Занимательная криминалистика для детей. Занимательная криминалистика. Модификация известной технологии

В атмосфере Земли содержится около 14 тыс. км 3 водяного пара. Вода попадает в атмосферу в результате испарения с подстилающей поверхности. В атмосфере влага конденсируется, перемещается воздушными течениями и вновь выпадает в виде разнообразных осадков на поверхность Земли, совершая, таким образом, постоянный круговорот воды. Круговорот воды возможен, благодаря, способности воды находится в трёх состояниях (жидком, твердом, газообразном (парообразном)) и легко переходить из одного состояния в другое. Влагооборот является одним из важнейших циклов климатообразования.

Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере употребляют различные характеристики влажности воздуха. Основные характеристики влажности воздуха – упругость водяного пара и относительная влажность.

Упругость (фактическая) водяного пара (е) – давление водяного пара находящегося в атмосфере выражается в мм.рт.ст. или в миллибарах (мб). Численно почти совпадает с абсолютной влажностью (содержанием водяного пара в воздухе в г/м 3), поэтому упругость часто называют абсолютной влажностью. Упругость насыщения (максимальная упругость) (Е) – предел содержания водяного пара в воздухе при данной температуре. Значение упругости насыщения зависит от температуры воздуха, чем выше температура, тем больше он может содержать водяного пара.

Зависимость максимальной упругости от температуры.

Температура (о С)
Е (мм.рт.ст.)

Если воздух содержит водяного пара меньше, чем нужно для насыщения его при данной температуре, можно определить, насколько воздух близок к состоянию насыщения. Для этого вычисляют относительную влажность.

Относительная влажность (r) – отношение фактической упругости водяного пара к упругости насыщения, выраженное в процентах:

Распределение среднемесячной относительной влажности в июле (%) (по С.Г. Любушкиной и др.).

Распределение среднемесячной относительной влажности в январе (%) (по С.Г. Любушкиной и др.).

При насыщении е = Е, r = 100%.

Имеются и другие важные характеристики влажности, как дефицит влажности и точка росы.

Дефицит влажности (D) – разность между упругостью насыщения и фактической упругостью:

Точка росы τº – температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар мог бы насытить его. Пример, воздух при температуре 27ºС имеет е = 27,4 мб. Насытится он при температуре 20ºС, которая и будет точкой росы.

Литература

1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть 1. / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 183 с.

Для количест венной характеристики влажности воздуха используются след ующ ие х арактерист ики: упругость водяного пара, абсол ютная влажность, м ассовая доля водяного пара, относительная вл ажность, дефицит влажности, точка росы и дефицит точки росы.

Упругость водя ного пара (e ) - это парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе в миллимет рах ртутного столб а (мм рт.ст.) или в гектопаскалях (гПа). Максимально возможная при данной температ уре упругость водяного пара называется упругостью насыщения или максимал ьной упругостью (E ) . Когда упругост ь водяного пара соот вет ствует упр угости насыщения, воздух становится насыщенным водяным паром и начинается процесс конденсации или сублимации с образованием капель вод ы или кристаллов льда.

Дефицит влажности или недостаток насыщения (d ) – эт о разность между упр угостью насыщения при данной т емперат уре и факт ической упругостью водяного пара

d =E -e

Абсолютная влажность (a ) -это масса во дяного пара в граммах, содержащегося в

1 м3 воздуха (г/м3). Для насыщ енного пространст ва абсолютная влажност ь называется

насыщающим водя ным паром или предельной влажностью (А ) .

Фактическая упр угост ь и абсолютная влажност ь находятся в прямой зависимости от

температуры испаряющей поверхности, а упругост ь насыщения и предельная влажност ь – от температ ур ы воздуха (т абл. 2.3).

Таблица 2.3. Зависимость упругости насыщения и предельной влажности от температ ур ы воздуха

Связь между упруго стью водяного пара и абсолютной влажностью имеет вид:

(е - мм рт.ст.), (2.13)

а =0,8 е

(е - гПа), (2.14)

Коэффициент объ емного расширения воздуха;

t − температура воздуха в °С.

Массовая доля водяного пара (s ) - количество водяного пара в граммах в

1 килограмме влажного возд уха (г/кг). Она связана с упругост ью вод яного пара следующим соот ношением:

где: Р -д авление возд уха.

s =622 e , (2.15)

До недавнего времени эту характеристику называли удельной влажностью . Если не происходит конденсация водяного пара или д ополнительное испарение, т о массовая доля водяного пара не изменяется при нагревании, охлаждении, сжатии и расширении воздуха.

Относительная влажность (f ) – это отношение количества водяного пара, фактически содержащегося в воздухе, к максимально возможному при данной т емперат уре, выраженное в процент ах.

f =a 100% , (2.16)

f = 100% , (2.17)

Относительная влажност ь характ еризует ст епень насыщения воздуха водяным паром при д анной т емперат ур е. Она находится в об ратной зависимости от температуры воздуха.

Точк а росы (td ) - это температура, до которой необходимо охладит ь возд ух, чтобы содержащийся в нем водяной пар при постоянных значениях давления и массовой доли водяного пара (удельной влажности) дост иг состояния насыщения. При т емперат уре воздуха равной точке росы относительная влажность равна 100% (t = td , f = 100%). Точка росы всегда ниже т емпературы воздуха или равна ей. На картах погоды точка росы наносит ся в градусах Цельсия, с т очностью д о десятых долей, след ующ им образом:

Td Td Td 125

td = 12,5°С

td = -2,8 °С

Дефицит точки росы (∆ td ) – это разность межд у температ урой воздуха и точкой росы.

∆td = t - td (2.18)

Дефицит т очки росы показывает, на сколько градусов надо ох ладит ь возд ух, чтобы содержащийся в нем вод яной пар дост иг состояния насыщ ения. С достаточной точностью можно считать, что при ∆td £ 4°С воздух влажный, а при ∆td > 4°С - сухой.

Общие сведения

Влажность зависит от природы вещества, а в твёрдых телах, кроме того, от степени измельчённости или пористости . Содержание химически связанной, так называемой конституционной воды, например гидроокисей, выделяющейся только при химическом разложении, а также воды кристаллогидратной не входит в понятие влажности.

Единицы измерения и особенности определения понятия «влажность»

• Влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества (массовая влажность ) или её объёма (объёмная влажность ).

• Влажность можно характеризовать также влагосодержанием, или абсолютной влажностью - количеством воды, отнесённым к единице массы сухой части материала. Такое определение влажности широко используется для оценки качества древесины.

Эту величину не всегда можно точно измерить, так как в ряде случаев невозможно удалить всю неконденсированную воду и взвесить предмет до и после этой операции.

• Относительная влажность характеризует содержание влаги по сравнению с максимальным количеством влаги, которое может содержаться в веществе в состоянии термодинамического равновесия . Обычно относительную влажность измеряют в процентах от максимума.

Методы определения

Титратор Карла Фишера

Установление степени влажности многих продуктов, материалов и т. п. имеет важное значение. Только при определённой влажности многие тела (зерно, цемент и др.) являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только в определённых диапазонах влажности и относительной влажности воздуха. Влажность может вносить существенную погрешность в вес предмета. Килограмм сахара или зерна с влажностью 5 % и 10 % будет содержать разное количество сухого сахара или зерна.

Измерение влажности определяется высушиванием влаги и титрованием влаги по Карлу Фишеру . Эти способы являются первичными. Помимо них разработано множество других, которые калибруются по результатам измерений влажности первичными способами и по стандартным образцам влажности.

Влажность воздуха

Влажность воздуха - это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли - одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата .

Относительная влажность обычно выражается в процентах.

Относительная влажность очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85 % и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы. Низкие значения относительной влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50 % и ниже).

С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5-2 км упругость пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности. На тропосферу приходится 99 % водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится около 28,5 кг водяного пара.

Величины измерения влажности газа

Для обозначения содержащейся в воздухе влаги используются следующие величины:

абсолютная влажность воздуха масса водяного пара, содержащаяся в единице объёма воздуха, то есть плотность содержащегося в воздухе водяного пара, [г/м³]; в атмосфере колеблется от 0,1-1,0 г/м³ (зимой над материками) до 30 г/м³ и более (в экваториальной зоне); максимальная влажность воздуха (граница насыщения) количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе при определённой температуре в термодинамическом равновесии (максимальное значение влажности воздуха при заданной температуре), [г/м³ ]. При повышении температуры воздуха его максимальная влажность увеличивается; упругость пара , давление пара парциальное давление , которое оказывает водяной пар, содержащийся в воздухе (давление водяного пара как часть атмосферного давления). Единица измерения - Па . дефицит влажности разность между максимально возможным и фактическим давлением водяного пара [Па] (при данных условиях: температуре и давлении воздуха) , то есть между упругостью насыщения и фактической упругостью пара ; относительная влажность воздуха отношение давления пара к давлению насыщенного пара, то есть абсолютной влажности воздуха к максимальной [% относительной влажности]; точка росы температура газа, при которой газ насыщается водяным паром °C . Относительная влажность газа при этом составляет 100 %. С дальнейшим притоком водяного пара или при охлаждении воздуха (газа) появляется конденсат . Таким образом, хотя роса и не выпадает при температуре −10 или −50 °C, выпадает изморозь , иней , лёд или снег , точка росы в −10 или −50 °C существует и соответствует 2,361 и 0,063 г воды на 1м³ воздуха или другого газа под давлением одна атмосфера; удельная влажность масса водяного пара в граммах на килограмм увлажнённого воздуха [г/кг], то есть отношение масс водяного пара и увлажнённого воздуха; температура мокрого термометра температура, при которой газ насыщается водяным паром при постоянной энтальпии воздуха. Относительная влажность газа при этом составляет 100 %, влагосодержание увеличивается, а энтальпия равна начальной. соотношение компонентов смеси (содержание водяного пара) масса водяного пара в граммах на килограмм сухого воздуха [г/кг], то есть соотношение масс водяного пара и сухого воздуха.

Примечания

Литература

• Усольцев В. А. Измерение влажности воздуха. - Л. : Гидрометеоиздат, 1959.
• Берлинер М. А. Измерения влажности. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М .: Энергия, 1973.

См. также

Погода
Времена года	Зима Весна Лето Осень
Атмосферные осадки	Дождь Морось Град Снег Крупа Роса Иней Изморозь Гололёд
Прогноз и Облачность Влажность (абсолютная и

Необходимые приборы и принадлежности : станционный психрометр, аспирационный психрометр, дистиллированная вода, пипетка для смачивания, штатив для укрепления психрометра, ртутный барометр, Психрометрические таблицы, волосной гигрометр.

В атмосферном воздухе всегда имеется водяной пар, содержание которого меняется по объёму в пределах от 0 до 4% и зависит от физико-географических условий местности, времени года, циркуляционных особенностей атмосферы, состояния поверхности почвы, температуры воздуха и т.п.

В единице объёма воздуха при данной температуре содержание водяного пара не может быть больше некоторого предельного количества, называемого максимально возможной упругостью водяного пара или максимальным насыщением . Оно соответствует равновесию между паром и водой, т.е. насыщенному состоянию пара.

Водяной пар, образующийся над испаряемой поверхностью, оказывает определённое давление, которое называется упругостью водяного пара или парциальным давлением (е).

Упругость водяного пара (е) определяется по формуле:

е = Е" - А· р(t - t")

где Е" – максимальная упругость водяного пара при температуре смоченного термометра; р – атмосферное давление; t – температура воздуха (температура по сухому термометру), 0 С; t – температура испаряющей поверхности (температура по смоченному термометру), 0 С; А – постоянная психрометра, зависящая от его конструкции и, главным образом, от скорости движения воздуха около приёмной части психрометра. Так, постоянная станционного психрометра принимается равной 0,0007947, что соответствует средней скорости движения воздуха в будке (0,8 м/сек). Постоянная аспирационного психрометра равна 0,000662 при постоянной скорости движения воздуха (2 м/сек) у приемной части термометров.

Измеряется парциальное давление в миллиметрах ртутного столба или миллибарах. При любой температуре парциальное давление водяного пара (е) не может превышать давление насыщенного пара (Е). Для вычисления Е существуют специальные формулы по ним составлены таблицы по которым его и находят (прил.1, 2).

Относительная влажность (f) – отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара над плоской поверхностью дистиллированной воды при данной температуре, выраженное в %.

Относительная влажность воздуха показывает на сколько воздух близок или далёк к насыщению водяным паром, определяют с точностью до 1%.

Дефицит насыщения (d) – разность между давлением насыщенного водяного пара и его парциальным давлением. d = Е – е.

Дефицит насыщения выражается в мм ртутного столба или миллибарах.

Абсолютная влажность (g) – количество водяного пара, находящегося в 1м 3 воздуха, выраженное в граммах.

Если давление воздуха выражено в миллибарах, то g определяется по формуле:

Если давление воздуха выражено в миллиметрах, то g определяется по формуле:

где L – коэффициент расширения газов, равный 1/273, или 0,00366.

Точка росы (t d) – температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при неизменном давлении, достигает состояния насыщения относительно плоской поверхности чистой воды или льда. Точку росы определяют с точностью до десятых долей градуса.

Методы измерения влажности воздуха

Психрометрический метод – это основной метод для определения влажности воздуха, который основан на измерении температуры воздуха и температуры смоченного водой термометра – температуры термодинамического равновесия между затратами тепла на испарение со смоченной поверхности и притоком тепла к термометру от окружающей среды. Определение влажности воздуха этим методом осуществляется по показанию психрометра – прибора, состоящего из двух термометров. Приёмная часть (резервуар) одного из психрометрических термометров обёртывается батистом, находящимся в увлажнённом состоянии (смоченный термометр), С поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение, на которое затрачивается тепло. Другой термометр психрометра – сухой, он показывает температуру воздуха. Смоченный же термометр показывает собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности резервуара.

Для измерения влажности воздуха используются два типа психрометров: станционный и аспирационный.

Станционный психрометр состоит из двух одинаковых термометров с делениями через 0,2 0 , установленных вертикально на штативе в психрометрической будке. Резервуар правого термометра плотно обёртывается в один слой кусочком батиста, конец которого опускается в стаканчик с дистиллированной водой. Стаканчик закрывается крышкой с прорезью для батиста. Установку термометров в психрометрической будке представлена на рис. 20.

Отсчёты по термометрам должны проводиться как можно быстрее, так как присутствие наблюдателя вблизи термометров может исказить показания. Вначале отсчитываются и записываются десятые доли, а затем – целые градусы.

Наблюдения по психрометру проводятся при любой положительной температуре воздуха, а при отрицательной – только до -10 0 , так как при более низкой температуре результаты наблюдений становятся ненадежными. При температуре воздуха ниже 0 0 кончик батиста на смоченном термометре обрезается. Батист смачивают на 30 мин до начала наблюдений, погружая резервуар термометра в стаканчик с водой.

Рис. 20 Установка термометров в психрометрической будке

При отрицательной температуре вода на батисте может быть не только в твердом состоянии (лёд), но и в жидком (переохлаждённая вода). По наружному виду установить это весьма трудно. Для этого необходимо прикоснуться к батисту карандашом, на конце которого имеется кусочек льда или снега, и следить за показанием термометра. Если в момент прикосновения столбик ртути повысится, то на батисте была вода, которая перешла в лёд; при этом выделилась скрытая теплота, за счёт чего и увеличилось показание термометра. Если же от прикосновения к батисту показание термометра не меняется, значит на батисте лёд, и изменения агрегатного состояния не происходит.

Учёт агрегатного состояния воды на резервуаре смоченного термометра весьма важен, так как максимальная упругость водяного пара, входящая в психрометрическую формулу, над водой и льдом различна.

Вычисление характеристик влажности воздуха по показаниям психрометра осуществляется с помощью психрометрических таблиц, составленных по формулам. В психрометрических таблицах приводятся готовые значения t d , e, f, d для разных сочетаний t и t" при постоянной А, равной 0,0007947 и атмосферном давлении 1000 мб. Если давление воздуха больше или меньше 1000 мб, к характеристикам влажности вводятся поправки. Поправку у упругости водяного пара находят по величине атмосферного давления и разности показаний сухого и смоченного термометров. При атмосферном давлении меньше 1000 мб, эта поправка положительна, если превышает 1000 мб, ее вводят со знаком минус.

Аспирационный психрометр (рис. 21) состоит из двух психрометрических термометров 1 , 2 с ценой деления 0.2 0 , помещённых в металлическую оправу.

Оправа состоит из трубки 3 , раздваивающейся книзу, и боковых защит 4 . Верхний конец трубки 3 соединен с аспиратором 7 , просасывающим наружный воздух через трубки 5 и 6 , в которых находятся резервуары термометров 10, 11 . Аспиратор имеет пружинный механизм. Пружина заводится ключом 8 . Трубки 5 и 6 сделаны двойными. Резервуар одного из термометров (правый) обвернут коротко обрезанным батистом. Никелированная и полированная поверхность психрометра хорошо отражает солнечные лучи. Поэтому для его установки не требуется никакой дополнительной защиты и он устанавливается на открытом воздухе. Аспирационные психрометры используются для градиентных наблюдений на метеорологических станциях, а также в полевых микроклиматических исследованиях.

Рис. 21 Аспирационный психрометр

Перед наблюдением психрометр выносят из помещения зимой за 30 мин, а летом за 15 мин. Батист правого термометра смачивают с помощью резиновой груши 9 с пипеткой летом за 4 мин, а зимой за 30 мин до срока наблюдений. После смачивания заводят аспиратор, который в момент отсчёта должен работать полным ходом. Поэтому зимой за 4 мин до отсчёта нужно вторично завести психрометр.

Характеристики влажности воздуха по данным аспирационного психрометра вычисляют также с помощью психрометрических таблиц. Психрометрическая постоянная для этого прибора равна 0,000662.

Гигрометрический метод – основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса менять свою длину при изменении влажности воздуха.

Волосной гигрометр (рис. 22). Основной частью волосного гигрометра является обезжиренный (обработанный в эфире и спирте) человеческий волос, обладающий свойством изменять свою длину под влиянием изменения относительной влажности. При уменьшении относительной влажности волос 1 , укрепленный на раме 2 , укорачивается, при увеличении - удлиняется.

Верхний конец волоса прикреплён к регулировочному винту 3 , с помощью которого можно менять положение стрелки 7 на шкале 9 гигрометра. Нижний конец волоса соединён с блоком в виде дужки 4 , сидящей на стержне 5. Грузик 6 этого блока служит для натяжения волоса. На оси блока 8 укреплена стрелка 7 , свободный конец которой при изменении влажности перемещается по шкале.

Цена деления шкалы гигрометра - 1% относительной влажности. Деления на шкале неравномерны: при небольших значениях влажности они крупнее, а при больших – мельче. Применение такой шкалы обусловлено тем, что изменение длины волоса идёт быстрее при малых величинах влажности и медленнее при больших её значениях.

Рис. 22 Волосной гигрометр

При продолжительном действии гигрометры становятся менее чувствительными к изменению влажности: волос вытягивается и загрязняется, а плёнка высыхает. Учитывая это, приходится часто сверять прибор с психрометром и находить его поправки, для чего применяется графический приём. Для этого на координатную сетку наносят точки по данным одновременных наблюдений относительной влажности по психрометру и гигрометру за длительный период (например, за осенние месяцы при подготовке гигрометра к зиме) и через середину полосы, где точки легли более густо, проводят плавную линию так, чтобы по обе стороны от нее было по возможности одинаковое количество точек (рис. 23).

В дальнейшем, пользуясь этой линией, для любого показания гигрометра можно найти соответствующее значение относительной влажности по станционному психрометру. Например, если отсчёт по гигрометру был 75%, то исправленное значение относительной влажности будет 73%.

Для более удобного пользования графиком составляют переводную таблицу. В первом вертикальном столбце (десятки) и в первой горизонтальной строке (единицы) дается шкала гигрометра. В клетки записываются значения относительной влажности, снятые с кривой. Пользуясь этой таблицей, по показаниям гигрометра находят исправленные значения относительной влажности.

Рис.23 График поправок гигрометра

Особо важное значение наблюдения по гигрометру имеют в зимнее время года, когда этот прибор нередко остается единственным для определения влажности воздуха. Поэтому в осенние месяцы его тщательно регулируют и строят переводной график, которым и пользуются в течение всей зимы.

1 Ознакомиться с психрометрическими таблицами путём проработки пояснений к ним и разбора примеров.

2 Ознакомиться с устройством станционного и аспирационного психрометров.

3 Провести измерения по аспирационному психрометру.

4 По показаниям сухого и смоченного термометров и по величине давления с помощью психрометрических таблиц определить характеристики влажности воздуха.

Результаты наблюдений оформить в тетрадь.