Относительная влажность воздуха (стр. 2 из 2)

Кстати, эта задача неплохо воспринимается и гуманитариями, поскольку по своей сложности не выходит за рамки дозволенного. О положительных эмоциях учащихся, думаю, говорить не стоит. Ну а для «продления удовольствия» можно ученикам дать для домашнего решения задачу, аналогичную приведенной, но с другим вопросом: «При какой массе паров спирта в троллейбусе спирт все-таки будет конденсироваться на стеклах?» Как видим, эта задача - обратная предыдущей: по заданной влажности (100 %) и следовательно, парциальному давлению паров спирта рассчитать их массу.

С учащимися физико-математических классов и в общеобразовательном сильном классе можно рассмотреть задачи на анализ возможности простого понижения давления ненасыщенных паров при понижении температуры типа: «В герметично закрытом сосуде, содержащем только воздух и водяные пары при температуре 25 °С, влажность воздуха составляет 80 %. Каким будет парциальное давление водяных паров после охлаждения сосуда и его содержимого до 5 °С? Давление насыщенных водяных паров при 25 °С составляет 3,10 кПа, а при 5 °С - 0,88 кПа».

Рассмотрим решение и этой задачи. Итак, для первого состояния водяных паров Т1 = 298 К, 1 - относительная влажность воздуха при этой температуре, pнас1 = 3,10  103 Па, p1 - парциальное давление ненасыщенного водяного пара, которое надо будет выразить через pнас1. Соответственно для второго состояния: Т2 = 278 К, pнас2 = 0,88  103 Па, p2 - парциальное давление водяного пара.

Так как

то

и, по закону Шарля:

Отсюда:

Подставим числа и получим:

Теоретически рассчитанное p2 оказалось больше pнас2, чего на самом деле быть не может. Следовательно, часть паров при охлаждении сконденсируется, а оставшаяся часть будет иметь давление pнас2, максимально допустимое при данной температуре. Итак, давление водяных паров при 5 °С составляет 0,88 кПа, т.е. эти пары насыщены.

Можно еще рассмотреть механизм явления, описанного в задаче, с помощью графиков, отображающих закон Шарля, - изохор, исходящих из начала координат (рис. 2). Изохорное охлаждение - это движение по изохоре из состояния 1 в состояние 2.

Но если сопоставить это с графиком зависимости давления насыщенного пара от температуры (рис. 3), то окажется, что состояние 2 находится за пределами «дозволенного», в области жидкости. Поэтому охлаждение ненасыщенного пара будет идти из состояния 1 только до пересечения с

кривой давления насыщенного

пара (точка В на графике), а далее - по самой кривой, в результате чего пар окажется в состоянии 2' при давлении рнас2.

Важен также вопрос об определении относительной влажности на практике с помощью приборов - гигрометров. Чаще всего встречается, конечно же, гигрометр психрометрический – психрометр. Название это греческого происхождения, ведь  [психрос] означает холодный. Кстати, гуманитариев хорошо бы и самих спросить о происхождении слова. В основе работы психрометра лежит явление аспирации. Пусть учащиеся сами догадаются, что означает слово аспирация, по однокоренным словам. Название лекарства «аспирин» всем отлично известно, а его основное назначение - снятие жара, т.е. отведение тепла при испарении. Ведь недаром человек с повышенной температурой тела, принявший аспирин, сначала обильно потеет, после чего ему становится легче. (Как видите, этим лингвистическим моментом мы польстим и будущим гуманитариям, и будущим медикам. С отведением тепла при испарении можно привести и еще один пример: перед инъекцией лекарства соответствующее место протирают спиртом, после чего место чувствует холод - испаряющийся спирт отнимает тепло. Впрочем, можно обойтись и без укола: просто налить немного спирта или эфира на ладонь и подождать.)

Скорость аспирации зависит от относительной влажности воздуха. Но как? Пусть учащиеся это тоже решат самостоятельно, только им надо для этого привести простой житейский пример: белье, сохнущее на веревке в сухую и в дождливую погоду. Дети уже по опыту знают, что скорость высыхания белья определяется не столько температурой воздуха, сколько его влажностью. В холодное осеннее время белье может высохнуть и быстрее, чем летом, если воздух сухой (влажность 30-40 %), а летом - очень влажный (80-90 %). Итак, чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.

В психрометре имеются два термометра. Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. На спиртовую колбу другого термометра одним своим концом надет тряпочный трубчатый фитиль. Чтобы фитиль постоянно был влажным, его второй конец опущен в колбочку с водой. Таким образом, другой термометр показывает температуру не воздуха, а влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от спиртовой колбы увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров.

Зная показания сухого и определив разность с показаниями увлажненного термометра, по специальной таблице (кстати, имеющейся на лицевой стороне психрометра), на пересечении соответствующих строки и столбца, находят значение относительной влажности. Для наглядности сначала учитель весь процесс определения влажности показывает сам, а затем дает три психрометра на каждый ряд для самостоятельной работы. Как показывает опыт, принцип работы с психрометром ребята запоминают хорошо, по крайней мере до выпускных экзаменов в 11-м классе.

В медико-биологических классах надо остановиться еще на влиянии влажности воздуха на самочувствие человека и на состояние его отдельных органов. Человек чувствует себя комфортно при влажности от 40 до 60 %, причем максимально допустимое значение, при котором человек чувствует себя еще нормально, уменьшается с ростом температуры (см. таблицу).

Видно, что высокую температуру легче переносить при сухом воздухе. Поэтому 40 °С в сухой пустыне могут не так сильно изнурять, как 30 °С в городе после ливня, когда влажность доходит до 70 %. Это и понятно. Чтобы не перегреться, организму в жару надо бы интенсивно потеть, но при высокой влажности пот не будет успевать высыхать, а будет, как говорят, лить ручьем, что не даст спасительного охлаждения тела.

Низкая влажность воздуха в жарких странах используется и в медицинских целях. В частности, для лечения почек, когда требуется ослабить нагрузку на них. При высокой температуре воздуха и низкой влажности человек, сильно потея, выводит влагу из организма большей частью не через почки, а через кожу. Так что после такой процедуры остается только принять душ.