ความเร็วต่ำของการชนของโมเลกุล) โมเลกุลของน้ำ (ในรูปของไอน้ำในอ่าง) มักจะอยู่ในสภาพแวดล้อมของโมเลกุลอากาศโดยก่อตัวเป็นก๊าซพิเศษ - อากาศชื้นนั่นคือส่วนผสมของอากาศกับไอน้ำ (ส่วนผสมของโมเลกุลของน้ำ ไนโตรเจน ออกซิเจน อาร์กอน และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ประกอบเป็นอากาศ) และหากอากาศชื้นนี้ร้อน ก็จะเรียกว่า "ไอน้ำ" ในห้องอาบน้ำ ไอน้ำที่แยกออกจากกันเรียกว่าโมเลกุลของน้ำที่แยกออกจากกัน H 2 O –> OH + H เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 2000 °C มากยิ่งขึ้นอีกด้วย อุณหภูมิสูงที่อุณหภูมิสูงกว่า 5,000 °C ไอน้ำไอออนไนซ์ต่างๆ จะเกิดขึ้น H 2 O –> OH − + H + = OH − +H 3 O + = OH + H + + e อุณหภูมิต่ำไอระเหย แต่ด้วยการฉายรังสีทางอิเล็กทรอนิกส์หรือไอออน เช่น ในแสงเรืองแสงหรือการปล่อยประจุไฟฟ้าโคโรนาในอากาศ
ไอน้ำไม่สามารถมองเห็นได้เช่นเดียวกับก๊าซใดๆ (หรือไอใดๆ เช่น น้ำมันเบนซินที่ระเหย) และหมอกซึ่งไม่ใช่ก๊าซ แต่เป็นหยดน้ำเล็กๆ กระจายแสงและมองเห็นได้ในรูปของ "ควัน" สีขาว ทุกๆ วันเราสามารถสังเกตได้ว่าไอน้ำออกมาจากกาต้มน้ำหรือจากใต้ฝากระทะที่มีความเย็นในอากาศอย่างไร เมื่อออกมาจากกาต้มน้ำ จะมองไม่เห็นในตอนแรก (ในรูปของก๊าซ) จากนั้นค่อยๆ เย็นลงในพวยกาของกาต้มน้ำ เริ่มควบแน่นและกลายเป็นหมอก (“พัฟไอน้ำ”) จากนั้นละอองหมอกจะผสมกับอากาศและถ้ามันแห้งเพียงพอ (นั่นคือสามารถรับความชื้นได้) ก็จะระเหยอีกครั้งและ "หายไป" ในชีวิตโรงอาบน้ำ โดยปกติแล้วเข้าใจถูกต้องว่าไอน้ำคือไอน้ำที่มองไม่เห็นในอากาศ รวมถึงอากาศร้อนชื้นในโรงอาบน้ำที่เรียกว่าไอน้ำ “มีไอน้ำร้อนในโรงอาบน้ำ” หรือ “ไอน้ำเย็นในโรงอาบน้ำ” หมอกในโรงอาบน้ำในรูปของ "ไอน้ำ" ถือเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์ หมอกเกิดขึ้นเมื่ออากาศเย็นแทรกซึมผ่านประตูที่เปิดเข้าไปในโรงอาบน้ำที่เปียกชื้นอย่างกะทันหัน เช่นเดียวกับเมื่อกระทบกับหินที่ได้รับความร้อนไม่เพียงพอที่อุณหภูมิอากาศต่ำในโรงอาบน้ำ (เช่นเดียวกับหมอกที่เกิดขึ้นเมื่อไอน้ำออกจากกาต้มน้ำ) ไม่ว่าในกรณีใด สามารถป้องกันการเกิดหมอกได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิของไอน้ำ และเพิ่มอุณหภูมิและลดความชื้นในอากาศที่ไอน้ำเข้าไป (ดูหัวข้อ 7.5) หากมองเห็นหมอกในโรงอาบน้ำ แสดงว่าไอน้ำในโรงอาบน้ำเป็น "ดิบ" (ดูหัวข้อ 7.6) หากเมื่อเข้าไปในโรงอาบน้ำ ใบหน้ารู้สึกถึงความชื้น (เหงื่อออก) และแว่นตาเกิดฝ้า แสดงว่าไอน้ำ "เปียก" และหากใบหน้าไม่รู้สึกถึงความชื้น ไอน้ำก็จะ "แห้ง" แน่นอนว่าไอน้ำ (ในรูปของก๊าซ) จะต้องไม่แห้ง ชื้น หรือชื้น จะถูกต้องมากกว่าหากพูดว่าอากาศแห้ง ชื้น หรือชื้น ในศัพท์เฉพาะทางวิชาชีพของช่างประปา คำว่าไอน้ำ "เปียก" หรือ "เปียก" ทางเทคนิคมักใช้เมื่อต้องการอธิบายว่ามีน้ำควบแน่น (รวมถึงในรูปของหมอก) ในท่อไอน้ำหลัก (เช่น การจ่ายไอน้ำ โดยตรงไปยังห้องอบไอน้ำของห้องอาบน้ำในเมือง) คำว่า "แห้ง", "ร้อนยวดยิ่ง" หรือ "ไอน้ำสด" จะใช้เมื่อท่อไอน้ำหลักภายในแห้ง และไอน้ำภายในท่อไม่มีหมอก ดังนั้นคำศัพท์จึงแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ดังนั้นบางครั้งจำเป็นต้องมีการชี้แจงเพิ่มเติม ตามกฎแล้วคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ วิชาชีพ และในชีวิตประจำวันไม่ตรงกัน
ในอากาศมีลักษณะเป็นปริมาณจำนวนหนึ่ง น้ำที่ระเหยออกจากพื้นผิวเมื่อได้รับความร้อนจะเข้ามาและมีความเข้มข้นเข้ามา ชั้นล่างโทรโพสเฟียร์ อุณหภูมิที่อากาศถึงความอิ่มตัวด้วยความชื้นตามปริมาณไอน้ำและค่าคงที่ที่กำหนดเรียกว่าจุดน้ำค้าง
ความชื้นมีลักษณะเป็นตัวบ่งชี้ต่อไปนี้:
ความชื้นสัมบูรณ์(ละตินสัมบูรณ์ - สมบูรณ์) แสดงโดยมวลของไอน้ำในอากาศสูง 1 เมตร คำนวณเป็นกรัมของไอน้ำต่ออากาศ 1 ลบ.ม. ยิ่งอุณหภูมิสูง ความชื้นสัมพัทธ์ก็จะยิ่งมากขึ้น เนื่องจากเมื่อถูกความร้อนน้ำจะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอมากขึ้น ในระหว่างวัน ความชื้นสัมพัทธ์จะสูงกว่าตอนกลางคืน ตัวบ่งชี้ความชื้นสัมพัทธ์ขึ้นอยู่กับ: ในละติจูดขั้วโลกจะเท่ากับสูงถึง 1 กรัมต่อไอน้ำ 1 ตารางเมตรที่เส้นศูนย์สูตรสูงถึง 30 กรัมต่อ 1 ตารางเมตรในบาทูมิ (, ชายฝั่ง) ความชื้นสัมพัทธ์คือ 6 กรัมต่อ 1 ม. และใน Verkhoyansk ( , ) - 0.1 กรัมต่อ 1 ม. พืชพรรณปกคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ
ความชื้นสัมพัทธ์ - นี่คืออัตราส่วนของปริมาณความชื้นในอากาศต่อปริมาณที่สามารถกักเก็บได้ที่อุณหภูมิเดียวกัน ความชื้นสัมพัทธ์คำนวณเป็นเปอร์เซ็นต์ เช่น ความชื้นสัมพัทธ์คือ 70% ซึ่งหมายความว่าอากาศมีปริมาณไอน้ำ 70% ที่สามารถกักเก็บได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด หากความแปรผันของความชื้นสัมพัทธ์ในแต่ละวันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ก็จะแปรผกผันกับการเปลี่ยนแปลงนี้ คนรู้สึกดีที่ 40-75% การเบี่ยงเบนจากบรรทัดฐานทำให้เกิดสภาวะเจ็บปวดของร่างกาย
อากาศในธรรมชาติไม่ค่อยอิ่มตัวด้วยไอน้ำ แต่จะมีไอน้ำอยู่บ้างเสมอ ไม่มีที่ไหนในโลกที่มีความชื้นสัมพัทธ์ 0% บันทึกไว้ ที่สถานีอุตุนิยมวิทยาวัดความชื้นโดยใช้ไฮโกรมิเตอร์ นอกจากนี้ยังใช้เครื่องบันทึก - ไฮโกรกราฟ
อากาศอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว เมื่อน้ำระเหยออกจากพื้นผิวมหาสมุทรหรือพื้นดิน อากาศจะไม่สามารถกักเก็บไอน้ำไว้ได้อย่างไม่มีกำหนด ขีดจำกัดนี้ขึ้นอยู่กับ อากาศที่ไม่สามารถกักเก็บความชื้นได้อีกต่อไปเรียกว่าอากาศอิ่มตัว จากอากาศนี้ เมื่อเย็นลงเพียงเล็กน้อย หยดน้ำก็เริ่มถูกปล่อยออกมาในรูปของน้ำค้าง สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะเมื่อน้ำเย็นลงจะเปลี่ยนจากสถานะ (ไอน้ำ) เป็นของเหลว อากาศเหนือพื้นผิวที่แห้งและอุ่นมักจะมีไอน้ำน้อยกว่าที่อุณหภูมิที่กำหนด อากาศดังกล่าวเรียกว่าไม่อิ่มตัว เมื่อเย็นลง น้ำจะไม่ระบายออกเสมอไป ยิ่งอากาศอุ่นเท่าไร ความสามารถในการดูดซับความชื้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิ -20°C อากาศจะมีน้ำไม่เกิน 1 กรัมต่อลูกบาศก์เมตร ที่อุณหภูมิ +10°C - ประมาณ 9 กรัม/ลบ.ม. และที่ +20°C - ประมาณ 17 กรัม/ลบ.ม. ดังนั้น ด้วยดูเหมือนว่าความชื้นในอากาศจะสูง
ปริมาณความชื้นที่มีอยู่ในอากาศหนึ่งลูกบาศก์เมตร เนื่องจากมีค่าน้อย จึงมักวัดเป็น g/m³ แต่เนื่องจากว่าเมื่อไร. อุณหภูมิที่แน่นอนอากาศสามารถมีความชื้นได้สูงสุดเท่านั้น (เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปริมาณความชื้นสูงสุดที่เป็นไปได้นี้จะเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิอากาศลดลง ปริมาณความชื้นสูงสุดที่เป็นไปได้จะลดลง) จึงนำแนวคิดเรื่องความชื้นสัมพัทธ์มาใช้
ความชื้นสัมพัทธ์
คำจำกัดความที่เทียบเท่ากันคืออัตราส่วนของเศษส่วนโมลของไอน้ำในอากาศต่อค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด วัดเป็นเปอร์เซ็นต์และกำหนดโดยสูตร:
โดยที่: - ความชื้นสัมพัทธ์ของส่วนผสม (อากาศ) ที่ต้องการ - ความดันไอน้ำบางส่วนในส่วนผสม - ความดันไออิ่มตัวสมดุล
ความดันไออิ่มตัวของน้ำจะเพิ่มขึ้นอย่างมากตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่ออากาศเย็นลงด้วยไอโซบาริก (นั่นคือที่ความดันคงที่) โดยมีความเข้มข้นของไอคงที่ ช่วงเวลาหนึ่งจะมาถึง (จุดน้ำค้าง) เมื่อไออิ่มตัว ในกรณีนี้ ไอน้ำ "ส่วนเกิน" จะควบแน่นในรูปของหมอกหรือผลึกน้ำแข็ง กระบวนการอิ่มตัวและการควบแน่นของไอน้ำมีบทบาทอย่างมากในฟิสิกส์ของชั้นบรรยากาศ: กระบวนการของการก่อตัวของเมฆและการก่อตัวของแนวหน้าชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยกระบวนการของการอิ่มตัวและการควบแน่นของไอน้ำ กลไกพลังงานสำหรับการเกิดขึ้นและการพัฒนาของพายุหมุนเขตร้อน (เฮอริเคน)
การประมาณความชื้นสัมพัทธ์
ความชื้นสัมพัทธ์ของส่วนผสมระหว่างน้ำและอากาศสามารถประมาณได้หากทราบอุณหภูมิ ( ต) และอุณหภูมิจุดน้ำค้าง ( ทีดี- เมื่อไร ตและ ทีดีแสดงเป็นองศาเซลเซียส แล้วพจน์ต่อไปนี้เป็นจริง
โดยที่ประมาณความดันบางส่วนของไอน้ำในส่วนผสม:
และประมาณความดันไอเปียกของน้ำในส่วนผสมที่อุณหภูมิ:
ไอน้ำอิ่มตัวยวดยิ่ง
ในกรณีที่ไม่มีศูนย์ควบแน่น เมื่ออุณหภูมิลดลง อาจเกิดสภาวะอิ่มตัวยวดยิ่ง นั่นคือความชื้นสัมพัทธ์มากกว่า 100% ไอออนหรืออนุภาคละอองลอยสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการควบแน่นได้ โดยขึ้นอยู่กับการควบแน่นของไออิ่มตัวยวดยิ่งบนไอออนที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในไอดังกล่าว ซึ่งหลักการทำงานของห้องวิลสันและห้องแพร่กระจายนั้นขึ้นอยู่กับ: หยดน้ำ การควบแน่นบนไอออนที่ก่อตัวจะทำให้เกิดร่องรอย (รอยทาง) ของอนุภาคที่มีประจุที่มองเห็นได้
อีกตัวอย่างหนึ่งของการควบแน่นของไอน้ำอิ่มตัวยวดยิ่งคือส่วนโค้งของเครื่องบิน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อไอน้ำอิ่มตัวยวดยิ่งควบแน่นบนอนุภาคเขม่าจากไอเสียของเครื่องยนต์
วิธีการและวิธีการควบคุม
ในการกำหนดความชื้นในอากาศจะใช้เครื่องมือที่เรียกว่าไซโครมิเตอร์และไฮโกรมิเตอร์ ไซโครมิเตอร์ของเดือนสิงหาคมประกอบด้วยเทอร์โมมิเตอร์สองตัว - แห้งและเปียก เทอร์โมมิเตอร์แบบเปียกแสดงอุณหภูมิต่ำกว่าเทอร์โมมิเตอร์แบบแห้ง เนื่องจากมีห่อหุ้มถังด้วยผ้าชุบน้ำ ซึ่งจะทำให้เย็นลงขณะระเหย ความเข้มข้นของการระเหยขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ จากการอ่านค่าเทอร์โมมิเตอร์แบบแห้งและเปียก ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศจะพบได้โดยใช้ตารางไซโครเมทริก เมื่อเร็ว ๆ นี้ เซ็นเซอร์ความชื้นในตัว (โดยปกติจะมีแรงดันไฟฟ้าขาออก) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยอาศัยคุณสมบัติของโพลีเมอร์บางชนิดในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้า (เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลาง) ภายใต้อิทธิพลของไอน้ำที่บรรจุอยู่ในอากาศ
เพื่อเพิ่มความชื้นสัมพัทธ์ในพื้นที่พักอาศัย จึงมีการใช้เครื่องทำความชื้นแบบไฟฟ้า ถาดที่เต็มไปด้วยดินเหนียวเปียก และการฉีดพ่นเป็นประจำ
หมายเหตุ
มูลนิธิวิกิมีเดีย
2010.
ดูว่า "ความชื้นสัมพัทธ์" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร: อัตราส่วนของเศษส่วนโมลของความชื้นในก๊าซต่อเศษส่วนโมลของไอน้ำอิ่มตัวเหนือน้ำ [น้ำแข็ง] ในก๊าซนั้นที่ความดันและอุณหภูมิเท่ากัน หน่วยวัด % [RMG 75 2004] หัวข้อการวัดปริมาณความชื้นของสาร การสรุปคำศัพท์ทั่วไปสำหรับปริมาณ ... ...
คู่มือนักแปลด้านเทคนิค- อัตราส่วนเปอร์เซ็นต์ของความยืดหยุ่นของไอน้ำที่มีอยู่ในหน่วยปริมาตรของอากาศต่อความยืดหยุ่นของไออิ่มตัวที่อุณหภูมิเดียวกัน... พจนานุกรมภูมิศาสตร์
ความชื้นสัมพัทธ์- 16. ความชื้นสัมพัทธ์ D. Feuchtigkeit สัมพัทธ์ E. ความชื้นสัมพัทธ์ F. ความชื้นสัมพัทธ์ อัตราส่วนของความดันบางส่วนของไอน้ำต่อความดันของไออิ่มตัวที่ความดันและอุณหภูมิเดียวกัน แหล่งที่มา ... หนังสืออ้างอิงพจนานุกรมเกี่ยวกับเอกสารเชิงบรรทัดฐานและทางเทคนิค
อัตราส่วนความยืดหยุ่นของไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศต่อความยืดหยุ่นของไออิ่มตัวที่อุณหภูมิเดียวกัน แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ * * * ความชื้นสัมพัทธ์ ความชื้นสัมพัทธ์ อัตราส่วนความยืดหยุ่นของไอน้ำ (ดู ELASTICITY ... ... พจนานุกรมสารานุกรม
คู่มือนักแปลด้านเทคนิค- drėgnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Drėgmės ir ję sugėrusios medžiagos masių arba tūrių dalmuo, dažniausiai išreikštas procentais. ทัศนคติ: engl. ความชื้นสัมพัทธ์ ญาติ Feuchte, f; ญาติ… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos สิ้นสุด žodynas
คู่มือนักแปลด้านเทคนิค- santykinis drėgnis statusas T sritis chemija apibrėžtis Drėgmės ir drėgnos medžiagos, kurioje ji yra, masių arba tūrių santykis (%) ทัศนคติ: engl. ความชื้นสัมพัทธ์ รัส ความชื้นสัมพัทธ์... Chemijos ยุติ aiškinamasis žodynas
คู่มือนักแปลด้านเทคนิค- drėgnis statusas T sritis fizika atitikmenys: อังกฤษ ความชื้นสัมพัทธ์ ญาติ Feuchte, f; ญาติ Feuchtigkeit, f rus. ความชื้นสัมพัทธ์ f pran humidité ญาติ f … Fizikos ปลายทาง žodynas
ในการหาปริมาณความชื้นในอากาศ จะใช้ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์และความชื้นสัมพัทธ์
ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์วัดจากความหนาแน่นของไอน้ำในอากาศหรือความดัน
แนวคิดที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับระดับความชื้นในอากาศนั้นกำหนดโดยความชื้นสัมพัทธ์ B. ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศวัดด้วยตัวเลขที่แสดงเปอร์เซ็นต์ความชื้นสัมพัทธ์คือความหนาแน่นของไอน้ำที่จำเป็นในการทำให้อากาศอิ่มตัวที่อุณหภูมิที่มีอยู่:
ความชื้นสัมพัทธ์สามารถกำหนดได้ด้วยความดันไอ เนื่องจากในทางปฏิบัติแล้วความดันไอจะเป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของมัน ดังนั้น จึงสามารถกำหนด B ได้ด้วยวิธีนี้: ความชื้นสัมพัทธ์วัดจากตัวเลขที่แสดงเปอร์เซ็นต์ของความชื้นสัมพัทธ์ของความดันไอน้ำอิ่มตัว อากาศที่อุณหภูมิที่มีอยู่:
ดังนั้นความชื้นสัมพัทธ์จึงถูกกำหนดไม่เพียงแต่โดยความชื้นสัมพัทธ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุณหภูมิของอากาศด้วย เมื่อคำนวณความชื้นสัมพัทธ์ค่าหรือต้องนำมาจากตาราง (ดูตารางที่ 9.1)
มาดูกันว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศส่งผลต่อความชื้นอย่างไร ให้ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์เท่ากับ เนื่องจากความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวที่ 22 °C เท่ากัน (ตารางที่ 9.1) ดังนั้นความชื้นสัมพัทธ์ B จะอยู่ที่ประมาณ 50%
สมมติว่าอุณหภูมิของอากาศลดลงเหลือ 10°C แต่ความหนาแน่นยังคงเท่าเดิม จากนั้นความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศจะเท่ากับ 100% เช่น อากาศจะอิ่มตัวด้วยไอน้ำ หากอุณหภูมิลดลงถึง 6 °C (เช่น ตอนกลางคืน) ไอน้ำจำนวน 1 กิโลกรัมจะควบแน่นจากอากาศแต่ละลูกบาศก์เมตร (น้ำค้างจะตก)
ตารางที่ 9.1 ความดันและความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิต่างกัน
อุณหภูมิที่อากาศอิ่มตัวด้วยไอน้ำในระหว่างกระบวนการทำความเย็นเรียกว่าจุดน้ำค้าง ในตัวอย่างข้างต้น จุดน้ำค้างคือ โปรดทราบว่าด้วยจุดน้ำค้างที่ทราบ ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์สามารถพบได้จากตาราง 9.1 เนื่องจากมีค่าเท่ากับความหนาแน่นของไออิ่มตัวที่จุดน้ำค้าง
คำนิยาม
ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์คือปริมาณไอน้ำต่อหน่วยปริมาตรอากาศ:
หน่วย SI ของการวัดความชื้นสัมพัทธ์คือ
ความชื้นในอากาศเป็นตัวแปรที่สำคัญมาก สิ่งแวดล้อม- เป็นที่ทราบกันว่า ส่วนใหญ่พื้นผิวโลกถูกครอบครองโดยน้ำ (มหาสมุทรโลก) จากพื้นผิวที่มีการระเหยอย่างต่อเนื่อง ในด้านต่างๆ เขตภูมิอากาศความเข้มข้นของกระบวนการนี้แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเฉลี่ยรายวัน ลม และปัจจัยอื่นๆ ดังนั้น ในบางสถานที่ กระบวนการระเหยของน้ำจึงมีความเข้มข้นมากกว่าการควบแน่น และในบางสถานที่ กระบวนการกลับกันก็เช่นกัน
ร่างกายมนุษย์ตอบสนองอย่างแข็งขันต่อการเปลี่ยนแปลงของความชื้นในอากาศ ตัวอย่างเช่น กระบวนการทำให้เหงื่อออกมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิและความชื้นของสิ่งแวดล้อม ที่ความชื้นสูง กระบวนการระเหยความชื้นออกจากพื้นผิวจะได้รับการชดเชยในทางปฏิบัติด้วยกระบวนการควบแน่น และการกำจัดความร้อนออกจากร่างกายจะหยุดชะงัก ซึ่งนำไปสู่การรบกวนในการควบคุมอุณหภูมิ ที่ความชื้นต่ำ กระบวนการระเหยของความชื้นจะมีผลเหนือกว่ากระบวนการควบแน่น และร่างกายจะสูญเสียของเหลวมากเกินไป ซึ่งอาจนำไปสู่ภาวะขาดน้ำได้
นอกจากนี้ แนวคิดเรื่องความชื้นยังเป็นเกณฑ์การประเมินที่สำคัญที่สุด สภาพอากาศซึ่งใครๆ ก็รู้จากการพยากรณ์อากาศ
ความชื้นในอากาศสัมบูรณ์ช่วยให้ทราบถึงปริมาณน้ำจำเพาะในอากาศโดยมวล แต่ค่านี้ไม่สะดวกจากมุมมองของความไวต่อความชื้นของสิ่งมีชีวิต บุคคลไม่รู้สึกถึงปริมาณน้ำในอากาศ แต่ปริมาณน้ำค่อนข้างมาก ความหมายที่เป็นไปได้- เพื่ออธิบายปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่อการเปลี่ยนแปลงปริมาณไอน้ำในอากาศ แนวคิดเรื่องความชื้นสัมพัทธ์จึงถูกนำมาใช้
ความชื้นสัมพัทธ์
คำนิยาม
ความชื้นสัมพัทธ์เป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงให้เห็นว่าไอน้ำในอากาศจากความอิ่มตัวไปไกลแค่ไหน:
ความหนาแน่นของไอน้ำในอากาศอยู่ที่ไหน (ความชื้นสัมพัทธ์) ความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิที่กำหนด
จุดน้ำค้าง
คำนิยาม
จุดน้ำค้างคืออุณหภูมิที่ไอน้ำอิ่มตัว
การทราบอุณหภูมิจุดน้ำค้างสามารถช่วยให้คุณทราบถึงความชื้นสัมพัทธ์ได้ หากอุณหภูมิจุดน้ำค้างใกล้เคียงกับอุณหภูมิแวดล้อม แสดงว่าความชื้นสูง ( เมื่ออุณหภูมิตรงกันจะเกิดหมอก)ในทางตรงกันข้ามหากค่าของจุดน้ำค้างและอุณหภูมิอากาศ ณ เวลาที่วัดแตกต่างกันมากเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับปริมาณไอน้ำในบรรยากาศที่ต่ำได้
เมื่อมีบางสิ่งถูกนำเข้ามาในห้องอุ่นจากความเย็น อากาศด้านบนจะเย็นลง อิ่มตัวไปด้วยไอน้ำ และหยดน้ำจะควบแน่นบนสิ่งของนั้น ต่อจากนั้นรายการจะอุ่นขึ้นจนถึงอุณหภูมิห้อง และการควบแน่นทั้งหมดจะระเหยไป
อีกตัวอย่างหนึ่งที่คุ้นเคยไม่น้อยคือการเกิดฝ้ากระจกในบ้าน หลายๆ คนมักประสบปัญหาไอน้ำเกาะที่หน้าต่างในฤดูหนาว ปรากฏการณ์นี้ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยสองประการ ได้แก่ ความชื้นและอุณหภูมิ หากติดตั้งหน้าต่างกระจกสองชั้นตามปกติและดำเนินการฉนวนอย่างถูกต้องและมีการควบแน่นแสดงว่ามีความชื้นสูงในห้อง การระบายอากาศหรือไอเสียอาจไม่ดี
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ตัวอย่างที่ 1
ออกกำลังกาย | ภาพถ่ายแสดงเทอร์โมมิเตอร์สองตัวที่ใช้ในการกำหนดความชื้นสัมพัทธ์โดยใช้ตารางไซโครเมทริก เทอร์โมมิเตอร์แบบเปียกจะแสดงอะไร หากที่อุณหภูมิอากาศคงที่ ความชื้นสัมพัทธ์เพิ่มขึ้น 7%
|
สารละลาย | มาบันทึกการอ่านเทอร์โมมิเตอร์แบบแห้งและเปียกที่แสดงในรูปถ่าย: พิจารณาความแตกต่างในการอ่านเทอร์โมมิเตอร์: ใช้ตารางไซโครเมทริกเพื่อกำหนดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ:
หากความชื้นในอากาศเพิ่มขึ้น 7% ก็จะเท่ากับ 55% เมื่อใช้ตารางไซโครเมทริก เราจะพิจารณาการอ่านเทอร์โมมิเตอร์แบบแห้งและความแตกต่างระหว่างการอ่านเทอร์โมมิเตอร์แบบแห้งและเปียก:
ดังนั้นเทอร์โมมิเตอร์กระเปาะเปียกจะแสดง: |
คำตอบ | การอ่านค่ากระเปาะเปียก |
ตัวอย่างที่ 2
ออกกำลังกาย | ความชื้นสัมพัทธ์ในตอนเย็นที่อุณหภูมิ 50% น้ำค้างจะตกลงไหมถ้าอุณหภูมิลดลงเหลือ ? |
สารละลาย | ความชื้นสัมพัทธ์: |