Как определить относительную влажность воздуха

Одна и та же масса водяного пара может соответствовать разной относительной влажности при разной температуре. Тёплый воздух при прочих равных способен находиться в равновесии с большим количеством пара, чем холодный. Поэтому в отчёте вместе с процентом записывают температуру, время и место измерения. Процент без условий хуже подходит для сравнения классной комнаты утром и после проветривания.

Что означает процент влажности

В школьной физике относительную влажность обозначают φ. Её можно описать как отношение фактического парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре, умноженное на 100%. В учебных задачах иногда используют отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара при той же температуре. Оба описания передают одну идею — близость к насыщению — при оговорённых условиях.

Если φ = 100%, пар находится в состоянии насыщения при текущей температуре. Это не значит, что весь воздух превратился в воду или что в комнате обязательно идёт дождь. Если φ = 50%, фактическое содержание пара примерно вдвое ниже уровня насыщения при текущей температуре в принятой модели. Изменение температуры само по себе может изменить процент даже без заметного поступления воды в помещение.

Цель работы можно записать так: «Определить относительную влажность воздуха в кабинете и указать условия измерения». Если задание требует сравнить несколько мест, измеряйте одним и тем же прибором по одинаковому правилу, давая ему время принять температуру окружающего воздуха.

Способ 1: считать показание гигрометра

Гигрометр или электронный датчик может сразу показывать относительную влажность в процентах. Поставьте его там, где требует задание, вдали от мокрой поверхности, батареи отопления и прямого солнечного света, если целью не является изучение их влияния. Подождите, пока показание перестанет быстро меняться; время ожидания зависит от прибора. Запишите процент и температуру, если датчик её показывает.

Не принимайте одно мгновенное число за точное состояние всего помещения. Возле открытого окна и у радиатора условия различаются. Если значение скачет, проведите несколько отсчётов через одинаковые интервалы и сохраните их в таблице. Округляйте результат согласно разрешению прибора; запись 47,328% не обоснована, если дисплей показывает целые проценты.

У разных моделей гигрометров свои правила калибровки и диапазоны точности. Если школьный прибор показывает странное значение, сначала проверьте батарею, место установки и инструкцию, а не заменяйте число «правдоподобным». Для сопоставления двух датчиков нужно учитывать их заявленную погрешность; различие на несколько процентных пунктов не всегда означает неисправность одного из них.

Способ 2: использовать психрометр

Психрометр состоит из двух термометров. Один показывает температуру воздуха — его называют сухим. Резервуар второго окружён влажной тканью; при испарении воды он обычно охлаждается и показывает меньшую температуру. Чем интенсивнее испарение при установленных условиях, тем больше разность показаний. По сухой температуре и этой разности относительную влажность находят в психрометрической таблице, предназначенной для данного прибора.

Сначала проверьте, что ткань влажного термометра смочена по инструкции и вода подаётся нормально. Дайте прибору время выйти на устойчивый режим. Не держите его рядом с нагревателем и не обдувайте произвольно, если конструкция предполагает другой режим движения воздуха. Запишите tсух и tвл в градусах Цельсия, затем вычислите Δt = tсух − tвл.

Таблицу читают по двум координатам. Найдите строку или столбец сухого термометра и строку или столбец разности температур — ориентация зависит от конкретной таблицы. Число в точке пересечения — относительная влажность в процентах. Не ищите в таблице влажную температуру вместо разности, если заголовок таблицы требует именно разность. И не вычитайте уже готовый процент из 100%: таблица сразу даёт искомую величину.

Если оба термометра показывают одинаково, это может соответствовать очень высокой влажности, но проверьте, действительно ли ткань влажная и прибор работал достаточно долго. Сухой термометр обычно не должен показывать ниже влажного при корректной работе психрометра; обратный порядок требует проверки записи и установки.

Как оформить таблицу измерений

Для психрометра удобны отдельные столбцы для двух температур, их разности и найденного по таблице процента. Добавьте место и время, если сравниваете условия. Так можно восстановить путь получения результата, а не видеть только итоговое число.

В условном учебном примере сухой термометр показал 22 °C, влажный — 18 °C; разность равна 4 °C. Дальнейший шаг — найти пересечение 22 °C и 4 °C в таблице, выданной вместе с вашим психрометром. Здесь намеренно не подставлен один универсальный процент: таблицы и условия работы приборов могут различаться. Перепишите процент из своей таблицы и укажите её использование в отчёте.

Если учитель дал готовые показания, не нужно изображать, будто вы сами ставили опыт. Запишите «по данным задания» и покажите вычитание температур и поиск в таблице. Если таблицы нет, а требуется численное значение, попросите её у учителя: пара температур сама по себе не превращается в процент простым делением.

Почему показания могут отличаться

На влажный термометр влияет испарение, а оно зависит не только от содержания пара, но и от движения воздуха около ткани и устройства психрометра. Сухая ткань даст неверный отсчёт; слишком короткое ожидание тоже. У электронного гигрометра показания меняются с задержкой и зависят от точности датчика. Поэтому измерение должно сопровождаться описанием прибора и условий.

Не сравнивайте значения в разных местах без температуры. Например, после проветривания процент может снизиться или повыситься в зависимости от температуры и влаги в поступившем воздухе; одного слова «улица суше» недостаточно. Для обоснованного вывода нужны реальные показания и условия, а не ожидание, что у батареи всегда будет строго определённый процент.

Если в таблице не указано значение для вашего сочетания температур, действуйте по инструкции учителя: иногда разрешена интерполяция, иногда нужно округлить температуру до ближайшего табличного значения. Не придумывайте промежуточный процент без объяснения. Запишите точность термометра и способ округления, если это требуется отчётом.

Как написать вывод

Вывод должен назвать прибор, данные и результат. Для психрометра его форма может быть такой: «В кабинете сухой термометр показал 22 °C, влажный — 18 °C. По разности 4 °C и психрометрической таблице прибора найдена относительная влажность ___%. Измерение характеризует воздух в указанном месте и в момент отсчёта». Впишите процент из своей таблицы, а не случайное число из чужого примера.

Для электронного гигрометра достаточно указать его показание, температуру и условия: «После стабилизации датчик показал ___% при ___ °C». Если проводилось несколько измерений, сравните значения и укажите, насколько они различались. Не превращайте школьный опыт в медицинскую оценку помещения без дополнительных нормативов и данных.

Перед сдачей проверьте, что не перепутаны сухой и влажный термометры, разность температур положительна, таблица соответствует вашему прибору, процент подписан как относительная влажность, а температура и место измерения сохранены. Другие темы тепловых явлений перечислены в навигаторе лабораторных работ по физике для 8 класса. Измерение влажности воздуха включено в федеральную рабочую программу по физике.