Obliczanie Wilgotności Względnej: Wzory, Znaczenie i Wpływ na Otoczenie
- Szczegóły
Woda to wyjątkowa substancja, występująca we wszystkich trzech stanach skupienia: ciekłym, stałym i gazowym. Poziom pary wodnej w atmosferze wzrasta dzięki parowaniu z oceanów, jezior, rzek, roślin i gleby. W zależności od ilości wody w środowisku, poziom pary wodnej może być niski lub wysoki.
Wilgotność Bezwzględna i Właściwa
Wilgotność bezwzględna jest wyrażona w gramach pary wodnej na metr sześcienny powietrza (g/m³) i stanowi miarę rzeczywistej ilości pary wodnej w powietrzu, niezależnie od temperatury. Im więcej pary wodnej, tym wyższa wilgotność bezwzględna.
Natomiast wilgotność właściwa odnosi się do ilości pary wodnej zawartej w jednostce masy powietrza (wyrażonej w gramach na kilogram).
Wilgotność bezwzględna i właściwa są z założenia podobne.
Wilgotność Względna (RH)
Wilgotność względna (RH), wyrażona w procentach, mierzy poziom pary wodnej w zależności od temperatury powietrza. Jest to miara rzeczywistej ilości pary wodnej w porównaniu z całkowitą ilością pary, która może znajdować się w powietrzu w danej temperaturze i objętości.
Przeczytaj także: Znaczenie wilgotności równoważnej
Wilgotność względna powietrza waha się w przedziale od 0% do 100%, co określa nasycenie powietrza parą wodną. Jest to stosunek masy aktualnie znajdującej się pary wodnej w powietrzu do jej maksymalnej możliwej ilości w danej temperaturze.
Jednostka wilgotności powietrza mówi nam o tym, ile pary wodnej znajduje się w danym pomieszczeniu w stosunku do tego, ile może się jej zmieścić. Wyznacznik 30% nie oznacza, że około 1/3 powietrza to para wodna, a jedynie, że zostało wykorzystane około 30% możliwości pomieszczenia pary wodnej w powietrzu.
Wartość ta nie jest nieograniczona. Para wodna jest ciężka i kiedy znajduje się jej zbyt wiele, zaczyna się proces skraplania, czyli moment dojścia do tak zwanego punktu rosy. Jeśli wilgotność względna powietrza zbliża się do 100%, zaczyna się wytrącać w wodę, dzięki czemu powietrze pozbywa się pary wodnej i zawartość wilgoci w powietrzu znacznie spada.
Przyrząd do pomiaru zawartości pary wodnej w powietrzu to higrometr. Za jego pomocą można zmierzyć poziom wilgotności powietrza.
Temperatura Punktu Rosy
Meteorolodzy do oceny wilgotności biorą również pod uwagę tzw. temperaturę punktu rosy, zwłaszcza wiosną i latem. Temperatura punktu rosy, będąca miarą rzeczywistej ilości pary wodnej w powietrzu, to temperatura, do której powietrze musi zostać schłodzone, aby zostało nasycone.
Przeczytaj także: Wpływ rozcieńczenia na pH
Podczas, gdy punkt rosy informuje o zawartości wilgoci w powietrzu, wilgotność względna nie, ponieważ jest zależna od temperatury. Innymi słowy, nie można określić wilgotności względnej na podstawie samej znajomości punktu rosy, musi być również znana temperatura.
Wzór na Wilgotność Względną
Poziom wilgotności względnej powietrza nie jest zależny wyłącznie od masy pary wodnej. Znaczenie ma także ciśnienie i temperatura względna. Wzór tak naprawdę pozwala nam na obliczenie punktu rosy dla danej temperatury. Jest to wyliczenie poziomu 100%, dzięki któremu jest możliwość wyliczenia, ile wynosi obecny poziom wilgotności względnej powietrza.
Wzór przedstawia się następująco:
Gdzie:
- y - wilgotność bezwzględna powietrza
- m - masa pary wodnej
- ymax - wilgotność maksymalna, ilość pary wodnej w powietrzu, po której następuje skraplanie.
Nie trzeba jednak tego samodzielnie wyliczać. Istnieją tabele fizyczne, w których zawarte są już punkty rosy dla różnych temperatur. Tabela jest łatwa w zastosowaniu - potrzebna jest tylko temperatura względna i wilgotność powietrza, by móc określić, gdzie znajduje się punkt rosy.
Przeczytaj także: Jonizacja Atomu Wodoru: Częstotliwość Minimalna
Można łatwo sprawdzić, że jeśli przy temperaturze 25˚C wilgotność względna powietrza wynosi 30%, przy 15˚C osiągnie już 70%. Punkt rosy w tym wypadku to 9˚ - wtedy wilgotność sięga 100% i zaczyna się skraplać w wodę.
Wpływ Wilgotności Względnej na Dom i Człowieka
Dopuszczalna wilgotność względna powietrza w mieszkaniach wynosi od 35 do 70%. Jednak optymalna wartość to 40-50%. Zarówno za wysoka, jak i za niska wartość ma bardzo duży wpływ na nasze życie i funkcjonowanie.
Prawidłowe działanie płuc i skóry jest możliwe wyłącznie w wilgotności względnej od 40 do 70%. Jednakże utrzymywanie wysokiego poziomu wilgotności jest szkodliwe dla mebli, książek i różnego rodzaju sprzętów znajdujących się w mieszkaniu. Zwłaszcza elementy metalowe mogą łatwiej ulegać korozji. Duża wilgoć względna to także idealne warunki do rozwoju grzybów, pleśni i bakterii. To może źle działać nie tylko na jedzenie, lecz także meble czy przedmioty codziennego użytku. A to znów bardzo szybko wpływa negatywnie na stan zdrowia.
Bardzo niska wilgotność powietrza jest mało komfortowa, ponieważ trudno jest oddychać, szybko pojawia się uczucie pragnienia, a skóra wysycha. Zbyt wysoka jest częstą przyczyną chorób gośćcowych, zapaleń stawów, ogólnego osłabienia odporności. Dlatego warto regularnie sprawdzać, jaka jest wilgotność względna w pomieszczeniu.
Wilgotność Bezwzględna - Przykładowe Wartości
Maksymalna ilość pary wodnej, jaka może znajdować się w powietrzu, zależy przede wszystkim od temperatury powietrza. W powietrzu ciepłym można „rozpuścić” oczywiście więcej pary wodnej. Na przykład, w metrze sześciennym powietrza o temperaturze:
- -20°C, można „rozpuścić” maksymalnie 1,08 grama pary wodnej.
- +20°C - aż 17,28 gramów.
Po przekroczeniu tych wartości, następuje jednak skraplanie się wody. Dlatego może objawiać się to w postaci kropel rosy czy mgły. Punkt ten nazywany jest oczywiście temperaturą punktu rosy. Wyjątkiem jest powstanie pary przechłodzonej (czyli pary przesyconej), z powodu braku centrów kondensacji.
Przykładowe wartości maksymalnej wilgotności bezwzględnej w zależności od temperatury:
| Temperatura | Maksymalna wilgotność bezwzględna |
|---|---|
| -20°C | 1,08 g/m³ |
| -10°C | 2,36 g/m³ |
| 0°C | 4,85 g/m³ |
| +10°C | 9,39 g/m³ |
| +20°C | 17,28 g/m³ |
| +30°C | 30,35 g/m³ |
| +40°C | 51,18 g/m³ |
Pomiary Wilgotności Powietrza
Metodą pomiaru psychometrycznego dokonuje się bezpośredniego pomiaru wilgotności względnej powietrza. Psychrometr składa się zasadniczo z dwóch niezależnych czujników temperatury, z których jeden jest stosowany jako czujnik temperatury "wilgotny", a drugi jako czujnik temperatury "suchy".
Czujnik temperatury wilgotności jest otoczony chłonną tkaniną nasączoną wodą. W zależności od temperatury lub wilgotności krążącego powietrza, pewna ilość pary wodnej jest uwalniana przez odparowanie poprzez niezbędny przepływ powietrza. Powoduje to zauważalne schłodzenie powierzchni wilgotnego termometru (temperatura mokrej główki).
W tym samym czasie za pomocą drugiego czujnika temperatury mierzona jest temperatura powietrza otoczenia (temperatura "sucha"). Temperatura mokrego termometru to najniższa temperatura, do jakiej można schłodzić ciało przy pomocy parowania w danej wilgotności powietrza i ciśnieniu atmosferycznym.
Przy pomocy psychrometru i starannej obsługi można przeprowadzić dokładne pomiary wilgotności powietrza.
Znaczenie Wilgotności w Procesach Technologicznych
W procesach technologicznych, w których biorą udział materiały higroskopijne, niestabilna wilgotność względna może spowodować zmianę ich wymiarów oraz właściwości, a tym samym wpływa to negatywnie na sam proces oraz jego wydajność i to w większym stopniu niż np. zmiany temperatury.
Tego typu sytuacje można zaobserwować np. w drukarni, przy obróbce drewna, w przemyśle tekstylnym oraz w przemyśle wysokich technologii.
tags: #obliczanie #wilgotności #względnej #wzór
