Номер 6, страница 240 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.9. Примеры решения задач. Вопросы - номер 6, страница 240.

Условие.

6. Сделайте презентацию «Приборы, измеряющие влажность воздуха».

Решение.

Решение

Влажность воздуха — это содержание водяных паров в воздухе. Это важная характеристика атмосферы, климата и микроклимата в помещениях. Для измерения влажности воздуха используются специальные приборы, которые в общем называются гигрометрами. Рассмотрим основные типы таких приборов.

Психрометр

Психрометр (или психрометрический гигрометр) — один из самых распространенных и точных приборов для определения влажности воздуха. Он состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных на одной панели. Резервуар одного из термометров («влажного») обернут тканью, конец которой опущен в сосуд с дистиллированной водой. Другой термометр («сухой») измеряет температуру воздуха.

Принцип действия основан на том, что испарение воды с поверхности влажной ткани охлаждает термометр. Скорость испарения, а следовательно, и степень охлаждения, зависит от влажности окружающего воздуха: чем суше воздух, тем интенсивнее испарение и тем ниже показания влажного термометра. Разность показаний сухого ($T_{сух}$) и влажного ($T_{вл}$) термометров называется психрометрической разностью. Зная эту разность и температуру сухого термометра, относительную влажность воздуха определяют по специальным психрометрическим таблицам или графикам. Существуют различные конструкции психрометров, например, станционный психрометр Августа и аспирационный психрометр Ассмана (в котором термометры обдуваются потоком воздуха с постоянной скоростью для более точных измерений).

Ответ: Волосной гигрометр

Это механический гигрометр, действие которого основано на свойстве обезжиренного человеческого или конского волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха. При увеличении относительной влажности волос удлиняется, а при уменьшении — укорачивается. Это изменение длины очень мало, поэтому используется система рычагов, которая его увеличивает и передает на стрелку, перемещающуюся по шкале, проградуированной в процентах относительной влажности.

Волосные гигрометры просты по конструкции и не требуют источника питания, но они менее точны по сравнению с психрометрами и требуют периодической калибровки. Их показания также зависят от температуры. Они используются в основном для бытовых нужд и в тех случаях, где не требуется высокая точность измерений.

Ответ: Пленочный гигрометр

Пленочный гигрометр по принципу действия похож на волосной, но в качестве чувствительного элемента в нем используется специальная органическая пленка. Пленка, поглощая или отдавая водяные пары, изменяет свои размеры (провисает или натягивается). Это изменение через передаточный механизм также передается на стрелку, указывающую относительную влажность на шкале. Пленочные гигрометры, как и волосные, являются механическими приборами и обладают схожими преимуществами (простота, энергонезависимость) и недостатками (невысокая точность, инерционность).

Ответ: Электронные (цифровые) гигрометры

Современные приборы для измерения влажности чаще всего являются электронными. Они основаны на изменении электрических свойств различных материалов под действием влаги. Существует несколько основных типов:

Ёмкостные гигрометры: Их датчик представляет собой конденсатор, диэлектриком в котором служит специальный полимерный материал, способный поглощать влагу из воздуха. При поглощении влаги диэлектрическая проницаемость материала изменяется, что приводит к изменению ёмкости конденсатора. Электронная схема измеряет эту ёмкость и преобразует ее в значение относительной влажности.

Резистивные гигрометры: В этих приборах чувствительный элемент изменяет своё электрическое сопротивление в зависимости от влажности. Обычно это пористая керамическая основа, на которую нанесен слой гигроскопичной соли или проводящего полимера. При изменении влажности изменяется концентрация ионов, что влияет на проводимость материала.

Электронные гигрометры компактны, обладают высоким быстродействием и точностью, часто совмещаются с термометрами (термогигрометры) и могут иметь дополнительные функции, такие как запись данных или подключение к компьютеру. Они широко применяются в быту, промышленности, метеорологии и научных исследованиях.

Ответ: Конденсационный гигрометр

Это один из самых точных приборов для измерения влажности. Его принцип действия основан на определении «точки росы» — температуры, до которой нужно охладить воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг насыщения и начал конденсироваться. Прибор содержит небольшое охлаждаемое зеркальце. Источник света направляет луч на зеркальце, а фотодетектор фиксирует интенсивность отраженного света. Зеркальце охлаждается (например, с помощью элемента Пельтье) до тех пор, пока на его поверхности не образуется конденсат. В этот момент интенсивность отраженного света резко падает. Электронная система регистрирует температуру зеркальца в этот момент — это и есть точка росы ($T_р$). Зная температуру воздуха ($\text{T}$) и температуру точки росы ($T_р$), относительную влажность ($\phi$) можно вычислить по формуле: $\phi = \frac{p_н(T_р)}{p_н(T)} \cdot 100\%$, где $p_н(T)$ — давление насыщенного пара при температуре $\text{T}$.

Конденсационные гигрометры очень точны, но сложны и дороги, поэтому их используют в основном в лабораториях и в качестве эталонных приборов для калибровки других гигрометров.

Ответ: