Насыщенный пар. Влажность воздуха

Тема урока: Насыщенный пар. Влажность воздуха 📚

Цели урока 🎯

• Понять, чем насыщенный пар отличается от ненасыщенного 🧠

• Научиться считать относительную влажность воздуха 🔢

• Разобраться, что такое точка росы и как измеряют влажность 🌡

Основная часть урока 📝

1. Испарение и конденсация 🤔

Молекулы жидкости движутся хаотично, и самые быстрые вырываются с поверхности — это испарение. Оно идёт при любой температуре: лужи высыхают и летом, и осенью. Обратный процесс — конденсация: молекулы пара возвращаются в жидкость.

2. Насыщенный пар 💨

Закроем банку с водой крышкой. Сначала молекул вылетает больше, чем возвращается, но постепенно наступает динамическое равновесие: сколько испарилось — столько и сконденсировалось. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

• давление насыщенного пара не зависит от объёма: сожмём сосуд — часть пара просто станет водой;

• с ростом температуры давление и плотность насыщенного пара быстро растут — их значения берут из таблиц 📈

3. Влажность воздуха 💧

Абсолютная влажность ρ — это масса водяного пара в 1 м³ воздуха. В СИ это кг/м³, но в задачах её обычно дают в граммах на кубометр: 17,3 г/м³ = 0,0173 кг/м³. Насколько воздух «недонасыщен», показывает относительная влажность:

φ = ρ/ρ₀ · 100%, где φ — относительная влажность (%), ρ — плотность пара в воздухе, ρ₀ — плотность насыщенного пара при той же температуре (табличная величина).

✨ Важно: ρ₀ берём из таблицы строго для текущей температуры.

4. Точка росы 🌫

Охладим воздух, не меняя количества пара: ρ остаётся прежней, а ρ₀ с падением температуры уменьшается. При какой-то температуре пар станет насыщенным (φ = 100%) — это точка росы. Охладить сильнее — лишний пар сконденсируется: выпадает роса, запотевают окна, ложится туман.

Влажность измеряют гигрометром или психрометром — прибором из сухого и увлажнённого термометров: чем суше воздух, тем сильнее охлаждается влажный термометр и тем больше разность показаний.

5. Решаем задачи 🧮

Задача 1. При t = 20 °C в 1 м³ воздуха содержится 8,7 г водяного пара. Плотность насыщенного пара при этой температуре ρ₀ = 17,3 г/м³. Найди относительную влажность.

1. φ = ρ/ρ₀ · 100% = 8,7 / 17,3 · 100% ≈ 50%.

2. Ответ: φ ≈ 50%.

3. Проверка: половина от 17,3 г/м³ — это 8,65 ≈ 8,7 г/м³ ✅

Задача 2. В комнате объёмом V = 50 м³ при t = 25 °C относительная влажность φ = 60%. Сколько водяного пара в комнате? Плотность насыщенного пара при 25 °C ρ₀ = 23,0 г/м³.

1. Плотность пара: ρ = φ·ρ₀/100% = 0,60 · 23,0 = 13,8 г/м³.

2. Масса во всей комнате: m = ρV = 13,8 · 50 = 690 г ≈ 0,69 кг.

3. Ответ: m ≈ 690 г. Проверка: 13,8 / 23,0 = 0,6 — это и есть 60% ✅

Задача 3. Вечером при t = 20 °C в каждом кубометре воздуха было 9,4 г пара. До какой температуры должен остыть воздух ночью, чтобы выпала роса? Плотность насыщенного пара: при 20 °C — 17,3 г/м³, при 10 °C — 9,4 г/м³.

1. Роса выпадает, когда пар становится насыщенным: нужна температура, при которой ρ₀ = 9,4 г/м³.

2. По таблице это 10 °C — точка росы.

3. Заодно вечерняя влажность: φ = 9,4 / 17,3 · 100% ≈ 54%.

4. Ответ: роса выпадет при 10 °C.

Типичные ошибки ⚠️

• ❌ Путают абсолютную и относительную влажность → ✅ абсолютная — в г/м³, относительная — в процентах.

• ❌ Берут ρ₀ при другой температуре → ✅ табличное значение нужно именно для текущей температуры.

• ❌ Думают, что сжатие повысит давление насыщенного пара → ✅ оно от объёма не зависит: лишний пар конденсируется.

• ❌ Забывают умножить на 100% → ✅ φ = ρ/ρ₀ · 100%, ответ — в процентах.

Мини-конспект 📋

• Испарение идёт при любой температуре; конденсация — обратный процесс.

• Насыщенный пар — в динамическом равновесии со своей жидкостью.

• Давление насыщенного пара не зависит от объёма и растёт с температурой.

• Абсолютная влажность — масса пара в 1 м³ воздуха.

• φ = ρ/ρ₀ · 100%; ρ₀ — из таблицы для текущей температуры.

• Точка росы — температура, при которой пар становится насыщенным.

• Приборы: гигрометр и психрометр.

Зачем это нужно? 🚀

• Комфортная влажность в квартире — 40–60%: за этим следят увлажнители и климат-техника 🏠

• Запотевшие окна и утренний туман — точка росы в действии 🌫

• Синоптики предсказывают росу, туман и дождь, отслеживая влажность 🌦