Номер 4, страница 265 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 10. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Параграф 47. Влажность воздуха. Вопросы - номер 4, страница 265.

Условие.

4. Как устроен конденсационный гигрометр?

Решение.

4. Конденсационный гигрометр — это прибор для измерения влажности воздуха, принцип действия которого основан на определении точки росы. Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться.

Устройство гигрометра включает в себя:
1. Охлаждаемая поверхность: Чаще всего это небольшое, хорошо отполированное металлическое зеркальце, на котором происходит конденсация влаги.
2. Система охлаждения: В современных приборах используется термоэлектрический элемент Пельтье, который позволяет точно и быстро регулировать температуру зеркальца.
3. Температурный датчик: Высокоточный термометр (например, термопара или платиновый термометр сопротивления), встроенный непосредственно в зеркальце для точного измерения его температуры.
4. Оптическая система обнаружения конденсата: Состоит из источника света (например, светодиода) и фотодетектора. Источник света направляет луч на зеркальце, а фотодетектор измеряет интенсивность отраженного от зеркальца света.

Принцип работы:
1. Прибор начинает постепенно охлаждать зеркальце. Воздух, который соприкасается с его поверхностью, также охлаждается.
2. Изначально поверхность зеркальца чистая и сухая, она хорошо отражает свет, и фотодетектор регистрирует высокую интенсивность отраженного луча.
3. Когда температура зеркальца достигает точки росы, на его поверхности образуется тонкий слой конденсата (росы или инея, если температура ниже 0°C).
4. Появившийся конденсат рассеивает свет, в результате чего интенсивность света, попадающего на фотодетектор, резко падает.
5. Электронная система управления прибора фиксирует этот момент и считывает показания с температурного датчика. Эта измеренная температура и является точкой росы ($t_p$).
6. Зная температуру точки росы ($t_p$) и температуру окружающего воздуха ($\text{t}$), прибор автоматически вычисляет относительную влажность ($ \varphi $) по формуле:
$ \varphi = \frac{p_{\text{н}}(t_p)}{p_{\text{н}}(t)} \cdot 100\% $
где $p_{\text{н}}(t_p)$ — давление насыщенного водяного пара при температуре точки росы, а $p_{\text{н}}(t)$ — давление насыщенного водяного пара при фактической температуре воздуха. Значения давлений берутся из встроенных в память прибора таблиц. Конденсационные гигрометры являются одними из самых точных приборов для измерения влажности.

Ответ: Конденсационный гигрометр состоит из охлаждаемого зеркальца, системы охлаждения, точного термометра и оптической системы (источник света и фотодетектор). Его работа основана на охлаждении зеркальца до температуры, при которой на нём образуется конденсат (роса). Эта температура, называемая точкой росы, измеряется, и на её основе, а также на основе температуры окружающего воздуха, вычисляется относительная влажность воздуха.