Номер 7, страница 108, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Изменения агрегатного состояния вещества. Параграф 26. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 7, страница 108.

Условие.

• Измерение влажности воздуха.

Решение.

Влажность воздуха — это мера содержания водяных паров в атмосфере. Для её количественной характеристики используют несколько понятий, основными из которых являются абсолютная и относительная влажность. Измерение влажности имеет большое значение в метеорологии, промышленности, сельском хозяйстве и для поддержания комфортных условий в жилых помещениях.

Абсолютная влажность ($ρ_a$) — это масса водяного пара, содержащаяся в единице объёма воздуха (например, в 1 м³). Она выражается в граммах на кубический метр (г/м³).

Относительная влажность ($φ$) — это отношение парциального давления $\text{p}$ водяного пара, фактически содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара $p_н$ при данной температуре, выраженное в процентах. Эта величина показывает, насколько воздух близок к состоянию насыщения.

$φ = \frac{p}{p_н} \cdot 100\%$

Для измерения влажности воздуха применяют приборы, называемые гигрометрами и психрометрами. Существует несколько основных методов измерения.

Психрометрический метод (Психрометр)

Это один из наиболее распространенных и точных методов. Психрометр состоит из двух термометров: сухого и влажного. Резервуар сухого термометра измеряет температуру окружающего воздуха. Резервуар влажного термометра обернут тканью, которая постоянно смачивается водой. За счет испарения воды с ткани влажный термометр охлаждается. Скорость испарения, а значит, и разница температур между сухим и влажным термометрами, зависит от относительной влажности воздуха: чем суше воздух, тем интенсивнее испарение и тем больше разница температур. Зная температуру по сухому термометру и разность температур, относительную влажность находят по специальным психрометрическим таблицам или графикам. Существуют станционные психрометры (Августа) и аспирационные (Ассмана), в которых для повышения точности обеспечивается принудительный обдув термометров воздухом.

Ответ: Психрометр измеряет влажность на основе разницы показаний сухого и влажного термометров, возникающей из-за охлаждения при испарении воды. Относительная влажность определяется по этой разнице и температуре воздуха с помощью психрометрической таблицы.

Волосяной гигрометр

Принцип действия этого прибора основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса или синтетического волокна изменять свою длину при изменении относительной влажности. При увеличении влажности волос удлиняется, а при уменьшении — укорачивается. Это изменение длины через систему передаточных рычагов передается на стрелку, которая движется по шкале, проградуированной в процентах относительной влажности. Волосяные гигрометры менее точны, чем психрометры, но они просты в использовании и могут работать при отрицательных температурах.

Ответ: Волосяной гигрометр использует свойство волоса менять свою длину в зависимости от влажности воздуха; это изменение механически передается на стрелку, указывающую значение относительной влажности на шкале.

Конденсационный гигрометр

Этот метод является одним из самых точных и часто используется в качестве эталонного. Прибор определяет температуру точки росы — температуру, до которой нужно охладить воздух при постоянном давлении, чтобы содержащийся в нем водяной пар стал насыщенным. При дальнейшем охлаждении начинается конденсация пара (появляется роса или иней). В гигрометре имеется охлаждаемое зеркальце, момент появления на котором конденсата фиксируется оптической системой. Температура зеркальца в этот момент и есть точка росы ($t_р$). Парциальное давление водяного пара в воздухе равно давлению насыщенного пара при температуре точки росы. Зная точку росы и температуру воздуха ($\text{t}$), относительную влажность вычисляют по формуле:

$φ = \frac{p_н(t_р)}{p_н(t)} \cdot 100\%$

где $p_н(t_р)$ и $p_н(t)$ — давления насыщенного пара при температуре точки росы и температуре воздуха соответственно (находятся по таблицам).

Ответ: Конденсационный гигрометр определяет влажность путем точного измерения температуры точки росы (момента начала конденсации влаги на охлаждаемой поверхности), на основе которой затем рассчитывается относительная влажность.

Электронные гигрометры

Современные цифровые гигрометры работают на основе изменения электрических свойств чувствительных элементов под воздействием влаги. Основные типы:

• Емкостные: Измеряют изменение электрической ёмкости сенсора, диэлектриком в котором служит материал (часто полимер), способный поглощать влагу из воздуха. Поглощенная вода изменяет диэлектрическую проницаемость материала, что приводит к изменению ёмкости конденсатора.

• Резистивные: Измеряют изменение электрического сопротивления сенсора, выполненного из материала (например, соли лития или специальной керамики), сопротивление которого зависит от количества поглощенной влаги.

Электронные гигрометры обладают высокой точностью, быстрым откликом и компактностью, что делает их популярными в бытовых метеостанциях, системах климат-контроля и научном оборудовании.

Ответ: Электронные гигрометры определяют влажность путем регистрации изменений электрических характеристик (ёмкости или сопротивления) специальных сенсоров, которые поглощают влагу из окружающего воздуха.