Номер №5, страница 454 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Лабораторные работы. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер №5, страница 454.

Условие.

Лабораторная работа № 5

Измерение относительной влажности воздуха

Цели работы: 1) определить относительную влажность воздуха разными методами; 2) сравнить точность различных методов измерений.

Средства измерения и материалы: психрометр, волосной гигрометр, кондуктор шарообразный от демонстрационного электрометра, штатив, лапка, муфта, термометр лабораторный, лёд колотый или снег, таблица зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры, психрометрическая таблица, мягкая ткань, сосуд с водой комнатной температуры.

Порядок выполнения

Задание 1. Измерьте относительную влажность воздуха с помощью психрометра (см. рис. 238).

1. Ознакомьтесь с устройством и принципом действия психрометра.

2. Определите показания его термометров и вычислите разность температур.

3. По психрометрической таблице определите относительную влажность воздуха.

Задание 2. Измерьте относительную влажность воздуха волосяным гигрометром (см. рис. 239).

1. Ознакомьтесь с устройством и принципом действия волосного гигрометра. Сравните его показание с результатами предыдущего опыта. Результаты наблюдений запишите.

2. Подышите на волос гигрометра и понаблюдайте за поведением стрелки.

Задание 3. Измерьте относительную влажность воздуха по точке росы.

1. Протрите мягкой тканью полированную поверхность сосуда и укрепите его в лапке штатива.

2. Измерьте температуру воздуха в классе.

3. Налейте в сосуд (наполовину) воды и опустите в неё термометр.

4. Добавляя в сосуд кусочки льда или снег и помешивая воду, следите за понижением температуры; в момент появления росы запишите показание термометра.

5. Осторожно добавляя в сосуд тёплую воду, запишите температуру, при которой роса полностью исчезнет.

6. Найдите среднее значение отмеченных температур и примите его за точку росы.

7. По таблице зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры определите давление насыщенного пара для температуры воздуха в классе и для точки росы. Определите относительную влажность воздуха.

8. Сравните точность различных методов измерения относительной влажности воздуха. Сделайте выводы.

Решение.

Задание 1. Измерить относительную влажность воздуха с помощью психрометра (см. рис. 238).

В ходе выполнения первого задания была измерена относительная влажность воздуха с помощью психрометра. Прибор состоит из двух термометров: сухого, который измеряет температуру воздуха, и влажного, резервуар которого обернут тканью, смоченной водой. За счет испарения воды влажный термометр охлаждается. По разности их показаний определяют влажность воздуха.

Дано:

Показания сухого термометра: $t_{сух} = 22^\circ\text{C}$

Показания влажного термометра: $t_{вл} = 18^\circ\text{C}$

Найти:

Относительная влажность воздуха $\varphi$.

Решение:

1. Вычисляем разность показаний сухого и влажного термометров:

$\Delta t = t_{сух} - t_{вл} = 22^\circ\text{C} - 18^\circ\text{C} = 4^\circ\text{C}$

2. Используя психрометрическую таблицу, находим относительную влажность воздуха. В строке, соответствующей показаниям сухого термометра ($22^\circ\text{C}$), и в столбце, соответствующем разности температур ($\Delta t = 4^\circ\text{C}$), находим искомое значение.

Для данных показаний значение относительной влажности составляет 65%.

Ответ: Относительная влажность воздуха, измеренная с помощью психрометра, равна 65%.

Задание 2. Измерить относительную влажность воздуха волосяным гигрометром (см. рис. 239).

1. Принцип действия волосяного гигрометра основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха. Это изменение длины через систему рычагов передается на стрелку, которая указывает значение относительной влажности на шкале.

Прибор показал относительную влажность 68%. Это значение близко к результату, полученному с помощью психрометра (65%), расхождение составляет 3%, что находится в пределах погрешности измерений для данного типа прибора.

2. Если подышать на волос гигрометра, стрелка прибора резко отклоняется в сторону больших значений, приближаясь к 100%. Это происходит потому, что выдыхаемый человеком воздух имеет температуру около $36-37^\circ\text{C}$ и практически полностью насыщен водяным паром. После прекращения дыхания на волос влага с него испаряется, и стрелка возвращается к своему первоначальному положению.

Ответ: Показание волосяного гигрометра составило 68%. При дыхании на чувствительный элемент прибора (волос) его показания резко увеличиваются, стремясь к 100%.

Задание 3. Измерить относительную влажность воздуха по точке росы.

Этот метод заключается в охлаждении поверхности до тех пор, пока на ней не начнется конденсация водяного пара из воздуха. Температура, при которой это происходит, называется точкой росы. Зная точку росы и температуру воздуха, можно вычислить относительную влажность.

Дано:

Температура воздуха в помещении: $t_{возд} = 22^\circ\text{C}$

Температура появления росы на поверхности сосуда: $t_1 = 15^\circ\text{C}$

Температура полного исчезновения росы: $t_2 = 16^\circ\text{C}$

Давление насыщенного водяного пара при $t_{возд} = 22^\circ\text{C}$ (из справочной таблицы): $p_н(t_{возд}) = 2,64$ кПа.

Давление насыщенного водяного пара при $t_1 = 15^\circ\text{C}$ (из справочной таблицы): $p_н(15^\circ\text{C}) = 1,71$ кПа.

Давление насыщенного водяного пара при $t_2 = 16^\circ\text{C}$ (из справочной таблицы): $p_н(16^\circ\text{C}) = 1,81$ кПа.

Найти:

Относительная влажность воздуха $\varphi$.

Решение:

1. Найдем температуру точки росы $t_p$ как среднее арифметическое значение температур появления и исчезновения росы:

$t_p = \frac{t_1 + t_2}{2} = \frac{15^\circ\text{C} + 16^\circ\text{C}}{2} = 15,5^\circ\text{C}$

2. Парциальное давление водяного пара $p$ в воздухе равно давлению насыщенного пара при температуре точки росы $p_н(t_p)$. Найдем это давление, используя линейную интерполяцию по табличным данным для $15^\circ\text{C}$ и $16^\circ\text{C}$:

$p = p_н(15,5^\circ\text{C}) \approx \frac{p_н(15^\circ\text{C}) + p_н(16^\circ\text{C})}{2} = \frac{1,71 \text{ кПа} + 1,81 \text{ кПа}}{2} = 1,76$ кПа

3. Относительная влажность воздуха $\varphi$ вычисляется по формуле:

$\varphi = \frac{p}{p_н(t_{возд})} \cdot 100\%$

4. Подставим полученные значения в формулу:

$\varphi = \frac{1,76 \text{ кПа}}{2,64 \text{ кПа}} \cdot 100\% \approx 66,7\%$

5. Сравнение точности различных методов и выводы.

Полученные значения относительной влажности:

• Психрометр: 65%
• Волосяной гигрометр: 68%
• Метод точки росы (конденсационный): 66,7%

Все три метода дали сопоставимые результаты. Наиболее точным из них считается метод точки росы, так как он основан на прямом измерении температуры, при которой пар становится насыщенным. Психрометрический метод также является достаточно точным, но его показания могут зависеть от скорости воздушного потока около влажного термометра. Волосяной гигрометр является наименее точным, так как его показания зависят от состояния волоса и требуют периодической калибровки, однако он наиболее прост в эксплуатации и позволяет проводить непрерывные наблюдения.

Ответ: Относительная влажность воздуха, определенная по точке росы, составляет 66,7%. Сравнение результатов показывает, что наиболее точными и надежными методами измерения являются конденсационный (по точке росы) и психрометрический.