WILGOTNOŚĆ POWIETRZA PARA WODNA W POWIETRZU
Skład powietrza suchego jest przy powierzchni Ziemi, praktycznie rzecz biorąc, stały i wszędzie jednakowy. W sposób istotny zmienia się w nim jedynie zawartość dwutlenku węgla (do 0,2 %).
Zawartość pary wodnej w wilgotnym powietrzu przy powierzchni Ziemi wynosi średnio (w stosunku do objętości powietrza suchego) od 0,2 % (w szerokościach polarnych do 2,5 % na równiku. W skrajnych przypadkach może wahać się od 0 do 4 %. Im więcej w powietrzu pary wodnej tym mniejsza jego część przypada na gazy stałe (w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury).
Z zawartością pary wodnej w powietrzu i jej przechodzeniem ze stanu gazowego w ciekły i stały związane są najważniejsze procesy pogodowe i charakterystyczne cechy klimatu, a także warunki termiczne atmosfery i powierzchni Ziemi.
Przyjmuje się, że powietrze suche i para wodna zachowują się z dużym przybliżeniem jak gazy doskonałe.
Podstawowe pojęcia i jednostki
W meteorologii wilgotność powietrza jest określana za pomocą kilku parametrów:
1. aktualne ciśnienie pary wodnej - e - ciśnienie jakie wywiera para wodna zawarta aktualnie w powietrzu, wyrażone w hPa, mb, mm Hg,
2. maksymalna prężność pary wodnej - E - ciśnienie pary wodnej w stanie nasycenia w danej temperaturze, wyrażone w hPa, mb, mm Hg,
3. niedosyt wilgotności - Δ - różnica między maksymalnym i aktualnym ciśnieniem pary wodnej Δ = E - e, w danej temperaturze, wyrażone w hPa, mb, mm Hg,
4. wilgotność względna - f - stosunek aktualnego ciśnienia pary wodnej do ciśnienia maksymalnego w danej temperaturze, wyrażony w procentach,
100
E
f e ,
5. wilgotność bezwzględna - a - ilość gramów pary wodnej w 1 m3 powietrza wilgotnego, wyrażona w g/cm3 lub kg/m3,
6. wilgotność właściwa - q - masa pary wodnej zawartej w jednostce masy powietrza wilgotnego, wyrażona w g/kg,
7. punkt rosy - td - temperatura jaką musi osiągnąć powietrze aby zawarta w nim para wodna nasycała je, wyrażona w °C.
METODY I PRZYRZĄDY POMIAROWE
Najczęściej stosowane metody pomiaru wilgotności powietrza to:
metoda psychrometryczna,
metoda pomiaru punktu rosy,
metody absorpcyjne,
metody elektryczne.
Metoda psychrometryczna
Psychrometrem nazywamy zespół składający się z dwóch termometrów, z których jeden ma zbiorniczek z rtęcią suchy, a drugi zwilżony wodą destylowaną, w której zanurzony jest batyst owijający ten zbiorniczek. Warstewka wody z batystu stale paruje i to tym intensywniej im otaczające powietrze jest dalsze od stanu nasycenia parą wodną. Temperatura termometru zwilżonego szybko obniża się, a następnie ustala, bowiem do parowania pobierane jest z otoczenia ciepło, a więc temperatura otoczenia zmienia się z t na t' przy stałym ciśnieniu p.
Parametry charakteryzujące zawartość pary wodnej w powietrzu obliczamy z ustalonych zależności, będących modyfikacją wzoru Regnaulta:
t t p
E
e '7,946104 ' (w)
t t p
E
e '7,060104 ' (l)
100
E f e
e E
e td e
ln 08 , 19
8091 , 1 ln 3 , 273
(w)
e td e
ln 68 , 23
9081 , 1 ln 5 , 265
(l)
1,8091
3 , 237
27 , exp 17
t
E t (w)
1,8091
5 , 265
87 , exp 21
t
E t (l)
Temperaturę i wilgotność powietrza poza klatką meteorologiczną można wyznaczać psychrometrem aspiracyjnym Assmanna.
Metoda pomiaru punktu rosy
Z definicji temperatury punktu rosy wynika, że ciśnienie e pary wodnej zawartej w powietrzu jest równe ciśnieniu pary wodnej nasyconej w temperaturze τ punktu rosy, e = Eτ .
W wilgotnościomierzu punktu rosy obniżamy temperaturę otoczenia zbiorniczka termometru poprzez sztuczne zwiększanie parowania roztworu wodnego chlorku litu na elektrodzie otaczającej zbiorniczek tego termometru. Odczytujemy ustaloną temperaturę.
Metody absorpcyjne
Pory włosa absorbują wilgoć z otoczenia. Ciśnienie pary nasyconej zależy od krzywizny powierzchni nad którą występuje, a zmiana ciśnienia jest przyczyną wytworzenia sił deformujących, powodujących zmianę długości włosa.
Tego rodzaju czujnik jest stosowany w higrometrze i higrografie.
Metody elektryczne
Wykorzystują zależność przewodności elektrycznej warstwy elektrolitu umieszczonej między elektrodami, od wilgotności. Przyrządy działające na tej zasadzie nazwano higrometrami elektrolitycznymi. Taśma polistyrenowa jest powleczona elektrolityczną warstwą chlorku litu. Wzdłuż krawędzi taśmy są umieszczone elektrody. Wilgotność powietrza wpływa na opór takiego czujnika.
\
