Влажность воздуха. Для характеристики влажности воздуха пользуются понятиями: упругость водяного пара, абсолютная влажность,физиологическая относительная влажность, дефицит насыщения и точка росы.

Упругость паров в воздухе - это напряжение водяных паров, выраженное в единицах давления (мм рт.ст., бары, Н/м 52 0). Упругость водяного пара в состоянии насыщения им воздуха называется максимальной упругостью , или упругостью насыщения при данной температуре. Каждой температуре соответствует определенный максимум количества водяных паров, больше которого воздух не может поглотить. Превышение этого предела вызывает конденсацию и выпадение из воздуха капельно-жидкой воды.

Абсолютная влажность - это содержание водяного пара,выраженное в граммах на 1 м 3 , в миллиметрах давления ртутного столба, или в системе СИ - в паскалях (1 Ра = Н/м2).

Относительная влажность представляет собой отношение фактической упругости водяного пара в воздухе к упругости насыщения при данной температуре, выраженное в процентах.

Дефицит насыщения - это разница между упругостью насыщения и фактической упругостью пара в воздухе или между величинами максимальной и абсолютной влажности.

Точка росы - температура, при которой абсолютная влажность воздуха достигает насыщения, то есть становится максимальной.

Физиологическая относительная влажность) - отношение количества фактически содержащихся водяных паров в воздухе к их максимальному количеству, которое может содержаться в воздухе при температуре поверхности тела человека и легких, то есть, соответственно, при 34 и 37 С (выражается также в процентах). Испарение с поверхности тела и дыхательных путей при температурах ниже указанных возможно, даже если воздух будет полностью насыщен, так как, нагреваясь в дыхательных путях и у поверхности тела до 34 и 37 5о 0С, он становится более влагоемким.

Влажность воздуха влияет на отдачу тепла испарением пота. Интенсивность испарения пота зависит от температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха. Чем больше дефицит насыщения и выше скорость движения воздуха, тем интенсивнее идет испарение пота. При этом теряется такое количество тепла, что движущийся воздух (ветер) оказывает благоприятное действие даже при температурах, значительно превышающих температуру тела. Установлено, что ветер ухудшает самочувствие и уменьшае работоспособность при температуре 37,0 5о 0С только в случае 100% насыщения воздуха водяными парами. При влажности воздуха, равной 60%, ветер перестает оказывать благоприятное действие только при температуре свыше 43,3 С, а при влажности 30% - при температуре выше 60 С.

При низких температурах влажность воздуха мало влияет на теплоотдачу с поверхности тела в связи с тем, что в морозном воздухе из-за небольшой его влагоемкости даже при полном насыщении содержится незначительное количество водяных паров.В гигиенической практике принято нормировать относительную влажность в связи с тем, что по ее величине удобнее судить о влиянии влажности, а также иных факторов среды на теплообмен человека. Считается, что оптимальная величина относительной влажности находится в пределах 50-60%; приемлемая нижняя величина 30%, верхняя - 70%, крайняя нижняя - 10-20%, а крайняя верхняя 80-100%. Для измерения используют: гигрометр, психрометр.

Скорость движения воздуха. Гигиеническое значение. Зависимость воздействия на человека от температуры и влажности воздуха. Методы и средства измерения. Оценка.

Движение воздуха. Основным фактором, обусловливающим движение воздуха (ветер), является разница давлений и температур. Движение воздуха характеризуется скоростью, направлением, формой(ламинарное, турбулентное) и продолжительностью Движущийся воздух в очень большой мере влияет на величину переноса тепла конвекцией. Под конвекцией понимают перенос тепла движущимися молекулами воздуха (и жидкостей) в среде с нарушенным тепловым равновесием.Чем выше скорость движения воздуха, тем выше теплоотдача. Охлаждающее действие ветра резко увеличивается при отрицательных температурах воздуха. Скорость движения его порядка сотых долей метра в секунду уже ощущается человеком.Следует заметить, что ветер, оказывая давление на поверхность одежды, облегчает проникновение холодного воздуха в пододежное пространство и ускоряет общее охлаждение организма. По мере повышения температуры окружающего воздуха и уменьшения температурной разницы теплопотеря конвекцией снижается.Если температура воздуха становится равной температуре кожи(34 С), теплоотдача этим путем прекращается вовсе, а если превышает ее, то устанавливается обратный поток тепла от воздуха к телу (конвекционное нагревание). Однако согревающее действие на тело движущегося воздуха имеет место лишь в том случае, если количество передаваемого нагретым воздухом тепла окажется большим,чем его потери за счет испарения пота. Это наблюдается или при очень высокой температуре воздуха (свыше 60 С) или при более низких температурах, но при 100% влажности воздуха, когда испарение пота прекращается. Во всех других случаях (то есть при влажности менее 100% и температуре воздуха ниже 60 С) движущийся воздух оказывает охлаждающее действие. Охлаждающее действие подвижного воздуха используется для улучшения условий обитаемости в танках и других объектах, имеющих источники тепловых излучений. Движение воздуха снимает излишек тепла, падающего на поверхность тела, благодаря чему становится возможной работа при величинах радиации, превосходящих предельно переносимые.

При средних температурах воздуха (от 18 до 20 С) в помещениях оптимальной величиной скорости движения воздуха считается 0,05 - 0,25 м/с, допустимой - 0,3 м/с. При низких температурах максимально переносимые скорости движения воздуха - 3-5 м/с. Средства для измерения: анемометр, кататермометр.

28. Воздух закрытых обитаемых помещений. Причины, изменяющие его естественный состав и уровень загрязнения. Профилактика неблагоприятного воздействия на человека. Воздух в обитаемых помещениях содержит столько же кислорода, однако биологически он не активен. В нем отсутствует “нечто”, необходимое организму и дающее ему бодрость и здоровье. Этим “нечто” является атмосферное электричество, а точнее - его носители, ионы газов. Основное применение ионизаторов - создание в помещениях оптимальной концентрации отрицательно заряженных аэроионов, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности. Лишенный аэроионов воздух - "мертвый", ухудшает здоровье и ведет к заболеваниям. Любая болезнь начинается с нарушения обмена веществ в клетках организма, проявлением чего является уменьшение их отрицательного заряда, и это меняет коллоидное состояние клеток, выделению в кровоток их содержимого и внутрисосудистому свертыванию крови. Отрицательный заряд клеток можно восстановить медикаментозными средствами (гепарин) и путем вдыхания воздуха, с избытком отрицательных аэроионов кислорода. Эти аэроионы, поступая в легкие, проникают в кровь и разносятся по всему организму, восстанавливая отрицательный заряд клеток, стимулируя обмен веществ и оказывая антитромботическое действие.

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА. ТОЧКА РОСЫ.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА.

1.Атмосфера.

Атмосфера – это газообразная оболочка Земли, состоящая, в основном, из азота (более 75%), кислорода (чуть менее 15%) и других газов. Около 1% атмосферы приходится на водяной пар. Откуда же он берётся в атмосфере?

Большую долю площади земного шара занимают моря и океаны, с поверхности которых постоянно при любой температуре происходит испарение воды. Выделение воды происходит также при дыхании живых организмов.

От количества водяных паров, содержащихся в воздухе, зависит погода, самочувствие человека, проведение технологических процессов на производстве, сохранность экспонатов в музее, сохранность зерна в хранилищах. Поэтому очень важен контроль за степенью влажности воздуха и умение, при необходимости, изменять её в помещении.

2.Абсолютная влажность.

Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяного пара, содержащегося в 1 м 3 воздуха (плотность водяного пара).

Или , где

m – масса водяного пара, V – объём воздуха, в котором содержится водяной пар. Р – парциальное давление водяного пара, μ – молярная масса водяного пара, Т – его температура.

Так как плотность пропорциональна давлению, то абсолютную влажность можно характеризовать и парциальным давлением водяного пара.

3.Относительная влажность.

На степень влажности или сухости воздуха влияет не только количество водяных паров, содержащихся в нём, но и температура воздуха. Даже если количество водяного пара одинаково, при более низкой температуре воздух будет казаться более влажным. Вот почему в холодном помещении возникает ощущение сырости.

Это объясняется тем, что при более высокой температуре в воздухе может содержаться большее максимальное количество водяного пара, а в воздухе содержится в том случае, когда пар является насыщенным . Поэтому, максимальное количество водяного пара , которое может содержаться в 1 м 3 воздуха при данной температуре, называется плотностью насыщенного пара при данной температуре.

Зависимость плотности и парциального давления насыщенного пара от температуры можно найти в физических таблицах.

Учитывая эту зависимость, пришли к выводу, что более объективной характеристикой влажности воздуха является относительная влажность .

Относительной влажностью называется отношение абсолютной влажности воздуха к тому количеству пара, которое необходимо для насыщения 1 м 3 воздуха при данной температуре.

ρ – плотность пара, ρ 0 – плотность насыщенного пара при данной температуре, а φ – относительная влажность воздуха при данной температуре.

Относительную влажность можно определить и через парциальное давление пара

Р – парциальное давление пара, Р 0 – парциальное давление насыщенного пара при данной температуре, а φ – относительная влажность воздуха при данной температуре.

4.Точка росы.

Если воздух, содержащий водяной пар, изобарно охлаждать, то при некоторой температуре водяной пар становится насыщенным, так как с понижением температуры максимально возможная плотность водяного пара в воздухе при данной температуре уменьшается, т.е. уменьшается плотность насыщенного пара. При дальнейшем понижении температуры излишки водяного пара начинают конденсироваться.

Температура , при которой данный водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы .

Это название связано с явлением, наблюдающимся в природе – выпадением росы . Объясняется выпадение росы следующим образом. В течение дня воздух, земля и вода в различных водоёмах прогреваются. Следовательно, идёт интенсивное испарение воды с поверхности водоёмов и почвы. Водяной пар, содержащийся в воздухе, при дневной температуре является ненасыщенным. Ночью, и особенно к утру, температура воздуха и поверхности земли понижается, водяной пар становится насыщенным, и излишки водяного пара конденсируются на различных поверхностях.

Δρ – тот излишек влаги, который выделяется, когда температура становится ниже точки росы.

Эту же природу имеет и туман. Туман – это мельчайшие капельки воды, образовавшиеся в результате конденсации пара, но не на поверхности земли, а в воздухе. Капельки настолько малы и легки, что могут удерживаться в воздухе во взвешенном состоянии. На этих капельках происходит рассеяние лучей света, и воздух становится непрозрачным, т.е. видимость затрудняется.

При быстром охлаждении воздуха пар, становясь насыщенным, может, минуя жидкую фазу, сразу перейти в твёрдую. Этим объясняется появление на деревьях инея. Некоторые интересные оптические явления в небе (например, гало) обусловлены прохождением солнечных или лунных лучей через перистые облака, состоящие из мельчайших кристалликов льда.

5.Приборы для определения влажности.

Самыми простыми приборами для определения влажности являются гигрометры различных конструкций (конденсационный, плёночный, волосной) и психрометр.

Принцип действия конденсационного гигрометра основан на измерении точки росы и определении по ней абсолютной влажности в помещении. Зная температуру в помещении и соответствующую данной температуре плотность насыщенных паров, находим относительную влажность воздуха.

Действие плёночного и волосного гигрометров связано с изменением упругих свойств биологических материалов. С увеличением влажность упругость их понижается, и плёнка или волос растягиваются на бо " льшую длину.

Психрометр состоит из двух термометров, в одном из которых резервуар со спиртом обмотан влажной тканью. Так как с ткани постоянно происходит испарение влаги и, следовательно, отвод теплоты, то температура, показываемая этим термометром, будет всё время меньше. Чем менее влажный воздух в помещении, тем испарение идёт более интенсивно, термометр с влажным резервуаром охлаждается сильнее и показывает меньшую температуру. По разнице температур сухого и влажного термометров, используя соответствующую психрометрическую таблицу, определяют относительную влажность воздуха в данном помещении.

В данном уроке будет введено понятие абсолютной и относительной влажности воздуха, будут обсуждаться термины и величины, связанные с этими понятиями: насыщенный пар, точка росы, приборы для измерения влажности. В ходе урока мы познакомимся с таблицами плотности и давления насыщенного пара и психрометрической таблицей.

Для человека величина влажности является очень важным параметром окружающей среды, т. к. наш организм очень активно реагирует на ее изменения. Например, такой механизм регуляции функционирования организма, как потоотделение, напрямую связан 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.

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.

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.

Основными характеристиками влажного воздуха являются:

1. плотность водяного пара в воздухе;
2. относительная влажность воздуха.

Воздух является составным газом, в нем содержится множество различных газов, в том числе водяной пар. Для оценивания его количества в воздухе необходимо определить, какую массу имеют водяные пары в определенном выделенном объеме - такую величину характеризует плотность. Плотность водяного пара в воздухе называют абсолютной влажностью .

Определение. Абсолютная влажность воздуха - количество влаги, содержащейся в одном кубическом метре воздуха.

Обозначение абсолютной влажности : (как и обыкновенное обозначение плотности).

Единицы измерения абсолютной влажности : (в СИ) или (для удобства измерения небольшого содержания паров воды в воздухе).

Формула вычисления абсолютной влажности :

Обозначения:

Масса пара (воды) в воздухе, кг (в СИ) или г;

Объем воздуха, в котором указанная масса пара содержится, .

С одной стороны, абсолютная влажность воздуха является понятной и удобной величиной, т. к. дает представление о конкретном содержании воды в воздухе по массе, с другой стороны, эта величина неудобна с точки зрения восприимчивости влажности живыми организмами. Оказывается, что, например, человек ощущает не массовое содержание воды в воздухе, а именно ее содержание относительно максимально возможного значения.

Для описания такого восприятия введена такая величина, как относительная влажность .

Определение. Относительная влажность воздуха – величина, показывающая насколько далек пар от насыщения.

Т. е. величина относительной влажности, простыми словами, показывает следующее: если пар далек от насыщения, то влажность низкая, если близок – высокая.

Обозначение относительной влажности : .

Единицы измерения относительной влажности : %.

Формула вычисления относительной влажности :

Обозначения :

Плотность водяного пара (абсолютная влажность), (в СИ) или ;

Плотность насыщенного водяного пара при данной температуре, (в СИ) или .

Как видно из формулы, в ней фигурируют абсолютная влажность, с которой мы уже знакомы, и плотность насыщенного пара при той же температуре. Возникает вопрос, каким образом определять последнюю величину? Для этого существуют специальные приборы. Мы рассмотрим конденсационный гигрометр (рис. 4) - прибор, который служит для определения точки росы.

Определение. Точка росы - температура, при которой пар становится насыщенным.

Рис. 4. Конденсационный гигрометр ()

Внутрь емкости прибора наливается легкоиспаряющаяся жидкость, например, эфир, вставляется термометр (6) и с помощью груши (5) через емкость прокачивается воздух. В результате усиленной циркуляции воздуха начинается интенсивное испарение эфира, температура емкости из-за этого понижается и на зеркале (4) выступает роса (капельки сконденсировавшегося пара). В момент появления на зеркале росы с помощью термометра замеряется температура, вот эта температура и является точкой росы.

Что же делать с полученным значением температуры (точки росы)? Существует специальная таблица, в которой занесены данные - какая плотность насыщенного водяного пара соответствует каждой конкретной точке росы. Следует отметить полезный факт, что при увеличении значения точки росы растет и значение соответствующей ей плотности насыщенного пара. Иными словами, чем теплее воздух, тем большее количество влаги он может содержать, и наоборот, чем воздух холоднее, тем максимальное содержание в нем пара меньше.

Рассмотрим теперь принцип действия других видов гигрометров, приборов для измерения характеристик влажности (от греч. hygros - «влажный» и metreo - «измеряю»).

Волосной гигрометр (рис. 5) - прибор для измерения относительной влажности, в котором в качестве активного элемента выступает волос, например человеческий.

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха (при увеличении влажности длина волоса увеличивается, при уменьшении - уменьшается), что позволяет измерять относительную влажность. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передается стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. При этом следует помнить, что волосной гигрометр дает не точные значения относительной влажности, и используется преимущественно в бытовых целях.

Более удобен в использовании и точен такой прибор для измерения относительной влажности, как психрометр (от др.-греч. ψυχρός - «холодный») (рис. 6).

Психрометр состоит из двух термометров, которые закреплены на общей шкале. Один из термометров называется влажным, т. к. он обмотан батистовой тканью, которая погружена в резервуар с водой, расположенный на тыльной стороне прибора. С влажной ткани испаряется вода, что приводит к охлаждению термометра, процесс снижения его температуры длится до достижения этапа, пока пар вблизи влажной ткани не достигнет насыщения и термометр не начнет показывать температуру точки росы. Таким образом, влажный термометр показывает температуру меньше либо равную реальной температуре окружающей среды. Второй термометр называется сухим и показывает реальную температуру.

На корпусе прибора, как правило, изображена еще так называемая психрометрическая таблица (табл. 2). С помощью этой таблицы по значению температуры, которую показывает сухой термометр, и по разности температур между сухим и влажным термометрами можно определить относительную влажность окружающего воздуха.

Однако даже не имея под рукой такой таблицы, можно примерно определить величину влажности, пользуясь следующим принципом. Если показания обоих термометров близки друг к другу, то испарение воды с влажного практически полностью компенсируется конденсацией, т. е. влажность воздуха высокая. Если, наоборот, разность показаний термометров большая, то испарение с влажной ткани превалирует над конденсацией и воздух сухой, а влажность низкая.

Обратимся к таблицам, которые позволяют определять характеристики влажности воздуха.

Температура,	Давление, мм. рт. ст.	Плотность пара,

Табл. 1. Плотность и давление насыщенных водяных паров

Еще раз отметим, что, как указывалось ранее, значение плотности насыщенного пара растет с его температурой, то же самое относится и к давлению насыщенного пара.

Табл. 2. Психометрическая таблица

Напомним, что относительная влажность определяется по значению показаний сухого термометра (первый столбец) и разности показаний сухого и влажного (первая строка).

На сегодняшнем уроке мы познакомились с важной характеристикой воздуха - его влажностью. Как мы уже говорили, влажность в холодное время года (зимой) понижается, а в теплое (летом) повышается. Важно уметь регулировать эти явления, например при необходимости повысить влажность располагать в помещении в зимнее время несколько резервуаров с водой, чтобы усилить процессы испарения, однако такой способ будет эффективен только при соответствующей температуре, которая выше, чем на улице.

На следующем уроке мы рассмотрим, что такое работа газа, и принцип действия двигателя внутреннего сгорания.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Интернет-портал «dic.academic.ru» ()
2. Интернет-портал «baroma.ru» ()
3. Интернет-портал «femto.com.ua» ()
4. Интернет-портал «youtube.com» ()

Домашнее задание

Фактическая упругость водяного пара -е - оказываемое им давление измеряемся в мм рт.ст. или миллибарах.

Упругость В.п. в состоянии насыщения называют упругостью насыще­ния - Е - это максимальная упругость в.п.возможная при данной t 0 . Упру­гость насыщения растёт с t 0 воздуха: при более высокой t 0 воздух способен удержать больше в.п.,чем при более низкой.

На каждые 10 0 С упругость насыщения увеличивается ≈ в 2 раза.

Если в воздухе содержится в.п. меньше,чем нужно для насыщения его при данной t 0 , можно определить, насколько воздух близок к состоянию на­сыщения. Для этого определяется относительная влажность - r - (она харак­теризует степень насыщения воздуха водяным паром).

r = е /Е ∙ 100%

При насыщении е = Е и r = 100%

Абсолютная влажность воздуха - плотность водяного пара -а (выра­жается в граммах на 1 м 3 воздуха).

Дефицит влажности Д - разность между упругостью насыщения Е и фактической упругостью пара е при данной t 0 воздуха.

Д = Е - е

Точка росы τ - t 0 при которой содержащийся в воздухе в.п. Мог бы на­сытить воздух.

Конденсация - переход воды из газообразного состояния в жидкое происходит в атм. в виде образования мельчайших капелек диаметром в несколоко микронов. Более крупные капли образуются при слиянии мелких или таянии ледяных кристаллов.

В воздухе насыщенным вод.паром при понижении t 0 воздуха до точки росыτ или увеличении в нем количества в.п. происходит конденсация, при t 0 ниже 0 0 С, вода минуя жидкое состояние может перейти в твёрдое, образуя ледяные кристаллы; этот процесс называется сублимация.

Конденсация и сублимация могут происходить в воздухе на ядрах кон­денсации, на земной поверхности и различных предменах. Важнейшими ядра­ми конденсации являются частички растворимых гигроскопичных солей, особенно морской соли (они попадают в воздух при волнение моря, при раз­брызгивании морской воды и т.д.).

Когда t 0 воздуха охлаждающегося от подстилающей поверхности дости­гает точки росы, на холодную поверхность из него оседают: роса, иней, измо­розь, жидкие и твёрдые (наледь) налеты, гололёд.

4. Облака и их образование, структура, строение, ярусы .

Если конденсация (сублимация) водяного пара происходит на некото­рой высоте над поверхностью, то образуются облака .Они отличаются от ту­манов положением в атмосфере, физическим строением и разнообразием форм.

Облака - скопление продуктов конденсации и сублимации, их возник­новение связано с адиабатическим охлаждением поднимающегося воздуха. Поднимающийся воздух охлаждается постепенно, достигает границы, где его t 0 становится равной точке росы. Эту границу называют уровнем конденса­ции . Выше её при наличие ядер конденсации могут образовываться облака. Нижняя граница облаков совпадает с уровнем конденсации. Кристаллизация происходит при t 0 ниже -10 0 С. Опускаясь ниже уровня конд. капельки обла­ков могут испаряться.

Облака переносятся возд.течениями. Если относительная влажность в воздухе, содержащим облака, убывает, то они могут испариться. При опре­делённых условиях часть облачных элементов укрупняется , утяжеляется и может выпадать из облака в виде осадков .

По строению облака делятся на 3 класса:

1) водяные (капельные) - при положительных t 0 состоят из капель диа­метром в тысячные и сотые доли мм, при отрицательных t 0 состоят из пере­охлаждённых капелек;

2) ледяные (кристаллические) - образуются при достаточно низких t 0 ;

3) смешанные - состоят из смеси переохлаждённых капель и ледяных кристаллов, образуются при умеренно отрицательных t 0 .

Формы облаков очень разнообразны. В современной международной классификации делятся на 10 родов, в которых различают значительное чис­ло видов, разновидностей и дополнительных особенностей.

Международная классификация облаков.

Облака этих родов встречаются на высотах между уровнем моря и тро­попаузой. Условно разлтчают 3 яруса, границы ярусов зависят от географи­ческой широты и t 0 условий.

Верхний ярус облаков: полярные широты - 3-8 км, умеренные- 5-13 км, тропические - 6 -18 км.

Средний ярус облаков: полярные широты - 2-4 км, умеренные - 2-7 км, тропические - 2-8 км.

Нижний ярус облаков: во всех широтах - до 2 км.

Основные семейства и рода облаков и условия их образования.

По высоте и внешнему виду облака объединяются в 4 семейства:

IV cем. - облака вертикального развития

10 основных родов облаков объединяются в семейства следующим об­разом.

I cем. - облака верхнего яруса

1. перистые - Cirrus (Ci)

2. перисто-кучевые - Cirrocumulus (Cc)

3. перисто-слоистые - Cirrostatus (Cs)

II cем. - облака среднего яруса

4. высоко - кучевые - Altocumulus (Ac)

5. высоко - слоистые - Altoostatus (As) (могут проникать в верхний ярус)

III cем. - облака нижнего яруса

6. слоистокучевые - Stratocumulus (Sc)

7. слоистые - Stratus (St)

8. слоисто - дождевые - Nimbostratus (Ns) (почти всегда располагаются в ниж­нем ярусе, но обычно проникают и ввышележащие ярусы)

IV cем. - облака вертикального развития (основания лежат в нижнем ярусе, вершины постигают положения облаков вырхнего яруса)

9. кучевые - Cumulus (Cu)

10. кучево -дождевые - Cumulonimbus (в т.ч. грозовые и ливневые)

Характер и форма облаков обуславливаются процессами вызывающи­ми охлаждение воздуха, приводящими к облакообразованию.

Выделяют несколько генетических типов облаков.

I. Облака конвекции (кучевообразные) образуются в результате конвек­ции, при нагревании неоднородной поверхности: 1) внутримассовые (связа­ны с процессами внутри воздушных масс); 2) фронтальные (возникают благодаря процессам, связанным с фронтами, т.е. на границах между воздуш­ными массами); 3) орографические (образуются при натекании воздуха на склоны гор и возвышенностей).

II. Волнистые облака возникают преимущественно под слоем инвер­сии (слоистые, слоисто-кучевые, высоко-слоистые). В устойчивых воздуш­ных массах основной процесс развития облаков - слабый турбулентный перенос водяного пара вместе с воздухом от земной поверхности вверх и по­следующее его адиабатическое охлаждение.

III. Облака восходящего скольжения (слоистообразные) - это огромные облачные системы, вытянутые вдоль тёплых или холодных фронтов (особен­но хорошо выраженные в случае теплого фронта).

Атмосферные осадки

Атмосферными осадками называют воду, выпавшую на поверхность из атмосферы в виде дождя, мороси, крупы, снега, града. Осадки в основном выпадают из облаков, но далеко не всякое облако даёт осадки.

Формы осадков: дождь, морось, снежная крупа, снег, ледяная крупа, град.

Образование осадков. Капельки воды и кристаллики льда в облаке очень малы, они легко удерживаются воздухом, даже слабые восходящие токи увлекают их вверх. Для образования осадков необходимо укрупнение облач­ных элементов, чтобы они смогли преодолеть восходящие токи. Укрупнение происходит, 1) в результате слияния капелек и сцепления кристаллов; 2) в ре­зультате испарения одних элементов облака, диффузного переноса и конден­сации водяного пара на других элементах (особенно в смешанных облаках). По происхождению различают осадки:1) конвективные (образуются в жар­ком поясе-от южного до северного тропика), 2) орографические и 3) фронтальные (образуются при встрече воздушных масс с разной t 0 и др. фи­зическими свойствами, выпадают из теплого воздуха в умеренном и холод­ном поясах).

Характер выпадения осадков зависит от условий их образования: моро­сящие, ливневые и обложные осадки.

Характеристики режима осадков. Суточный ход осадков (совпадает с суточным ходом облачности) и его типы: 1) континентальный (имеет 2 мак­симума - утром и после полудня, и 2 минимума - ночью и перед полу­днем) и 2) морской (береговой) - 1 максимум (ночью) и 1 минимум (днём).

Годовой ход осадков, т.е. изменение количества осадков по месяцам в различных климатических поясах различен. Основные типы годового хода осадков: 1) экваториальный (осадки выпадают равномерно весь год, max пе­риод равноденствия); 2) муссонный (max - летом, min - зимой - субэквато­риальный климатический пояс и восточные окраины материков в умер. и субтроп.поясах, особенно в Евразии и Северной Америке); 3) средиземно­морский (max - зимой, min - летом; западные окраины материков в субтропи­ческом поясе); 4) континентальный умеренного пояса (в теплый период в 2-3 раза больше, при движении вглубь материка общее количество осадков уменьшается); 5) морской умеренного пояса (выпадают равномерно по сезо­нам, небольшой max в осенне-зимнее время).

Необходимые приборы и принадлежности : станционный психрометр, аспирационный психрометр, дистиллированная вода, пипетка для смачивания, штатив для укрепления психрометра, ртутный барометр, Психрометрические таблицы, волосной гигрометр.

В атмосферном воздухе всегда имеется водяной пар, содержание которого меняется по объёму в пределах от 0 до 4% и зависит от физико-географических условий местности, времени года, циркуляционных особенностей атмосферы, состояния поверхности почвы, температуры воздуха и т.п.

В единице объёма воздуха при данной температуре содержание водяного пара не может быть больше некоторого предельного количества, называемого максимально возможной упругостью водяного пара или максимальным насыщением . Оно соответствует равновесию между паром и водой, т.е. насыщенному состоянию пара.

Водяной пар, образующийся над испаряемой поверхностью, оказывает определённое давление, которое называется упругостью водяного пара или парциальным давлением (е).

Упругость водяного пара (е) определяется по формуле:

е = Е" - А· р(t - t")

где Е" – максимальная упругость водяного пара при температуре смоченного термометра; р – атмосферное давление; t – температура воздуха (температура по сухому термометру), 0 С; t – температура испаряющей поверхности (температура по смоченному термометру), 0 С; А – постоянная психрометра, зависящая от его конструкции и, главным образом, от скорости движения воздуха около приёмной части психрометра. Так, постоянная станционного психрометра принимается равной 0,0007947, что соответствует средней скорости движения воздуха в будке (0,8 м/сек). Постоянная аспирационного психрометра равна 0,000662 при постоянной скорости движения воздуха (2 м/сек) у приемной части термометров.

Измеряется парциальное давление в миллиметрах ртутного столба или миллибарах. При любой температуре парциальное давление водяного пара (е) не может превышать давление насыщенного пара (Е). Для вычисления Е существуют специальные формулы по ним составлены таблицы по которым его и находят (прил.1, 2).

Относительная влажность (f) – отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара над плоской поверхностью дистиллированной воды при данной температуре, выраженное в %.

Относительная влажность воздуха показывает на сколько воздух близок или далёк к насыщению водяным паром, определяют с точностью до 1%.

Дефицит насыщения (d) – разность между давлением насыщенного водяного пара и его парциальным давлением. d = Е – е.

Дефицит насыщения выражается в мм ртутного столба или миллибарах.

Абсолютная влажность (g) – количество водяного пара, находящегося в 1м 3 воздуха, выраженное в граммах.

Если давление воздуха выражено в миллибарах, то g определяется по формуле:

Если давление воздуха выражено в миллиметрах, то g определяется по формуле:

где L – коэффициент расширения газов, равный 1/273, или 0,00366.

Точка росы (t d) – температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при неизменном давлении, достигает состояния насыщения относительно плоской поверхности чистой воды или льда. Точку росы определяют с точностью до десятых долей градуса.

Методы измерения влажности воздуха

Психрометрический метод – это основной метод для определения влажности воздуха, который основан на измерении температуры воздуха и температуры смоченного водой термометра – температуры термодинамического равновесия между затратами тепла на испарение со смоченной поверхности и притоком тепла к термометру от окружающей среды. Определение влажности воздуха этим методом осуществляется по показанию психрометра – прибора, состоящего из двух термометров. Приёмная часть (резервуар) одного из психрометрических термометров обёртывается батистом, находящимся в увлажнённом состоянии (смоченный термометр), С поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение, на которое затрачивается тепло. Другой термометр психрометра – сухой, он показывает температуру воздуха. Смоченный же термометр показывает собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности резервуара.

Для измерения влажности воздуха используются два типа психрометров: станционный и аспирационный.

Станционный психрометр состоит из двух одинаковых термометров с делениями через 0,2 0 , установленных вертикально на штативе в психрометрической будке. Резервуар правого термометра плотно обёртывается в один слой кусочком батиста, конец которого опускается в стаканчик с дистиллированной водой. Стаканчик закрывается крышкой с прорезью для батиста. Установку термометров в психрометрической будке представлена на рис. 20.

Отсчёты по термометрам должны проводиться как можно быстрее, так как присутствие наблюдателя вблизи термометров может исказить показания. Вначале отсчитываются и записываются десятые доли, а затем – целые градусы.

Наблюдения по психрометру проводятся при любой положительной температуре воздуха, а при отрицательной – только до -10 0 , так как при более низкой температуре результаты наблюдений становятся ненадежными. При температуре воздуха ниже 0 0 кончик батиста на смоченном термометре обрезается. Батист смачивают на 30 мин до начала наблюдений, погружая резервуар термометра в стаканчик с водой.

Рис. 20 Установка термометров в психрометрической будке

При отрицательной температуре вода на батисте может быть не только в твердом состоянии (лёд), но и в жидком (переохлаждённая вода). По наружному виду установить это весьма трудно. Для этого необходимо прикоснуться к батисту карандашом, на конце которого имеется кусочек льда или снега, и следить за показанием термометра. Если в момент прикосновения столбик ртути повысится, то на батисте была вода, которая перешла в лёд; при этом выделилась скрытая теплота, за счёт чего и увеличилось показание термометра. Если же от прикосновения к батисту показание термометра не меняется, значит на батисте лёд, и изменения агрегатного состояния не происходит.

Учёт агрегатного состояния воды на резервуаре смоченного термометра весьма важен, так как максимальная упругость водяного пара, входящая в психрометрическую формулу, над водой и льдом различна.

Вычисление характеристик влажности воздуха по показаниям психрометра осуществляется с помощью психрометрических таблиц, составленных по формулам. В психрометрических таблицах приводятся готовые значения t d , e, f, d для разных сочетаний t и t" при постоянной А, равной 0,0007947 и атмосферном давлении 1000 мб. Если давление воздуха больше или меньше 1000 мб, к характеристикам влажности вводятся поправки. Поправку у упругости водяного пара находят по величине атмосферного давления и разности показаний сухого и смоченного термометров. При атмосферном давлении меньше 1000 мб, эта поправка положительна, если превышает 1000 мб, ее вводят со знаком минус.

Аспирационный психрометр (рис. 21) состоит из двух психрометрических термометров 1 , 2 с ценой деления 0.2 0 , помещённых в металлическую оправу.

Оправа состоит из трубки 3 , раздваивающейся книзу, и боковых защит 4 . Верхний конец трубки 3 соединен с аспиратором 7 , просасывающим наружный воздух через трубки 5 и 6 , в которых находятся резервуары термометров 10, 11 . Аспиратор имеет пружинный механизм. Пружина заводится ключом 8 . Трубки 5 и 6 сделаны двойными. Резервуар одного из термометров (правый) обвернут коротко обрезанным батистом. Никелированная и полированная поверхность психрометра хорошо отражает солнечные лучи. Поэтому для его установки не требуется никакой дополнительной защиты и он устанавливается на открытом воздухе. Аспирационные психрометры используются для градиентных наблюдений на метеорологических станциях, а также в полевых микроклиматических исследованиях.

Рис. 21 Аспирационный психрометр

Перед наблюдением психрометр выносят из помещения зимой за 30 мин, а летом за 15 мин. Батист правого термометра смачивают с помощью резиновой груши 9 с пипеткой летом за 4 мин, а зимой за 30 мин до срока наблюдений. После смачивания заводят аспиратор, который в момент отсчёта должен работать полным ходом. Поэтому зимой за 4 мин до отсчёта нужно вторично завести психрометр.

Характеристики влажности воздуха по данным аспирационного психрометра вычисляют также с помощью психрометрических таблиц. Психрометрическая постоянная для этого прибора равна 0,000662.

Гигрометрический метод – основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса менять свою длину при изменении влажности воздуха.

Волосной гигрометр (рис. 22). Основной частью волосного гигрометра является обезжиренный (обработанный в эфире и спирте) человеческий волос, обладающий свойством изменять свою длину под влиянием изменения относительной влажности. При уменьшении относительной влажности волос 1 , укрепленный на раме 2 , укорачивается, при увеличении - удлиняется.

Верхний конец волоса прикреплён к регулировочному винту 3 , с помощью которого можно менять положение стрелки 7 на шкале 9 гигрометра. Нижний конец волоса соединён с блоком в виде дужки 4 , сидящей на стержне 5. Грузик 6 этого блока служит для натяжения волоса. На оси блока 8 укреплена стрелка 7 , свободный конец которой при изменении влажности перемещается по шкале.

Цена деления шкалы гигрометра - 1% относительной влажности. Деления на шкале неравномерны: при небольших значениях влажности они крупнее, а при больших – мельче. Применение такой шкалы обусловлено тем, что изменение длины волоса идёт быстрее при малых величинах влажности и медленнее при больших её значениях.

Рис. 22 Волосной гигрометр

При продолжительном действии гигрометры становятся менее чувствительными к изменению влажности: волос вытягивается и загрязняется, а плёнка высыхает. Учитывая это, приходится часто сверять прибор с психрометром и находить его поправки, для чего применяется графический приём. Для этого на координатную сетку наносят точки по данным одновременных наблюдений относительной влажности по психрометру и гигрометру за длительный период (например, за осенние месяцы при подготовке гигрометра к зиме) и через середину полосы, где точки легли более густо, проводят плавную линию так, чтобы по обе стороны от нее было по возможности одинаковое количество точек (рис. 23).

В дальнейшем, пользуясь этой линией, для любого показания гигрометра можно найти соответствующее значение относительной влажности по станционному психрометру. Например, если отсчёт по гигрометру был 75%, то исправленное значение относительной влажности будет 73%.

Для более удобного пользования графиком составляют переводную таблицу. В первом вертикальном столбце (десятки) и в первой горизонтальной строке (единицы) дается шкала гигрометра. В клетки записываются значения относительной влажности, снятые с кривой. Пользуясь этой таблицей, по показаниям гигрометра находят исправленные значения относительной влажности.

Рис.23 График поправок гигрометра

Особо важное значение наблюдения по гигрометру имеют в зимнее время года, когда этот прибор нередко остается единственным для определения влажности воздуха. Поэтому в осенние месяцы его тщательно регулируют и строят переводной график, которым и пользуются в течение всей зимы.

1 Ознакомиться с психрометрическими таблицами путём проработки пояснений к ним и разбора примеров.

2 Ознакомиться с устройством станционного и аспирационного психрометров.

3 Провести измерения по аспирационному психрометру.

4 По показаниям сухого и смоченного термометров и по величине давления с помощью психрометрических таблиц определить характеристики влажности воздуха.

Результаты наблюдений оформить в тетрадь.