51
Состав воздуха Состав воздуха

Состав воздуха

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Состав воздуха. Воздух – это смесь газов с постоянным составом (сухой воздух) + водяной пар, концентрация которого все время меняется. Молекулярные веса составляющих газов. Азот ( N 2 )- μ = 28 Кислород ( O 2 )- μ = 32 Аргон (Ar)- μ = 40 Водяной пар ( H 2 O)- μ =18 - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Состав воздуха

Состав воздухаСостав воздуха

Page 2: Состав воздуха

Воздух – это смесь газов с постоянным составом Воздух – это смесь газов с постоянным составом (сухой воздух) + (сухой воздух) +

водяной пар, концентрация которого все время водяной пар, концентрация которого все время меняетсяменяется

Реальный воздух- это

влажный воздух

Сухой с постоянным

Составом (основная масса ~99,5%)

Водяной парС переменной Концентрацией

(малая добавка ~ 1,5%)

Page 3: Состав воздуха

Молекулярные веса составляющих газов.Молекулярные веса составляющих газов. Азот (Азот (NN22)-)-μμ==2828 Кислород (Кислород (OO22)- )- μμ==3232 АргонАргон (Ar)- (Ar)- μμ==4040 Водяной пар (Водяной пар (HH22O)- O)- μμ=18=18 Углекислый газ (Углекислый газ (COCO22)- )- μμ==4444 [[μμ]=]=кГ/кМоль=Г/молькГ/кМоль=Г/моль

Массу атома никогда не выражают в граммах, так как это исключительно неудобно. Например, масса атома урана – самого тяжелого из существующих на Земле элементов – составляет всего 3,952·10–22 г. Поэтому массу атомов выражают в относительных единицах, показывающих, во сколько раз масса атомов данного элемента больше массы атомов другого элемента, принятого в качестве стандарта. В качестве единицы массы была принята 1/12 часть массы изотопа углерода 12C

1 моль вещества весит μ грамм

Page 4: Состав воздуха

Плотность ─Плотность ─ важнейшая характеристика важнейшая характеристика любой сплошной средылюбой сплошной среды

В метеорологии плотность воздуха не измеряют, а вычисляют!

Page 5: Состав воздуха

Закон АвогадроЗакон Авогадро

Доказал: плотности газов Доказал: плотности газов ρρ11 и и ρρ22, занимающих при равных давлениях и , занимающих при равных давлениях и температурах равный объем относятся как их молекулярные веса температурах равный объем относятся как их молекулярные веса µµ11 и и µµ22

Следствие1Следствие1: т.к. : т.к. ρρ11==NN11∙ µ∙ µ11 ии ρρ22==NN22∙ µ∙ µ22, то, то из из ρρ11 / / ρρ2 2 = = µµ11 / / µµ22 следует , что следует , что NN11=N=N22 ,то ,то есть в равных объемов любых газов при одинаковых условиях число молекул есть в равных объемов любых газов при одинаковых условиях число молекул одинаково (одинаково (N≈6 ∙10N≈6 ∙1023 23 ——ЛошмидтЛошмидт))

Следствие 2Следствие 2: : 1 моль любого газа при стандартных 1 моль любого газа при стандартных условиях (0условиях (000С,101300 Па) занимает один и тот же С,101300 Па) занимает один и тот же объем (0,0224 мобъем (0,0224 м33))

Амедео Авогадро

Page 6: Состав воздуха

Сколько весит 1 мСколько весит 1 м3 3 кислорода при кислорода при нормальном давлении и температуре?нормальном давлении и температуре?

22.4 22.4 мм33 кислорода (1 кмоль) весят 32 кг кислорода (1 кмоль) весят 32 кг Т.е. 1 мТ.е. 1 м33 весит 32/22.4=1.43 кг весит 32/22.4=1.43 кг ( Заодно: 1 литр=10( Заодно: 1 литр=10-3-3 м м33, т.е.весит 1,43 г) , т.е.весит 1,43 г)

Page 7: Состав воздуха

Любознательный, реши задачу 1Любознательный, реши задачу 1

Если пустыню Сахару (Если пустыню Сахару (S = 720 000 S = 720 000 кмкм22), аккуратно ), аккуратно покрыть слоем из покрыть слоем из N=6 10N=6 102323 (число Авогадро) (число Авогадро) песчинок кубической формы со стороной 1 мм, песчинок кубической формы со стороной 1 мм,

Какой толщины будет слой песка?Какой толщины будет слой песка? Для нелюбопытных ответ: 833 мДля нелюбопытных ответ: 833 м

Page 8: Состав воздуха

Любознательный, реши задачу 2Любознательный, реши задачу 2

Сколько нужно пустых поллитровых бутылок для хранения 1 Сколько нужно пустых поллитровых бутылок для хранения 1 моля воздуха (моля воздуха (ρρ =1,3 кг/м =1,3 кг/м33, М = 29 г/моль)?, М = 29 г/моль)?

Нужен объем Нужен объем V = M/V = M/ρρ = 0,029 [ = 0,029 [кг/молькг/моль]/1,3 []/1,3 [кгкг//мм33]] = 0,022 = 0,022 [[мм33/моль/моль]]

1 1 литр = 0,001 млитр = 0,001 м33, значит для хранения 1 моля воздуха нужно , значит для хранения 1 моля воздуха нужно 22 поллитровых бутылки!22 поллитровых бутылки!

Page 9: Состав воздуха

Газовые законы 1Газовые законы 1Роберт Бойль, физик и богослов

Эдм Мариотт, приор монастыря в Дижоне,Один из основателей Французской академии

Современники Шекспира

Page 10: Состав воздуха

Газовые законы 2Газовые законы 2

Жозеф-Луи Гей-Люссак, физик, химик,президент Французской Академии

Page 11: Состав воздуха

Газовые законы 3Газовые законы 3

Жак Шарль, изобрел водородный воздушный шарИ поднялся на нем в 1783 г над Парижем на высоту 914 м

Page 12: Состав воздуха

Закон КлапейронаЗакон Клапейрона

V’/ V1=T1 / T2 (закон Гей-Люсака)

p1V’ =V2 p2 (закон

Бойля-Мариота)

p1V1/T1=p2V2/T2 =const

(закон состояния газа в форме Клапейрона)

Бенуа Поль Клапейрон,Физик и инженер, его именем названа улица в Париже

Page 13: Состав воздуха

Уравнение состояние газаУравнение состояние газа(закон Менделеева-Клапейрона)(закон Менделеева-Клапейрона)

Для Для 1 моля любого газа1 моля любого газа pV/T=R*, pV/T=R*, где где R* =8,31 R* =8,31 кДж/кДж/((кмолькмольOOK)K)

Т.к. плотность Т.к. плотность ρρ==µ/Vµ/V,, получим получим основную форму уравнения состоянияосновную форму уравнения состояния

P = P = ρρ R T R T , , (Для воздуха (Для воздуха µµ = 29 кГ/кмоль = 29 кГ/кмоль и и R = R*/µ R = R*/µ =287 Дж/(кГ =287 Дж/(кГ OOKK))))

Page 14: Состав воздуха

ЗадачаЗадача Вычислить газовую постояннуюВычислить газовую постоянную

АзотаАзота RRNN==R*/µ R*/µ = = 8,31 [8,31 [кДж/кДж/((кмолькмольOOK)] /28[K)] /28[кмоль/кГкмоль/кГ]] ==

297 Дж/(кГ 297 Дж/(кГ OOKK)))) Углекислого газаУглекислого газа RRСО2СО2==R*/µ R*/µ = = 8,31 [8,31 [кДж/кДж/((кмолькмольOOK)] K)]

//4646[[кмоль/кГкмоль/кГ]] == 181 Дж/(кГ 181 Дж/(кГ OOKK))))

Page 15: Состав воздуха

Главное назначение уравнения состояния в Главное назначение уравнения состояния в метеорологии – расчет плотности воздухаметеорологии – расчет плотности воздуха

Пример. Пример. Измерены давление Измерены давление 980 980 гПа (1 Па=1н/мгПа (1 Па=1н/м22) и ) и

температура воздуха 25температура воздуха 25ооССРасчет плотности воздухаРасчет плотности воздуха ρρ = = p/RTp/RT= = =980(=980(гПа)гПа)∙∙100100(Па/гПа(Па/гПа)/()/(273273+25)287+25)287=1,146 кГ/м=1,146 кГ/м33

Легко видеть, что Легко видеть, что теплый воздухтеплый воздух при том же давлении при том же давлении легче холодноголегче холодного

Page 16: Состав воздуха

Сухой воздух – это смесь Сухой воздух – это смесь NN22,O,O22,Ar,Ar. . Почему мы считаем его единым газом?Почему мы считаем его единым газом?

Парциальное давление – это давление, которое имел бы газ Парциальное давление – это давление, которое имел бы газ независимо от других газов смесинезависимо от других газов смеси

Полное давление смеси равно сумме парциальныхПолное давление смеси равно сумме парциальных

Закон Дальтона для парциальных давлений смеси газов

Джон Дальтон, школьный учитель,

основатель физической атомистики

Page 17: Состав воздуха

Потому, что сухой воздух можно описать Потому, что сухой воздух можно описать единым единым уравнением состоянияуравнением состояния

Пусть в одном и том же объеме при одинаковых температурах Пусть в одном и том же объеме при одинаковых температурах содержится смесь содержится смесь азота, азота, кислорода и кислорода и аргонааргона

Ур.сост. Ур.сост. NN22: P: PNNVV=R=RNNT, RT, RNN= = R*mR*mNN/µ/µNN µµNN=28=28 Ур.сост. Ур.сост. OO22: P: POOVV=R=ROOT, RT, ROO= = R*mR*mOO/µ/µOO µµоо=32=32 Ур.сост. Ур.сост. Ar: PAr: PAAVV=R=RAAT, RT, RAA= = R*mR*mAA/µ/µAA µµАА=40=40

Для смеси:Для смеси: ((PPNN++PPOO++PPAA))V=V=R*(1/µR*(1/µNN+ 1/µ+ 1/µOO+ 1/µ+ 1/µAA)T)T

Откуда: Откуда: PP∑ ∑ V= (V= (R*mR*m/µ/µ∑∑)) T T = = RR∑ ∑ TT

Если Если mm//µµ∑∑ = = ((mmNN/µ/µNN+ + mmOO/µ/µOO+ + mmAA/µ/µAA), ),

То То 11//µµ∑∑ = = ((mmNN/m/m /µ/µNN+ (+ (mmOO/m/m /µ /µOO+ (+ (mmAA/m/m /µ /µAA=1/(28.8)=1/(28.8)

Именно этот молекулярный вес и приписывается воздухуИменно этот молекулярный вес и приписывается воздуху

Page 18: Состав воздуха

ЗадачаЗадача Вычислить молекулярный вес воздуха Марса Вычислить молекулярный вес воздуха Марса

и его газовую постоянную и его газовую постоянную 1/1/=0.95/46+0.05/28, =0.95/46+0.05/28, = 44.6 = 44.6

Записать уравнение состояния для атмосферы Записать уравнение состояния для атмосферы Марса (95% СОМарса (95% СО22, 5% , 5% NN22)) P=P=RRмрсмрсТ, Т, RRмрсмрс==RR**// = =

==8.31/44.6=0.1868.31/44.6=0.186кДж/(кгК)=186Дж/(кгК) кДж/(кгК)=186Дж/(кгК)

Page 19: Состав воздуха

Водяной пар – тоже идеальный газВодяной пар – тоже идеальный газ

Page 20: Состав воздуха

История измерений История измерений влажности воздухавлажности воздуха

Рихард Асман изобрел аспирационный психрометр, 1882Рихард Асман изобрел аспирационный психрометр, 1882

Николай Кузанский изобрел в 1440 г. гигрометрический принцип измерения влажности (взвешивание шерсти)

Орас Соссюр изобрел волосной гигрометр, 1783

•Эрнст Август изобрел психрометрический метод, 1825

Page 21: Состав воздуха

Водяной пар – идеальный газ Водяной пар – идеальный газ ((µµпп=18 кГ/кмоль, =18 кГ/кмоль, RRпп=R*/µ=R*/µпп=462 Дж/кГ /=462 Дж/кГ /OOKK))

Обозначение егоОбозначение его парциального давления парциального давленияВместо Вместо p — ep — e

(в атмосфере (в атмосфере O(e)≈10O(e)≈1000гПагПаЧитать: «порядок величины е примерно единицы гПа Читать: «порядок величины е примерно единицы гПа ))

Вместо Вместо R — RR — Rпп

RRпп==R/µR/µпп=8.31/=8.31/1818=0.461.6 кДж/(кГ =0.461.6 кДж/(кГ ооК)К)

ТогдаТогда уравнение состояния пара уравнение состояния пара HH22OO

e = e = ρρпп R Rпп TT

Page 22: Состав воздуха

Другие характеристики влажности воздухаДругие характеристики влажности воздухаПлотность пара НПлотность пара Н22О (О (ρρп п )) называется называется абсолютной влажностьюабсолютной влажностью

Оценка:Оценка: ρρпп == e / R e / Rпп T T

Концентрация пара НКонцентрация пара Н22О в 1 кг воздуха ( О в 1 кг воздуха ( qq )называется )называется массовой долей водяного парамассовой долей водяного пара

q =q =ρρпп// ρρ == (e/R (e/RппT)/(p/RT)=(R/RT)/(p/RT)=(R/Rпп)(e/p)(e/p))

Оценка:Оценка: qq == 0.622 e0.622 e // pp

Внимание!Внимание! Даже еслиДаже если e=pe=p, то , то q q == 0.6220.622<1. <1. Это значит, что при одинаковых условияхЭто значит, что при одинаковых условиях

пар Нпар Н22О легче воздухаО легче воздуха

( имеет отношение к Всемирному Потопу ! )( имеет отношение к Всемирному Потопу ! )

Page 23: Состав воздуха

Реальный воздух – смесь сухого и пара НРеальный воздух – смесь сухого и пара Н22ОО

Парциальное давление – это давление, которое имел бы газ Парциальное давление – это давление, которое имел бы газ независимо от других газов смесинезависимо от других газов смеси

Полное давление смеси равно сумме парциальныхПолное давление смеси равно сумме парциальных

Закон Дальтона для парциальных давлений смеси газов

Page 24: Состав воздуха

Применение закона Дальтона для вывода Применение закона Дальтона для вывода уравнения состояния влажногоуравнения состояния влажного воздухавоздуха

ρρ R T R T = = P = P = PPc c + e =+ e =ρρc c R R c c T + T + ρρппRRппT=T= ==((ρρ--ρρпп))RRc c T +T +ρρппRRппT = T = ρρR R c c T + T + ρρпп((RRпп--R R cc))TT==

= = ρρT∙{RT∙{Rcc[[1+(1+(RRпп –R –Rcc)/R)/Rcc)()(ρρпп / /ρρcc))]}=]}=

==ρρRRcc { [ { [1+(1+(RRпп –R –Rcc)/R)/Rcc))]]((ρρпп / /ρρ))} T} TВо влажном воздухе становится переменной Во влажном воздухе становится переменной RR

Page 25: Состав воздуха

Виртуальная температураВиртуальная температура

Принято! Принято! Вместо переменной Вместо переменной RR влажного воздуха влажного воздуха

вводить виртуальную(кажущуюся) вводить виртуальную(кажущуюся) температуру температуру TTvv

P = P = ρρRRccTTv v , T, Tvv=T(1+0=T(1+0.61.61q)=T+q)=T+ΔΔTTvv

Ее нельзя измерить!Ее нельзя измерить!Она применяется Она применяется для расчета плотностидля расчета плотности

влажного воздухавлажного воздуха

Page 26: Состав воздуха

Кипение воды – это пример состояния, при котором Кипение воды – это пример состояния, при котором вода и пар находятся в равновесии, вода и пар находятся в равновесии,

Если при давлении, равном 1013,25 гПа воду нагреть до 100 °С, то она закипает (в Если при давлении, равном 1013,25 гПа воду нагреть до 100 °С, то она закипает (в слое воды образуются пузырьки пара) слое воды образуются пузырьки пара)

Над водой пар имеет давление равное атмосферному, имеющий ту же температуру, Над водой пар имеет давление равное атмосферному, имеющий ту же температуру, но существенно больший объём. но существенно больший объём.

В пузырьках давление пара такое же, иначе их раздавило быВ пузырьках давление пара такое же, иначе их раздавило бы До тех пор пока остаётся некоторое количество воды, температура системы, До тех пор пока остаётся некоторое количество воды, температура системы,

несмотря на непрекращающийся подвод теплоты, постоянна.несмотря на непрекращающийся подвод теплоты, постоянна.

Page 27: Состав воздуха

Насыщенный пар е=ЕНасыщенный пар е=Е

Даже если кипения нет, над поверхностью воды пар Даже если кипения нет, над поверхностью воды пар находится в динамическом равновесии с нейнаходится в динамическом равновесии с ней

Число молекул, вырывающихся в единицу времени из Число молекул, вырывающихся в единицу времени из жидкости и переходящих в паровую фазу, равно числу жидкости и переходящих в паровую фазу, равно числу молекул пара, возвращающихся в жидкость за то же время.молекул пара, возвращающихся в жидкость за то же время.

Page 28: Состав воздуха

Давление на кривой фазового перехода вода-пар Давление на кривой фазового перехода вода-пар или лед-пар называется или лед-пар называется насыщающим давлением насыщающим давлением

водяного параводяного пара

Вид зависимости насыщающего давления пара от температурыбыл найден на основе опыта Дальтона

Page 29: Состав воздуха

Кривая давления насыщения пара. Кривая давления насыщения пара. Основные точки получены УаттомОсновные точки получены Уаттом

Кривая, представляющая зависимость давления насыщенного пара от Кривая, представляющая зависимость давления насыщенного пара от температуры, выражает в то же время зависимость температуры температуры, выражает в то же время зависимость температуры кипения или или конденсации от давления от давления..

Давление насыщенного пара называется давлением насыщенияДавление насыщенного пара называется давлением насыщения

Page 30: Состав воздуха

Температура насыщенного пара Температура насыщенного пара называется называется точкой росы точкой росы TTdd

Разность Разность T – Td T – Td называется дефицитом называется дефицитом точки росыточки росы

Если фактическая Если фактическая температура температура T>TdT>Td, то , то происходит происходит испарениеиспарение водыводы

Если фактическая Если фактическая температура температура T<TdT<Td, то , то происходит происходит конденсацияконденсация парапара

Page 31: Состав воздуха

Связь температуры и давления фазового перехода (кипения, плавления и Связь температуры и давления фазового перехода (кипения, плавления и др.) теоретически определяется по др.) теоретически определяется по уравнению уравнению Клапейрона – КлаузиусаКлапейрона – Клаузиуса

(будем выводить)(будем выводить)

На практике применяют На практике применяют эмпирические формулы эмпирические формулы Например, Например, формулу формулу Магнуса →Магнуса →

Образец:Образец:При При t=15t=1500C C и при и при любом любом

давлениидавленииДавление насыщеного пара Давление насыщеного пара

(над водой) равно (над водой) равно E E [[гПагПа]] = =

=6.11∙10=6.11∙107.637.63 ∙15/( ∙15/(241.9241.9+15) +15) ≈17≈17

Page 32: Состав воздуха

Формула БолтонаФормула Болтона Для диапазона от -35 Для диапазона от -35

до 35до 3500С с С с погрешностью 0,3% погрешностью 0,3% для расчета давления для расчета давления насыщенного пара над насыщенного пара над водой применима водой применима формула Болтонаформула Болтона

Температура Температура t t в в градусах Цельсияградусах Цельсия

16.67( ) 6.112 exp243.5

обратно

243.5 ln( )6.11216.67 ln( )6.112

d

tE tt

Et

E

Page 33: Состав воздуха

ЗадачаЗадача Вывести формулу точки росы из формулы Вывести формулу точки росы из формулы

Болтона и определить точку росы для Болтона и определить точку росы для парциального давления пара 20 гПапарциального давления пара 20 гПа

Page 34: Состав воздуха

Запомни твердо: Запомни твердо: 1) Парциальное давление насыщения зависит 1) Парциальное давление насыщения зависит

только от только от одной температурыодной температуры!!!!!!2) В воздухе атмосферы не может содержаться 2) В воздухе атмосферы не может содержаться

пара больше, чем нужно для насыщения ( а в пара больше, чем нужно для насыщения ( а в технических устройствах перегретый пар технических устройствах перегретый пар возможен).возможен).

3) Запомни давления насыщения: 3) Запомни давления насыщения: Е(100Е(10000С)С)1000 гПа, Е(201000 гПа, Е(2000С) С) 20 гПа, 20 гПа, Е(0Е(000С)=6,11 гПа, Е(-20С)=6,11 гПа, Е(-2000С) С) 1 гПа 1 гПа

Page 35: Состав воздуха

Температура кипения воды зависит только от давления Температура кипения воды зависит только от давления ( установил Д. Папен)( установил Д. Папен)

Поскольку давление с высотой падает, то понижается с высотой и Поскольку давление с высотой падает, то понижается с высотой и необходимое для кипения давлени насыщающего пара, а значит и необходимое для кипения давлени насыщающего пара, а значит и температура кипениятемпература кипения

Из-за этого в горах дольше вариться пищаИз-за этого в горах дольше вариться пища

Page 36: Состав воздуха

ЗадачаЗадача Рассчитать температуру кипения на высоте Рассчитать температуру кипения на высоте

3 км3 км Давление на этой высоте = ?Давление на этой высоте = ? Это давление для кипения является Это давление для кипения является

давлением насыщения водяного пара, т.е. давлением насыщения водяного пара, т.е. его температура определяется по формуле его температура определяется по формуле …..…..

Page 37: Состав воздуха

Кавитация – это закипание водыКавитация – это закипание воды при при повышении скорости потока. повышении скорости потока.

По закону Бернулли при движении воды относительно тела понижается По закону Бернулли при движении воды относительно тела понижается давление потока до давления насыщенных паров при данной температуре давление потока до давления насыщенных паров при данной температуре воды. При этом жидкость вскипает, и образуются парогазовые пузырьки воды. При этом жидкость вскипает, и образуются парогазовые пузырьки микроскопических размеров.микроскопических размеров.

Впервые обнаружил явление Впервые обнаружил явление кавитациикавитации О. Рейнольдс в 1894 году на О. Рейнольдс в 1894 году на английских миноносцах.английских миноносцах.

Page 38: Состав воздуха

ЗадачаЗадача Рассчитать скорость стартующего катера, Рассчитать скорость стартующего катера,

при которой образуется пена за его кормой.при которой образуется пена за его кормой.((Температура воды 20С)Температура воды 20С)

Считая обтекание идеальным, применим Считая обтекание идеальным, применим закон Бернули:закон Бернули:

Po=P+Po=P+VV22/2/2 Давление Давление P P должно стать равным должно стать равным

насыщающему при температуре водынасыщающему при температуре воды

Page 39: Состав воздуха

Важное следствие из закона Важное следствие из закона насыщениянасыщения

Давление насыщения определяет Давление насыщения определяет максимально возможное максимально возможное количество пара, которое может количество пара, которое может содержать воздух при заданной содержать воздух при заданной температуретемпературе

Если в воздухе содержится мало Если в воздухе содержится мало водяных паров, то это создает водяных паров, то это создает чувство сухости во рту, одежда чувство сухости во рту, одежда "электризуется" и липнет к телу."электризуется" и липнет к телу.

Если же пар насыщен, то при Если же пар насыщен, то при малейшем понижении малейшем понижении температуры наступит температуры наступит конденсация пара, и все конденсация пара, и все предметы покроются капельками предметы покроются капельками влаги влаги

Чем жарче, тем больше пара может

содержаться в воздухе

Page 40: Состав воздуха

По отношению к состоянию По отношению к состоянию насыщениянасыщения

Всехарактеристики

влажности

Абсолютные не связаны с насыщением и отражаютфактическое содержаниепара в воздухе: e, a, q, Td

Относительные – показываютстепень близости количества

пара в воздухе к предельно возможному при данной температуре:

F, D=T-Td

Page 41: Состав воздуха

Относительная влажность ( Относительная влажность ( F%F%)) – показатель – показатель степени насыщенности водяного пара в воздухестепени насыщенности водяного пара в воздухе c c

температурой Т. температурой Т.

Page 42: Состав воздуха

Задача Задача Вычислить абсолютную влажность воздуха Вычислить абсолютную влажность воздуха

в Сахаре (в Сахаре (t=35C, f =25%t=35C, f =25%, , PP=1000=1000),), В Амазонии (В Амазонии (t=3t=300C, f =C, f =8080%, P%, P=1000=1000),), Над водой Атлантики (Над водой Атлантики (t=t=2626C, f =C, f =8080%, P%, P=1000=1000)) Над Баренцовым морем (Над Баренцовым морем (t=t=00C, f =C, f =8080%, P%, P=1000=1000)) В Антарктиде на станции Восток (В Антарктиде на станции Восток (t=t=--3355C, f C, f

==8080%%, , P=800 P=800 гПагПа))

Page 43: Состав воздуха

Психрометрическое уравнениеПсихрометрическое уравнение При испарении (кипении) вода (и тело ее При испарении (кипении) вода (и тело ее

содержащее) теряет тепло, а при конденсации содержащее) теряет тепло, а при конденсации приобретаетприобретает

L=2.5L=2.5Мдж/кг=2500кДж/кгМдж/кг=2500кДж/кг Равновесие смоченного термометра – это Равновесие смоченного термометра – это

равенство полного тепла (энтальпии) этого равенство полного тепла (энтальпии) этого термометра полному теплу (энтальпии) термометра полному теплу (энтальпии) окружающего воздуха окружающего воздуха СрСрTTсмсм+Lq(T+Lq(Tсмсм)= )=

СрСрT+Lq(TT+Lq(Tdd))

Page 44: Состав воздуха

Температура смоченого Температура смоченого термометратермометра

Из психрометрического уравненияИз психрометрического уравнения следует, следует, что по показаниям сухого и смоченного что по показаниям сухого и смоченного термометров можно определить термометров можно определить парциальное давление воздуха – это метод парциальное давление воздуха – это метод АвгустаАвгуста

е=е=E(TE(Tсмсм)-)-(L/Cp)(L/Cp)(Т-Т(Т-Тсмсм))PP Отсюда следует важная теорема НормандаОтсюда следует важная теорема Норманда

Page 45: Состав воздуха

Теорема НормандаТеорема НормандаНа уровне На уровне конденсацииконденсации

Одинаковы Одинаковы ТемператураТемператураТочка росы иТочка росы иТемпература Температура

смоченого смоченого термометра термометра

Вывод формул для уровня конденсации см. в учебнике!

Page 46: Состав воздуха

ЗадачаЗадача Вычислить парциальное давление пара в Вычислить парциальное давление пара в

воздухе, если показания сухого термометра воздухе, если показания сухого термометра 20С, смоченного термометра 16С, а 20С, смоченного термометра 16С, а давление 990 гПадавление 990 гПа

Page 47: Состав воздуха

Графическое определение уровня Графическое определение уровня конденсации на основе теоремы Нормандаконденсации на основе теоремы Норманда

Если частица воздуха перемещается без Если частица воздуха перемещается без конденсации (конденсации (t<td)t<td), то концентрация пара в , то концентрация пара в нейней ( (массовая доля) массовая доля) qq не меняется не меняется (перемещение по изограмме), хотя меняются (перемещение по изограмме), хотя меняются P P и и TT

Температура в изолированной частице Температура в изолированной частице меняется только адиабатическименяется только адиабатически

Далее используем аэрологическую диаграммуДалее используем аэрологическую диаграмму

Page 48: Состав воздуха

Перечень характеристик влажностиПеречень характеристик влажности

АбсолютныеАбсолютные ОтносительныеОтносительные

Абсолютная влажность Абсолютная влажность a, a, ρρпп, , [[кг/мкг/м33]]

Относительная влажностьОтносительная влажность f = e/E [%], (0 ≤ f f = e/E [%], (0 ≤ f

≤100%)≤100%)

Парциальное давлениеПарциальное давление ee [[гПагПа]]

Дефицит влажностиДефицит влажности D= E-e [D= E-e [гПагПа], (0 ≤ D)], (0 ≤ D)

Массовая доляМассовая доля q [ q [кг/кг, г/кг, кг/кг, г/кг, ‰‰]]

Дефицит точки росы Дефицит точки росы D = T-TD = T-Td d = t – t= t – td d , , (0 ≤ D)(0 ≤ D)

Точка росы Точка росы TTdd, t, tdd [ [ooC]C] Уровень конденсацииУровень конденсацииHc=(T-Td)/(Hc=(T-Td)/(Га-Г)Га-Г)

Page 49: Состав воздуха

Психрометрическая диаграмма номограмма Психрометрическая диаграмма номограмма для графического решения психрометрического для графического решения психрометрического

уравненияуравнения

Page 50: Состав воздуха

Диаграмма Молье Диаграмма Молье (Mollier Diagram )(Mollier Diagram )

Точками А2 и В2 показано, как изменится влагосодержание воздуха при 35 градусов (от 11 г до 26 г/кг) при изменении относительной влажности от 30 всего до 70%

Page 51: Состав воздуха

Помни Помни правила правила работы с работы с аэроло-аэроло-

гической гической диаграммдиаграмм

ойой