Что такое пар и каковы его основные свойства.
Можно ли считать воздух газом?
Применимы ли законы идеального газа для воздуха?
Вода занимает около 70,8% поверхности земного шара. Живые организмы содержат от 50 до 99,7% воды. Образно говоря, живые организмы - это одушевлённая вода. В атмосфере находится около 13-15 тыс. км3 воды в виде капель, кристаллов снега и водяного пара. Атмосферный водяной пар влияет на погоду и климат Земли.
Водяной пар в атмосфере.
Водяной пар в воздухе, несмотря на огромные поверхности океанов, морей, озёр и рек, далеко не всегда является насыщенным. Перемещение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация. Но в воздухе практически всегда имеется некоторое количество водяного пара.
Плотность водяного пара в воздухе называется абсолютной влажностью .
Абсолютная влажность выражается, следовательно, в килограммах на метр кубический (кг/м 3).
Парциальное давление водяного пара
Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, производимое воздухом на находящиеся в нём тела.
Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара .
Парциальное давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления - паскалях или миллиметрах ртутного столба.
Так как воздух представляет собой смесь газов, то атмосферное давление определяется суммой парциальных давлений всех компонент сухого воздуха (кислорода, азота, углекислого газа и т. д.) и водяного пара.
Относительная влажность.
По парциальному давлению водяного пара и абсолютной влажности ещё нельзя судить о том, насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению. А именно от этого зависит интенсивность испарения воды и потеря влаги живыми организмами. Вот почему вводят величину, показывающую, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению, - относительную влажность .
Относительной влажностью воздуха называют отношение парциального давления р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению р н. п насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:
Относительная влажность воздуха обычно меньше 100 %.
При понижении температуры парциальное давление паров воды в воздухе может стать равным давлению насыщенного пара. Пар начинает конденсироваться, и выпадает роса.
Температура, при которой водяной пар становится насыщенным, называется точкой росы .
По точке росы можно определить относительную влажность воздуха.
Психрометр.
Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов. Мы расскажем об одном из них - психрометре .
Психрометр состоит из двух термометров (рис. 11.4). Резервуар одного из них остаётся сухим, и он показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружён полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идёт испарение и температура, показываемая термометром, окружённым влажной тканью, ближе к температуре, показываемой сухим термометром.
При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур этих термометров с помощью специальных таблиц можно определить влажность воздуха.
Значение влажности.
От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. В космических кораблях поддерживается наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60%).
Как вы думаете, при каких условиях выпадает роса? Почему перед дождливым днём вечером на траве нет росы?
Очень важно знать влажность в метеорологии - в связи с предсказанием погоды. Хотя относительное количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1 %), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты. И наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.
В ткацком, кондитерском и других производствах для нормального течения процесса необходима определённая влажность.
Очень важно соблюдение режима влажности на производстве при изготовлении электронных схем и приборов, в нанотехнологии.
Хранение произведений искусства и книг требует поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. При большой влажности холсты на стенах могут провиснуть, что приведёт к повреждению красочного слоя. Поэтому в музеях на стенах вы можете видеть психрометры.
Абсолютная и относительная влажность воздуха
Абсолютная и относительная влажность воздуха. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество влаги в виде паров. Влажность воздуха в помещениях с естественной вентиляцией обуславливается выделением влаги людьми и растениями в процессе дыхания, испарением бытовой влаги при приготовлении пищи, стирке и сушке белья, а также технологической влагой (в производственных помещениях) и влажностью ограждающих конструкций (в первый год эксплуатации зданий).
Количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью f, г/м3. Однако для расчетов диффузии пара через ограждающие конструкции количество водяного пара должно оцениваться в единицах давления, что позволяет вычислить движущую силу переноса влаги. С этой целью в строительной теплофизике используется парциальное давление водяного пара е, называемое упругостью водяного пара и выражаемое в Паскалях.
Парциальное давление увеличивается по мере повышения абсолютной влажности воздуха. Однако оно, как и абсолютная влажность, не может возрастать беспредельно. При определенной температуре и барометрическом давлении воздуха имеет место предельное значение абсолютной влажности воздуха F, г/м3, соответствующее полному насыщению воздуха водяным паром, сверх которого оно не может повышаться. Этой абсолютной влажности воздуха соответствует максимальная упругость водяного пара
Е, Па, называемая также давлением насыщенного водяного пара. С повышением температуры воздуха Е и F увеличиваются. Следовательно, как е, так и f не дают представления о степени насыщенности воздуха влагой, если не указана температура.
Чтобы выразить степень насыщения воздуха влагой, вводят понятие относительной влажности воздуха j, %, которая представляет собой отношение парциального давления водяного пара е в рассматриваемой воздушной среде к максимальной упругости водяного пара Е, соответствующее температуре среды j=(e/E)100%.
Относительная влажность воздуха имеет большое значение при оценке его как в гигиеническом, так и в техническом отношении, j определяет интенсивность испарения влаги с увлажненных поверхностей и в частности с поверхности человеческого тела. Нормальной для человека считается относительная влажность воздуха 30–60%. j определяет процесс сорбции, т. е. процесс поглощения влаги капиллярно-пористыми материалами, находящимися в воздушной среде. Наконец, от j зависит процесс конденсации влаги в воздушной среде (образование туманов) и на поверхности ограждающих конструкций.
Если повышать температуру воздуха с заданным влагосодержанием, то относительная влажность будет понижаться, поскольку парциальное давление водяного пара е остается постоянным, а максимальная упругость Е увеличивается с повышением температуры.
При понижении температуры воздуха с заданным влагосодержанием относительная влажность повышается, поскольку при постоянном парциальном давлении водяного пара е максимальная упругость Е уменьшается с понижением температуры. В процессе понижения температуры воздуха при некотором ее значении максимальная упругость водяного пара Е оказывается равной парциальному давлению водяного пара е. Тогда относительная влажность воздуха j будет равна 100% и наступит состояние полного насыщения охлажденного воздуха водяным паром. Эта температура называется температурой точки росы для данной влажности воздуха.
На Земле много открытых водоемов, с поверхности которых испаряется вода: океаны и моря занимают около 80 % поверхности Земли. Поэтому в воздухе всегда есть водяной пар.
Он легче воздуха, потому что молярная масса воды (18 * 10-3 кг моль-1) меньше молярной массы азота и кислорода, из которых в основном состоит воздух. Поэтому водяной пар поднимается вверх. При этом он расширяется, так как в верхних слоях атмосферы давление ниже,чем у поверхности Земли. Этот процесс приближенно можно считать адиабатическим, потому что за то время, пока он происходит, теплообмен пара с окружающим воздухом не успевает произойти.
1. Объясните, почему при этом пар охлаждается.
Они не падают потому, что парят в восходящих потоках воздуха подобно тому как парят дельтапланы (рис. 45.1). Но когда капли в облаках становятся слишком большими, они начинают все-таки падать: идет дождь (рис. 45.2).
Мы чувствуем себя комфортно, когда давление водяного пара при комнатной температуре (20 ºС) составляет около 1,2 кПа.
2. Какую часть (в процентах) составляет указанное давление от давления насыщенного пара при той же температуре?
Подсказка. Воспользуйтесь таблицей значений давления насыщенного водяного пара при различных значениях температуры. Она была приведена в предыдущем параграфе. Приведем здесь более подробную таблицу.
Вы нашли сейчас относительную влажность воздуха. Дадим ее определение.
Относительной влажностью воздуха φ называют выраженное в процентах отношение парциального давления p водяного пара к давлению pн насыщенного пара при той же температуре:
φ = (p/pн) * 100 %. (1)
Комфортные условия для человека соответствуют относительной влажности 50-60 %. Если относительная влажность существенно меньше, воздух кажется нам сухим, а если больше – влажным. Когда относительная влажность приближается к 100 %, воздух воспринимается как сырой. Лужи при этом не высыхают, потому что процессы испарения воды и конденсации пара компенсируют друг друга.
Итак, об относительной влажности воздуха судят по тому, насколько водяной пар в воздухе близок к насыщению.
Если воздух с находящимся в нем ненасыщенным водяным паром изотермически сжимать, будет увеличиваться как давление воздуха, так и давление ненасыщенного пара. Но давление водяного пара будет увеличиваться только до тех пор, пока он не станет насыщенным!
При дальнейшем уменьшении объема давление воздуха будет продолжать увеличиваться, а давление водяного пара будет постоянным – оно будет оставаться равным давлению насыщенного пара при заданной температуре. Избыток пара сконденсируется, то есть превратится в воду.
3. В сосуде под поршнем находится воздух, относительная влажность которого равна 50 %. Начальный объем под поршнем равен 6 л, температура воздуха 20 ºС. Воздух начинают изотермически сжимать. Примите, что объемом образовавшейся из пара воды можно пренебречь по сравнению с объемом воздуха и пара.
а) Чему будет равна относительная влажность воздуха, когда объем под поршнем станет равным 4 л?
б) При каком объеме под поршнем пар станет насыщенным?
в) Чему равна начальная масса пара?
г) Во сколько раз уменьшится масса пара, когда объем под поршнем станет равным 1 л?
д) Какая масса воды при этом сконденсируется?
2. Как зависит относительная влажность от температуры?
Рассмотрим, как изменяются при повышении температуры числитель и знаменатель в формуле (1), определяющей относительную влажность воздуха.
В числителе стоит давление ненасыщенного водяного пара. Оно прямо пропорционально абсолютной температуре (напомним, что водяной пар хорошо описывается уравнением состояния идеального газа).
4. На сколько процентов увеличивается давление ненасыщенного пара при увеличении температуры от 0 ºС до 40 ºС?
А теперь посмотрим, как изменяется при этом давление насыщенного пара, стоящее в знаменателе.
5. Во сколько раз увеличивается давление насыщенного пара при увеличении температуры 0 ºС до 40 ºС?
Результаты выполнения этих заданий показывают, что при повышении температуры давление насыщенного пара возрастает намного быстрее, чем давление ненасыщенного пара, Следовательно, определяемая формулой (1) относительная влажность воздуха быстро уменьшается с ростом температуры. Соответственно при понижении температуры относительная влажность увеличивается. Ниже мы рассмотрим это подробнее.
При выполнении следующего задания вам поможет уравнение состояния идеального газа и приведенная выше таблица.
6. При 20 ºС относительная влажность воздуха была равна 100 %. Температура воздуха увеличилась до 40 ºС, а масса водяного пара осталась неизменной.
а) Каким было начальное давление водяного пара?
б) Каким стало конечное давление водяного пара?
в) Чему равно давление насыщенного пара при 40 ºС?
г) Чему равна относительная влажность воздуха в конечном состоянии?
д) Как будет этот воздух восприниматься человеком: как сухой или как влажный?
7. В сырой осенний день температура на улице 0 ºС. В комнате температура 20 ºС, относительная влажность 50 %.
а) Где больше парциальное давление водяного пара: в комнате или на улице?
б) В какую сторону будет идти водяной пар, если открыть форточку, – в комнату или из комнаты?
в) Какой стала бы относительная влажность в комнате, если бы парциальное давление водяного пара в комнате стало равным парциальному давлению водяного пара снаружи?
8. Влажные предметы обычно тяжелее сухих: так, промокшее платье тяжелее сухого, а сырые дрова тяжелее сухих. Объясняется это тем, что к собственному весу тела добавляется еще и вес содержащейся в нем влаги. А с воздухом дело обстоит наоборот: влажный воздух легче сухого! Как это объяснить?
3. Точка росы
При понижении температуры относительная влажность воздуха увеличивается (хотя масса водяного пара в воздухе при этом не изменяется).
Когда относительная влажность воздуха достигает 100 %, водяной пар становится насыщенным. (При специальных условиях можно получить перенасыщенный пар. Его используют в камерах Вильсона для детектирования следов (треков) элементарных частиц на ускорителях.) При дальнейшем понижении температуры начинается конденсация водяного пара: выпадает роса. Поэтому температуру, при которой данный водяной пар становится насыщенным, называют точкой росы для этого пара.
9. Объясните, почему роса (рис. 45.3) выпадает обычно в предутренние часы.
Рассмотрим пример нахождения точки росы для воздуха определенной температуры с заданной влажностью. Для этого нам понадобится следующая таблица.
10. Человек в очках вошел с улицы в магазин и обнаружил, что его очки запотели. Будем считать, что температура стекол и прилежащего к ним слоя воздуха равна температуре воздуха на улице. Температура воздуха в магазине равна 20 ºС, относительная влажность 60 %.
а) Является ли водяной пар в слое воздуха, прилежащего к стеклам очков, насыщенным?
б) Чему равно парциальное давление водяных паров в магазине?
в) При какой температуре такое давление водяного пара равно давлению насыщенного пара?
г) Какой может быть температура воздуха на улице?
11. В прозрачном цилиндре под поршнем находится воздух с относительной влажностью 21 %. Начальная температура воздуха 60 ºС.
а) До какой температуры надо охладить воздух при постоянном объеме, чтобы в цилиндре выпала роса?
б) Во сколько раз надо уменьшить объем воздуха при постоянной температуре, чтобы в цилиндре выпала роса?
в) Воздух сначала изотермически сжимают, а затем охлаждают при постоянном объеме. Выпадение росы началось, когда температура воздуха упала до 20 ºС. Во сколько раз уменьшили объем воздуха по сравнению с начальным?
12. Почему сильная жара труднее переносится при высокой влажности воздуха?
4. Измерение влажности
Влажность воздуха измеряют часто психрометром (рис. 45.4). (От греческого «психрос» — холодный. Такое название обусловлено тем, что показания влажного термометра ниже, чем сухого.) Он состоит из сухого и влажного термометров.
Показания влажного термометра ниже, чем сухого, потому что при испарении жидкость охлаждается. Чем меньше относительная влажность воздуха, тем интенсивнее идет испарение.
13. Какой термометр на рисунке 45.4 расположен левее?
Итак, по показаниям термометров можно определить относительную влажность воздуха. Для этого используют психрометрическую таблицу, которую помещают часто на самом психрометре.
Чтобы определить относительную влажность воздуха, надо:
– снять показания термометров (в данном случае 33 ºС и 23 ºС);
– найти в таблице строку, соответствующую показаниям сухого термометра, и столбец, соответствий разности показаний термометров (рис. 45.5);
– на пересечении строки и столбца прочитать значение относительной влажности воздуха.
14. Используя психрометрическую таблицу (рис. 45.5), определите, при каких показаниях термометров относительная влажность воздуха равна 50 %.
Дополнительные вопросы и задания
15. В теплице объемом 100 м3 надо поддерживать относительную влажность не менее 60 %. Рано утром при температуре 15 ºС в теплице выпала роса. Температура днем в теплице поднялась до 30 ºС.
а) Чему равно парциальное давление водяного пара в теплице при 15 ºС?
б) Чему равна масса водяного пара в теплице при этой температуре?
в) Каково минимально допустимое парциальное давление водяного пара в теплице при 30 ºС?
г) Какова при этом масса водяного пара в теплице?
д) Какую массу воды надо испарить в теплице, чтобы поддержать в ней необходимую относительную влажность?
16. На психрометре оба термометра показывают одну и ту же температуру. Чему равна при этом относительная влажность воздуха? Поясните свой ответ.
Слово Влага
Слово Влага в словаре Даля
ж. жидкость вообще: | мокрота, сырость; вода. Волога, жидкость масляная, жир, масло. Без влаги и тепла, нет растительности, нет жизни.
От чего зависит влажность воздуха?
В воздухе ныне туманная влага. Влажный, напоенный влагою, сырой, мокрый, моклый, водянистый. Влажное лето. Влажные луга, пальцы, воздух. Влажное место. Влажность ж. сырость, мокрель, мокрота, состояние влажного. Влажить что, увлажать, делать влажным, поливать или напитывать водою. Влагомер м.
гигрометр, снарядец, показывающий степень влажности воздуха.
Слово Влага в словаре Ожегова
ВЛАГА, -и, ж. Сырость, вода, содержащаяся в чем-н. Воздух, насыщенный влагой.
Слово Влага в словаре Ефремовой
Ударение: вла́га
- Жидкость, вода илиее испарения, содержащиеся в чем-либо
Слово Влага в словаре Фасмера Макса
вла́га
заимств.
из цслав., ср. ст.-слав. влага (Супр.). См. воло́га.
Слово Влага в словаре Д.Н. Ушакова
ВЛА́ГА, влаги, мн. нет, ·жен. (·книж.). Сырость, вода, испарения. Растения требуют много влаги. Воздух насыщен влагой.
Слово Влага в словаре Синонимов
спиртное, вода, мокрота, влажность, жидкость, сырость, сырь
Слово Влага в словаре Синонимы 4
вода, мокрота, сырость
Слово Влага в словаре Полная акцентуированная парадигма по А.
А. Зализня
вла́га,
вла́ги,
вла́ги,
вла́г,
вла́ге,
вла́гам,
вла́гу,
вла́ги,
вла́гой,
вла́гою,
вла́гами,
вла́ге,
вла́гах
Психрометр Августа состоит из двух ртутных термометров, укрепленных на штативе или расположенных в общем футляре.
Шарик одного термометра обернут тонкой батистовой тканью, опущенной в стаканчик с дистиллированной водой.
При пользовании психрометром Августа вычисление абсолютной влажности производят по формуле Ренье:
A = f-a(t-t1)H,
где А - абсолютная влажность; f - максимальное напряжение водяных паров при температуре влажного термометра (см.
таблицу 2); а - психрометрический коэффициент, t - температура сухого термометра; t1 - температура влажного термометра; Н - барометрическое давление в момент определения.
Если воздух совершенно неподвижен, то а=0,00128. При наличии слабого движения воздуха (0,4 м/с) а = 0,00110. Максимальную и относительную влажность рассчитывают, как указано на стр.
Что такое влажность воздуха? От чего она зависит?
| Температура воздуха (°С) | Температура воздуха (°С) | Напряжение водяных паров (мм рт. ст.) | Температура воздуха (°С) | Напряжение водяных паров (мм рт. ст.) | |
| -20 - 15 -10 -5 -3 -4 0 +1 +2,0 +4,0 +6,0 +8,0 +10,0 +11,0 +12,0 |
0,94 1.44 2.15 3.16 3,67 4,256 4,579 4,926 5,294 6,101 7,103 8.045 9,209 9,844 10,518 |
+13,0 +14,0 +15,0 +16,0 +17,0 +18,0 +19,0 +20,0 +21,0 +22,0 +24,0 +25,0 +27,0 +30,0 +32,0 |
11,231 11,987 12,788 13,634 14,530 15,477 16.477 17,735 18,650 19,827 22,377 23,756 26,739 31,842 35,663 |
+35,0 +37,0 +40,0 +45,0 +55,0 +70,0 +100,0 |
42,175 47,067 55,324 71,88 118,04 233,7 760,0 |
Таблица 3.
Определение относительной влажности по показаниям
аспирационного психрометра (в процентах)
Таблица 4. Определение относительной влажности воздуха по показаниям сухого и влажного термометров в психрометре Августа при обычных условиях спокойного и равномерного движения воздуха в комнате со скоростью 0,2 м/с
Для определения относительной влажности существуют специальные таблицы (таблицы 3, 4).
Более точные показания дает психрометр Ассмана (рис. 3). Он состоит из двух термометров, заключенных в металлические трубки, через которые равномерно просасывается воздух с помощью заводного вентилятора, находящегося в верхней части прибора.
Ртутный резервуар одного из термометров обернут кусочком батиста, который перед каждым определением смачивается дистиллированной водой при помощи специальной пипетки. После того как омочили термометр, заводят ключом вентилятор и вешают прибор на штатив.
Через 4-5 мин записывают показания сухого и влажного термометров. Так как с поверхности ртутного шарика, смоченного термометра, происходит испарение влаги и поглощение тепла, то он будет показывать более низкую температуру. Вычисление абсолютной влажности производят по формуле Шпрунга:
где А - абсолютная влажность; f - максимальное напряжение водяных паров при температуре влажного термометра; 0,5 - постоянный психрометрический коэффициент (поправка на скорость движения воздуха); t - температура сухого термометра; t1 - температура влажного термометра; Н - барометрическое давление; 755 - среднее барометрическое давление (определяют по таблице 2).
Максимальную влажность (F) определяют с помощью таблицы 2 по температуре сухого термометра.
Относительную влажность (R) рассчитывают по формуле:
где R - относительная влажность; А - абсолютная влажность; F - максимальная влажность при температуре сухого термометра.
Для определения колебаний относительной влажности во времени пользуются прибором гигрографом.
Прибор устроен аналогично термографу, но воспринимающей частью гигрографа является обезжиренный пучок волос.
Рис. 3. Аспирационный психрометр Ассмана:
1 - металлические трубки;
2 - ртутные термометры;
3 - отверстия для выхода просасываемого воздуха;
4 - зажим для подвешивания психрометра;
5 - пипетка для смачивания влажного термометра.
Прогноз погоды на завтра
По сравнению со вчерашним днём в Москве немного похолодало, температура окружающего воздуха понизилась с 17 °C вчера до 16 °C сегодня.
Прогноз погоды на завтра не обещает существенных изменений температуры, она останется на прежнем уровне от 11 до 22 градусов тепла.
Относительная влажность воздуха увеличилась до 75 процентов и продолжает повышаться. Атмосферное давление за прошедшие сутки несущественно понизилось на 2 мм ртутного столба, и стало ещё более низким.
Фактическая погода сегодня
По данным на 2018-07-04 15:00 в Москве ливень, дует слабый ветер
Погодные нормы и условия в Москве
Особенности погоды в Москве определяются, в первую очередь, местоположением города.
Столица находится на Восточно-Европейской равнине, и теплые и холодные массы воздуха свободно перемещаются над мегаполисом. На погоду в Москве оказывают влияние атлантические и средиземноморские циклоны, вот почему уровень осадков здесь выше, и зимой теплее, чем в городах, находящихся на этой широте.
Погода в Москве отражает все явления, характерные для умеренно-континентального климата. Относительная неустойчивость погоды выражается, к примеру, в холодной зиме, с внезапными оттепелями, резком похолодании летом, выпадении большого количества осадков. Эти и другие погодные явления отнюдь не редкость. Летом и осенью в Москве часто отмечаются туманы, причина которых кроется отчасти и в деятельности человека; грозы, случавшиеся даже зимой.
В июне 1998 года сильный шквал унес жизни восьми человек, 157 человек были ранены. В декабре 2010 года сильный ледяной дождь, обусловленный температурной разницей на высоте и на земле, превратил улицы в каток, а гигантские сосульки и ломающиеся под тяжестью льда деревья падали на людей, строения и машины.
Температурный минимум в Москве был зафиксирован в 1940 году, он составил −42,2°C, максимум — +38,2°C отмечен в 2010 году.
Средняя температура июля в 2010 году – 26,1° — близка к норме Арабских Эмиратов и Каира. И в целом, 2010 год стал рекордсменом по количеству температурных максимумов: за лето было установлено 22 суточных рекорда.
Погода в центре Москвы и на окраинах неодинакова.
От чего и как зависит относительная влажность воздуха?
Температура в центральных районах выше, зимой разница может составлять до 5-10 градусов. Интересно, что официальные данные о погоде в Москве предоставляются с метеостанции на ВВЦ, находящейся на северо-востоке города, а это на несколько градусов ниже температурных значений метеостанции на Балчуге в центре мегаполиса.
Погода в других городах Московского региона›
Сухие вещества и влажность
Вода – одно из самых распространенных веществ на земле, она является необходимым условием жизни и входит в состав всех пищевых продуктов и материалов.
Вода, не являясь собственно питательным веществом, жизненно необходима как стабилизатор температуры тела, переносчик нутриентов (питательных веществ) и пищеварительных отходов, реагент и реакционная среда в ряде химических превращений, стабилизатор конформации биополимеров и, наконец, как вещество, облегчающее динамическое поведение макромолекул, включая проявление ими каталитических (энзиматических) свойств.
Вода – важнейшая составляющая пищевых продуктов.
Она присутствует в разнообразных растительных и животных продуктах как клеточный и внеклеточный компонент, как диспергирующая среда и растворитель, обусловливая консистенцию и структуру. Вода влияет на внешний вид, вкус и устойчивость продукта при хранении. Благодаря физическому взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в структуру пищи.
Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим и биологическим изменениям в продукте.
В обеспечении его устойчивости при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.
Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами – белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей.
Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.
Прямыми методами из продукта извлекают влагу и устанавливают ее количество; косвенными (высушиванием, рефрактометрией, по плотности и электропроводности раствора) – определяют содержание сухих веществ (сухого остатка). К косвенным относят также метод, основанный на взаимодействии воды с определенными реагентами.
Определение содержание влаги высушиванием до постоянной массы (арбитражный метод) основано на выделении гигроскопической влаги из исследуемого объекта при определенной температуре.
Высушивание производят до постоянной массы или ускоренными методами при повышенной температуре в течение заданного.
Высушивание образцов, спекающихся в плотную массу, производят с прокаленным песком, масса которого должна быть в 2-4 раза больше массы навески.
Песок придает навеске пористость, увеличивает поверхность испарения, препятствует образованию на поверхности корочки, затрудняющей удаление влаги. Высушивание производят в фарфоровых чашках, алюминиевых или стеклянных бюксах в течение 30 минут, при определённой температуре, зависящей от вида продукта.
Массовую долю сухих веществ (Х, %) вычисляют по формуле
где m – масса бюксы со стеклянной палочкой и песком, г;
m1 – масса бюксы со стеклянной палочкой, песком и
навеской до высушивания, г;
m2 – масса бюксы со стеклянной палочкой, песком и навеской
после высушивания, г.
Высушивание в аппарате ВЧ производится за счёт инфракрасного излучения в аппарате, состоящем из двух соединённых между собой массивных плит круглой или прямоугольной формы (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Аппарат ВЧ для определения влажности
1 – рукоятка; 2 – верхняя плита; 3 – блок управления; 4 — нижняя плита; 5 – электроконтактный термометр
В рабочем состоянии между плитами устанавливают зазор 2-3 мм.
Температура греющей поверхности контролируется двумя ртутными термометрами. Для поддержания постоянной температуры прибор снабжён контактным термометром, включённым последовательно с реле. На контактном термометре устанавливается заданная температура. Прибор включают в сеть за 20…25 мин до начала высушивания для нагревания до заданной температуры.
Навеску продукта высушивают в пакете из роторной бумаги размером 20х14 см в течение 3 мин при определённой температуре, охлаждают в эксикаторе 2-3 мин и быстро взвешивают с точностью до 0,01 г.
Влажность (Х, %) рассчитывают по формуле
где m – масса пакета, г;
m1 – масса пакета с навеской до высушивания, г;
m2 – масса пакета с высушенной навеской, г.
Рефрактометрический метод применяют для производственного контроля при определении содержания сухих веществ в объектах богатых сахарозой: сладких блюдах, напитках, соках, сиропах.
Метод основан на зависимости между коэффициентом преломления исследуемого объекта или водной вытяжки из него и концентрацией сахарозы.
Влажность воздуха
Коэффициент преломления зависит от температуры, поэтому замер производят после термостатирования призм и исследуемого раствора.
Массу сухих веществ (Х, г) для напитков с сахаром рассчитывают по формуле
где а – массовая для сухих веществ, определённая
рефрактометрическим методом, %;
Р – объём напитка, см3.
для сиропов, плодово-ягодных и молочных киселей и др.
по формуле
где а – массовая доля сухих веществ в растворе, %;
m1 – масса растворённой навески, г;
m – масса навески, г.
Кроме этих распространённых методов определения сухих веществ применяется ещё ряд методов, позволяющих определить содержание как свободной, так и связанной влаги
Дифференциальная сканирующая колориметрия.
Если образецохладить до температуры меньше 0оС, то свободная влага замёрзнет, связанная – нет. При нагревании замороженного образца в колориметре можно измерить тепло, потребляемое при таянии льда.
Незамерзающая вода определяется как разница между общей и замерзающей водой.
Диэлектрические измерения . Метод основан на том, что при 0оС значения диэлектрической проницаемости воды и льда примерно равны. Но если часть влаги связана, то её диэлектрические свойства должны сильно отличаться от диэлектрических свойств объёмной воды и льда.
Измерение теплоёмкости .
Теплоёмкость воды больше, чем теплоёмкость льда, т.к. с повышением температуры в воде происходит разрыв водородных связей. Это свойство используют для изучения подвижности молекул воды.
Значение теплоёмкости, в зависимости от её содержания в полимерах, даёт сведения о количестве связанной воды. Если при низких концентрациях вода специфически связана, то её вклад в теплоёмкость мал. В области высоких значений влажности её в основном определяет свободная влага, вклад которой в теплоёмкость примерно в 2 раза больше, чем льда.
Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). Метод заключается в изучении подвижности воды в неподвижной матрице.
При наличии свободной и связанной влаги получают две линии в спектре ЯМР вместо одной для объёмной воды.
Предыдущая11121314151617181920212223242526Следующая
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Влажность воздуха. Единицы измерения. Влияние на работу авиации.
Вода является веществом, которое может при одной и той же температуре одновременно находиться в различных агрегатных состояниях: газообразном (водяной пар), жидком (вода), твердом (лёд). Эти состояния и называют иногда фазовым состоянием воды.
При определенных условиях вода из одного (фазового) состояния может переходить в другое. Так водяной пар может перейти в жидкое состояние (процесс конденсации), или, минуя жидкую фазу, перейти в твердое состояние – лёд (процесс сублимации).
В свою очередь вода и лёд могут перейти в газообразное состояние – водяной пар (процесс испарения).
Под влажностью понимается одно из фазовых состояний – содержащийся в воздухе водяной пар.
Он поступает в атмосферу путем испарения с водных поверхностей, почвы, снега, растительного покрова.
В результате испарения часть воды переходит в газообразное состояние, образуя над испаряющей поверхностью слой пара.
Относительная влажность
Этот пар воздушными потоками переносится в вертикальном и горизонтальном направлениях.
Процесс испарения продолжается до тех пор, пока над испаряющей поверхностью количество водяного пара не достигнет полного насыщения, то есть максимального количества возможного в данном объёме при неизменных давлении и температуре воздуха.
Количество водяного пара, находящегося в воздухе, характеризуют следующие единицы:
Упругость водяного пара .
Как и всякий другой газ, водяной пар имеет собственную упругость и оказывает давление, которое измеряется в мм.рт.ст или гПа. Количество водяного пара в этих единицах обозначается: фактическое – е , насыщающее — Е. На метеостанциях путем измерения упругости в гПа производят наблюдения за влажностью водяного пара.
Абсолютная влажность . Представляет собой количество водяного пара в граммах, содержащихся в одном кубическом метре воздуха (г/ ).
Буквой а – обозначается фактическое количество, буквой А – насыщающее пространство. Абсолютная влажность по своей величине близка к упругости водяного пара, выражаемой в мм рт ст, но не в гПа, при температуре 16,5 С е и а равны между собой.
Удельная влажность представляет собой количество водяного пара в граммах, содержащихся в одном килограмме воздуха (г/кг).
Буквой q — обозначается фактическое количество, буквой Q — насыщающее пространство. Удельная влажность является удобной величиной для теоретических расчетов, так как она не меняется при нагревании, охлаждении, сжатии и расширении воздуха (если только при этом не происходит конденсация воздуха). Величина удельной влажности применяется для всевозможных расчетов.
Относительная влажность представляет собой процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое насыщало бы данное пространство при одной и той же температуре.
Относительная влажность обозначается буквой r .
Согласно определению
r=e/E*100%
Количество водяного пара, насыщающего пространство, может быть различным, и зависит от того, сколько молекул пара может вылететь из испаряющейся поверхности.
Насыщение воздуха водяным паром зависит от температуры воздуха, чем выше температура, тем больше количество водяного пара, и чем ниже температура, тем оно меньше.
Точка росы – это температура, до которой надо охладить воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг полного насыщения (при r = 100%).
Разность между температурой воздуха и температурой точки росы (Т-Тd) называется дефицитом точки росы.
Он показывает насколько надо охладить воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения.
При малом дефиците насыщение воздуха происходит значительно быстрее, чем при большом дефиците насыщения.
Количество водяного пара зависит так же от агрегатного состояния испаряющей поверхности, от её кривизны.
При одной и той же температуре количество насыщающего пара бывает больше над одной и меньшим надо льдом (лёд имеет прочные молекулы).
При одной и той же температуре количество пара будет большим над выпуклой поверхностью (поверхность капель), чем над ровной испаряющей поверхностью.
Все эти факторы играют большую роль в процессе образования туманов, облаков и осадков.
Понижение температуры приводит к насыщению имеющегося в воздухе водяного пара, а затем и к конденсации этого пара.
Влажность воздуха оказывает существенное влияние на характер погоды, определяя условия полёта. Наличие водяного пара приводит к образованию тумана, дымки, облачности, усложняющие полёт грозы, ледяной дождь.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Абсолютная влажность воздуха - это количество водяного пара в единице объема воздуха:
В системе СИ единица измерения абсолютной влажности
Влажность воздуха является очень важным параметром окружающей среды. Известно, что большую часть поверхности Земли занимает вода (Мировой океан), с поверхности которой непрерывно происходит испарение. В различных климатических зонах интенсивность этого процесса различна. Она зависит от среднесуточной температуры, наличия ветров и др. факторов. Таким образом, в определенных местах процесс парообразования воды более интенсивен, чем ее конденсация, а в некоторых - наоборот.
Человеческий организм активно реагирует на изменения влажности воздуха. Например, процесс потоотделения тесно взаимосвязан с температурой и влажностью окружающей среды. При высокой влажности процессы испарения влаги с поверхности кожи практически компенсируются процессами ее конденсации, и нарушается отвод тепла от организма, что приводит к нарушениям терморегуляции; при низкой влажности процессы испарения влаги превалируют над процессами конденсации и организм теряет слишком много жидкости, что может привести к обезвоживанию.
Кроме того, понятие влажности является важнейшим критерием оценивания погодных условий, что всем известно из прогнозов погоды.
Абсолютная влажность воздуха дает представление о конкретном содержании воды в воздухе по массе, однако эта величина неудобна с точки зрения восприимчивости влажности живыми организмами. Человек ощущает не массовое количество воды в воздухе, а ее содержание относительно максимально возможного значения. Для описания реакции живых организмов на изменения содержания водяного пара в воздухе вводят понятие относительной влажности.
Относительная влажность воздуха
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительная влажность воздуха - это физическая величина, показывающая насколько водяной пар в воздухе далек от насыщения:
где плотность водяного пара в воздухе (абсолютная влажность); плотность насыщенного водяного пара при данной температуре.
Точка росы
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Точка росы - это температура, при которой водяной пар становится насыщенным.
Зная температуру точки росы, можно получить представление об относительной влажности воздуха. Если температура точки росы близка к температуре окружающего воздуха, значит влажность высокая (при совпадении температур образуется туман). И напротив, если значения точки росы и температуры воздуха в момент измерения сильно расходятся, то можно говорить о низком содержании водяных паров в атмосфере.
Когда в теплое помещение с мороза заносят какую-либо вещь, воздух над ней охлаждается, насыщается водяными парами, и на вещи конденсируются капельки воды. В дальнейшем вещь прогревается до температуры воздуха помещения, и весь конденсат испаряется.
Другой, не менее хорошо знакомый пример - запотевание стекол в доме. У многих зимой на окнах появляется конденсат. На это явление влияют два фактора -- влажность и температура. Если установлен нормальный стеклопакет и правильно проведено утепление, а конденсат есть, -- значит, в помещении высокая влажность; возможно плохая вентиляция или вытяжка.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | На фотографии представлены два термометра, используемые для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометрической таблицы. Что покажет влажный термометр, если при неизменной температуре воздуха относительная влажность увеличится на 7%?
|
| Решение | Запишем показания сухого и влажного термометра, представленных на фотографии:
Определим разность показаний термометров: По психрометрической таблице определим относительную влажность воздуха: Если влажность воздуха увеличится на 7%, она станет равной 55%. По психрометрической таблице определяем показания сухого термометра и разности показаний сухого и влажного термометров: Таким образом, влажный термометр покажет: |
| Ответ | Показания влажного термометра . |
ПРИМЕР 2
| Задание | Относительная влажность вечером при температуре равна 50%. Выпадет ли роса, если ночью температура понизится до ? |
| Решение | Относительная влажность:
|
Понятие влажности воздуха определяется, как фактическое нахождение частиц воды в определенной физической среде, в том числе — в атмосфере. При этом следует различать влажность абсолютную и относительную: в первом случае речь идет о чистом процентном количестве влаги. В соответствии с законом термодинамики, предельное содержание молекул воды в воздухе ограничено. Максимально допустимый уровень определяет относительные показатели влажности и зависит от ряда факторов:
- атмосферное давление;
- температура воздуха;
- наличие мелких частиц (пыли);
- уровень загрязнения химическими веществами;
Общепринятая мера измерения — проценты, при этом расчет идет по специальной формуле, которая будет рассмотрена далее.
Абсолютная влажность измеряется в граммах на кубический сантиметр, которые для удобства также переводятся в проценты. С увеличением высоты количество влаги может увеличиваться в зависимости от региона, но по достижении определенного потолка (примерно 6-7 километров над уровнем моря) влажность снижается до около нулевых значений. Абсолютная влажность считается одним из основных макропараметров: на его основе составляются планетарные климатические карты и зоны.
Определение уровня влажности
(Прибор психометр - по нему определяют влажность по разницы температур между сухим и влажным термометром )
Влажность по абсолютному соотношению определяется при помощи специальных приборов, которые устанавливают процентное содержание молекул воды в атмосфере. Как правило, суточные колебания ничтожны — этот показатель можно считать статическим, и он не отражает важные климатические условия. Напротив, относительная влажность подвержена сильным суточным колебаниям, и отражает точное распределение конденсированной влаги, ее давление и равновесное насыщение. Именно этот показатель считается основным и рассчитывается как минимум раз в сутки.
Определение относительно влажность воздуха проводится по сложной формуле, которая учитывает:
- текущую точку росы;
- температуру;
- давление насыщенного пара;
- различные математические модели;
В практике синоптических прогнозов используется упрощенный подход, когда влажность вычисляется приблизительно, с учетом температурной разницы и точки росы (отметки, когда излишняя влага выпадает в виде осадков). Такой подход позволяет с точностью в 90-95% определить требуемые показатели, что более чем достаточно для повседневных нужд.
Зависимость от природных факторов
Содержание молекул воды в воздухе зависит от климатических особенностей конкретного региона, погодных условий, атмосферного давления и некоторых других условий. Так, наибольшая абсолютная влажность наблюдается в тропической и прибрежной зонах и достигает отметки в 5%. Относительная влажность дополнительно зависит от колебаний ряда факторов, рассмотренных ранее. В дождливый период с условиями пониженного атмосферного давления, показатели относительной влажности могут достигать 85-95%. Высокое давление снижает насыщение водяных паров в атмосфере, соответственно понижая их уровень.
Важная особенность относительной влажности — ее зависимость от термодинамического состояния. Естественной равновесной влажностью является показатель в 100%, что, разумеется, недостижимо по причине крайней неустойчивости климата. Техногенные факторы также влияют на колебания атмосферной влажности. В условиях мегаполисов наблюдается повышенное испарение влаги с асфальтированных поверхностей, одновременно с выбросом большого количества взвешенных частиц и угарного газа. Это обуславливает сильное снижение влажности в большинстве городов мира.
Влияние на человеческий организм
Комфортные для человека границы атмосферной влажности находятся в пределах от 40 до 70%. Длительное нахождение в условиях сильного отклонения от указанной нормы может вызвать заметное ухудшение самочувствия, вплоть до развития патологических состояний. Следует отметить, что человек особенно чувствителен к чрезмерно низкой влажности, испытывая ряд характерных симптомов:
- раздражение слизистых оболочек;
- развитие хронических ринитов;
- повышенная утомляемость;
- ухудшение состояния кожных покровов;
- снижение иммунитета;
Среди негативных эффектов повышенной влажности можно отметить риск развития грибковых и простудных заболеваний.
