Методические указания по проведению лабораторных работ по курсу «Физика» (для студентов и преподавателей) (стр. 5 из 13)

4. Запуск искусственных спутников Земли показал, что «температура» воздуха на высоте 1000 км достигает нескольких тысяч градусов. Почему же не расплавился спутник, двигаясь на указанной высоте? (Температура плавления железа 1520° С.)

5. Каким будет давление газа после его охлаждения от 30 до 0 ^оС, если при 30 ^оС давление газа было равно 2·10⁵ Па? Объем считать постоянным.

Рекомендуемая литература

1. Кикоин А.К, Кикоин И.К. Физика: учебник для 10 класса для школ с углубленным изучение физики. – М.: Просвещение, 1998. (Стр.42-54)

2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 105-108)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

С ПОМОЩЬЮ ГИГРОМЕТРА И ПСИХРОМЕТРА

Цель:

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия конденсационного гигрометра.

2. Научиться измерять и вычислять влажность воздуха.

3. Научиться пользоваться психрометрическими таблицами (Сборник вопросов и задач по физике [4] табл.8, 20).

Оборудование:

1. Конденсационный гигрометр (рис.1).

2. Термометр.

3. Эфир.

4. Психрометры (рис.2)

Теория

В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность (ρ_а) определяется массой водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, т.е. плотностью водяного пара. Абсолютную влажность можно определить по температуре точки росы – температуре, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Температуру точки росы определяют с помощью гигрометра, а затем по таблице "Давление насыщающих паров и их плотность при различных температурах" находят соответствующую температуре точки росы плотность. Найденная плотность и есть абсолютная влажность окружающего воздуха. Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность ρ_а от плотности ρ_н водяного пара, насыщающего воздух при данной температуре:

В = ρ_а • 100% / ρ_н (1)

Для определения относительной влажности используют гигрометр и психрометр. Гигрометры (от греч. hygros—влажный и metron—мера), приборы для определения влажности воздуха. Существует три основных типа гигрометра.: одни показывают абсолютную влажность, другие — относительную, третьи—точку росы. Гигрометры, определяющие влажность воздуха по точке росы, носят название конденсационных гигрометров. Из конденсационных гигрометров, наиболее простое устройство имеет зеркальный гигрометр Ламбрехта (см. рисунок 1).

Рис.1 Он состоит из металлической камеры 1, передняя часть 2 которой гладко отполирована; внутри камеры налит серный эфир и вставлен термометр 6 для измерения температуры эфира. В камеру входят две трубки, по которым посредством каучукового баллона 5 продувают через эфир воздух; при этом эфир испаряется, и вследствие этого температура воздуха в камере постепенно понижается. При опускании температуры до точки росы зеркальная наружняя поверхность 2 гигрометра покрывается мельчайшими капельками воды (запотевает) – «выпадает роса». При этом часть корпуса гигрометра 3 (внешнее кольцо) имеет комнатную температуру и остается сухой (для сравнения). Чем меньше влажность, тем ниже точка росы. Давление насыщенных паров при точке росы, определяемое по таблице 8 в сборнике вопросов и задач по физике [4]). Относительная влажность может быть определена по формуле (1). Для определения относительной влажности особенно часто пользуются гигрометр, носящии название психрометр. Рассмотрим устройства психрометра Августа (см. рис. 2).

Рис.2 Он состоит: сухого термометра-1, панели-2, влажного термометра-3, чехла -4, сосуда с водой-5. 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. Определение влажности основано на сравнении показаний сухого t₁ и смоченного t₂ термометров. Так как с поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение воды, то его температура будет ниже, чем сухого. Причем разность между показаниями термометров будет тем больше, чем меньше влажность воздуха, так как при малой влажности испарение происходит более интенсивно и показания влажного термометра будут меньшими. Понижение температуры смоченного термометра продолжается до тех пор, пока не наступит равновесие, при котором на испарение будет уходить столько тепла, сколько будет приходить из окружающей среды. Порядок выполнения работы Опыт 1 Работа с гигрометром. 1. Измерить температуру окружающего воздуха t_комн 2. Наполнить камеру гигрометра летучей жидкостью (эфир 3-4 см³) 3. Установить термометр в камеру гигрометра (рис.1). При помощи груши продувать воздух через эфир и внимательно следить за полированной поверхностью стенки камеры 1, сравнивая ее с поверхностью кольца 2 (рис.1). Заметив появление росы (начало запотевания), записать температуру точки росы t_росы 4. Опыт повторить 1-2 раза. 5. Определить температуру точки росы как среднее арифметическое измеренных температур.

6. По таблице (см. таблицу 1) определить плотность пара соответственно при температуре точки росы и комнатной. ρ_н –плотность пара при точке росы, ρ_а –плотность пара при комнатной температуре. 7. Вычислить относительную влажность B₁ по формуле:

B₁ = ρ_н (t_росы) •* 100% / ρ_н (t_комн) Опыт2 Работа с психрометром.

1. Проверить наличие воды в стаканчике психрометра и при необходимости долить ее.

2. Определить температуру сухого термометра t_cyx

3. Определить температуру влажного термометра t_вл

4. Определить разность показаний термометров: Δt = t_сух –t_вл, °С.Пользуясь психрометрической таблицей (см. таблицу 2), определить относительную влажность В₂.

5. Результаты измерений и вычислений записать в отчет по лабораторной работе. Контрольные вопросы Вариант 1. 1. Почему при продувании воздуха через эфир на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса? 2. Температура в помещении понижается, а абсолютная влажность остается прежней. Как изменится разность показаний термометров психрометра? 3. Почему после жаркого дня роса бывает более обильна? 4. При какой температуре выпадет роса, если абсолютная влажность воздуха 7,3*10^-3 кг/м³? 5. При понижении температуры от 27 до 10 градусов из каждого кубического метра воздуха выделилось 8 г воды. Какова была относительная влажность воздуха при 27 градусах? Вариант 2. 1. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра? При каком условии разность показаний термометров наибольшая? 2. Сухой и влажный термометры психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха? 3. Почему перед дождём ласточки летают низко?

4. Относительная влажность воздуха 73% .Что показывает сухой и влажный термометры психрометра, если разность их показаний равна 4 градусам? 5. В сводке погоды днём сообщалось, что температура воздуха составляет 25 градусов, относительная влажность – 75% . Выпадет ли ночью роса, если температура понизится до 17 градусов? Рекомендуемая литература 1. Кикоин А.К, Кикоин И.К. Физика: учебник для 10 класса для школ с углубленным изучение физики. – М.: Просвещение, 1998. (Стр.64-75) 2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 113-115)

Таблица 2 Психрометрическая таблица относительной влажности воздуха
	Разность показаний сухого и влажного термометров
	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	5,5	6	6,5	7	7,5	8
1	100	90	81	73	64	57	50	43	36	31	26	20	16	11	7	3
2	100	90	82	74	66	59	52	45	39	33	29	23	19	16	11	7
3	100	90	83	75	67	61	57	47	42	35	31	26	23	18	14	10
4	100	90	83	76	69	63	56	49	44	39	34	29	26	21	17	13	10
5	100	91	84	77	70	64	57	51	46	41	36	32	28	24	20	16	14
6	100	91	85	78	71	65	59	54	48	43	39	34	30	27	23	19	17
7	100	92	85	78	72	66	61	56	50	45	41	35	33	29	26	22	19
8	100	92	86	79	73	67	62	57	52	47	43	39	35	31	28	25	22
9	100	92	86	80	74	68	63	58	54	49	45	41	37	33	30	27	25
10	100	93	86	81	75	70	65	60	55	51	47	43	39	35	32	29	27
11	100	94	87	82	76	71	66	61	57	53	48	45	41	38	34	31	28
12	100	94	88	82	77	72	67	62	58	55	50	47	43	40	36	33	30
13	100	94	88	82	78	73	68	63	59	56	52	48	44	42	38	35	32
14	100	94	88	83	78	73	69	64	61	57	57	50	46	43	40	37	34
15	100	94	89	83	79	74	70	66	62	58	54	51	47	45	41	36	30
16	100	94	89	84	80	75	71	67	63	59	55	52	49	46	43	41	37
17	100	95	90	84	80	75	72	67	64	60	57	53	50	48	44	42	39
18	100	95	90	84	81	76	73	68	65	61	58	54	52	49	46	44	40
19	100	95	90	85	81	76	74	69	66	62	59	56	53	50	47	45	42
20	100	95	91	85	82	77	74	70	66	63	60	57	54	51	48	46	43
21	100	95	91	86	82	78	75	71	67	64	61	58	55	53	49	47	44
22	100	95	91	86	83	79	75	71	68	65	62	59	56	54	51	49	46
23	100	95	91	87	83	79	76	72	69	65	63	60	57	55	52	50	47
24	100	96	91	87	83	80	76	72	69	66	63	61	58	56	53	51	48
25	100	96	92	88	84	80	77	73	70	67	64	62	59	56	53	52	49

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5