Co je relativní vlhkost a na čem závisí?

Pokusme se formulovat, co se ve fyzice rozumí vlhkostí vzduchu. Za prvé, jaká voda je ve vzduchu? Vždyť taková je například mlha, déšť, mraky a další atmosférické jevy, ke kterým dochází za účasti vody v tom či onom stavu agregace. Pokud jsou všechny tyto jevy zohledněny při popisu vlhkosti, jak pak provádět měření? I z takto jednoduché úvahy je zřejmé, že intuitivní definice zde nestačí. Ve skutečnosti mluvíme především o vodní páře, která je obsažena v naší atmosféře.

Atmosférický vzduch – je to směs plynů, z nichž jedním je vodní pára. Přispívá k atmosférickému tlaku, tento příspěvek se nazývá parciální tlak (stejně jako pružnost) vodní páry.

Dílčí tlak p vodní pára je jedním z ukazatelů vlhkosti vzduchu, která se měří v pascalech nebo milimetrech rtuti.

2. Daltonův zákon

Hlavní zákony, které jsme získali v rámci studia molekulární kinetické teorie, se týkají tzv. čistých plynů, tedy plynů skládajících se z atomů nebo molekul stejného typu. Velmi často se však musíte vypořádat se směsí plynů. Nejjednodušším a nejběžnějším příkladem takové směsi je atmosférický vzduch, který nás obklopuje. Jak víme, skládá se ze 78 % z dusíku, z více než 21 % z kyslíku a zbylé procento zabírá vodní pára a další plyny (obr. 1).

Rýže. 1. Složení atmosférického vzduchu

Každý z plynů, který je součástí vzduchu nebo jakékoli jiné směsi plynů, se jistě podílí na celkovém tlaku této směsi plynů. Příspěvek každé jednotlivé takové složky se nazývá parciální tlak plynu, tj. tlak, který by tento plyn vyvinul v nepřítomnosti jiných složek směsi.
Anglický chemik John Dalton experimentálně zjistil, že pro směsi zředěných plynů je celkový tlak prostým součtem parciálních tlaků všech složek směsi:

Tento vztah se nazývá Daltonův zákon.

3. Definice

Pojďme se seznámit s řadou pojmů, které jsou s pojmem vlhkost vzduchu nerozlučně spjaty:

Tlak vodní páry závisí na koncentraci jeho molekul ve vzduchu, stejně jako na absolutní teplotě vzduchu. Častěji se jako charakteristika vlhkosti bere hustota ρ vodní páry obsažené ve vzduchu; absolutní vlhkost.

Absolutní vlhkost ukazuje, kolik gramů vodní páry je obsaženo v 1 m3 vzduchu. V souladu s tím je jednotka měření absolutní vlhkosti 1G/m3.

Oba zmíněné indikátory vlhkosti souvisí s Mendělejevovou–Clapeyronovou rovnicí.

М – molární hmotnost vodní páry;
Т – jeho absolutní teplota.

To znamená, že když známe jeden z ukazatelů, například hustotu, můžeme snadno určit další, tedy tlak.

4. Vliv intenzity vypařování a kondenzace vody na živé organismy.

Vy i já víme, že vodní pára může být buď nenasycená, nebo nasycená. Obecně platí, že vodní pára v atmosféře je i přes přítomnost velkého množství vodních ploch (oceány, moře, řeky, jezera atd.) nenasycená, protože naše atmosféra není uzavřená nádoba. Pohyb vzdušných mas (vítrů, hurikánů atd.) však vede k tomu, že na různých místech Země je v každém časovém okamžiku jiný poměr mezi rychlostí kondenzace a odpařování vody. z nichž na některých místech může pára dosáhnout nasycení. K čemu to vede? Navíc v takové oblasti začne pára kondenzovat, protože si pamatujeme, že sytá pára je vždy v kontaktu se svou kapalinou. V důsledku toho se může tvořit mlha nebo mraky a může padat rosa.
Teplota, při které se pára nasytí, se nazývá rosný bod.

5. Hodnota vlhkosti

Lidé jsou citliví na hodnotu relativní vlhkosti, závisí na ní intenzita odpařování vlhkosti z povrchu kůže. Při vysoké vlhkosti, zejména v horkém dni, se toto odpařování snižuje, v důsledku čehož je narušena běžná výměna tepla mezi tělem a okolím. V suchém vzduchu se naopak vlhkost z povrchu kůže rychle odpařuje a způsobuje například vysychání sliznic dýchacích cest. Pro člověka je nejpříznivější relativní vlhkost vzduchu v rozmezí 40–60 %.
Důležitá je také role vodní páry při tvorbě povětrnostních podmínek. Kondenzací vodní páry dochází ke vzniku oblačnosti a následným srážkám, což je samozřejmě důležité pro všechny aspekty našeho života i pro národní hospodářství. Mnoho výrobních procesů udržuje podmínky umělé vlhkosti. Příklady takových procesů jsou tkaní, cukrářství, lékárny a mnoho dalších. V knihovnách a muzeích je pro uchování knih a exponátů také důležité udržovat určitou hodnotu relativní vlhkosti, proto v takových institucích musí psychrometr viset na stěně ve všech místnostech.

Pro charakterizaci vzdálenosti mezi stavem páry a nasycením se používá speciální veličina tzv relativní vlhkost.
Relativní vlhkost vzduch se nazývá tlakový poměr vyjádřený v procentech P vodní páry obsažené ve vzduchu na tlak P sytá pára o stejné teplotě:

Nyní je jasné, že čím nižší je relativní vlhkost, tím dále je konkrétní pára od nasycení. Pokud je tedy například hodnota relativní vlhkosti 0, pak ve vzduchu ve skutečnosti není žádná vodní pára. To znamená, že kondenzace je u nás nemožná a při relativní vlhkosti 100% je veškerá vodní pára, která je ve vzduchu, nasycená, jelikož její tlak se rovná tlaku nasycené vodní páry při dané teplotě. Můžeme tak nyní přesně určit, co je vlhkost, jejíž hodnota se nám pokaždé hlásí v předpovědích počasí.
Pomocí Mendělejevovy-Clapeyronovy rovnice můžeme získat alternativní vzorec pro relativní vlhkost, který nyní zahrnuje hustotu vodní páry obsažené ve vzduchu a hustotu nasycené páry při stejné teplotě.

– hustota vodní páry obsažené ve vzduchu;
– hustota nasycených par při stejné teplotě.

Pro výpočet relativní vlhkosti, jak jsme právě viděli, potřebujeme znát hodnotu tlaku nebo hustoty nasycených par při dané teplotě.

8. Závislost vlhkosti na teplotě

Nyní zvažte změnu relativní vlhkosti s teplotou. Čím vyšší teplota, tím nižší relativní vlhkost. Proč a jak – podívejme se na příklad úlohy.
V určité nádobě se pára nasytí při 0 o C. Jaká bude její relativní vlhkost při 10 o C, 20 o C, 50 o C?
Na položenou otázku je snadné odpovědět, pokud uvážíme, že mluvíme o páře v nádobě, pak objem páry zůstává při změně teploty nezměněn. Dále potřebujeme tabulku závislosti tlaku a hustoty nasycených par na teplotě, která je uvedena na Obr. 2.

Rýže. 2. Závislost tlaku a hustoty syté páry na teplotě

rozhodnutí
Z textu otázky je zřejmé, že při t = 0 o C, = 100 o C, protože právě při této hodnotě se pára sytí, tedy z definice relativní vlhkosti máme:

Hustota par bude stejná při všech ostatních teplotách. Z výpočtu vlhkosti nám tedy bude stačit znát hodnotu hustoty nasycených par při všech daných teplotách a můžeme hned získat odpovědi. Hodnotu hustoty syté páry vezmeme z tabulky.
Dosazením těchto hodnot jednu po druhé do vzorce pro vlhkost získáme následující odpovědi.

Nyní si povíme nejen o tom, co je vlhkost, ale také o tom, jak lze právě tuto vlhkost měřit. Nejběžnějším přístrojem pro taková měření je tzv. hygrometrický psychrometr, který je znázorněn na Obr. 3.

Rýže. 3. Hygrometrický psychrometr

Ke stojanu jsou připevněny dva teploměry se stejnými stupnicemi. Zásobník rtuti jednoho z nich je zabalen do vlhkého hadříku (obr. 4).

Rýže. 4. Hygrometrické psychrometrové teploměry

Voda z tohoto hadříku se odpaří, díky čemuž se teploměr sám ochladí, teploměry se nazývají suché a mokré (obr. 5).

Rýže. 5. Suchý a vlhký teploměr hygrometrický psychrometr

Čím vyšší je relativní vlhkost okolního vzduchu, tím méně intenzivní a slabší je odpařování vody z vlhkého hadříku, tím menší je rozdíl v údajích suchých a vlhkých teploměrů. To znamená, že při = 100% se voda nevypaří, protože veškerá vodní pára je nasycená a údaje obou teploměrů se budou shodovat. Při = 0 % bude rozdíl hodnot teploměru maximální. Na základě rozdílu odečtů teploměru se tedy pomocí speciálních psychometrických tabulek (nejčastěji se taková tabulka ihned umístí na tělo samotného zařízení) určí hodnota relativní vlhkosti.

10. Výsledky

Jak víme, většinu povrchu naší planety pokrývají oceány, takže voda a všechny procesy, které s ní probíhají, zejména vypařování a kondenzace, hrají zásadní roli ve všech procesech našeho života. Uvedli jsme přesnou definici pojmů „absolutní vlhkost“ a „relativní vlhkost“. Ve skutečnosti je to fyzikální veličina, která ukazuje, jak moc se atmosférická pára liší od nasycené páry.

11. Příklad řešení typického problému stanovení relativní vlhkosti

V uzavřené nádobě o objemu V = 1 m 3 je voda o hmotnosti m = 12 g a sytá pára; hustota a tlak par při dané teplotě jsou stejné, l = 8 * 10 –3 kg/m 3 a p = 1,1 kPa. Jaký tlak vznikne, když se objem zvětší o k = 5krát? Předpokládejme, že teplota se s rostoucím objemem nemění.

rozhodnutí: nádoba zpočátku obsahovala nasycenou páru o hmotnosti m₁ = lV = 8 * 10 –3 kg (objem zabraný vodou lze zanedbat).
Hmotnost vody a páry byla rovna m + m₁ = 2 * 10 –2 kg. K nasycení objemu rovného kV je zapotřebí pára o hmotnosti m₂ = lkV = 4 * 10 –2 kg. Od m + m₁ < m₂, pak se po zvýšení objemu páry stane nenasycenou. Jeho hustota je l₁= m + m₁/kV Tlak par při dané teplotě je přímo úměrný hustotě. Proto ₁ = *l₁ / l = (m + m₁)/ lkV = 550 Pa.

12. Test

Otázka 1:

Určete, jaká byla relativní vlhkost vzduchu v 10litrovém válci při teplotě 20 o C, pokud se do něj pro vysušení vzduchu ve válci zavedl kousek chloridu draselného, ​​který absorboval 0,13 g vody:

Možnosti odpovědi:

Otázka 2:

Uveďte vztah, který popisuje Daltonův zákon

Možnosti odpovědi:

Otázka 3:

Utěsněná nádoba o objemu 1000 litrů obsahuje 10 g nenasycené vodní páry. Uveďte tlak, při kterém se pára nasytí:

Možnosti odpovědi:

l = m/v = 10g / 1m3 (1000l = 1m3) = 10g/m3 dle tabulky

Otázka 4:

Určete objem místnosti, je-li při relativní vlhkosti 50 % a teplotě 11 o C hmotnost vodní páry v této místnosti 400 g:

Možnosti odpovědi:

Otázka 5:

Venku mrholí studený podzimní déšť a v kuchyni se pověsí prádlo, aby uschlo. Uschne toto prádlo rychleji a uschne vůbec, když otevřete okno?

Možnosti odpovědi:

• Nic se nezmění;
• pomalejší;
• Nevyschne úplně;
• Rychleji.

Vodní pára vstupuje do atmosféry vypařováním z povrchu různých vodních ploch, rostlin, půdy, sopečnými erupcemi, spalováním paliva atd.

Vlhkost je obsah vodní páry ve vzduchu.

Celkově atmosféra obsahuje asi 13 tisíc km³ vodní páry, což je 0,001 % celkové hmotnosti hydrosféry.

Množství vodní páry za různých podmínek

Množství vodní páry ve vzduchu závisí na:

• dostupnost vodních zdrojů;
• rychlost větru;
• povaha zemského povrchu;
• přítomnost vegetace;
• teplota vzduchu.

Při různých teplotách není obsah vodní páry ve vzduchu stejný.

Teplý vzduch pojme nejvíce vodní páry. Je řidší, tj. má více volného prostoru pro vodní páru.

Studený vzduch je mnohem hustší a pojme méně vodní páry.

Absolutní vlhkost

Rozlišuje se absolutní a relativní vlhkost.

Absolutní vlhkost je skutečný obsah vodní páry ve vzduchu.

To znamená, že absolutní vlhkost je množství vodní páry obsažené v určitém objemu vzduchu. Měří se v gramů na metr krychlový (g/m³).

Pokud je například absolutní vlhkost 7 g/m³, znamená to, že 1 m³ vzduchu obsahuje 7 g vodní páry.

Relativní vlhkost

Relativní vlhkost je poměr množství vodní páry ve vzduchu k maximálnímu množství, které může být obsaženo při dané teplotě.

Relativní vlhkost udává stupeň nasycení vzduchu vodní párou. Měří se v procento (%).

Pokud například 1 m³ vzduchu obsahuje 5 g vodní páry a při dané teplotě může obsahovat 10 g, pak je relativní vlhkost 50 % (5: 10 × 100 % = 50 %).

Relativní vlhkost	Indikátor relativní vlhkosti
Nízká	méně než 30%
Normální	30-60%
Vysoký	více než 60%

Obvykle, když prší, relativní vlhkost dosahuje 90 % nebo více. Lidské dýchání je obtížné jak při nízké, tak při vysoké vlhkosti.

Měření vlhkosti vzduchu

Vlhkoměr (z řeckého slova „hygros“ – „měřím“) je zařízení na měření vlhkosti vzduchu.

Činnost vlasového vlhkoměru je založena na vlastnosti lidského vlasu měnit délku při změně vlhkosti vzduchu. Vlasy jsou mírně natažené přes elastický kovový rám. Změna délky vlasů se přenáší na šipku, která se pohybuje po stupnici.

Roční kolísání vlhkosti vzduchu

Čím vyšší je teplota, tím více vodní páry vzduch pojme. Maximální absolutní vlhkost se proto vyskytuje v létě a minimální v zimě.

Pro relativní vlhkost je však typický opak: maximum je pozorováno v zimě a minimum v létě. Studený, hustý vzduch totiž pojme malé množství vodní páry, ale i malé množství stačí k udržení vysoké relativní vlhkosti.

Denní kolísání vlhkosti vzduchu

Nad pevninou je maximální absolutní vlhkost typická pro 9–10 hodin a minimum je pozorováno v noci. Nad oceány dosahuje absolutní vlhkost maxima uprostřed dne a minima před východem slunce.

Nejvyšší relativní vlhkost nastává před východem slunce a nejnižší v 15–16 hodin.

Latitudinální rozložení vlhkosti vzduchu

Vlhkost vzduchu závisí na teplotě vzduchu, odpařování a přenosu vlhkosti.

Proto absolutní vlhkost klesá od rovníku k pólům:

Zeměpisná šířkaы	Absolutní vlhkost, g/m³
Rovník	25-30
tropy	20
Умеренные	5-10
Polární	o 1

Nejvyšší relativní vlhkost je pozorována v rovníkových a polárních zeměpisných šířkách (85–90 %). Na rovníku je to kvůli velkému množství srážek a vysokému odpařování, na pólech – s nízkými teplotami a nízkou absolutní vlhkostí.

V mírných zeměpisných šířkách je relativní vlhkost asi 60 % v létě a 75–80 % v zimě.

Nejnižší relativní vlhkost je v tropech nad pevninou – méně než 30 %. To je způsobeno pouštními oblastmi, kde nejsou žádné vodní plochy, ačkoli jsou zde vysoké teploty vzduchu a odpařování

Mlha

Mlha – Jedná se o nahromadění neprůhledného vzduchu v blízkosti zemského povrchu, tvořeného drobnými částečkami vody.

Mlha se tvoří, když se maximální relativní vlhkost blíží 100 %. V tomto případě je pozorována kondenzace vodní páry (přeměna páry na vodní kapky).

Mlhy lze nejčastěji pozorovat za jasných, chladných nocí nebo ráno. Během dne, kdy se vzduch postupně ohřívá, se rozptýlí.

Nejvíce mlhavých dnů je pozorováno v Arktidě (asi 80 v průměru) a nejméně ve vnitrozemí kontinentů, zejména v pouštích.

Na kterém ostrově v Atlantském oceánu je nejvíce dní s mlhou?

Tento ostrov není Velká Británie, která se nazývá „Fogy Albion“. Nejmlhavějším ostrovem je Newfoundland. Mlha se zde vyskytuje v průměru více než 120 dní v roce. Je to dáno tím, že se ostrov nachází v místě, kde se střetává silný teplý Golfský proud se studeným Labradorským proudem. Newfoundland se nachází u severovýchodního pobřeží Severní Ameriky. Část Kanady. Na ostrově bylo vyšlechtěno stejnojmenné psí plemeno, kterému se v Rusku někdy říká potápěč.

Mraky

Vodní pára, stoupající vzhůru, se začíná postupně ochlazovat a mění se na vodní kapky nebo ledové krystaly. Tvoří se z nich mraky.

Cloud – Jedná se o produkty kondenzace vodní páry suspendované v atmosféře, viditelné na obloze pouhým okem ze zemského povrchu.

Mraky se nacházejí ve výškách od 100 m do 8 km. Některé mohou být umístěny výše.

Oblačnost je sbírka mraků na obloze.

Oblačnost je určena okem, mírou zaplnění oblohy mraky. Měří se v bodech od 0 do 10. Při úplné absenci oblačnosti je oblačnost 0, při souvislé oblačnosti – 10.

Typy mraků

Mraky jsou rozděleny do tří skupin podle jejich výšky a vzhledu:

Skupina	výška	popis
Kupa	Základna – 1–2 km, vrchol – 5–8 km	Vypadají jako kupole, pahorky a věže zářivě bílé barvy. Pozorováno v létě, zvláště charakteristické pro tropy. Cumulonimbus přináší srážky, obvykle s bouřkami.
Vrstvené	Ne vyšší než 2 km	Šedá, homogenně vypadající vrstva. Dokáže pokrýt celou oblohu. Může padat slabý déšť nebo slabé sněžení.
Cirrus	7–10 km v mírných zeměpisných šířkách, 17–18 km v tropech	Vypadají jako tenké bílé nitě, chomáče nebo hřebeny. Skládá se z ledových krystalků.

Často kladené dotazy

Co je vlhkost vzduchu?

Vlhkost vzduchu je obsah vodní páry ve vzduchu.

Na jakých faktorech závisí vlhkost vzduchu?

Vlhkost vzduchu závisí na dostupnosti vodních zdrojů, rychlosti větru, charakteru zemského povrchu, přítomnosti vegetace a teplotě vzduchu.

Jaké jsou různé typy vlhkosti vzduchu?

Rozlišuje se absolutní a relativní vlhkost. Absolutní vlhkost je skutečný obsah vodní páry ve vzduchu. Relativní vlhkost je poměr množství vodní páry ve vzduchu k maximálnímu množství, které může být obsaženo při dané teplotě.

Jak se tvoří mlha?

Mlha se tvoří v povrchové vrstvě atmosféry při maximální relativní vlhkosti, která se blíží 100 %. V tomto případě je pozorována kondenzace vodní páry (přeměna páry na vodní kapky).

Jak se tvoří mraky?

Mraky se tvoří z vodní páry, která stoupá vzhůru a začíná se postupně ochlazovat a mění se na vodní kapky nebo ledové krystalky.