Wilgotność wody: Definicja i pomiar

Szczegóły: Opublikowano: 06. March 2026

Tak więc generalnie rzecz biorąc wilgotność jest to zjawisko zawartości cząsteczek wody (pary wodnej) w powietrzu. Podstawowym pojęciem jest zawartość wilgoci x określająca stosunek masy pary wodnej mv do masy mieszaniny tej pary wodnej i suchego powietrza ma, czyli x = mv/ma. W praktyce stosuje się jednak pojęcie wilgotności względnej.

Wilgotność względna

Wilgotność względna Uw, w temperaturze T i pod ciśnieniem p, jest to (wg najprostszej definicji) wyrażony w procentach stosunek aktualnego ciśnienia cząstkowego pary wodnej e' do ciśnienia cząstkowego pary wodnej w stanie nasycenia e'w w danej temperaturze T i przy danym ciśnieniu p, czyli Uw = 100(e’/e’w)p,T. Przykładowo: wilgotność względna powietrza 60% oznacza, że powietrze zawiera 60% ilości pary nasyconej, która mogłaby być w nim zawarta w tej temperaturze. Wilgotność 0% oznacza, że w powietrzu nie ma pary wodnej.

Powietrze dobrze przybliża gaz doskonały dlatego maksymalna ilość pary może być wyrażona w jednostkach masy, ciśnienia, lub objętości.

Dość ważna jest jeszcze jedna wielkość określająca temperaturę, przy której para wodna zawarta w powietrzu zmienia stan skupienia z gazowego na ciekły (woda) lub stały (szron, lód). Temperatura przy której para wodna skrapla się to tzw temperatura punktu rosy Td lub Δd (ang. dew point temperature) jest to temperatura, w której wilgotne powietrze osiąga stan nasycenia parą wodną (pod danym ciśnieniem p): Przy przekroczeniu punktu rosy para wodna skrapla się, tworząc wodę ciekłą i wówczas mówimy o temperaturze punktu rosy Td , zaś o temperaturze punktu szronu Tf mówimy, gdy para wodna przechodzi przemianę do fazy stałej tworząc szron.

Wilgotność powietrza, a dokładniej zawartość wilgoci w powietrzu ściśle zależy od temperatury i ciśnienia. Zmiany ciśnienia są jednak niewielkie i ich wpływ można pominąć. Wpływ temperatury jest jednak bardzo istotny.

Przeczytaj także: Skutki nadmiernej wilgotności gruntu

Firma LAB-EL opracowała specjalistyczny program o nazwie „Kalkulator wilgotności” za pomocą, którego można wyliczać i przeliczać wszelkiego rodzaju wielkości związane z klimatem i mikroklimatem, miedzy innymi wyliczanie temperatury punktu rosy, zawartości wilgoci w powietrzu, entalpię, itp.

Pomiary wilgotności pełnią istotną rolę w wielu dziedzinach przemysłu. Zawartość wody znacząco wpływa na fizyczne i chemiczne właściwości różnych materiałów. Kontrolowanie wilgotności w procesach produkcji i przetwarzania jest też często konieczne ze względów ekonomicznych.

Zawartość wody w ciałach stałych definiuje się dwojako. Stosowana jest miara określana albo jako stosunek masy wody do masy materiału suchego (wilgotność bezwzględna, zawartość wilgoci), albo jako stosunek masy wody do całkowitej masy badanej substancji (wilgotność względna). Obydwa te parametry wyrażane są procentowo.

Metody pomiaru wilgotności

Do głównych metod pomiarowych stosowanych w urządzeniach można zaliczyć:

Metoda elektrooporowa: Polega na pomiarze zjawisk elektrycznych zachodzących w materiałach porowatych w zależności od stopnia ich zawilgocenia. Ponieważ odczyty pomiaru dotyczą tylko powierzchni materiału a nie jego struktury, ich wyniki są obarczone błędami pomiarowymi. Wpływają na to: zanieczyszczenia powierzchniowe, rozkład zasolenia - największy przy powierzchni, a także rodzaj materiału i jego porowatość. Mierniki wykorzystywane w tych metodach wskazują bezpośrednio wilgotność masową materiału lub wielkość bezwymiarową. Przy odczytywaniu wyników pomagają załączone do urządzań tabele lub krzywe, które interpretują wynik, uzależniając go od rodzaju mierzonego materiału. Systemy te są pomocne, gdy nie można pobrać dużej liczby próbek. Są też stosunkowo wygodne i proste w obsłudze. Umożliwiają też dokonanie szybkiego odczytu. Generalnie jednak można powiedzieć, że metody elektryczne dają tylko pewien pogląd na stopień zawilgocenia, a chcąc uzyskać dokładne dane, należy dokonać weryfikacji przez metody niszczące.
Metoda mikrofalowa: Jest jedną z bardziej zaawansowanych i cechujących się dużą dokładnością metod pomiarowych. Mierząc przesunięcie fazowe i stopień tłumienia fali elektromagnetycznej w danym materiale oraz wykorzystując zależność tych parametrów od masy wody, można wyznaczyć zawartość wilgoci. Jeżeli długość fali oraz grubość próbki są stałe, to tłumienie zależy jedynie od dielektrycznych właściwości materiału. Zawartość wilgoci można więc określić bezpośrednio na podstawie odpowiednich parametrów mokrych próbek.

Właściwości dielektryczne ośrodka (przenikalność dielektryczna) zależą od koncentracji i aktywności dipoli elektrycznych, od temperatury oddziałującej na ruch cząsteczek oraz od ich ustawienia zgodnie ze zmieniającym się polem elektrycznym. Cząsteczki wody są dipolami, które przy braku pola zewnętrznego na skutek ruchów cieplnych pozostają nieuporządkowane. Kiedy zewnętrzne pole zostaje przyłożone do materiału dielektrycznego, energia tego pola ulega rozproszeniu, co związane jest z polaryzacją dielektryka. Wektor polaryzacji jest związany zależnością z przenikalnością dielektryczną ośrodka.

Przeczytaj także: Wpływ wilgotności na zdrowie

Istotą mikrofalowych pomiarów wilgotności jest wpływ, jaki na dielektryczne właściwości materiału ma zawartość wody w jednostce objętości. W przypadku wilgotnej próbki jej przenikalność elektryczna jest wypadkową przenikalności suchego materiału oraz przenikalności wody zawartej w tej próbce. Zawartość wody wyznacza się, biorąc pod uwagę zależność pomiędzy jej masą i udziałem przenikalności wody w wypadkowej przenikalności materiału. Ze względu na wartość przenikalności elektrycznej wody, można więc przyjąć, że mikrofalowe higrometry badają po prostu stopień absorpcji energii mikrofal przez wodę znajdującą się w analizowanym materiale.

Wilgotność gleby

Wilgotność gleby (podłoża) określa ilość wody w glebie (podłożu). Istnieje szereg metod umożliwiających pomiar wilgotności gleby. Podstawową metodą jest metoda grawimetryczna (suszarkowa), polegająca na pobraniu próbek, które następnie są suszone w temperaturze 105°C. Zawartość wody jest obliczana jako różnica masy próbki gleby przed i po wysuszeniu. Z uwagi na czasochłonność pomiaru i konieczność dostępu do sprzętu laboratoryjnego (suszarki, wagi), opracowano szereg innych metod umożliwiających prowadzenie wielokrotnych pomiarów w jednym miejscu.

Coraz częściej stosowane są sondy pojemnościowe, które mogą być wykorzystywane do automatycznego (po podłączeniu do rejestratorów danych) kontrolowania wilgotności gleby w warunkach polowych oraz wilgotności podłoży bezglebowych w uprawach pod osłonami.

Gleba składa się z trzech faz - fazy stałej o masie i objętości oraz fazy ciekłej o masie i objętości i fazy gazowej o objętości wypełniających wolną przestrzeń pomiędzy cząstkami fazy stałej, zajmującą objętość.

Wilgotność gleby (zawartość wody w glebie) można wyrazić procentowo w stosunku do suchej masy gleby (wilgotność absolutna wagowa), objętości gleby (wilgotność absolutna objętościowa) bądź za pomocą stopnia wilgotności.

Przeczytaj także: Związek wilgotności z ilością wody

Wilgotność wagowa definiowana jest jako stosunek masy wody zwartej w glebie do masy fazy stałej gleby (po wysuszeniu w temperaturze 105°C) wyrażony w procentach wagowych.
Wilgotność objętościowa definiowana jest jako stosunek objętości wody zawartej w glebie do całkowitej objętości gleby (przed wysuszeniem) wyrażony w procentach objętościowych.
Stopień wilgotności definiowany jest jako stosunek objętości wody zawartej w glebie do całkowitej objętości wolnych przestrzeni (porów) w glebie.

Wilgotność gleby określana jest z wykorzystaniem następujących metod:

metody grawimetrycznej (suszarkowo-wagowej) - zawartość wody w glebie oznacza się na podstawie różnicy masy próbki gleby przed i po wysuszeniu w temperaturze 105°C;
metody reflektometrii w domenie czasu TDR (Time Domain Reflectometry) - zawartość wody oznacza się na podstawie pomiaru prędkości rozchodzenia się impulsu elektromagnetycznego w badanej próbce gleby, zależnej od stałej dielektrycznej tej próbki.

Wilgotność substancji gazowych (powietrza)

Wilgotność substancji gazowych (np. powietrza) definiowana jest jako stosunek masy pary wodnej zawartej w pewnej objętości gazu do objętości tego gazu (wilgotność bezwzględna), jako procentowy stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w danym gazie do prężności pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze (wilgotność względna) oraz jako stosunek masy pary wodnej do masy wilgotnego gazu (wilgotność właściwa).

Wilgotność bezwzględna powietrza definiowana jest jako ilość pary wodnej zawartej w danej objętości powietrza.
Wilgotność względna powietrza określa procentową zawartość nasyconej pary wodnej w powietrzu. Definiowana jest jako stosunek aktualnej prężności pary wodnej w powietrzu do maksymalnej prężności nasyconej pary wodnej w tej samej temperaturze.
Wilgotność właściwa powietrza definiowana jest jako stosunek masy pary wodnej do masy wilgotnego powietrza (powietrza wraz z parą wodną).

Wilgotność powietrza określana jest za pomocą higrometrów (wilgotnościomierzy), które w zależności od budowy i metody działania dzielą się na:

higrometry grawimetryczne (absorpcyjne) - oznaczanie polega na pomiarze ilości pary wodnej pochłoniętej z powietrza przez dany materiał absorbujący;
higrometry termometryczne - oznaczanie polega się na pomiarze temperatury, np. psychrometry (pomiar ochłodzenia ciała, z którego paruje woda), higrometry punktu rosy (pojawianie się rosy na oziębianej polerowanej powierzchni metalu);
higrometry elektryczne - oznaczanie polega na pomiarze właściwości elektrycznych danego gazu, zależnych od wilgotności, np. higrometry przewodnościowe, higrometry pojemnościowe;
higrometry higroskopowe - oznaczanie dokonuje się na podstawie zależności danych właściwości materiałów od wilgotności, np. długości włosa lub włókna syntetycznego (higrometry włosowe).

Pomiary wilgotności są na drugim miejscu za temperaturą w miernictwie wielkości nieelektrycznych. W większości przypadków pomiary wilgotności odnoszą się do wilgotności powietrza (czyli gazu).

Wilgotność materiału

Wilgotność materiału informuje o ilości wody materiale. Są różne definicje wilgotności materiałów. Niestety nie ma jednolitych symboli literowych przyjętych dla wilgotności materiału ani w języku polskim ani w angielskim. W artykule został przyjęty symbol literowy M (od ang.

Wilgotność względna jest najczęściej używaną miarą wilgotności. Jest prosta w interpretacji i praktyczna w użyciu. Na przykład jeżeli wilgotność względna kukurydzy wynosi 15% to oznacza, że np. w próbce 100 gram kukurydzy 15 gramów stanowi woda a 85 gramów to sucha masa kukurydzy.

Jeżeli chodzi o wilgotność bezwzględną, to dobrze definicję tej wilgotności oddaje angielska nazwa „moisture ratio” - wilgotność bezwzględna jest stosunkiem masy wody do masy suchego materiału. Korzystając z tego samego przykładu jak wyżej, jeżeli 85 gramów to sucha masa kukurydzy a 15g to woda, więc wilgotność bezwzględna będzie wynosiła (15/85)*100 = 17.6%. Wilgotność bezwzględna jest zawsze większa od wilgotności względnej. Wilgotność bezwzględna ma zastosowanie w badaniach naukowych oraz przy przetwórstwie materiałów. Ze względów historycznych wilgotność bezwzględna jest używana przy pomiarach wilgotności drewna.

Charakterystyczną wartością wilgotności względnej jest 50% - wtedy wilgotność bezwzględna wynosi 100%. Dla wilgotności do 10% wilgotność względna i bezwzględna różni się nieznacznie (nie więcej niż ok.

Powyższy przykład pokazuje duże różnice wilgotności materiału w zależności od typu wilgotności. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę w danych technicznych czujnika/miernika jaka wilgotność jest na wyjściu czujnika. W razie potrzeby można dokonać odpowiedniego przeliczenia na potrzebny typ wilgotności.

Powyższe czujniki, które przetwarzają wielkość fizyczną (wilgotność) na elektryczną (pojemność) wymagają układu pomiarowego, który zmierzy tę pojemność oraz układu przetwarzającego, który przeliczy pomiar na informację właściwą. Trzeba przy tym uwzględnić wszelkiego rodzaju kompensacje niekorzystnych czynników, nieliniowość układu, powtarzalność pomiaru, błędy itp. Producenci urządzeń, chcąc wykorzystać takie sensory, muszą więc sprostać sporym wymaganiom, mieć wiedzę i doświadczenie w tym temacie. Zdecydowanie prościej jest w przypadku sensorów cyfrowych, w których zaszyta elektronika pozwala nowemu, mniej doświadczonemu użytkownikowi, wykorzystać sensor. Nie musi on myśleć o przetwarzaniu pojemności tylko wykorzystuje układ mikroprocesorowy odpytujący sensor drogą cyfrową za pomocą protokołu I²C.

Gotowy do użycia sensor HTE501 ma dokładność pomiaru wilgotności względnej na poziomie 1,8% (z uwzględnieniem histerezy) i może pracować w temperaturze od -40 do 135°C. Co ważne, aktywna część sensora pokryta jest opatentowaną przez producenta powłoką, która trwale chroni przed brudem i osadami korozyjnymi. Sensor taki można więc zastosować w szerokim zakresie aplikacji, nawet w wymagających i trudnych warunkach.

tags: #wilgotność #wody #definicja #i #pomiar