1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему влажный воздух легче сухого

ГЛАВА 22. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ. ВЛАЖНОСТЬ

Рассмотрим следующий пример.

Пример 22.4. Какой воздух тяжелее — сухой или влажный при одинаковых температуре и давлении?

Решение. Конечно, хочется сказать, что влажный, поскольку в отличие от сухого в нем содержатся еще и молекулы воды. Однако в условии задачи сказано «при одинаковых температуре и давлении», а закон Дальтона говорит о том, что если в сухой воздух добавить пары воды, то его давление возрастет. Чтобы давление влажного воздуха равнялось давлению сухого, необходимо во влажном воздухе уменьшить число молекул собственно воздуха, и ответ на вопрос о сравнении масс сухого и влажного воздуха не является таким уж примитивным.

Поэтому давайте аккуратно с помощью законов Клапейрона-Менделеева и Дальтона сравним массы сухого и влажного воздуха. Давление сухого воздуха, занимающего объем V определяется законом Клапейрона-Менделеева

где N — число молекул воздуха; T — его температура. Давление влажного воздуха в том же объеме при той же температуре определяется законом Дальтона

где — число молекул воздуха; — воды. Из сравнения формул (22.12) и (22.13) видим, что при одинаковых давлении, объеме и температуре сухой и влажный воздух содержат одинаковое число молекул. Поэтому сравнение масс сухого и влажного воздуха определяется сравнением массы одной молекулы воздуха и одной молекулы воды. Конечно, такого объекта как «молекула воздуха» в общем-то не существует, так как воздух — это смесь различных газов, в наибольшем количестве в которой представлены азот, кислород, аргон и углекислый газ. Тем не менее, понятие средней молярной массы воздуха можно ввести, и эта средняя молярная масса равна 29 г/моль. Поэтому можно считать, что масса одной «усредненной» молекулы воздуха равна 29 а.е.м. Масса одной молекулы воды равна 18 а.е.м. Из этих чисел следует, что влажный воздух легче сухого при одинаковых температурах и давлениях.

Почему влажный воздух легче?

Рассмотрим следующий пример. Конечно, хочется сказать, что влажный воздух тяжелее, поскольку в отличие от сухого в нем содержатся еще и молекулы воды. Однако если речь идет об одинаковых температуре и давлении, то закон Дальтона говорит: что если в сухой воздух добавить пары воды, то его давление возрастет. Чтобы давление влажного воздуха равнялось давлению сухого, необходимо во влажном воздухе уменьшить число молекул собственно воздуха, и ответ на вопрос о сравнении масс сухого и влажного воздуха не является таким уж примитивным.

Поэтому давайте аккуратно с помощью законов Клапейрона-Менделеева и Дальтона сравним массы сухого и влажного воздуха. Давление сухого воздуха, занимающего объем V определяется законом Клапейрона-Менделеева

Читать еще:  Сколько живут с сахарным диабетом

где N – число молекул воздуха; T – его температура. Давление влажного воздуха в том же объеме при той же температуре определяется законом Дальтона

где N – число молекул воздуха; T – воды. Из сравнения формул (1) и (2) видим, что при одинаковых давлении, объеме и температуре сухой и влажный воздух содержат одинаковое число молекул. Поэтому сравнение масс сухого и влажного воздуха определяется сравнением массы одной молекулы воздуха и одной молекулы воды. Конечно, такого объекта как «молекула воздуха» в общем-то не существует, так как воздух – это смесь различных газов, в наибольшем количестве в которой представлены азот, кислород, аргон и углекислый газ. Тем не менее, понятие средней молярной массы воздуха можно ввести, и эта средняя молярная масса равна 29 г/моль. Поэтому можно считать, что масса одной «усредненной» молекулы воздуха равна 29 а.е.м. Масса одной молекулы воды равна 18 а.е.м. Из этих чисел следует, что влажный воздух легче сухого при одинаковых температурах и давлениях.

Немного о влажности воздуха

На Земле много открытых водоемов, с поверхности которых испаряется вода: океаны и моря занимают около 80 % поверхности Земли. Поэтому в воздухе всегда есть водяной пар.

Он легче воздуха, потому что молярная масса воды (18 * 10 -3 кг моль -1 ) меньше молярной массы азота и кислорода, из которых в основном состоит воздух. Поэтому водяной пар поднимается вверх. При этом он расширяется, так как в верхних слоях атмосферы давление ниже, чем у поверхности Земли. Этот процесс приближенно можно считать адиабатическим, потому что за то время, пока он происходит, теплообмен пара с окружающим воздухом не успевает произойти.

Как мы увидим далее, при охлаждении до некоторой температуры, которую называют точкой росы, водяной пар начинает конденсироваться, собираясь в крошечные капельки воды. Так образуются облака.

Они не падают потому, что парят в восходящих потоках воздуха подобно тому как парят дельтапланы. Но когда капли в облаках становятся слишком большими, они начинают все-таки падать: идет дождь.

Содержание водяного пара в воздухе часто характеризуют давлением, которое он оказывал бы, если бы не было других газов. Его называют парциальным давлением водяного пара. («Парциальный» в переводе с латинского означает «частичный».)

Мы чувствуем себя комфортно, когда давление водяного пара при комнатной температуре (20 ºС) составляет около 1,2 кПа.

Относительной влажностью воздуха φ называют выраженное в процентах отношение парциального давления p водяного пара к давлению pн насыщенного пара при той же температуре:

Комфортные условия для человека соответствуют относительной влажности 50-60 %. Если относительная влажность существенно меньше, воздух кажется нам сухим, а если больше – влажным. Когда относительная влажность приближается к 100 %, воздух воспринимается как сырой. Лужи при этом не высыхают, потому что процессы испарения воды и конденсации пара компенсируют друг друга.

Читать еще:  Какие продукты богаты антиоксидантами

Для человека величина влажности является очень важным параметром окружающей среды, т. к. наш организм очень активно реагирует на ее изменения. Например, такой механизм регуляции функционирования организма, как потоотделение, напрямую связан с температурой и влажностью окружающей среды. При высокой влажности процессы испарения влаги с поверхности кожи практически компенсируются процессами ее конденсации и нарушается отвод тепла от организма, что приводит к нарушениям терморегуляции. При низкой влажности процессы испарения влаги превалируют над процессами конденсации и организм теряет слишком много жидкости, что может привести к обезвоживанию.

Величина влажности важна не только для человека и других живых организмов, но и для протекания технологических процессов. Например, из-за известного свойства воды проводить электрический ток ее содержание в воздухе может серьезно влиять на корректную работу большинства электроприборов.

Кроме того, понятие влажности является важнейшим критерием оценивания погодных условий, что всем известно из прогнозов погоды. Стоит отметить, что если сравнивать влажность в различные времена года в привычных для нас климатических условиях, то она выше летом и ниже зимой, что связано, в частности, с интенсивностью процессов испарения при различных температурах.

Итак, об относительной влажности воздуха судят по тому, насколько водяной пар в воздухе близок к насыщению.

Если воздух с находящимся в нем ненасыщенным водяным паром изотермически сжимать, будет увеличиваться как давление воздуха, так и давление ненасыщенного пара. Но давление водяного пара будет увеличиваться только до тех пор, пока он не станет насыщенным!

При дальнейшем уменьшении объема давление воздуха будет продолжать увеличиваться, а давление водяного пара будет постоянным – оно будет оставаться равным давлению насыщенного пара при заданной температуре. Избыток пара сконденсируется, то есть превратится в воду.

Видео

Теплый и сухой или влажный – какой воздух лучше? Идеальная влажность воздуха

Возможно, уровень влажности воздуха – это не то, о чем вы думаете, когда речь идет о здоровье, но этот фактор, безусловно, влияет на общее самочувствие.

Ч то же лучше – сухой и теплый или влажный воздух? На самом деле, ни то, ни другое, поскольку любая крайность вредна для здоровья. Кроме того, всё зависит от вашего физического состояния и наличия либо отсутствия тех или иных заболеваний.

Например, люди с ХОБЛ (хронической обструктивной болезнью легких) и астмой могут испытывать трудности с дыханием при высокой влажности. Высокая влажность в помещении может увеличить количество распространенных загрязнителей воздуха: в частности, пылевых клещей, бактерий и вирусов, а также стать причиной образования плесени, которая вызывает раздражение горла и легких в дополнение к ухудшению симптомов астмы.

Читать еще:  Как узнать когда был зарегистрирован домен

Низкая влажность воздуха – чем опасна?

Однако низкая влажность также может вызывать проблемы. Часто из-за низких температур и использования нагревателей в зимние месяцы воздух становится сухим с низкой влажностью, что может вызвать сухость кожи, зуд в глазах и раздражение пазух. При длительном воздействии он может вызывать сухость и воспаление слизистой оболочки дыхательной системы, что часто повышает риск заражения гриппом, простудой и другими инфекциями. Некоторые вирусы могут дольше выживать в условиях низкой влажности, что еще больше увеличивает риск инфекций. Исследование, проведенное в 2009 году в Принстонском университете (США), показало, что вирусы гриппа не только дольше живут, но и легче распространяются в условиях низкой влажности.

Известно, что низкая влажность увеличивает испарение слез, что может нарушить баланс влаги, необходимый для здоровой поверхности глаз. Это приводит к сухости и раздражению глаз. В сочетании с низкими температурами это может вызвать повреждение кожи и сделать ее сухой и чешуйчатой. Такое состояние иногда называется зимним зудом. Если кожа становится настолько сухой, что начинает трескаться, это также увеличивает риск заболеваний, поскольку облегчает проникновение потенциально опасных патогенов.

Несмотря на все это, доктор Джозеф Меркола, известный врач-остеопат и сторонник альтернативной медицины, говорит, что высокая влажность так же опасна, как и низкая, и, возможно, даже в большей степени – из-за плесени. Плесень может вызвать или усугубить респираторные проблемы, а также кожную сыпь, желудочно-кишечные и другие заболевания.

Какова идеальная влажность воздуха?

Считается, что идеальная влажность составляет от 40 до 60%, так как большинство видов грибов не могут расти, если относительная влажность не превышает 60%. Более высокая влажность способствует распространению плесени, пылевых клещей и грибков, особенно вредных для аллергиков и астматиков. Влажность ниже 35-40% может быть столь же опасной, поскольку приводит к серьезным проблемам со здоровьем.

Исследования показали, что большинство неблагоприятных последствий для здоровья, вызванных относительной влажностью, можно свести к минимуму, поддерживая уровень влажности в помещении в пределах 40-60%.

Если воздух в вашем доме слишком сухой, вы можете использовать испаритель или увлажнитель, но следует быть осторожным, чтобы не сделать его слишком влажным. Используйте гигрометр для измерения влажности в воздухе, чтобы правильно применять увлажнитель. Если воздух слишком влажный, решить проблему могут помочь осушители или кондиционеры.

Источники:

http://online.mephi.ru/courses/physics_origins/data/334.html
http://mfina.ru/pochemu-vlazhnyj-vozdux-legche/
http://www.vitajournal.ru/health/individual/suhoj-ili-vlazhnyj-vozduh/

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector