Влажность воздуха и её значение.Физика

МБУ «Управление образования города Кунгура»

МБОУ лицей №1 города Кунгура

Влажность воздуха и её значение.Физика.

Новиков Александр,

ученик 10 «Е» класса

МБОУ лицей №1 г.Кунгура

Руководитель:

Курилова Т.А.,

Учитель физических наук

МБОУ лицей №1 г.Кунгура

Кунгур 2012

Оглавление.

1. Введение…………………………………………………………3

2. I глава.Влажность воздуха……………………………………4

3. II глава. Влажность воздуха в физическом понятии……………………………………………………….....7

4. III глава. Влажность в Банях и Саунах…………………….10

5. IV глава. Влажность в библиотеках……...............................14

6. Справочный материал ……………………………………….16

Введение.

Вода в атмосфере содержится в виде молекул (пар), капелек и кристалликов, влажность воздуха характеризуется содержанием водяного пара в г/м³ (абсолютная влажность – “а” 4м³)или упругостью- “с” мм р.с., мб, г п). Количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе при данной температуре, - максимальное влагосодержание (или максимальная упругость) водяного пара (Е). Процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое может содержаться при данной температуре, – относительная влажность (%). Она показывает степень насыщения воздуха водяным паром.

Разность между максимальной (Е) и фактической упругостью водяного пара – дефицит 4 (Д). Температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар насытит его и начнется конденсация - точка росы (Т⁰). Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он может содержать, тем выше точка росы.

Водяной пар поступает в атмосферу в результате процесса испарения с поверхности. Испарение зависит от температуры испаряющей поверхности и от относительной влажности воздуха. Насыщенный воздух не может вместить больше пара, если температура его не повысится. При повышении температуры, он удаляется от насыщения, при понижении, наоборот, в нем может начаться конденсация. Так происходит, например, летней ночью при ясной погоде, соприкасаясь с холодной поверхностью, оставляет на ней капельки росы. При отрицательной температуре выпадает иней. В воздухе, охлаждающемся от поверхности или от пришедшего холодного воздуха, образуется туман. Он состоит из мелких капелек или кристалликов, взвешенных в воздухе. В сильно загрязнённом воздухе образуется густой туман с примесью дыма - смог.

Облака образуются при конденсации водяного пара в поднимающемся воздухе вследствие его охлаждения. Высота их образования зависит от температуры относительной влажности воздуха. При достижении им высоты, на которой насыщение станет полным (100%) начинается конденсация и облакообразование. Если восходящий воздух встретит теплый слой (инверсия), подъём прекращается, воздух не достигает границы конденсации и облака не образуются.

Облака находятся в постоянном движении, опускаясь ниже границы конденсации, они испаряются (“тают”). Облака могут состоять из мелких капелек или кристалликов, чаще всего они смешанные. По форме (по виду) различают облака перистые, слоистые и кучевые. Перистые облака—облака верхнего яруса (выше 6000 м), полупрозрачные, ледяные. Осадки из них нее выпадают. Слоистые облака среднего (от 2000 до 6000 м) и нижнего (ниже 2000 м) ярусов. В основном они и дают осадки, обычно длительные, обложные. Кучевые облака могут образоваться в нижнем ярусе и достигать очень большой высоты. Часто они имеют вид башен и состоят внизу из капелек, вверху—из кристалликов. С ними связаны ливни, град, грозы. Кроме трёх основных форм облаков, возникает много комбинированных. Например, перисто-слоистые, слоисто-кучевые, перисто-кучевые и.т.д.

Форма облаков объясняется их происхождением. Облачный покров обычно состоит из разных облаков. Степень покрытия неба облаками—облачность измеряется в баллах. Полная облачность – 10 баллов. В среднем на Земле половина неба закрыта облаками. Наибольшая облачность там, где воздух поднимается, то есть в облаках пониженного давления. Наименьшая облачность соответственно в областях повышенного давления. Над океаном она больше, чем над сушей, так как там больше влаги в воздухе. Абсолютный максимум облачности—над Северной Атлантикой (9 баллов), абсолютный минимум—над Антарктидой и над тропическими пустынями (0,2 балла). Облачный покров задерживает солнечную радиацию, идущую к земной поверхности, отражает и рассеивает её. Одновременно облака задерживаю тепловые излучения земной поверхности в атмосфере. Поэтому влияние облачности на климат велико.

I глава.Влажность воздуха

От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. В космических кораблях поддерживается наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60%).

Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. Хотя количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1%), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты, и наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.

В ткацком, кондитерском и других производствах для нормального течения процесса необходима определённая влажность.

Хранение произведений искусство и книги требуют поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Поэтому в музеях на стенах вы можете видеть психрометры.

Содержание влаги во влажном воздухе характеризуют массой водяного пара Gп содержащегося в 1м3 влажного воздуха (смесь сухого воздуха и пара), отнесенной к массе 1м3 сухого воздуха Gсв:

d= Gп/ Gсв

Содержание влаги в воздухе зависит от парциального давления водяного пара и не зависит от температуры.

С температурой воздуха тесно связана энтальпия, которая для условий бани, представляет собой сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара. Поскольку энтальпии сухого воздуха и водяного пара при одной и той же температуре значительно отличаются [при температуре 100° С энтальпия 1 кг водяного пара 2687 кДж (641 ккал), 1 кг сухого воздуха 100,5 кДж (24 ккал)], то для достижения одной и той же температуры потребуется больше тепла при нагреве влажного воздуха парной, нежели сухого. В то же время с повышением относительной влажности энтальпия воздуха при постоянной температуре увеличивается.

Из практики известно, что наиболее благоприятные условия для парения достигаются при энтальпии воздуха 210...290 кДж/кг (50...70 ккал/кг). При таком уровне нагрева тело благодаря выделению пота поддерживает без особого напряжения теплообмен с окружающей средой, при котором его внутренняя температура сохраняется 36,6° С. При повышении температуры воздуха для отвода избытка тепла организм усиливает потоотделение, и оно протекает тем легче, чем ниже относительная влажность воздуха. Объясняется это тем, что в сухом горячем воздухе тепловой баланс тела поддерживается не только путем интенсивного потоотделения, но также благодаря испарению пота с поверхности тела. Так, при выделении из парильщика 100 г пота отводится 37,8 кДж (9 ккал) тепла, а при испарении тех же 100 г от тела забирается дополнительно 250 кДж (59,5 ккал). Таким образом, чем суше воздух, тем с меньшими энергетическими затратами организм человека может переносить высокую температуру парной. При чрезмернойвлажности постоянная температура организма поддерживается вследствие перенапряжения внутренних органов, главным образом усиления деятельности сердца, легких и потовых желез, обеспечивающих интенсивное выделение пота, с которым отводятся излишки тепла. Следовательно, при температуре на полке 90° С относительная влажность воздуха не должна превышать 10%, а при 110° С - 5%. Если при 100° С относительную влажность воздуха увеличить до 30% [энтальпия 825 кДж/кг (196 ккал/кг)], то из-за снижения интенсивности испарения пота и охлаждающего его действия тело парильщика будет перегреваться. И наоборот, при температуре 60° С и влажности пара 10% [энтальпия 92 кДж/кг (22 ккал/кг)] нагрев тела недостаточен для обильного потовыделения. В такой парной, чтобы получить удовольствие от жара и хорошо пропотеть, влажность должна быть более 40%. В зависимости от влажности атмосферы парной различают бани с влажным и сухим паром. В бане с влажным паром парятся при температуре 55...60° С и относительной влажности 40...60%. Такие условия парения бывают в общественных банях, где для нагрева парной по трубам пропускают перегретый пар[4].

В бане сухого пара температуру повышают до 110...120° С, а иногда до 140° С и, чтобы избежать перегрева, относительную влажность воздуха поддерживают 5...6%. Такой режим парения создают в современной финской сауне. Традиционная русская баня по тепловому режиму занимает промежуточное положение: идеальная температура 70...90° С, относительная влажность до 30%.

II глава. Влажность воздуха в физическом понятии.

Для хорошего самочувствия человека и нормального хода многих технологических процессов совершенно небезразлично, насколько водяной пар, содержащийся в воздухе, далек от насыщения. Если в воздухе содержится мало водяных паров, то это создает чувство сухости во рту, одежда "электризуется" и липнет к телу. Если же пар, содержащийся в воздухе, наоборот, почти насыщен, то при малейшем понижении температуры наступит конденсация пара, и все предметы покроются капельками влаги (росы).

Ученые физики ввели физическую величину, характеризующую влажность воздуха. Она должна показывать, насколько пар, содержащийся в воздухе, далек от насыщения. Такую величину называют относительной влажностью воздуха:

Относительная влажность воздуха показывает выраженную в процентах долю, которую составляет плотность пара, содержащегося в данный момент в воздухе, от плотности насыщенного пара для этой же температуры.

Наиболее простым прибором для измерения влажности воздуха является волосяной гигрометр. В качестве детали, чувствительной к изменению влажности, служит обезжиренный человеческий волос [1]. Он закреплен в верхней части прибора [2], обернут вокруг ролика [3] и натянут при помощи специально подобранного груза [4]. К ролику прикреплена стрелка [5]. При увеличении относительной влажности воздуха волос удлиняется и вызывает вращение ролика вместе со стрелкой. Передвигаясь по шкале, она и указывает значение влажности воздуха, выраженное в процентах.

Устройство и принцип действия психрометра – прибора для определения температуры и влажности воздуха.

j –	относительная влажность, %
r –	плотность пара, кг/м³
	Относительная влажность воздуха показывает выраженную в процентах долю, которую составляет плотность пара, содержащегося в данный момент в воздухе, от плотности насыщенного пара для этой же температуры. Наиболее простым прибором для измерения влажности воздуха является волосяной гигрометр. В качестве детали, чувствительной к изменению влажности, служит обезжиренный человеческий волос [1]. Он закреплен в верхней части прибора [2], обернут вокруг ролика [3] и натянут при помощи специально подобранного груза [4]. К ролику прикреплена стрелка [5]. При увеличении относительной влажности воздуха волос удлиняется и вызывает вращение ролика вместе со стрелкой. Передвигаясь по шкале, она и указывает значение влажности воздуха, выраженное в процентах.

Устройство и принцип действия психрометра – прибора для определения температуры и влажности воздуха.
Психрометр Августа имеет два термометра: "сухой" и "влажный". Они так называются потому, что конец одного из термометров находится в воздухе, а конец второго обвязан кусочком марли, погруженным в воду. Испарение воды с поверхности влажного термометра приводит к понижению его температуры. Второй же, сухой термометр, показывает обычную температуру воздуха. Измеренные психрометром значения температур можно перевести в значение относительной влажности воздуха по специальной таблице:

Сухой термометр, °C	Разность показаний термометров, °С


Относительная влажность, %

III глава. Влажность в Банях и Саунах.

О пользе тепловых процедур человечество знало тысячелетия. Не будем здесь говорить о солнечных ваннах, массаже, о горячем душе, о тёплой одежде.

Обогатимся научными знаниями из школьного учебника физики: состояние атмосферы характеризуется температурой и относительной влажностью. Относительная влажность изменяется от 0 до 100%.

Температура воздуха в бане меняется от +30°С до +150°С (иначе, это не баня). В этих пределах и находится весь широчайший спектр различных бань мира.

Люди по-разному переносят жар бани. Но закономерность одна: чем выше влажность, тем меньшую температуру можно выдержать.

И наоборот: чем выше температура, тем меньшую влажность можно выдержать.

Иначе говоря, температура и влажность в бане имеют обратную зависимость.

Разным людям подходят и нравятся разные бани: одним — теплее и суше, другим — холоднее и влажнее.

Это зависит от конституциональных особенностей человеческого организма. Эти особенности, в масштабах нации, и формируют банную культуру.

Видимо, не случайно в сырой и холодной Финляндии зародились сухие и жаркие сауны, а в сухой и жаркой Турции — прохладные и влажные турецкие бани.

Серьёзных исследований на этот счёт найти не удалось. Но, кое-что имеется. Шведы выделяют четыре типа бань.

№	Температура	Влажность	Название
	90-110°	5-10%	Сухая сауна
	75-90°	20-35%	Влажная сауна
	45-65°	40-65%	Паровая сауна
	40-45°	Около 100%	Паровая баня

Для русского человека, который любит быструю езду и всякую прочую экстремалку, эти типы бань также существуют, однако, чаще по верхнему пределу.

Например, в бане первого типа финны поддерживают 90°, а русские 120°

В бане третьего типа (русская баня) русские обычно парятся в режиме 65° и 65%, а «герои» — 70° и 65%.

До сих пор многие люди не находят разницы между русской и финской банями.

Многие знают, что пар бывает лёгким и тяжёлым.

В саунах воздух имеет обычную атмосферную влажность, но, по физическим законам, при нагревании теряет её, иногда, на порядок.При естественной влажности, молекулы воды максимально перемешаны с молекулами, составляющими воздух или, говоря физическим языком, водяной пар максимально диссоциирован. Нет крупных капель, которые придают пару тяжесть и он не вреднен для лёгких.

Если мы хотим искусственно увлажнить нагретый воздух, то должны стремиться к тому, чтобы и при искусственной влажности пар был максимально диссоциирован. С увеличением влажности, задача эта становится всё более трудной.

Если в первых трёх типах бань увлажнение воздуха ещё можно осуществлять, путём испарения воды с локально нагретых поверхностей (камней), то для турецкой бани — это уже не работает.

Если вы у себя на кухне нагреете воздух до +40°, а кипящие на плите чайники с открытыми крышками увлажнят воздух до 80%, то это будет не турецкая баня, а душегубка.

Цифры температуры и влажности будут соблюдены, но пар будет настолько тяжёлым, что, кроме тяжести и вреда, вы ничего не получите.

Практически то же самое делают и импортные климатические печи и отечественные металлические печи с открыто лежащими камнями. Такие печи фактически являются печами для сауны и дают хороший пар, только при низких влажностях.

В настоящей турецкой бане нет никаких парогенераторов. Там подогревают четыре стены, пол и лавки. Всё это делается из мрамора. Только тогда, при влажности, близкой к 100%, можно получить лёгкий пар, за счёт испарения с больших поверхностей.

Но, вернёмся к нашим баням. Банная эволюция создала два способа искусственного увлажнения воздуха: финский и русский.

Финский — это лить воду на открытые камни, а если этого не хватает, использовать парогенератор, встроенный в печь или отдельно стоящий.

Русский — это испарять воду в замкнутом объёме печи.

А теперь, попробуем сравнить эти способы. Понятно, что, чем выше температура испарения, тем более лёгким, сухим, диссоциированным будет пар. Эффективная температура в испарителе — 100°, как и спираль в открытом чайнике (в современных испарителях — немного выше).

Температура верхних камней в печи сауны — до 300°. Можно, конечно, нагреть и больше, но тогда соответственно повысится температура в самой парной, поскольку открыто лежащие камни активно излучают тепло в окружающее пространство.

В хорошей русской бане закрытые камни можно нагреть до 700-800°. Если печь построена правильно, парная, при этом, не перегреется, а диссоциация пара будет максимальной.

Если подогрев сухого воздуха отрегулировать на максимум, температура в парной будет около 100°. При этом, можно подбрасывать воду совсем понемногу, чтобы не обжечься.

Если отрегулировать подогрев сухого воздуха до 70-80°, это будет баня второго типа. Влажность можно будет довести до 25-30%.

И, наконец, настоящая русская баня: 65° и 65%. В ней — и веник не пересыхает, и дышится легко.

В основе воздействия на организм человека русской бани и сауны (финской бани) лежит принцип глубокого и сильного прогрева, фактически шоковое воздействие. Поэтому, чем ближе условия к естественным, тем меньше организм тратит усилий на приспособление к условиям бани, а больше – на выведение шлаков.- Влажность уличного воздуха – 40-70% и выше, влажность в русской бане – около 60%, а в сауне – 3-8%.

- Температура воздуха в русской бане – 55-70 градусов, почти в два раза ниже, чем в сауне. По законам физики, теплопроводность влажного воздуха гораздо выше, чем сухого, поэтому в русской бане глубокий прогрев организма достигается в более мягких условиях и, следовательно, реакция организма на тепловую агрессию (спазм сосудов, учащенное сердцебиение) менее выражена.

- При большей влажности русской бани веник становится более мягким, в то время, как в сауне его прикосновения могут быть достаточно жесткими.

- В русской бане влажность и температура постоянно меняются, а в финской бане – стабильны.

- В русской бане человек вынужден находиться в движении – поддать пар, опустить пар, отдохнуть, обработать себя веничком и т. д.

- Русская баня, поэтому, требует больше времени, ума и, что очень важно для менталитета славянского человека, - души, чем сауна.

- При естественной влажности водяной пар максимально диссоциирован, т. е. нет крупных капель, которые придают пару тяжесть и вредны для легких.

- Поступающий в сауну воздух имеет атмосферную влажность, теряя ее при нагревании. Чтобы увлажнить его, в сауне льют воду на открытые камни, температура которых достигает 300 градусов. В хорошей русской бане закрытые в печи камни прогреваются до 700-800 градусов, что обеспечивает максимальную диссоциацию водяного пара.

- В сауне движение воздуха осуществляется (если осуществляется) при равенстве наружного давления и давления внутри парной. А в русской бане - при избыточном давлении в печи и в парной.

- Для “грамотного” опускания пара желательно иметь потолок повыше, что существенно отличает русскую баню от сауны.

Итак: определяйтесь, что вам больше по душе, делайте свой выбор и приезжайте на Шепильскую. Здесь вас ждет и финская сауна с прекрасным бассейном, и русская баня на дровах с березовыми вениками, а, при желании, можно воспользоваться услугами специалиста банного дела – банщика, который пропарит вас по всем правилам и со всеми тонкостями банного дела.

Представьте себе, что вы находитесь в огромном чане, залитом горячей водой. Чан стоит на открытом огне. В чан, объемом около 500 литров, заливается родниковая вода. Вода нагревается до 40 градусив.Завдякы почему человеческое тело, нагреваясь, впитывает полезные вещества, содержащиеся в минеральной воде, гораздо интенсивнее.

Причем нагрев происходит на недолгое время. То есть 15 минут вы сидите в нагретом чане с водой, затем следует обязательное охлаждения. И так несколько раз. Именно тогда достигается максимальный эффект оздоровления.

IV глава. Влажность в библиотеках.

Процесс естественного старения материалов ускоряется при заметных изменениях температуры и влажности воздуха в книгохранилище. Повышение температуры влияет на скорость большинства химических реакций, которая примерно удваивается при изменении температуры на каждые 10°С. Особенно заметно повреждающее воздействие температуры на материалах переплетов.

Но повышенная температура обычно оказывает заметное действие при очень высокой или очень низкой влажности воздуха. Высокая влажность воздуха создает в материалах уровень влагосодержания, достаточный для протекания опасных химических реакций. Кроме того, в сочетании с высокой температурой повышенная влажность способствует развитию на материалах микроскопических грибов (плесени). Особенно чувствительна к повышению влажности бумага. При высокой влажности иногда происходит прочное слипание листов бумаги между собой (главным образом, мелованной) чаще всего при плотной расстановке документов.

Низкая влажность воздуха приводит к пересыханию материалов. Это происходит при хранении документов вблизи отопительных приборов или оконных проемов, ориентированных на юг, где интенсивное естественное освещение. Опасно снижение относительной влажности воздуха менее 30%, так как и кожа, и бумага теряют структурно (химически) связанную влагу, восстановить которую не представляется возможным. Материалы пересыхают, теряют эластичность, становятся хрупкими и ломкими.

Температурно-влажностный режим в хранилищах должен быть по возможности стабильным. Частые и с большой амплитудой колебания температуры и влажности воздуха еще более опасны, чем крайние значения этих показателей. Так как многие материалы способны легко поглощать и отдавать влагу, при заметных суточных колебаниях температуры и влажности они подвергаются частой смене набухания и сжатия. Следствием таких изменений являются деформации материалов (коробление, морщинистость, складчатость), отслаивание красок, осыпание поверхностного слоя. Имеют значение и сезонные изменения температуры и влажности воздуха, но, как правило, они не бывают такими резкими как суточные и поэтому менее опасны.

Стандартом установлены следующие нормативы хранения документов: температура воздуха - (18±2)°С, относительная влажность - (55±5)%.

Температурно-влажностный режим регулируют с помощью систем кондиционирования воздуха или отопительно-вентиляционных систем. Нельзя в хранилищах документов использовать оконные кондиционеры, так как в нерабочее время хранилища обесточивают; в результате документы подвергаются резкой смене параметров режима хранения.

Регулирование режима хранения производят на основании показаний термогигрометров. Наиболее удобны в пользовании и доступны в финансовом отношении прямо показывающие электронные термогигрометры. Приборы устанавливают в центральном проходе из расчета: один прибор на помещение, но не менее одного на 800 м площади.

В помещениях с нерегулируемым климатом режим поддерживают путем проветривания, организации рационального отопления, применения различных средств и устройств для увлажнения и осушения воздуха (безопасных в пожарном отношении!). Периодичность проветривания зависит как от состояния воздуха помещения, так и от состояния наружного воздуха. Практика показывает, что лучше всего проветривать помещение 3-5 раз в день по 10-15 минут. Более длительное проветривание приводит к отклонениям параметров режима в больших пределах. Следует иметь в виду, что в зимнее время, особенно в морозные дни, в помещение поступает сухой воздух, хотя из-за интенсивного отопления влажность воздуха в хранилищах и без того бывает крайне низкая. Летом атмосферный воздух влажный, тогда проветривание повышает влагосодержание воздуха в помещении. В дождливые дни проветривать книгохранилище не следует.

В случае невозможности поддерживать стабильный нормативный режим надо стремиться к тому, чтобы изменения его были замедленными. Особенно внимательно надо следить за режимом хранения в периоды начала и окончания отопительного сезона.

Необходимо поддерживать более или менее одинаковый режим хранения во всем объеме помещения. Иногда в плохо вентилируемых хранилищах образуются зоны застойного воздуха, чаще всего в углах и вблизи наружных стен. Для этих мест характерна более

высокая влажность воздуха, иногда - конденсация влаги на поверхности материалов и как следствие - плесневение документов.

Если в библиотеке нет специальной службы, контролирующей режим хранения, ежедневный контроль температуры и влажности воздуха в хранилище поручают одному из хранителей. При значительных отклонениях показаний приборов от нормативных значений и невозможности регулирования режима доступными для хранителей способами, следует сообщать об этом работникам инженерно-технических служб и администрации библиотеки.

Заключение.

Влажность воздуха в банях и саунах.

Я задал вопрос жителям Кунгура:«Часто ли вы посещаете бани и сауны? Какая температура для вас самая оптимальная?»

Из 100 опрошеных:

- 37 человек ответили что посещают бани и сауны не реже 1 раза в неделю, а самая благоприятная температура 90 – 110 градусов.

- 32 человека ответили что посещают бани и сауны не чаще 1 раза в месяц, а самая благоприятная температура 75 – 80 градусов.

- 14 человек ответили что посещают бани и сауны не чаще 1 раза за пол года, а самая благоприятная температура 40 – 65 градусов.

- 10 человек ответили что посещаю бани и сауны не чаще 1 раза в год, а самая благоприятная температура 40 – 45 градусов.

- 5 человек ответили что часто бывают в банях и саунах и им комфортно и в сухих и во влажных банях и саунах.

- и только два человека из всех опрошеных сказали что не разу не были в банях или саунах.

Из результатов опроса можно сделать вывод, что для большинства людей подходит сухая и влажная сауны. Но нельзя сказать что всем людям будет в них комфортно, так как особенности организма у всех разные.

Влажность воздуха в библиотеках.

Пройдя по библиотекам нашего города я увидел что во всех библиотеках измеряется и поддерживается влажность и температура воздуха, в нескольких библиотеках условия чуть ниже идеальных.

Справочный материал.

Физика. Все темы для подготовки к ЕГЭ

Книга о банях и саунах.

3. Интернет. Сайт:влажность воздуха.Физика

Интернет. Влажность в библиотеках.

5. Книга : «Деревянные дома и сауны»