Номер 2, страница 246 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 73. Влажность воздуха. Глава 11. Взаимные превращения жидкостей и газов - номер 2, страница 246.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Разность показаний сухого и влажного термометров в психрометре ($t_{сух} - t_{вл}$) зависит не только от относительной влажности воздуха, но и в значительной степени от конструкции прибора. Рассмотрим физические процессы, лежащие в основе работы психрометра, чтобы понять причину этой зависимости.

Принцип действия психрометра основан на том, что влажный термометр охлаждается за счет испарения воды с его поверхности (с фитиля). Скорость испарения, а следовательно, и степень охлаждения, зависит от влажности окружающего воздуха: чем суше воздух, тем интенсивнее испарение и тем ниже показания влажного термометра. Таким образом, разность температур $ \Delta t = t_{сух} - t_{вл} $ является мерой влажности.

Однако процесс охлаждения влажного термометра — это результат установления теплового равновесия. С одной стороны, термометр отдает теплоту на испарение воды ($Q_{отд}$), а с другой — получает теплоту от окружающего воздуха за счет теплообмена ($Q_{подв}$). Равновесие наступает, когда эти два потока тепла уравновешиваются: $Q_{отд} = Q_{подв}$.

Величина подводимого тепла $Q_{подв}$ напрямую зависит от скорости воздушного потока, обдувающего термометр. Чем выше скорость воздуха, тем интенсивнее теплообмен. Одновременно скорость воздуха влияет и на скорость испарения (массообмен). Соотношение между этими процессами определяет конечную температуру влажного термометра.

Это приводит к тому, что для разных конструкций психрометров, имеющих разную скорость обдува термометров, зависимость между разностью температур и относительной влажностью будет разной. Существуют два основных типа психрометров:

1. Станционный психрометр (психрометр Августа). В этом приборе термометры находятся в неподвижном воздухе и обдуваются за счет естественной конвекции. Скорость такого обдува мала и непостоянна, что делает показания прибора менее точными и зависимыми от случайных движений воздуха в помещении.
2. Аспирационный психрометр (психрометр Ассмана). В этой конструкции имеется вентилятор (аспиратор), который протягивает воздух мимо термометров с постоянной и известной скоростью (обычно около 2-4 м/с). Это обеспечивает стабильные и воспроизводимые условия тепло- и массообмена, что делает прибор значительно более точным.

Для расчета влажности используется психометрическая формула, которая в общем виде связывает парциальное давление водяного пара $e$ с показаниями термометров:

$ e = E_{вл} - A \cdot P \cdot (t_{сух} - t_{вл}) $

где $E_{вл}$ — давление насыщенного пара при температуре влажного термометра, $P$ — атмосферное давление, а $A$ — так называемая психометрическая постоянная.

Ключевым моментом является то, что психометрическая постоянная $A$ зависит от конструкции прибора, в первую очередь от скорости аспирации (обдува). Например, для аспирационного психрометра она имеет одно значение, а для станционного — другое. Поэтому для определения относительной влажности по показаниям психрометра необходимо использовать психометрические таблицы или формулы, составленные специально для данного типа прибора.

Таким образом, разность показаний термометров психрометра сама по себе не позволяет однозначно определить относительную влажность без учета конструктивных особенностей прибора.

Ответ: Разность показаний термометров психрометра определяется не только относительной влажностью, но и зависит от конструкции прибора. Ключевым конструктивным фактором является скорость воздушного потока, обдувающего термометры, так как она влияет на коэффициенты тепло- и массообмена, от которых зависит равновесная температура влажного термометра.