Зависимость влажности воздуха от внешних условий

Актуальность
Для че­ло­ве­ка ве­ли­чи­на влаж­но­сти яв­ля­ет­ся очень важ­ным па­ра­мет­ром окру­жа­ю­щей среды, т. к. наш ор­га­низм очень ак­тив­но ре­а­ги­ру­ет на ее из­ме­не­ние. На­при­мер, такой ме­ха­низм ре­гу­ля­ции функ­ци­о­ни­ро­ва­ния ор­га­низ­ма, как по­то­от­де­ле­ние, на­пря­мую вза­и­мо­свя­зан с тем­пе­ра­ту­рой и влаж­но­стью окру­жа­ю­щей среды: при вы­со­кой влаж­но­сти про­цес­сы ис­па­ре­ния влаги с по­верх­но­сти кожи прак­ти­че­ски ком­пен­си­ру­ют­ся про­цес­са­ми ее кон­ден­са­ции и на­ру­ша­ет­ся отвод тепла от ор­га­низ­ма, что при­во­дит к на­ру­ше­ни­ям тер­мо­ре­гу­ля­ции; при низ­кой влаж­но­сти про­цес­сы ис­па­ре­ния влаги пре­ва­ли­ру­ют над про­цес­са­ми кон­ден­са­ции и ор­га­низм те­ря­ет слиш­ком много жид­ко­сти, что может при­ве­сти к обез­во­жи­ва­нию.
Нарушение терморегуляции снижает работоспособность человека и приводит к угрозе перегрева организма - теплового удара. Особенно чувствительны к изменению температуры и влажности люди, подверженные сердечно-сосудистым заболеваниям, а также люди, испытывающие высокие физические нагрузки: спортсмены, рабочие в горячих цехах и др.

Актуальность
Ве­ли­чи­на влаж­но­сти важна не толь­ко для че­ло­ве­ка и дру­гих живых ор­га­низ­мов, но и для про­те­ка­ния тех­но­ло­ги­че­ских про­цес­сов. На­при­мер, из-за из­вест­но­го свой­ства воды про­во­дить элек­три­че­ский ток, ее со­дер­жа­ние в воз­ду­хе может се­рьез­но вли­ять на кор­рект­ную ра­бо­ту боль­шин­ства элек­тро­при­бо­ров. Для того чтобы электроприборы, в частности компьютеры, работали исправно, нужно следить за влажностью воздуха в помещении, поэтому в любом кабинете информатики можно увидеть психрометрический гигрометр.
Также гигрометр является неизменным атрибутом книгохранилищ, библиотек, картинных галерей, архивов, в которых различные документы, книги, картины, артефакты должны храниться в целости и сохранности.
Кроме того, по­ня­тие влаж­но­сти яв­ля­ет­ся важ­ней­шим кри­те­ри­ем оце­ни­ва­ния по­год­ных усло­вий, что всем из­вест­но из про­гно­зов по­го­ды. Стоит от­ме­тить, что если срав­ни­вать влаж­ность в раз­лич­ные вре­ме­на года в при­выч­ных для нас кли­ма­ти­че­ских усло­ви­ях, то она выше летом и ниже зимой, что свя­за­но, в част­но­сти, с ин­тен­сив­но­стью про­цес­сов ис­па­ре­ния при раз­лич­ных тем­пе­ра­ту­рах.

Цели исследования:
Определить зависимость влажности воздуха от внешних условий.
Подготовить рекомендации по созданию комфортной среды для жизни и учебы.
Оборудование:
Психрометрический гигрометр.
Справочная таблица.

Задачи:
Познакомиться с приборами для измерения влажности воздуха, изучив теорию.
Пользуясь психрометрическим гигрометром и справочными таблицами определить относительную влажность воздуха и рассчитать точку росы при разных внешних условиях.
По полученным данным подготовить рекомендации по созданию комфортной среды для жизни и учебы.

Объект исследования:
Воздух (его параметры).
Методы исследования:
Изучение литературных источников.
Измерительный метод: измерение температуры.
Расчётный метод: расчет влажности воздуха и точки росы.
Аналитический метод: определение зависимости влажности воздуха от внешних условий.

Порядок выполнения работы:
Изучить теорию о влажности воздуха и приборах, с помощью которых ее можно измерить.
Снять показания сухого и влажного термометров при разных внешних условиях при помощи психрометрического гигрометра.
Определить влажность воздуха для каждого опыта по психрометрической таблице.
Определить точку росы с помощью таблицы зависимости давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры .
Результаты работы занести в таблицу.
Проанализировать полученные данные.
Сделать вывод о характере зависимости влажности воздуха от внешних условий.
Составить рекомендации по созданию комфортной среды для жизни и учебы.

Теория
Существуют несколько характеристик влажности воздуха:
Абсолютная влажность – это физическая величина, показывающая, чему равна масса водяного пара в 1м3 воздуха. Неудобство этой величины состоит в том, что она не показывает, как далек пар от насыщения.
Относительной влажностью называют физическую величину, равную отношению парциального давления водяного пара p, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара при данной температуре pН.П., выраженную в процентах:
Точка росы – это температура, при которой водяной пар становится насыщенным (выпадает роса).
Измерить влажность воздуха можно при помощи гигрометров.
С поверхности рек, морей, океанов постоянно испаряется вода. Поэтому в атмосфере Земли всегда присутствует водяной пар. Количество водяного пара в атмосфере характеризуют влажностью воздуха. Она определяет климатические условия, влияет на самочувствие человека и на технологические процессы.

Конденсационный гигрометр
Конденсационный гигрометр состоит из ук­репленной на подставке металлической круглой коробочки (1) с от­полированной плоской поверхностью. В коробочке сверху имеются два отверстия. Через одно из них в коробочку наливают эфир и вставляют термометр (6), а другое отверстие соединяют с на­гнетающим насосом или с резиновой грушей (5). Действие конденса­ционного гигрометра основано на определении точки росы, по ко­торой с помощью таблиц находят абсолютную влажность.
Эфир быстро испаряется при продувании через него воздуха, коробочка охлаждается, и на ее поверхности появляется роса. Полированная поверхность коробочки при этом тускнеет. Показа­ние термометра в этот момент и определяет точку росы. Чтобы отчет­ливо уловить момент появления росы, вокруг полированной по­верхности укрепляют блестящее металлическое кольцо (3), изолиро­ванное от коробочки плохим проводником тепла (2). Потускнение поверхности коробочки на фоне блестящего кольца отчетливо видно.

Волосяной гигрометр состоит из обезжиренного человеческого волоса, один конец которого закреплен на стойке, а другой перекинут через небольшой блок. Для сохра­нения постоянного натяжения волоса к его свободному концу при­крепляют небольшой грузик.
Действие этого гигрометра основано на том, что во влажном воздухе волос удлиняется, а в сухом — укорачивается (таким же свойством обладает тонкая капроновая нить, которая часто используется вместо волоса).
Волосяной гигрометр
При изменении относительной влажности воздуха стрелка гигрометра перемещается по его шкале, которая градуируется по эталонному прибору.

Психрометрический гигрометр (от греческого «психриа» – холод) сделан из двух одинаковых термометров. Один термометр называется су­хим, так как его шарик находится прямо в воздухе, а другой — влажным. Шарик влажного термометра обвязан кисеей, конец которой погружен в ванночку с водой. Поскольку с кисеи испаряется вода, шарик термометра охлаждается. Поэтому влажный термометр показывает более низкую температуру, чем сухой. Разность показаний этих термометров тем больше, чем суше воздух. Заметив показания термометров, по специальным таблицам, которые прилагаются к психрометру, находят относительную влажность воздуха.
Психрометрический гигрометр

Ход работы
Мы сняли показания сухого и влажного термометров в комнате, в ванной и на балконе утром, днем и вечером при помощи психрометрического гигрометра.
Определили влажность воздуха для каждого опыта по психрометрической таблице:

В комнате вечером
В ванной днем
В ванной вечером
На балконе утром
На балконе вечером

Ход работы
Затем определили давление насыщенного водяного пара с помощью таблицы зависимости давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры:

Ход работы
Рассчитали давление водяного пара по формуле:
Определили точку росы по таблице зависимости давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры.
Занесли результаты в таблицу.
По полученным данным построили график зависимости влажности воздуха от его температуры:

Результаты измерений

Ход работы
Точно такие же измерения мы проделали в кабинете физики.
Получили следующие данные:
Результаты измерений

Анализируя полученные данные, мы пришли к выводу о том, что чем больше температура воздуха, тем больше его влажность. Однако это утверждение справедливо только при сохранении одинаковой разности между показаниями сухого и влажного термометров.
Если на улице начинал идти мокрый снег или дождик, то влажность увеличивалась, если выглядывало солнце – то понижалась. Несмотря на то, что опыты проводились в закрытых помещениях, от естественной вентиляции никак не избавиться, и это микропроветривание приводило к уменьшению влажности воздуха.

Согласно таблице зависимости давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры при температуре 20 °С воздух максимально может содержать 17,3 г/м³ водяного пара. Это означает, что в течение холодного времени года, когда наблюдается самая существенная разница между температурой воздуха на улице и в помещении, воздух будет особенно активно поглощать воду. В отапливаемой комнате воздух с температурой 25 °С может максимально впитать 23 г/м³ воды, в то время как при температуре 0°C холодный воздух уже не в состоянии впитать так много влаги и может удержать только 4,84 г/м³ воды. Проветривая помещение зимой, мы делаем комнатный воздух еще суше, так как холодный уличный воздух содержит минимальное количество воды, и после того, как он прогреется, ему потребуется больше увлажнения.

Содержимое влаги в воздухе способно влиять на общее самочувствие человека. Отклонение этого параметра от нормальных значений способно незаметно и постепенно снизить иммунитет человека, ухудшить состояние кожи, повысить утомляемость, особенно негативно это отражается на детях.
Все мы замечаем, как влажный воздух полезен для здоровья, и стремимся проводить выходные или отпуск, отдыхая на берегу моря, реки или озера. Нормальный уровень влажности благотворительно отображается н нашем самочувствии. Оптимальный уровень относительной влажности –
это 45 – 65%. Находясь в помещении, мы нарушаем естественный баланс влажности, который поддерживается природой. И если летом это практически не заметно, то зимой разница показателей относительной влажности на улице и в помещении становится очень существенной. Это происходит потому, что при нагреве уличного воздуха системой отопления уровень относительной влажности падает, поскольку количество влаги в воздухе при его нагреве не изменилось, а способность воздуха поглощать влагу растет пропорционально росту температуры. Вследствие этого влага начинает испаряться с повышенной скоростью из нашего тела, что приводит к сухости в горле (и в целом к сухости слизистой оболочки носа и дыхательных путей за счет постоянного взаимодействия с сухим воздухом), сухости кожи (в первую очередь рук и лица), пересыханию губ.
Рекомендации по созданию
комфортной среды для жизни и учебы

Поддержание влажности воздуха в пределах нормы предотвратит:
Утомляемость
Поскольку пересушенный воздух затрудняет поступление в организм кислорода, пребывание в такой атмосфере вызывает ухудшение самочувствия, утомляемость. Не способствует сосредоточенности.
Заболевание слизистых оболочек
В результате сухости воздуха поражаются ухо-горло-носовая и бронхиальная области. Утрачивают свою защитную функцию слизистые оболочки верхних дыхательных путей, так называемый респираторный эпителий. Впрочем, после восстановления нормальной влажности, возможна регенерация защитных качеств эпителия. Слизистая глаз также утрачивает свои защитные функции, открывая дорогу бактериальной инфекции. Сухой воздух также вызывает дополнительное раздражение у тех, кто носит контактные линзы, поскольку ускоренное пересыхание линз вызывает дискомфорт, а при длительном действии неблагоприятно отражается на состоянии глаз в целом.
Ухудшение здоровья
Если человек болеет респираторной инфекцией, то влажность воздуха должна быть близка к верхнему пределу нормы 60 – 65 %. Если воздух в комнате слишком сухой, пересыхает слизистая оболочка носа и рта, закладывает нос и человек часто просыпается ночью. Слизь скапливается в полостях и становиться питательной средой для бактерий. Сухость кожи
Недостаток влаги в воздухе ускоряет испарение воды с кожи. Она становится сухой. Склонной к воспалению, грубой и начинает шелушится.
Пыль
Влажность «связывает» пыль. Сухой воздух и, вдобавок тепло, выделяемое обогревателями, напротив, приводят к тому, что пыль летает по всей комнате. Это особенно противопоказано астматикам и аллергикам. Одновременно усиливают электростатические заряды на одежде и предметах.
Трещины на предметах из дерева
Если в помещении постоянно сухой воздух, мебель, паркет и другие деревянные предметы постепенно теряют изначальный внешний вид. Они начинают ссыхаться и со временем появляются трещины. Расстроенные музыкальные инструменты – тоже результат недостаточной влажности воздуха.
Засыхание комнатных растений
Недостача влажности приводит к пересыханию многих домашних растений и цветов, листья которых чувствительных к уровню влажности. Сухость воздуха может вызвать пожелтение краев листьев, опадение бутонов и цветов.

Увлажнение без дополнительной емкости для воды
Когда воздух в комнате становится сухим, нам холодно даже при высокой температуре, и это заставляет нас дополнительно обогревать помещение. При достаточном уровне увлажненности воздуха, мы ощущаем тепло. Таким образом, увлажняя воздух, можно существенно сократить энергопотребление.
Находиться в помещении с умеренной влажностью полезно для дыхательной системы, умеренная относительная влажность воздуха препятствует размножению вирусов.

Развесить на батареях мокрые полотенца или намотать марлю на трубы, выходящие из радиаторов. Полотенца нужно мочить по мере высыхания, а при слишком низкой влажности в помещении это придется делать не менее двух раз в день. Зато нижнюю часть марли можно опустить в таз с водой, которую она постоянно будет испарять, и тогда манипуляций с таким «домашним увлажнителем» будет меньше. Можно сушить в комнате белье.
Выращивать растения. Растения благотворно влияют на микроклимат в помещении. Процесс увлажнения происходит при помощи процесса испарения, который идет через листья. Особенно хорошо увлажняют воздух: гипоэстес, сенполия, фитония, орхидея.
Поставить в помещении открытую ёмкость с водой – например, аквариум, или декоративный фонтан.
Симптомы ухудшения здоровья при избыточной сухости: обветривание кожи и губ, раздражение носа, ангина, проблемы с дыханием.
Как можно увлажнить воздух:
Установить кондиционер с функцией увлажнения воздуха.
Поставить в помещении специальный прибор – увлажнитель воздуха.
Проводить влажную уборку. Частое протирание полов, устранение пыли с поверхностей мебели и радиаторов не только повысит влажность, но и избавит от вредоносных бактерий.

Осушение без охлаждения
При высоком уровне относительной влажности воздуха нам кажется, что температура воздуха в помещении значительно выше, чем это есть на самом деле, мы чувствуем жару и ощущаем дискомфорт. И наоборот: при использовании обычной программы осушения влажность и температура в помещении понижаются одновременно, появляется ощущение холода.
Симптомы ухудшения здоровья при избыточной влажности: аллергические реакции, проблемы с астмой, ринит.

Осушить воздух в комнате поможет масляный радиатор, который за короткое время обогреет помещение и осушит влажный воздух. Если в радиаторе присутствует функция встроенного вентилятора, то это позволит ускорить процесс. Если технические условия позволяют, то можно установить электрический камин, который равномерно распределит тепло, обогревая помещение и делая воздух более сухим.
Как можно сделать воздух более сухим:
Проветривать помещение в холодную погоду, даже если влажность воздуха на улице значительно выше домашней. В комнате содержание влаги на кубический метр значительно выше. Поэтому холодный влажный воздух, попав в комнату, нагревается и, смешиваясь с воздухом в помещении, понижает относительную влажность.
Поддерживать системы вытяжки в хорошем состоянии, особенно в непроветриваемых помещениях, таких как ванная комната и туалет. Можно установить вытяжной вентилятор, обеспечивающий циркуляцию сухого и влажного воздуха. На кухне тоже необходимо предусмотреть установку вытяжных систем. На окна в комнатах можно установить бытовые воздушные рекуператоры.
Для понижения уровня влажности можно использовать климатическое оборудование – осушители воздуха (влагопоглотители). Они бывают бытовыми, промышленными и полупромышленными.
Установить бытовой кондиционер, что позволит поддерживать постоянную температуру и нужный уровень влажности воздуха.
Выращивать растения, сушащие воздух, например, лимонное дерево.

Вывод:
Мы определили зависимость влажности воздуха от внешних условий: влажность воздуха тем выше, чем выше его температура при сохранении одинаковой разности между показаниями сухого и влажного термометров, также влажность воздуха повышается при увеличении количества выпадающих осадков.
Мы подготовили рекомендации по созданию комфортной среды для жизни и учебы: информация об относительной влажности и увлажнении воздуха в осенние-зимний сезон является актуальной для каждого человека, как дома, так и на работе. Поддерживание влажности в необходимом диапазоне обеспечит предотвращение проблем со здоровьем и состоянием дома.