Влажность - Humidity

О сербском фильме см. Влажность (пленка).
Влажность и гигрометрия
Гора Кинабалу в облачном лесу.jpg
Конкретные концепции
Общие понятия
Меры и инструменты

Влажность это концентрация водяной пар присутствует в воздухе. Водяной пар, газообразное состояние воды, обычно невидим для человеческого глаза.[1] Влажность указывает на вероятность атмосферные осадки, роса, или туман присутствовать.

Влажность зависит от температуры и давления интересующей системы. Такое же количество водяного пара приводит к более высокой влажности в прохладном воздухе, чем в теплом. Связанный параметр - это точка росы. Количество водяного пара, необходимое для достижения насыщения, увеличивается с повышением температуры. По мере того, как температура воздуха понижается, он в конечном итоге достигает точки насыщения без добавления или потери массы воды. Количество водяного пара, содержащегося в воздушном потоке, может значительно различаться. Например, порция воздуха, близкая к насыщению, может содержать 28 граммов воды на кубический метр воздуха при 30 ° C, но только 8 граммов воды на кубический метр воздуха при 8 ° C.

Широко используются три основных измерения влажности: абсолютная, относительная и специфическая. Абсолютная влажность описывает содержание воды в воздухе и выражается в граммах на кубический метр.[2] или граммов на килограмм.[3] Относительная влажность, выраженный в процентах, указывает текущее состояние абсолютной влажности относительно максимальной влажности при той же температуре. Удельная влажность это соотношение от массы водяного пара к общей массе пакета влажного воздуха.

Влажность играет важную роль для жизни на поверхности. Для жизни животных, зависящих от пот (потливость ) для регулирования внутренней температуры тела, высокая влажность снижает эффективность теплообмена за счет снижения влажности испарение с поверхностей кожи. Этот эффект можно рассчитать с помощью индекс тепла стол, также известный как гумидекс.

Понятие воздуха, «удерживающего» водяной пар или «насыщающегося» им, часто упоминается в связи с концепцией относительной влажности. Это, однако, вводит в заблуждение - количество водяного пара, который входит (или может входить) в данное пространство при заданной температуре, почти не зависит от количества воздуха (азота, кислорода и т. Д.), Который присутствует. Действительно, вакуум имеет примерно такую ​​же равновесную способность удерживать водяной пар, что и тот же объем, заполненный воздухом; оба даются равновесным давлением водяного пара при данной температуре.[4][5] Существует очень небольшая разница, описанная ниже в разделе «Коэффициент усиления», которой можно пренебречь во многих расчетах, если не требуется высокая точность.

Определения

Обсерватория Паранал на Серро Параналь в Пустыня Атакама одно из самых засушливых мест на Земле.[6]

Абсолютная влажность

Абсолютная влажность - это общая масса водяного пара, присутствующего в данном объеме или массе воздуха. Не учитывает температуру. Абсолютная влажность в атмосфере колеблется от почти нуля до примерно 30 граммов на кубический метр, когда воздух насыщен при 30 ° C (86 ° F).[7][8]

Абсолютная влажность - это масса водяного пара , деленный на объем паровоздушной смеси , который можно выразить как:

Абсолютная влажность меняется как воздух температура или давление изменяется, если громкость не зафиксирована. Это делает его непригодным для химическая инженерия расчеты, например в сушка, где температура может значительно варьироваться. В результате абсолютная влажность в химической инженерии может относиться к массе водяного пара на единицу массы сухого воздуха, также известной как коэффициент влажности или соотношение масс (см. «удельную влажность» ниже), который лучше подходит для расчета баланса тепла и массы. Масса воды на единицу объема, как в приведенном выше уравнении, также определяется как объемная влажность. Из-за возможной путаницы Британский стандарт BS 1339 [9] предлагает избегать термина «абсолютная влажность». Единицы всегда следует тщательно проверять. Многие диаграммы влажности даны в г / кг или кг / кг, но можно использовать любые единицы массы.

Направление, связанное с изучением физических и термодинамических свойств парогазовых смесей, носит название психрометрия.

Относительная влажность

Относительная влажность или смеси воздух-вода определяется как отношение частичное давление водяного пара в смеси с равновесное давление пара воды над плоской поверхностью чистой воды[10] при заданной температуре:[11][12][4]

Относительная влажность обычно выражается как процент; более высокий процент означает, что смесь воздуха и воды более влажная. При относительной влажности 100% воздух насыщен и находится на максимальной точка росы.

Относительная влажность важна метрика используется в прогноз погоды и отчеты, поскольку это показатель вероятности атмосферные осадки, роса или туман. Жарким летом Погода, повышение относительной влажности увеличивает кажущаяся температура к люди (и другие животные ), препятствуя испарение из пот из кожи. Например, согласно Индекс тепла относительная влажность 75% при температуре воздуха 80,0 ° F (26,7 ° C) будет ощущаться как 83,6 ° F ± 1,3 ° F (28,7 ° C ± 0,7 ° C).[13][14]

Удельная влажность

Удельная влажность (или влажность) - это отношение массы водяного пара к общей массе воздушной посылки.[15] Удельная влажность примерно равна соотношение смешивания, который определяется как отношение массы водяного пара в воздушной посылке к массе сухой воздух за ту же посылку. При понижении температуры количество водяного пара, необходимое для достижения насыщения, также уменьшается. По мере того, как температура воздуха становится ниже, он в конечном итоге достигает точки насыщения без добавления или потери массы воды.

Связанные понятия

Период, термин относительная влажность зарезервирован для систем водяного пара в воздухе. Период, термин относительная насыщенность используется для описания аналогичного свойства для систем, состоящих из конденсируемой фазы, отличной от воды, в неконденсирующейся фазе, отличной от воздуха.[16]

Измерение

А гигрометр для контроля и записи влажности.
Гигрометр бытового применения.
Часы с гигрометром, показывающие очень низкую влажность зимой.

Устройство, используемое для измерения влажности воздуха, называется психрометром или гигрометр. А гигростат это переключатель влажности, часто используемый для управления осушитель.

Влажность смеси воздуха и водяного пара определяется с помощью психрометрических диаграмм, если оба температура по сухому термометру (Т) и температура по влажному термометру (Тш) смеси известны. Эти количества легко оценить с помощью строп. психрометр.

Существует несколько эмпирических формул, которые можно использовать для оценки равновесного давления водяного пара в зависимости от температуры. В Уравнение антуана является одним из наименее сложных из них, имея всего три параметра (А, B, и C). Другие формулы, такие как Уравнение Гоффа – Гратча и Приближение Магнуса – Тетенса., являются более сложными, но дают более высокую точность.[нужна цитата ]

В Уравнение Ардена Бака в литературе по этой теме часто встречаются:[17]

где температура сухого термометра, выраженная в градусах Цельсия (° C), абсолютное давление, выраженное в миллибарах, а - равновесное давление пара, выраженное в миллибарах. Бак сообщил, что максимальная относительная ошибка составляет менее 0,20% в диапазоне от -20 до +50 ° C (от -4 до 122 ° F), когда эта конкретная форма обобщенной формулы используется для оценки равновесного давления пара воды.

Для измерения и регулирования влажности используются различные устройства. Стандарты калибровки для наиболее точного измерения включают гравиметрический гигрометр, охлаждаемый зеркальный гигрометр, и электролитический гигрометр. Гравиметрический метод является самым точным, но очень громоздким. Для быстрого и очень точного измерения эффективен метод охлажденного зеркала.[18] В настоящее время наиболее часто используемые датчики для технологических измерений в реальном времени основаны на емкость измерения для измерения относительной влажности,[19] часто с внутренними преобразованиями для отображения абсолютной влажности. Они дешевы, просты, в целом точны и относительно надежны. Все датчики влажности сталкиваются с проблемами при измерении запыленных газов, например, выхлопных газов из сушилки.

Влажность также измеряется в глобальном масштабе с помощью удаленных спутники. Эти спутники способны обнаруживать концентрация воды в тропосфера на высоте от 4 до 12 километров. Спутники, которые могут измерять водяной пар, имеют датчики, чувствительные к инфракрасное излучение. Водяной пар специально поглощает и повторно излучает излучение в этом спектральном диапазоне. Спутниковые изображения водяного пара играют важную роль в мониторинге климатических условий (например, образования гроз) и в развитии прогноз погоды.

Плотность и объем воздуха

Основные статьи: Объем (термодинамика) и Плотность воздуха

Влажность зависит от парообразования и конденсации, которые, в свою очередь, в основном зависят от температуры. Следовательно, при приложении большего давления к газу, насыщенному водой, все компоненты сначала уменьшатся в объеме примерно в соответствии с закон идеального газа. Однако некоторая часть воды будет конденсироваться до тех пор, пока не вернется почти к той же влажности, что и раньше, в результате чего итоговый общий объем будет отклоняться от того, что предсказал закон идеального газа. И наоборот, понижение температуры также приведет к конденсации некоторого количества воды, что снова приведет к отклонению конечного объема от предсказанного законом идеального газа. Следовательно, объем газа в качестве альтернативы может быть выражен как сухой объем, за исключением содержания влаги. Эта фракция более точно соответствует закону идеального газа. Напротив, насыщенный объем - это объем, который газовая смесь имела бы, если бы к ней добавляли влажность до насыщения (или 100% относительной влажности).

Влажный воздух менее плотный, чем сухой, потому что молекула воды (M ≈ 18 ты ) менее массивен, чем молекула азот (M ≈ 28) или молекула кислород (M ≈ 32). Около 78% молекул в сухом воздухе составляют азот (N2). Еще 21% молекул в сухом воздухе составляют кислород (O2). Последний 1% сухого воздуха представляет собой смесь других газов.

Для любого газа при данной температуре и давлении количество молекул, присутствующих в определенном объеме, постоянно - см. закон идеального газа. Поэтому, когда молекулы воды (пара) вводятся в этот объем сухого воздуха, количество молекул воздуха в объеме должно уменьшаться на такое же число, если температура и давление остаются постоянными. (Добавление молекул воды или любых других молекул к газу без удаления такого же количества других молекул обязательно потребует изменения температуры, давления или общего объема, то есть изменения по крайней мере один из этих трех параметров. Если температура и давление остаются постоянными, объем увеличивается, и молекулы сухого воздуха, которые были вытеснены, сначала перемещаются в дополнительный объем, после чего смесь в конечном итоге станет однородной за счет диффузии.) Следовательно, масса на единицу объема газа - его плотность - уменьшается. Исаак Ньютон открыл это явление и написал о нем в своей книге Opticks.[20]

Зависимость от давления

Относительная влажность системы воздух-вода зависит не только от температуры, но и от абсолютного давления интересующей системы. Эта зависимость демонстрируется на примере системы воздух – вода, показанной ниже. Система закрыта (т.е. неважно, входит в систему или выходит из нее).

Изменения относительной влажности.png

Если система в состоянии A нагревается изобарно (нагрев без изменения давления в системе), то относительная влажность системы уменьшается, поскольку равновесное давление водяного пара увеличивается с увеличением температуры. Это показано в состоянии B.

Если система в состоянии A изотермически сжимается (сжимается без изменения температуры системы), то относительная влажность системы увеличивается, потому что парциальное давление воды в системе увеличивается с уменьшением объема. Это показано в состоянии C. Выше 202,64 кПа относительная влажность превысит 100%, и вода может начать конденсироваться.

Если бы давление в состоянии А было изменено простым добавлением сухого воздуха без изменения объема, относительная влажность не изменилась бы.

Следовательно, изменение относительной влажности можно объяснить изменением температуры системы, изменением объема системы или изменением обоих этих свойств системы.

Фактор улучшения

Фактор усиления определяется как отношение давления насыщенного пара воды во влажном воздухе к давлению насыщенного пара чистой воды:

Для идеальных газовых систем коэффициент усиления равен единице. Однако в реальных системах эффекты взаимодействия между молекулами газа приводят к небольшому увеличению равновесного давления пара воды в воздухе по сравнению с равновесным давлением пара чистого водяного пара. Таким образом, для реальных систем коэффициент усиления обычно немного больше единицы.

Коэффициент усиления обычно используется для корректировки равновесного давления водяного пара, когда эмпирические зависимости, такие как разработанные Векслером, Гоффом и Грэтчем, используются для оценки свойств психрометрических систем.

Бак сообщил, что на уровне моря давление пара воды в насыщенном влажном воздухе примерно на 0,5% больше, чем равновесное давление пара чистой воды.[17]

Эффекты

Зимой помещение для акустической гитары в Guitar Center увлажняется до 50% относительной влажности.
Устройство для контроля влажности сигар.

Под контролем климата понимается контроль температуры и относительной влажности в зданиях, транспортных средствах и других закрытых помещениях с целью обеспечения комфорта, здоровья и безопасности человека, а также соответствия экологическим требованиям, предъявляемым к машинам, чувствительным материалам (например, историческим) и техническим требованиям. процессы.

Климат

Смотрите также: Осадки (метеорология) и Влажный субтропический климат
Климаты Земли по значениям влажности.
  Влажный климат
  Полузасушливый климат
  Засушливый климат

Хотя влажность сама по себе является климатической переменной, она также преобладает над другими климатическими переменными. На влажность влияют ветры и осадки.

Самые влажные города на земле обычно расположены ближе к экватору, недалеко от прибрежных районов. Города в Юг и Юго-Восточная Азия являются одними из самых влажных. Куала Лумпур, Манила, Джакарта, и Сингапур имеют очень высокую влажность круглый год из-за близости к водоемам и экватор и часто пасмурная погода. В некоторых местах в сезон дождей бывает очень высокая влажность в сочетании с теплом, создающим ощущение теплой сауны, например Калькутта, Ченнаи и Кочин в Индия, и Лахор в Пакистан. Суккур город, расположенный на Река Инд в Пакистане одни из самых высоких и неудобных точки росы в стране, часто превышая 30 ° C (86 ° F) в Муссон время года.[21] Высокие температуры в сочетании с высокой точкой росы создают тепловой индекс, превышающий 65 ° C (149 ° F). Дарвин, Австралия переживает чрезвычайно влажный сезон дождей с декабря по апрель. Шанхай и Гонконг также имеют очень влажный период в летние месяцы. Во время юго-западного и северо-восточного сезонов муссонов (соответственно с конца мая по сентябрь и с ноября по март) ожидаются проливные дожди и относительно высокая влажность после дождя. Вне сезона дождей влажность высокая (по сравнению со странами, расположенными дальше от экватора), но бывает много совершенно солнечных дней. В более прохладных местах, таких как Северная Тасмания, Австралия, высокая влажность наблюдается круглый год из-за океана между материковой Австралией и Тасманией. Летом горячий сухой воздух поглощается этим океаном, и температура редко поднимается выше 35 ° C (95 ° F).

Глобальный климат

Смотрите также: Парниковый эффект

Влажность влияет на энергетический бюджет и тем самым влияет на температуру двумя основными способами. Во-первых, водяной пар в атмосфере содержит «скрытую» энергию. Во время испарения или испарения это скрытая теплота с поверхности удаляется жидкость, охлаждающая земную поверхность. Это самый большой эффект безызлучательного охлаждения на поверхности. Он компенсирует примерно 70% среднего чистого радиационного потепления на поверхности.

Во-вторых, водяной пар - самый распространенный из всех парниковые газы. Водяной пар, подобно зеленой линзе, которая пропускает зеленый свет, но поглощает красный свет, является «селективным поглотителем». Как можно буквально видеть, водяной пар, как и другие парниковые газы, прозрачен для большей части солнечной энергии. Но он поглощает инфракрасную энергию, излучаемую (излучаемую) вверх земной поверхностью, что является причиной того, что влажные районы испытывают очень слабое ночное охлаждение, а сухие пустынные районы значительно охлаждаются ночью. Это избирательное поглощение вызывает парниковый эффект. Он поднимает температуру поверхности значительно выше ее теоретической температуры радиационного равновесия с солнцем, и водяной пар является причиной большего потепления, чем любой другой парниковый газ.

Однако, в отличие от большинства других парниковых газов, вода не просто ниже точки кипения во всех регионах Земли, но и ниже точки замерзания на многих высотах. Как конденсируемый парниковый газ, он осаждает, с гораздо более низким высота шкалы и более короткое время жизни в атмосфере - недели вместо десятилетий. Без других парниковых газов Земля температура черного тела, ниже точки замерзания воды, приведет к удалению водяного пара из атмосферы.[22][23][24] Таким образом, водяной пар является «рабом» неконденсируемых парниковых газов.[25][26][27]

Животный и растительный мир

Тилландсия usneoides в Тропическом доме, Королевский ботанический сад, Кью. Он растет там, где климат достаточно теплый и имеет относительно высокую среднюю влажность.

Влажность - один из фундаментальных абиотические факторы который определяет любую среду обитания (тундра, водно-болотные угодья и пустыня - вот несколько примеров) и является определяющим фактором того, какие животные и растения могут процветать в данной среде.[28]

Человеческое тело рассеивает тепло через пот и его испарение. Тепловая конвекция, в окружающий воздух, и тепловое излучение являются основными способами переноса тепла от тела. В условиях повышенной влажности скорость испарения пота с кожи снижается. Кроме того, если во время высокой влажности воздух теплее или теплее, чем кожа, кровь попадая на поверхность тела, не может рассеивать тепло путем теплопроводности в воздух. Когда на внешнюю поверхность тела поступает столько крови, на активные мышцы, то мозг, и другие внутренние органы. Физическая сила снижается, и усталость происходит раньше, чем в противном случае. Также может быть нарушена бдительность и умственные способности, что приведет к тепловой удар или гипертермия.

Человеческий комфорт

Хотя влажность является важным фактором теплового комфорта, люди более чувствительны к колебаниям температуры, чем к изменениям относительной влажности.[29] Влажность оказывает небольшое влияние на тепловой комфорт на открытом воздухе при низких температурах воздуха, немного более выраженное влияние при умеренных температурах воздуха и гораздо более сильное влияние при более высоких температурах воздуха.[30]

Люди чувствительны к влажному воздуху, потому что человеческое тело использует испарительное охлаждение в качестве основного механизма регулирования температуры. Во влажных условиях показатель при котором испарение потоотделения на коже ниже, чем в засушливых условиях. Поскольку люди воспринимают скорость передачи тепла от тела, а не саму температуру, мы чувствуем себя теплее при высокой относительной влажности, чем при низкой.

Некоторые люди испытывают затруднения при дыхании во влажной среде. Некоторые случаи могут быть связаны с респираторными заболеваниями, такими как: астма, в то время как другие могут быть продуктом беспокойство. Больные часто гипервентиляция в ответ, вызывая ощущение онемение, слабость, и потеря концентрация, среди прочего.[31]

Кондиционирование воздуха уменьшает дискомфорт за счет снижения не только температуры, но и влажности. Нагрев холодного наружного воздуха может снизить уровень относительной влажности в помещении до менее 30%,[32] приводящие к таким заболеваниям, как сухость кожи, потрескавшиеся губы, сухие глаза и чрезмерная жажда.

Вместе с температура воздуха, средняя лучистая температура, скорость воздуха, уровень метаболизма и уровень одежды, влажность играет важную роль в жизни человека. тепловой комфорт. Согласно с Стандарт ASHRAE 55-2017: Тепловые условия окружающей среды для проживания человека, тепловой комфорт в помещении достигается за счет PMV метод с относительной влажностью от 0 до 100%, в зависимости от уровней других факторов, влияющих на тепловой комфорт.[33] Однако рекомендуемый диапазон относительной влажности в помещениях с кондиционированием воздуха обычно составляет 30–60%.[34][35]

В общем, более высокие температуры требуют более низкой влажности для достижения теплового комфорта по сравнению с более низкими температурами, при сохранении всех остальных факторов постоянными. Например, при уровне одежды = 1, скорости метаболизма = 1,1 и скорости воздуха 0,1 м / с изменение температуры воздуха и средней температуры излучения с 20 ° C до 24 ° C снизит максимально допустимую относительную влажность со 100% до 65% для поддержания теплового комфорта. В CBE Инструмент Thermal Comfort Tool можно использовать для демонстрации влияния относительной влажности на конкретные условия теплового комфорта, а также для демонстрации соответствия стандарту ASHRAE Standard 55-2017.[36]

При использовании адаптивная модель для прогнозирования теплового комфорта в помещении влажность не учитывается.[33]

В холодном климате из-за температуры наружного воздуха пропускная способность водяного пара снижается. Хотя может идти снег и относительная влажность на улице высокая, как только воздух попадает в здание и нагревается, его новая относительная влажность становится очень низкой (то есть воздух очень сухой), что может вызвать дискомфорт. Сухая потрескавшаяся кожа может возникнуть из-за сухого воздуха.

Низкая влажность вызывает высыхание, растрескивание и растрескивание тканей слизистой оболочки носовых ходов, что делает их более уязвимыми для риновирус вирусы простуды.[37] Низкая влажность - частая причина кровотечение из носа. Использование увлажнитель в домах, особенно в спальнях, может помочь с этими симптомами.[38]

Относительная влажность в помещении должна поддерживаться выше 30%, чтобы снизить вероятность пересыхания носовых проходов человека.[39][40]

Люди могут чувствовать себя комфортно в широком диапазоне влажности в зависимости от температуры - от 30 до 70%.[41]- но в идеале от 50 %[42] и 60 %.[43] Очень низкая влажность может вызвать дискомфорт, проблемы с дыханием и усугубить аллергию у некоторых людей. Зимой рекомендуется поддерживать относительную влажность 30% и выше.[44] Чрезвычайно низкий (ниже 20 %) относительная влажность также может вызвать раздражение глаз.[39][45]

Человеческое здоровье

Повышенная влажность снижает инфекционность вируса гриппа в аэрозольной форме. В исследовании сделан вывод: «Поддержание относительной влажности в помещении> 40% значительно снизит инфекционность вируса в аэрозольной форме».[46]

Мукоцилиарный клиренс в дыхательные пути также мешает низкая влажность. Одно исследование на собаках показало, что транспорт слизи был ниже при абсолютной влажности 9 г воды / м3.3 чем при 30 г воды / м3.[47]

Строительство зданий

Воздействие повышенной влажности на строительную конструкцию (первичные высолы ).

Обычные методы строительства часто приводят к созданию ограждающих конструкций с плохой тепловой границей, требующей изоляция и система воздушного барьера, предназначенная для сохранения условий окружающей среды в помещении при сопротивлении внешним условиям окружающей среды.[48] Энергоэффективная, сильно герметичная архитектура, представленная в 20 веке, также блокировала движение влаги, что привело к вторичной проблеме конденсация образуются внутри и вокруг стен, что способствует развитию плесени и грибка. Кроме того, в зданиях с неуплотненным фундаментом вода может проходить через стены из-за капиллярное действие пор, найденных в изделиях из кирпича. Решения для энергоэффективных зданий, исключающих конденсацию, являются актуальной темой архитектуры.

Для контроля микроклимата в зданиях используют HVAC систем, ключевым является поддержание относительной влажности в комфортном диапазоне - достаточно низком, чтобы быть комфортным, но достаточно высоком, чтобы избежать проблем, связанных с очень сухим воздухом.

При высокой температуре и низкой относительной влажности испарение воды происходит быстро; почва сохнет, влажная одежда, повешенная на веревке или вешалке, быстро сохнет, а пот легко испаряется с кожи. Деревянная мебель может давать усадку, в результате чего краска, покрывающая эти поверхности, трескается.

Когда температура низкая, а относительная влажность высокая, испарение воды происходит медленно. Когда относительная влажность приближается к 100 %, на поверхностях может образоваться конденсат, что приведет к проблемам с форма, коррозия, гниение и другие повреждения, связанные с влажностью. Конденсат может представлять угрозу безопасности, поскольку он может способствовать росту плесени и гнили древесины, а также, возможно, замораживанию аварийных выходов.

Определенные производственные и технические процессы и обработки на фабриках, лабораториях, больницах и других объектах требуют поддержания определенных уровней относительной влажности с помощью увлажнителей. осушители и связанные с ними системы управления.

Транспортные средства

Вышеупомянутые основные принципы построения зданий также применимы к транспортным средствам. Кроме того, могут быть соображения безопасности. Например, высокая влажность внутри средство передвижения может привести к образованию конденсата, например, к запотеванию лобовые стекла и короткое замыкание электрических компонентов. В транспортных средствах и сосуды под давлением например, под давлением авиалайнеры, подводные аппараты и космический корабль, эти соображения могут иметь решающее значение для безопасности и усложнять системы экологического контроля включая оборудование для обслуживания давление необходимы.

Авиация

Авиалайнеры работают с низкой внутренней относительной влажностью, часто ниже 20 %,[49] особенно при длительных перелетах. Низкая влажность является следствием втягивания очень холодного воздуха с низкой абсолютной влажностью, что характерно для крейсерских высот авиалайнеров. Последующее нагревание этого воздуха снижает его относительную влажность. Это вызывает дискомфорт, такой как боль в глазах, сухость кожи и высыхание слизистой оболочки, но увлажнители не используются, чтобы поднять ее до комфортного среднего уровня, потому что объем воды, необходимый для перевозки на борту, может значительно снизить вес. По мере того как авиалайнеры спускаются с более низких высот в более теплый воздух (возможно, даже пролетая сквозь облака на высоте нескольких тысяч футов над землей), относительная влажность окружающей среды может резко возрасти. Часть этого влажного воздуха обычно втягивается в герметичную кабину самолета и в другие негерметичные зоны самолета и конденсируется на холодной обшивке самолета. Жидкая вода обычно течет по обшивке самолета как внутри, так и снаружи кабины. Из-за резких изменений относительной влажности внутри автомобиля компоненты должны быть аттестованы для работы в таких условиях. Рекомендуемые экологические требования для большинства компонентов коммерческих самолетов перечислены в RTCA DO-160.

Холодный влажный воздух может способствовать образованию льда, который представляет опасность для самолета, поскольку влияет на профиль крыла и увеличивает вес. Карбюраторные двигатели имеют дополнительную опасность образования льда внутри карбюратор. Сводки погоды авиации (METAR ) поэтому включают указание относительной влажности, обычно в виде точка росы.

Пилоты должны учитывать влажность при расчете взлетной дистанции, потому что высокая влажность требует более длинных взлетно-посадочных полос и ухудшает характеристики набора высоты.

Высота по плотности - это высота относительно стандартных условий атмосферы (Международная стандартная атмосфера), при которой плотность воздуха будет равна указанной плотности воздуха в месте наблюдения, или, другими словами, высоте, измеренной в терминах плотности. воздуха, а не расстояния от земли. «Высота по плотности» - это барометрическая высота с поправкой на нестандартную температуру.

Повышение температуры и, в гораздо меньшей степени, влажности вызовет увеличение плотности на высоте. Таким образом, в жарких и влажных условиях высота по плотности в конкретном месте может быть значительно выше истинной высоты.

Электроника

Осушитель мешок (силикагель ), обычно включаемые в пакеты, содержащие электронные продукты для контроля влажности.

Электронные устройства часто рассчитаны на работу только в определенных условиях влажности (например, от 5% до 95%). В верхней части диапазона влага может увеличить проводимость проницаемых изоляторы что приводит к неисправности. Слишком низкая влажность может сделать материалы хрупкими. Особую опасность для электронных устройств, независимо от заявленного диапазона рабочей влажности, представляют конденсация. Когда электронный предмет перемещается из холодного места (например, гаража, автомобиля, сарая, помещения с кондиционированным воздухом в тропиках) в теплое влажное место (дом, за пределами тропиков), конденсат может покрыть печатные платы и другие изоляторы, что приведет к короткое замыкание внутри оборудования. Такие короткие замыкания могут вызвать серьезные необратимые повреждения, если оборудование будет включено до того, как конденсат исчезнет. испарился. Подобный эффект конденсации часто наблюдается, когда человек в очках приходит с холода (т. Е. Очки становятся туманными).[50] Перед включением рекомендуется дать электронному оборудованию акклиматизироваться в течение нескольких часов после того, как его принесли с холода. Некоторые электронные устройства могут обнаружить такое изменение и указать при подключении, обычно с помощью небольшого символа в виде капли, что их нельзя использовать, пока не исчезнет опасность образования конденсата. В ситуациях, когда время имеет решающее значение, увеличение потока воздуха через внутренние части устройства, например, снятие боковой панели с корпуса ПК и направление вентилятора на обдув корпуса, значительно сократит время, необходимое для адаптации к новой среде.

Напротив, очень низкий уровень влажности способствует накоплению статичное электричество, что может привести к самопроизвольному выключению компьютеров при разрядке. Помимо ложного сбоя в работе, электростатические разряды могут вызвать пробой диэлектрика в твердотельных устройствах, что приведет к необратимым повреждениям. Дата-центры по этим причинам часто контролируют уровень относительной влажности.

Промышленность

Высокая влажность часто может отрицательно сказаться на производительности химических заводов и нефтеперерабатывающих заводов, которые используют печи как часть определенных процессов (например, паровой риформинг, процессы влажной серной кислоты). Например, поскольку влажность снижает концентрацию кислорода в окружающей среде (сухой воздух обычно содержит 20,9% кислорода, но при относительной влажности 100% воздух содержит 20,4% кислорода), вентиляторы дымовых газов должны всасывать воздух с большей скоростью, чем в противном случае потребовалось бы для поддержания такая же скорострельность.[51]

Выпечка

Высокая влажность в духовке, представленная повышенным температура по влажному термометру, увеличивает теплопроводность воздуха вокруг выпеченного предмета, что ускоряет процесс выпечки или даже пригорание. И наоборот, низкая влажность замедляет процесс выпечки.[52]

Другие важные факты

Relative Humidity.png

Газ в этом контексте называется насыщенным, когда давление водяного пара в воздухе находится при равновесном давлении пара для водяного пара при температуре смеси газа и водяного пара; жидкая вода (и лед при соответствующей температуре) не теряет массу из-за испарения при воздействии насыщенного воздуха. Это также может соответствовать возможности роса или туман образуются в пространстве, в котором отсутствует разница температур между его частями, например, в ответ на снижение температуры. Туман состоит из очень мельчайших капель жидкости, которые в основном удерживаются в воздухе за счет изостатического движения (другими словами, капли падают в воздухе с конечной скоростью, но, поскольку они очень малы, эта конечная скорость тоже очень мала, поэтому не посмотрите на нас, как будто они падают, и кажется, что их держат в воздухе).

Утверждение, что относительная влажность (RH %) никогда не может быть выше 100 %, хотя и является довольно хорошим ориентиром, не является абсолютно точным без более сложного определения влажности, чем приведенное здесь. Образование облаков, при котором частицы аэрозоля активируются с образованием облачные ядра конденсации, требует перенасыщение воздушной посылки до относительной влажности чуть выше 100 %. Один пример меньшего масштаба можно найти в Камера Вильсона в экспериментах по ядерной физике, в которых для выполнения своей функции индуцируется состояние пересыщения.

Для данного точка росы и соответствующий абсолютная влажность, относительная влажность изменится обратно пропорционально, хотя и нелинейно, с температура. Это потому, что парциальное давление воды увеличивается с температурой - принцип действия, лежащий в основе всего, что от фены к осушители.

Из-за растущего потенциала более высокого парциального давления водяного пара при более высоких температурах воздуха, содержание воды в воздухе на уровне моря может достигать 3% по массе при 30 ° C (86 ° F) по сравнению с не более чем примерно 0,5. % по массе при 0 ° C (32 ° F). Этим объясняется низкий (при отсутствии мер по добавлению влаги) влажность в отапливаемых конструкциях зимой, приводящая к засухе. кожа, зудящий глаза, и настойчивость статический электрический обвинения. Даже при насыщении (100% относительная влажность) на открытом воздухе нагрев проникающего наружного воздуха, поступающего в помещение, увеличивает его влагоемкость, что снижает относительную влажность и увеличивает скорость испарения с влажных поверхностей в помещении (включая тела людей и домашние растения).

Точно так же летом во влажном климате большое количество жидкой воды конденсируется из воздуха, охлаждаемого в кондиционерах. Более теплый воздух охлаждается ниже точки росы, а избыток водяного пара конденсируется. Это то же самое явление, при котором капли воды образуются на внешней стороне чашки с ледяным напитком.

Полезное практическое правило заключается в том, что максимальное абсолютная влажность удваивается при повышении температуры на каждые 20 ° F (11 ° C). Таким образом, относительная влажность будет падать в 2 раза на каждые 20 ° F (11 ° C) повышения температуры, при условии сохранения абсолютной влажности. Например, в диапазоне нормальных температур воздух с температурой 68 ° F (20 ° C) и относительной влажностью 50% станет насыщенным при охлаждении до 50 ° F (10 ° C). точка росы, и воздух при 41 ° F (5 ° C) при относительной влажности 80%, нагретый до 68 ° F (20 ° C), будет иметь относительную влажность всего 29% и чувствовать себя сухим. Для сравнения: стандарт теплового комфорта ASHRAE 55 требует, чтобы системы, предназначенные для регулирования влажности, поддерживали точку росы 16,8 ° C (62,2 ° F), хотя нижний предел влажности не установлен.[33]

Водяной пар - более легкий газ, чем другие газообразные компоненты воздуха при той же температуре, поэтому влажный воздух будет подниматься естественным путем. конвекция. Это механизм, лежащий в основе грозы и другие Погода явления. Относительная влажность часто упоминается в прогноз погоды и сообщает, так как это показатель вероятности появления росы или тумана. Жарким летом Погода, это также увеличивает кажущаяся температура к люди (и другие животные ), препятствуя испарение пота с кожи при повышении относительной влажности. Этот эффект рассчитывается как индекс тепла или гумидекс.

Устройство, используемое для измерения влажности, называется гигрометр; тот, который используется для регулирования, называется гигростат, а иногда гигростат. (Эти аналогичный к термометр и термостат для температуры соответственно.)

Смотрите также

использованная литература

Цитаты

  1. ^ «Что такое водяной пар». Получено 2012-08-28.
  2. ^ Вайер, Сэмюэл С. (1906). «Основные физические законы и определения». Трактат о газодобывающих и газодобывающих предприятиях. Книжная компания McGraw-Hill. п. 23.
  3. ^ Перри, Р.Х. и Грин, Д.У. (2007) Справочник инженеров-химиков Перри (8-е издание), раздел 12, Психрометрия, испарительное охлаждение и сушка твердых частиц Макгроу-Хилл, ISBN  978-0-07-151135-3
  4. ^ а б «Мифы о водяном паре: краткое руководство». www.atmos.umd.edu. В архиве из оригинала от 25.01.2016.
  5. ^ Фрейзер, Алистер Б. "Часто задаваемые вопросы о плохих облаках". www.ems.psu.edu. В архиве из оригинала от 17.06.2006.
  6. ^ "Антарктические воздушные визиты на Паранал". Изображение недели ESO. Получено 4 февраля 2014.
  7. ^ «Климат - Индексы влажности». Британская энциклопедия. Получено 15 февраля 2018.
  8. ^ «Таблица климата / влажности». Транспортная информационная служба Немецкой страховой ассоциации. Получено 15 февраля 2018.
  9. ^ Британский стандарт BS 1339 (пересмотренный), Влажность и точка росы, части 1-3 (2002-2007)
  10. ^ «Мифы о водяном паре: краткое руководство».
  11. ^ Перри, Р.Х. и Грин, Д.У., Справочник инженеров-химиков Перри (7-е издание), Макгроу-Хилл, ISBN  0-07-049841-5, Уравнение 12-7
  12. ^ Лиде, Дэвид (2005). CRC Справочник по химии и физике (85-е изд.). CRC Press. стр.15–25. ISBN  0-8493-0485-7.
  13. ^ Lans P. Rothfusz. "Уравнение" индекса тепла (или больше, чем вы когда-либо хотели знать об индексе тепла) ", Отдел научных услуг (штаб-квартира Южного региона NWS), 1 июля 1990 г. «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-12-01. Получено 2011-07-23.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  14. ^ Стедман, Р. Г. (1979). "Оценка влажности. Часть I: Индекс температуры-влажности на основе физиологии человека и науки о одежде". Журнал прикладной метеорологии. 18 (7): 861–873. Дои:10.1175 / 1520-0450 (1979) 018 <0861: TAOSPI> 2.0.CO; 2. ISSN  0021-8952.
  15. ^ Зайдель, Дайан. «Что такое влажность воздуха и как она измеряется? (Неработающая ссылка)». Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Архивировано из оригинал 18 октября 2017 г.. Получено 3 марта 2017.
  16. ^ «Система пар-жидкость / твердое тело, 201 страница класса». Университет Аризоны. Архивировано из оригинал 8 мая 2006 г.
  17. ^ а б Бак 1981 С. 1527–1532.
  18. ^ Питер Р. Видерхольд. 1997. Измерение водяного пара, методы и приборы. Марсель Деккер, Нью-Йорк, Нью-Йорк ISBN  9780824793197
  19. ^ «BS1339» Часть 3
  20. ^ Исаак Ньютон (1704 г.). Opticks. Дувр. ISBN  978-0-486-60205-9.
  21. ^ «История погоды для Суккура, Пакистан - Weather Underground».
  22. ^ «Излучение черного тела».
  23. ^ "Конспект лекций".
  24. ^ «Радиационный баланс, температура Земли и парниковые газы (конспекты лекций)».
  25. ^ Аллея, Р. (2014). «Статья 1 факультативного обогащения GEOSC 10».
  26. ^ Бусингер, С. «Лекция 28: Моделирование будущего глобального потепления, изменение климата» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 2015-01-30.
  27. ^ Швитерман, Э. «Сравнение парникового эффекта на Земле, Марсе, Венере и Титане: наши дни и сквозь время» (PDF).
  28. ^ К. Майкл Хоган. 2010 г. Абиотический фактор. Энциклопедия Земли. редакторы Эмили Моноссон и К. Кливленд. Национальный совет по науке и окружающей среде В архиве 8 июня 2013 г. Wayback Machine. Вашингтон
  29. ^ Фангер 1970, п. 48.
  30. ^ Bröde et al. 2011 г. С. 481–494.
  31. ^ «Жара и влажность - легочная ассоциация». www.lung.ca. Получено 14 марта 2018.
  32. ^ «Оптимальный уровень влажности для дома». AirBetter.org. 3 августа 2014 г.
  33. ^ а б c Стандарт ASHRAE 55 (2017). «Тепловые условия окружающей среды для проживания человека».
  34. ^ Волкофф и Кьергаард 2007 С. 850–857.
  35. ^ Стандарт ASHRAE 160 (2016). «Критерии для анализа конструкции с контролем влажности в зданиях»
  36. ^ Скьявон, Хойт и Пиччоли 2013 С. 321-334.
  37. ^ "Что вызывает простуду?". Медицинский центр Университета Рочестера. Получено 2016-01-24.
  38. ^ «Носовое кровотечение». Медицинский справочник WebMD. Получено 2015-11-01.
  39. ^ а б Arundel et al. 1986 г. С. 351–361.
  40. ^ «Качество воздуха в помещении» (PDF). NH DHHS, Отдел общественного здравоохранения. В архиве (PDF) из оригинала от 22.09.2015. Получено 2016-01-24.
  41. ^ Гилмор 1972, п. 99.
  42. ^ «Зимний комфорт в помещении и относительная влажность», Информацию, пожалуйста (база данных), Pearson, 2007, в архиве из оригинала от 27.04.2013, получено 2013-05-01, … Увеличив относительную влажность выше 50% в указанном выше диапазоне температур, 80% или более людей в обычной одежде будут чувствовать себя комфортно.
  43. ^ «Рекомендуемый уровень относительной влажности», Набор инструментов для инженеров, в архиве из оригинала на 2013-05-11, получено 2013-05-01, Относительная влажность выше 60% создает ощущение дискомфорта во влажном состоянии. Для комфорта человека требуется, чтобы относительная влажность находилась в диапазоне 25–60% относительной влажности.
  44. ^ «Качество воздуха в школьных помещениях: руководство по передовым методам управления» (PDF). Департамент здравоохранения штата Вашингтон. Ноябрь 2003 г.. Получено 2015-11-01.
  45. ^ «Проверка качества воздуха в помещениях». В архиве из оригинала от 21.09.2017.
  46. ^ Ноти, Джон Д .; Blachere, Francoise M .; McMillen, Cynthia M .; Линдсли, Уильям Дж .; Кашон, Майкл Л .; Слотер, Дензил Р .; Бежолд, Дональд Х. (2013). «Высокая влажность приводит к потере вируса инфекционного гриппа из-за симуляции кашля». PLOS ONE. 8 (2): e57485. Bibcode:2013PLoSO ... 857485N. Дои:10.1371 / journal.pone.0057485. ЧВК  3583861. PMID  23460865.
  47. ^ Питерс, А; Ханеком, SD (2018). «Критерии улучшения транспорта слизи: систематический обзорный обзор». Междисциплинарная респираторная медицина. 13: 22. Дои:10.1186 / s40248-018-0127-6. ЧВК  6034335. PMID  29988934.
  48. ^ «Бесплатные публикации».
  49. ^ «Самолетная влажность». Авиатор Атлас. 5 апреля 2020. Получено 11 сентября 2020.
  50. ^ "Туманные очки".
  51. ^ «Все, что вам нужно знать о химии и анализе горения - Промышленный контроль».
  52. ^ "Почему влажность важна при приготовлении пищи?".

Источники

внешние ссылки