Номер 5, страница 122 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

5. Как и какими приборами определяют влажность воздуха?

Влажность воздуха — это мера содержания водяных паров в атмосфере. Для её характеристики используют понятия абсолютной и относительной влажности. Относительная влажность, которую чаще всего имеют в виду в быту и метеосводках, показывает, насколько воздух далёк от насыщения водяным паром. Её определяют по формуле:

$ \phi = \frac{p}{p_{\text{н}}} \cdot 100\% $ или $ \phi = \frac{\rho}{\rho_{\text{н}}} \cdot 100\% $

где $p$ и $\rho$ — парциальное давление и плотность водяного пара в воздухе при данной температуре, а $p_{\text{н}}$ и $\rho_{\text{н}}$ — давление и плотность насыщенного водяного пара при той же температуре.

Для определения влажности воздуха используют специальные приборы, основанные на различных физических принципах.

Психрометр

Психрометр (или психрометрический гигрометр) — один из самых распространённых и точных приборов для измерения относительной влажности. Его работа основана на явлении охлаждения испаряющейся жидкости.

Как устроен и как работает: Прибор состоит из двух одинаковых термометров, закреплённых на одной панели. Резервуар одного из них, называемого «влажным», обёрнут тканью (например, батистом), конец которой опущен в сосуд с дистиллированной водой. Второй термометр, «сухой», показывает фактическую температуру воздуха. Вода с ткани влажного термометра испаряется, отнимая тепло у резервуара, из-за чего его показания становятся ниже, чем у сухого. Скорость испарения (и степень охлаждения) напрямую зависит от влажности окружающего воздуха: чем суше воздух, тем интенсивнее испарение и тем больше разница в показаниях термометров.

Как определяют влажность: Сняв показания сухого ($t_{сух}$) и влажного ($t_{вл}$) термометров, находят их разность ($\Delta t = t_{сух} - t_{вл}$). Затем по специальной психометрической таблице на пересечении строки, соответствующей показаниям сухого термометра, и столбца, соответствующего разности температур, находят значение относительной влажности в процентах. Наиболее точным является аспирационный психрометр (психрометр Ассмана), в котором термометры обдуваются потоком воздуха с постоянной скоростью с помощью встроенного вентилятора.

Гигрометр

Гигрометр — это общее название приборов, которые измеряют влажность воздуха напрямую. Существует несколько их типов.

Волосяной гигрометр: Его действие основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха: с увеличением влажности волос удлиняется, а с уменьшением — укорачивается. Один конец волоса закреплён неподвижно, а другой через систему рычагов соединён со стрелкой, которая перемещается по шкале, проградуированной в процентах относительной влажности. Эти приборы просты, но имеют невысокую точность и инерционность.

Плёночный гигрометр: Работает по тому же принципу, что и волосяной, но в качестве чувствительного элемента используется специальная органическая плёнка, которая также изменяет свои размеры в зависимости от влажности.

Электронные (цифровые) гигрометры: Это современные приборы, использующие изменение электрических свойств определённых материалов под воздействием влаги. Наиболее распространены ёмкостные и резистивные гигрометры.

• Ёмкостные: Измеряют изменение ёмкости конденсатора, диэлектриком в котором служит гигроскопичный полимер. При поглощении паров воды из воздуха диэлектрическая проницаемость полимера меняется, что приводит к изменению ёмкости конденсатора.
• Резистивные: Измеряют изменение электрического сопротивления материала (например, полимерной плёнки с частицами углерода или солей) при абсорбции влаги.

Электронные гигрометры отличаются высокой точностью, быстрым откликом и компактностью. Они широко применяются в бытовой технике (увлажнителях, кондиционерах), на метеостанциях и в промышленности.

Конденсационный гигрометр: Это высокоточный прибор, определяющий так называемую «точку росы» — температуру, до которой нужно охладить воздух, чтобы содержащийся в нём пар стал насыщенным (и начал конденсироваться). В приборе охлаждается небольшое зеркальце до тех пор, пока на нём не появятся капельки росы или кристаллики инея. Этот момент фиксируется оптической системой, а температура зеркала в этот момент и есть точка росы. Зная точку росы и температуру воздуха, можно с высокой точностью рассчитать относительную влажность.

Ответ: Влажность воздуха определяют с помощью специальных приборов — психрометров и гигрометров. Психрометр измеряет влажность косвенно, по разнице температур сухого и влажного термометров, используя психометрические таблицы. Гигрометры (волосяные, плёночные, электронные, конденсационные) измеряют влажность напрямую, основываясь на различных физических принципах: изменении длины волоса или плёнки, изменении электрических свойств материалов (сопротивления, ёмкости) или определении температуры точки росы.