Страница 77 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Что показывает абсолютная влажность воздуха?

1. Абсолютная влажность воздуха — это физическая величина, которая показывает, какая масса водяного пара содержится в единице объёма воздуха. По сути, это плотность водяного пара в воздухе.

Абсолютную влажность ($\rho_a$) можно рассчитать по формуле:
$\rho_a = \frac{m_в}{V}$
где $m_в$ — это масса водяного пара, а $V$ — объём воздуха, в котором он находится.

В Международной системе единиц (СИ) абсолютная влажность измеряется в килограммах на кубический метр ($кг/м^3$). Однако в метеорологии и в быту чаще используется более удобная единица — грамм на кубический метр ($г/м^3$).

Например, если абсолютная влажность воздуха составляет 15 $г/м^3$, это означает, что в каждом кубическом метре воздуха содержится 15 граммов воды в виде пара. Эта величина зависит от температуры: чем теплее воздух, тем больше водяного пара он способен в себе содержать.

Ответ: Абсолютная влажность воздуха показывает массу водяного пара, содержащуюся в одном кубическом метре воздуха.

2. Что называют относительной влажностью воздуха?

1. Что показывает абсолютная влажность воздуха?

Абсолютная влажность воздуха — это физическая величина, которая показывает, какая масса водяного пара содержится в единице объёма воздуха. По сути, это плотность водяного пара в воздухе. Она обозначается греческой буквой $\rho_a$ (ро).

Абсолютную влажность определяют по формуле:
$\rho_a = \frac{m_в}{V}$
где $m_в$ — масса водяного пара в воздухе, а $V$ — объём, который этот воздух занимает.

В Международной системе единиц (СИ) абсолютная влажность измеряется в килограммах на кубический метр ($\text{кг/м}^3$), но на практике чаще используют граммы на кубический метр ($\text{г/м}^3$). Значение абсолютной влажности зависит от температуры: чем теплее воздух, тем большее количество водяного пара он может в себе содержать.

Ответ: Абсолютная влажность воздуха показывает массу водяного пара, содержащуюся в 1 кубическом метре воздуха, то есть плотность водяного пара.

2. Что называют относительной влажностью воздуха?

Относительной влажностью воздуха называют величину, которая показывает, насколько воздух далёк от состояния насыщения водяным паром при данной температуре. Это отношение фактического содержания водяного пара в воздухе к максимально возможному при той же температуре. Относительную влажность обычно обозначают греческой буквой $\phi$ (фи) и выражают в процентах.

Формула для расчёта относительной влажности:
$\phi = \frac{\rho_a}{\rho_0} \times 100\%$
где $\rho_a$ — абсолютная влажность воздуха (фактическая плотность водяного пара), а $\rho_0$ — плотность насыщенного водяного пара при той же температуре.

Также относительную влажность можно выразить через парциальное давление водяного пара:
$\phi = \frac{p}{p_0} \times 100\%$
где $p$ — парциальное давление водяного пара в воздухе, а $p_0$ — давление насыщенного пара при данной температуре.

Если относительная влажность составляет 100%, это означает, что воздух полностью насыщен водяным паром и не может больше его удерживать. Именно эту величину мы чаще всего слышим в прогнозах погоды, так как она напрямую влияет на самочувствие человека и вероятность выпадения осадков.

Ответ: Относительной влажностью называют отношение количества водяного пара, фактически содержащегося в воздухе, к максимальному количеству пара, которое может содержаться в воздухе при данной температуре, выраженное в процентах.

3. Что называют точкой росы?

Точкой росы называют температуру, до которой необходимо охладить воздух при постоянном давлении, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться, превращаясь в капли воды (росу, туман) или кристаллы льда.

Когда температура воздуха опускается до точки росы, его относительная влажность достигает 100%. Если охлаждение продолжается, избыток водяного пара начинает переходить в жидкое или твердое состояние.

Точка росы является важной метеорологической характеристикой, так как она напрямую указывает на абсолютное содержание влаги в атмосфере. Чем выше точка росы, тем больше влаги содержится в воздухе. Например, если точка росы составляет 15°C, это означает, что при охлаждении воздуха до 15°C начнётся образование росы или тумана.

Ответ: Точка росы — это температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным и начинает конденсироваться в воду.

3. Что называют точкой росы?

Точка росы — это температура, до которой необходимо охладить воздух при постоянном давлении, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в воду (росу).

Это одна из основных характеристик влажности воздуха. Чем выше значение точки росы, тем выше содержание влаги в воздухе. Когда фактическая температура воздуха совпадает с температурой точки росы, относительная влажность воздуха составляет 100%. Если температура воздуха опустится ниже точки росы, начнётся процесс конденсации — образование тумана, облаков или выпадение росы на поверхностях.

Физический смысл точки росы связан с парциальным давлением водяного пара. Относительная влажность воздуха $\phi$ определяется формулой: $ \phi = \frac{p}{p_{н}} \cdot 100\% $ где $p$ — парциальное давление водяного пара в воздухе при текущей температуре $t$, а $p_{н}$ — давление насыщенного пара при той же температуре $t$.

Точка росы $t_{р}$ — это такая температура, при которой текущее парциальное давление пара $p$ стало бы давлением насыщенного пара. Таким образом, зная точку росы, можно определить абсолютное количество влаги в воздухе.

В быту мы наблюдаем это явление, когда на холодной бутылке, взятой из холодильника, образуются капельки воды, или когда утром на траве появляется роса. Поверхность предмета охлаждает прилегающий к ней слой воздуха до температуры точки росы, что и вызывает конденсацию влаги.

Ответ: Точкой росы называют температуру, при которой водяной пар в воздухе становится насыщенным и начинает переходить в жидкое состояние (конденсироваться) при сохранении постоянного давления и влагосодержания.

4. С помощью каких приборов измеряют влажность воздуха?

Решение

Влажность воздуха, то есть содержание в нём водяного пара, измеряют с помощью специальных приборов, которые называются гигрометрами. Существует несколько разновидностей гигрометров, различающихся по принципу действия.

Психрометр

Это один из наиболее распространенных и точных приборов для измерения относительной влажности воздуха. Психрометр состоит из двух термометров: «сухого» и «влажного». Резервуар «влажного» термометра обернут тканью, смоченной водой. Вода, испаряясь с поверхности 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. Относительную влажность определяют по разности температур сухого и влажного термометров с помощью специальной психометрической таблицы или диаграммы. Самый распространенный тип — психрометр Августа.

Волосной гигрометр

Принцип действия этого прибора основан на свойстве обезжиренного человеческого или конского волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха. При увеличении влажности волос удлиняется, а при уменьшении — укорачивается. Это изменение длины передается через систему рычагов на стрелку, которая движется по шкале, проградуированной в процентах относительной влажности. Такие гигрометры просты по устройству, но менее точны, чем психрометры, и требуют периодической калибровки.

Пленочный гигрометр

Работает по тому же принципу, что и волосной, но в качестве чувствительного элемента используется специальная органическая пленка. Пленка растягивается при повышении влажности и сжимается при её понижении, приводя в движение стрелку прибора.

Электронные (цифровые) гигрометры

Современные приборы, которые измеряют влажность, регистрируя изменения электрических параметров чувствительного элемента под воздействием влаги. Существуют емкостные и резистивные типы. Емкостные гигрометры используют конденсатор, диэлектриком в котором служит гигроскопичный полимер. При поглощении водяных паров диэлектрическая проницаемость полимера изменяется, что ведет к изменению емкости конденсатора. Резистивные гигрометры измеряют изменение электрического сопротивления материала (например, соли или проводящего полимера) при абсорбции влаги. Эти приборы обеспечивают высокую точность, быстродействие и часто совмещаются с термометрами (термогигрометры), часами и другими функциями в бытовых и промышленных устройствах.

Конденсационный гигрометр (гигрометр точки росы)

Определяет абсолютную влажность воздуха путем измерения температуры точки росы. Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться. Прибор состоит из охлаждаемого зеркальца, источника света и фотодетектора. Зеркальце охлаждают до тех пор, пока на нем не появится конденсат (роса), что фиксируется фотодетектором по изменению отраженного света. Температура зеркальца в этот момент и есть точка росы. Зная точку росы и температуру воздуха, можно точно рассчитать относительную влажность. Это один из самых точных методов измерения.

Ответ: Влажность воздуха измеряют с помощью приборов, называемых гигрометрами. Основные типы гигрометров: психрометр, волосной гигрометр, пленочный гигрометр, электронные (цифровые) гигрометры и конденсационные гигрометры.

5. Как определить точку росы с помощью конденсационного гигрометра?

4. С помощью каких приборов измеряют влажность воздуха?

Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов, которые называются гигрометрами и психрометрами. Существует несколько разновидностей этих приборов, работающих на разных принципах.

• Психрометр. Это один из самых распространенных приборов. Он состоит из двух термометров: сухого и влажного. Резервуар влажного термометра обернут тканью, смоченной водой. За счет испарения воды влажный термометр охлаждается. Чем ниже относительная влажность воздуха, тем интенсивнее испарение и, следовательно, тем больше разность показаний сухого и влажного термометров. По этой разности температур с помощью специальных психрометрических таблиц или диаграмм определяют относительную влажность воздуха.
• Гигрометры. Это общее название приборов для измерения влажности.
  • Волосной гигрометр. Его действие основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха: с увеличением влажности длина волоса увеличивается, а с уменьшением — сокращается. Это изменение длины передается на стрелку, которая движется по шкале, проградуированной в процентах относительной влажности.
  • Конденсационный гигрометр. Этот прибор определяет точку росы — температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным и начинает конденсироваться. Зная точку росы и температуру воздуха, можно определить его влажность.
  • Электронные гигрометры. Современные приборы, действие которых основано на изменении электрических параметров (например, емкости или сопротивления) специальных датчиков под воздействием влаги. Они обеспечивают высокую точность и удобство измерений.

Ответ: Влажность воздуха измеряют с помощью психрометров и гигрометров (волосных, конденсационных, электронных и др.).

5. Как определить точку росы с помощью конденсационного гигрометра?

Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух при постоянном давлении, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.

Конденсационный гигрометр позволяет определить эту температуру прямым методом. Процесс определения точки росы с его помощью выглядит следующим образом:

1. Прибор имеет полированную металлическую поверхность (зеркальце), которая находится в контакте с исследуемым воздухом.
2. Эту поверхность начинают постепенно охлаждать. Охлаждение может осуществляться, например, за счет испарения легкокипящей жидкости (эфира) или с помощью термоэлектрического элемента (элемента Пельтье).
3. Одновременно с охлаждением ведется непрерывное наблюдение за состоянием зеркальца и измерение его температуры с помощью точного термометра.
4. В тот момент, когда на охлажденной поверхности появляются первые мельчайшие капельки сконденсировавшейся влаги (росы) или кристаллики льда, что делает поверхность тусклой, фиксируют температуру зеркальца.
5. Эта зафиксированная температура и является точкой росы для данного состояния воздуха.

Современные автоматические конденсационные гигрометры используют оптическую систему для точного определения момента появления конденсата и автоматически поддерживают температуру зеркальца на уровне точки росы, что обеспечивает непрерывные и высокоточные измерения.

Ответ: С помощью конденсационного гигрометра точку росы определяют путем охлаждения полированной поверхности до тех пор, пока на ней не появится конденсат (роса). Температура поверхности в момент появления росы и есть искомая точка росы.

6. Как, используя психрометр, можно узнать относительную влажность воздуха?

Решение

Для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометра, который состоит из двух термометров (сухого и влажного), необходимо выполнить следующую последовательность действий.

Принцип работы прибора основан на зависимости скорости испарения воды от влажности окружающего воздуха. Сухой термометр показывает фактическую температуру воздуха ($t_{сух}$). Резервуар влажного термометра обернут тканью, смоченной водой. Вода, испаряясь с ткани, охлаждает термометр. Чем суше воздух, тем интенсивнее испарение и тем больше разница между показаниями сухого и влажного термометров. Если воздух насыщен водяным паром (влажность 100%), испарения не происходит, и оба термометра показывают одинаковую температуру.

Процедура измерения относительной влажности:

1. Записать показание сухого термометра ($t_{сух}$).

2. Записать показание влажного термометра ($t_{вл}$).

3. Вычислить разность температур: $\Delta t = t_{сух} - t_{вл}$.

4. Воспользоваться психрометрической таблицей. В этой таблице найти строку, соответствующую показанию сухого термометра, и столбец, соответствующий вычисленной разности температур $\Delta t$.

5. Значение, находящееся на пересечении найденной строки и столбца, и будет искомой относительной влажностью воздуха, выраженной в процентах.

Ответ: Чтобы узнать относительную влажность воздуха с помощью психрометра, нужно измерить температуру сухим ($t_{сух}$) и влажным ($t_{вл}$) термометрами, найти их разность ($\Delta t = t_{сух} - t_{вл}$), а затем по психрометрической таблице на пересечении строки со значением $t_{сух}$ и столбца со значением $\Delta t$ найти значение относительной влажности.