Влажность

Kondensierender Wasserdampf01.jpg

Вла́жность — показатель содержания воды в физических телах или средах. Для измерения влажности используются различные единицы, часто внесистемные.


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 температуры и относительной влажности воздуха. Влажность может вносить существенную погрешность в массу 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[ | ]

Относительная влажность в зависимости от температуры. Красная линия 100 %, Зелёная 50 %

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

Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. Так, у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2 % по объёму в высоких широтах до 2,5 % в тропиках. Упругость пара в полярных широтах зимой меньше 1 мбар (иногда лишь сотые доли мбар) и летом ниже 5 мбар; в тропиках же она возрастает до 30 мбар, а иногда и больше. В субтропических пустынях упругость пара понижена до 5—10 мбар.

Абсолютная влажность воздуха (f) — это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объёму влажного воздуха.

Обычно используемая единица абсолютной влажности — грамм на метр кубический, [г/м³][1], реже [г/кг][2].

Относительная влажность воздуха (φ) — это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара.

Температура t, °C −30 −20 −10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Максимальная абсолютная влажность fmax, (г/м³) 0,29 0,81 2,1 4,8 9,4 17,3 30,4 51,1 83,0 130 198 293 423 598

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 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)[3][4];
максимальная влажность воздуха (граница насыщения)[источник не указан 873 дня]
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)[5], то есть между упругостью насыщения и фактической упругостью пара[6];
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[7];
температура смоченного 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.

Эффект[ | ]

Животные[ | ]

Влажность является одним из фундаментальных абиотических факторов, который определяет любую среду обитания (тундра, водно-болотные угодья, пустыня и т. д.), и определяет, какие животные и растения могут процветать в данной среде[8].

Человеческое тело рассеивает тепло посредством потоотделения и его испарения. Тепловая конвекция в окружающий воздух и тепловое излучение являются основными способами передачи тепла от тела. В условиях повышенной влажности скорость испарения пота с кожи уменьшается. Кроме того, если атмосфера такая же теплая, как кожа, во время высокой влажности, кровь, попадающая на поверхность тела, не может рассеивать тепло за счёт теплопроводности воздуха. При таком большом количестве крови, поступающем на внешнюю поверхность тела, меньше крови идёт на активные мышцы, мозг и другие внутренние органы. Раньше наступает снижение физической силы и усталость. Также может возникнуть замедление реакции и умственных способностей, что приводит к тепловому удару или гипертермии.

Люди чувствительны к влажному воздуху, потому что человеческое тело использует испарительное охлаждение в качестве основного механизма для регулирования температуры. В условиях повышенной влажности скорость испарения пота на коже ниже, чем в засушливых условиях. Поскольку люди воспринимают скорость передачи тепла от тела, а не температуру, мы чувствуем себя теплее, когда относительная влажность высокая, а не низкая.

Некоторые люди испытывают трудности с дыханием во влажной среде. Некоторые случаи могут быть связаны с респираторными заболеваниями, такими как астма, в то время как другие могут быть результатом беспокойства. Пациенты часто реагируют на гипервентиляцию, вызывающие, среди прочего, ощущения онемения, обморока и потери концентрации[9].

Кондиционер снижает дискомфорт, снижая не только температуру, но и влажность. Нагрев холодного наружного воздуха может снизить относительную влажность в помещении до уровня ниже 30 %[10], приводя к таким болезням, как сухость кожа, потрескавшиеся губы, сухость в глазах и чрезмерная жажда.

Более высокая влажность снижает инфекционность аэрозольного вируса гриппа[11].

Электроника[ | ]

Электронные устройства часто рассчитаны на работу только при определённых условиях влажности (например, от 5 % до 95 %). В верхней части диапазона влажность может увеличить проводимость проницаемых изоляторов, что приведет к неисправности. Слишком низкая влажность может сделать материалы ломкими. Особую опасность для электронных устройств, независимо от заявленного диапазона рабочей влажности, представляет конденсат. Когда электронный элемент перемещается из холодного места (например, гараж, автомобиль, сарай) в теплое влажное место (дом, офис), конденсат может покрывать печатные платы и другие изоляторы, что приводит к короткому замыканию схемы внутри оборудования. Такие короткие замыкания могут привести к значительному повреждению, если оборудование включено до того, как конденсат испарится. Подобный эффект конденсации часто можно наблюдать, когда человек, носящий очки, приходит с холода[12]. Желательно, чтобы перед включением электронное оборудование акклиматизировалось в течение нескольких часов, после того как оно было перенесено с холода.

Некоторые электронные устройства могут обнаружить такую опасность и при включении указать, что его нельзя использовать до тех пор, пока существует риск выхода из строя оборудования. В ситуациях, когда необходимо в короткие сроки запустить оборудование, увеличение потока воздуха во внутренние элементы устройства, например, направив вентилятор в открытый корпус, значительно сократит время, необходимое для адаптации к новой среде.

Очень низкий уровень влажности способствует накоплению статического электричества, которое может привести к самопроизвольному отключению компьютеров при возникновении разрядов. Помимо ложных ошибочных функций, электростатические разряды могут вызвать диэлектрический пробой в твердотельных устройствах, что приводит к необратимым повреждениям. По этим причинам центры обработки данных часто отслеживают уровни относительной влажности.

См. также[ | ]

Примечания[ | ]

  1. Wyer, Samuel S. Fundamental Physical Laws and Definitions // A Treatise on Producer-Gas and Gas-Producers. — McGraw-Hill Book Company, 1906. — P. 23.
  2. Perry, R.H. and Green, D.W, (2007) Perry's Chemical Engineers' Handbook (8th Edition), Section 12, Psychrometry, Evaporative Cooling and Solids Drying McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-151135-3
  3. Climate - Humidity indexes. Encyclopaedia Britannica. Дата обращения 15 февраля 2018.
  4. Climate/humidity table. Transport Information Service of the German Insurance Association. Дата обращения 15 февраля 2018.
  5. Дефицит влажности // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  6. Погода и климат — Психрометрическая таблица
  7. Seidel, Dian What is atmospheric humidity and how is it measured? (broken link). National Oceanic and Atmospheric Administration. National Oceanic and Atmospheric Administration. Дата обращения 3 марта 2017.
  8. C.Michael Hogan. 2010. Abiotic factor. Encyclopedia of Earth. eds Emily Monosson and C. Cleveland. National Council for Science and the Environment Архивировано 8 июня 2013 года.. Washington DC
  9. Heat and humidity - the lung association. www.lung.ca. Дата обращения 14 марта 2018.
  10. Optimum Humidity Levels for Home. AirBetter.org (3 августа 2014).
  11. Noti, John D.; Blachere, Francoise M.; McMillen, Cynthia M.; Lindsley, William G.; Kashon, Michael L.; Slaughter, Denzil R.; Beezhold, Donald H. High Humidity Leads to Loss of Infectious Influenza Virus from Simulated Coughs (англ.) // PLOS ONE (англ.) : journal. — 2013. — Vol. 8, no. 2. — P. e57485. — DOI:10.1371/journal.pone.0057485. — Bibcode2013PLoSO...857485N. — PMID 23460865.
  12. Fogging Glasses.

Литература[ | ]

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