Зависимости давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда от температуры, полученные теоретически на основании уравнения Клаузиуса - Клапейрона и сверенные с экспериментальными данными многих исследователей, рекомендованы для метеорологической практики Всемирной метеорологической организацией (ВМО):
ln psw = -6094,4692T-1 + 21,1249952 - 0,027245552 T + 0,000016853396T2 + 2,4575506 ln T
ln psi = -5504,4088T-1 - 3,5704628 - 0,017337458T + 0,0000065204209T2 + 6,1295027 ln T,
где psw и psi - давление насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда соответственно (Па);
Т - температура (К).
Приведенные формулы справедливы для температур от 0 до 100ºC (для psw) и от -0 до -100ºC (для psi). В то же время ВМО рекомендует первую формулу и для отрицательных температур для переохлажденной воды (до -50ºC).
2. Методы и средства измерения влажности
Влажность и содержание молекул воды в веществах и материалах являются одним из наиболее важных характеристик состава. Уже указывалось, что влагу необходимо измерять в газах (концентрация паров воды), в смесях жидкостей (собственно содержание молекул воды) и в твердых телах в качестве кристаллизационной влаги, входящей в структуру кристаллов. Соответственно, набор методов и устройств для измерения содержания молекул воды в материалах оказывается весьма разнообразным.
Традиции измерительной техники, опирающиеся на повседневный опыт, привели к тому, что в измерениях влажности сложилась специфическая ситуация, когда в зависимости от влияния количества влаги нате или иные процессы необходимо знать либо абсолютное значение количества влаги в веществе, либо относительное значение, определяемое как процентное отношение реальной влажности вещества к максимально возможной в данных условиях. Если необходимо знать, например, изменение электрических или механических свойств вещества, в этом случае определяющим является абсолютное значение содержания влаги. То же самое относится к содержанию влаги в нефти, в продуктах питания и т.д. В том случае, когда необходимо определить скорость высыхания влажных объектов, комфортность среды обитания человека или метеорологическую обстановку, на первое место выступает отношение реальной влажности, например воздуха, к максимально возможной при данной температуре.
В связи с этим характеристики влажности, а также величины и единицы влажности подразделяются на характеристики влагосостояния и влагосодержания.
Влагосодержание - величины и единицы, выражающие реальное количество влаги в веществе. Основной характеристикой влагосодержания является абсолютная влажность, определяемая как количество влаги в единице объема:
(1)
К этому классу характеристик можно отнести парциальное давление водяных паров в газах, абсолютную концентрацию молекул воды для газа, близкого к идеальному, определяемую как:
(2)
где Т - абсолютная температура, n0 - постоянная Лошмидта, равная числу молекул идеального газа в 1 см3 при нормальных условиях, т.е. при p0= 760 Торр= 1015 Гпа и T0 = 273,1б К. Часто используется такая характеристика абсолютной влажности как точка росы, т.е. температура, при которой данная абсолютная влажность газа становится 100%. Эта характеристика привнесена в гигрометрию метеорологам и, т. к. является наиболее характерной при определении момента выпадения росы и определения ее количества.
Влагосостояние - процентное соотношение, равное отношению абсолютной влажности к максимально возможной при данной температуре:
(3)
Относительная влажность может характеризоваться так называемым дефицитом парциального давления, равного отношению парциального давления влаги к максимально возможному при данной температуре. Очень редко в гигрометрических измерениях можно встретить дефицит точки росы.
Связь между температурой и максимально возможной абсолютной влажностью дается уравнением упругости насыщенных паров воды. Это уравнение имеет вид:
(4)
На практике чаще пользуются таблицей давления насыщенных паров над плоской поверхностью воды или льда при различных температурах. Эти данные приведены в табл. 1.
Таблица 1. Давление насыщенных паров над плоской поверхностью воды
|
t°c |
Рнк, мбар |
Анкг/м3 |
t°C |
Рнк, мбар |
Анкг/м3 |
|
0 |
6,108 |
4,582 |
31 |
44,927 |
33,704 |
|
1 |
6,566 |
4,926 |
32 |
47,551 |
35,672 |
|
2 |
7,055 |
5,293 |
33 |
50,307 |
37,740 |
|
3 |
7,575 |
5,683 |
34 |
53,200 |
39,910 |
|
4 |
8,159 |
6,120 |
35 |
56,236 |
42,188 |
|
5 |
8,719 |
6,541 |
36 |
59,422 |
44,576 |
|
6 |
9,347 |
7,012 |
37 |
62,762 |
47,083 |
|
7 |
10,013 |
7,511 |
38 |
66,264 |
49,710 |
|
8 |
10,722 |
8,043 |
39 |
69,934 |
52,464 |
|
9 |
11,474 |
8,608 |
40 |
73,777 |
55,347 |
|
10 |
12,272 |
9,206 |
41 |
77,802 |
58,366 |
|
t°c |
Рнк, мбар |
Анкг/м3 |
t°C |
Рнк, мбар |
Анкг/м3 |
|
11 |
13,119 |
9,842 |
42 |
82,015 |
61,527 |
|
12 |
14,017 |
10,515 |
43 |
86,423 |
64,839 |
|
13 |
14,969 |
11,229 |
44 |
91,034 |
68,293 |
|
14 |
15,977 |
11,986 |
45 |
95,855 |
71,909 |
|
15 |
17,044 |
12,786 |
46 |
100,89 |
75,686 |
|
16 |
18,173 |
13,633 |
47 |
106,16 |
79,640 |
|
17 |
19,367 |
14,529 |
48 |
111,66 |
83,766 |
|
18 |
20,630 |
15,476 |
49 |
117,40 |
87,772 |
|
19 |
21,964 |
16,477 |
50 |
123,40 |
92,573 |
|
20 |
23,373 |
17,534 |
51 |
129,65 |
97,262 |
|
21 |
24,861 |
18,650 |
52 |
136,17 |
102,153 |
|
22 |
26,430 |
19,827 |
53 |
142,98 |
107,268 |
|
23 |
28,086 |
21,070 |
54 |
150,07 |
112,581 |
|
24 |
29,831 |
22,379 |
55 |
157,46 |
118,125 |
|
25 |
31,671 |
23,759 |
56 |
165,16 |
123,900 |
|
26 |
33,608 |
25,212 |
57 |
173,18 |
129,917 |
|
27 |
35,649 |
26,743 |
58 |
181,53 |
136,009 |
|
28 |
37,796 |
28,354 |
59 |
190,22 |
142,700 |
|
29 |
40,055 |
30,048 |
60 |
199,26 |
149,482 |
|
30 |
42,430 |
31,830 |
|
|
|
