ovzduší (atmosférický vzduch) je směs plynů, jejichž hlavními složkami jsou dusík a kyslík, které dohromady tvoří 98-99 %. Vzduch je nezbytný pro existenci a fungování všech živých organismů.
Federální zákon N 96-FZ ze dne 04.05.1999 „O ochraně atmosférického vzduchu“ vykládá pojem „vzduch“ následovně: „Atmosférický vzduch je životně důležitou složkou životního prostředí, což je přirozená směs atmosférických plynů umístěných mimo obytné, průmyslové a jiné prostory”
Kyslík obsažený ve vzduchu se při dýchání dostává do buněk těla a využívá se v procesu oxidace, jehož výsledkem je uvolňování energie nezbytné pro život (metabolismus, aeroby).
V roce 1754 skotský chemik a fyzik Joseph Black experimentálně dokázal, že vzduch je směs plynů a ne jednoduchá látka.
Směs plynů obsažená v atmosférickém vzduchu, bez vodní páry a aerosolů, se nazývá Suchý vzduch.
Chemické složení suchého vzduchu je uvedeno v tabulce 1:
Tabulka 1
- Teplota;
- Barometrický tlak;
- Parciální tlak suchého vzduchu a vodní páry;
- Obsah vlhkosti;
- Relativní vlhkost;
- Hustota;
- Specifická entalpie.
2. Fyzikální vlastnosti vlhkého vzduchu
2.1. Vlhkost
Vlhkost je míra obsahu vlhkosti (vodní páry) ve vzduchu. Čím více vodních par v objemu vzduchu, tím vyšší je jeho vlhkost. Když je vlhkost nízká, množství vodní páry ve vzduchu se snižuje a vzduch se stává suchým. Vlhkost vzduchu v exteriéru i interiéru se mění v závislosti na povětrnostních podmínkách, životních procesech člověka, provozu technických zařízení, systémů vytápění, větrání a klimatizace.
Stupeň suchosti a vlhkosti vzduchu je přímo závislý na tom, jak blízko je vodní pára nasycení, jinými slovy 100procentní vlhkosti (tedy stavu vzduchu, ve kterém je zcela nasycena vlhkostí). Pokud chladíte vlhký vzduch, můžete v něm vlhkost uvést do takového stavu, že začne kondenzovat, tzn. proměnit ve vodu. Tento jev lze pozorovat při chlazení vzduchu v běžné klimatizaci, při ochlazování vzduchu v místnosti se v klimatizaci začne tvořit kondenzace. V přírodě je tento jev pozorován při rosení v časných ranních hodinách, po kondenzaci ochlazeného nočního vzduchu.
Samotný proces kondenzace ochlazeného vzduchu se projevuje výskytem kapek kondenzované kapaliny – rosy. Teplota, při které dochází k přesycení vodní páry ve vzduchu, tzn. výskyt kondenzace se nazývá rosný bod.
2.2. Druhy vlhkosti, absolutní a relativní vlhkost
Pro charakterizaci vlhkosti se používají pojmy jako absolutní a relativní vlhkost vzduchu.
Absolutnívlhkosti vzduchu – jedná se o hmotnostní množství vodní páry obsažené v 1 m 3 vzduchu. Ve stavu nasycení (při maximálním možném obsahu vlhkosti) se absolutní vlhkost vzduchu nazývá vlhkostní kapacita.
Navzdory skutečnosti, že si lze představit absolutní vlhkost, nedává úplnou představu o vlhkosti nebo suchu vzduchu. Aby bylo možné určit stupeň suchosti nebo vlhkosti vzduchu, byl zaveden pojem zvaný relativní vlhkost.
Relativní vlhkost poskytuje další abstraktní pojem o obsahu vlhkosti ve vzduchu. Tato hodnota ukazuje procento nasycení vzduchu vodní párou.
Jinými slovy, relativní vlhkost – jedná se o poměr hmotnosti vlhkosti přítomné ve vzduchu v daném okamžiku k maximální hmotnosti vlhkosti, která může být obecně přítomna v tomto objemu vzduchu při dané teplotě.
Když se mluví o vlhkosti vzduchu, například ve zprávách o předpovědi počasí, myslí se tím vždy relativní vlhkost vzduchu vyjádřená v procentech.
2.3. Tlak vodní páry.
Hlavní charakteristikou vlhkosti je parciální tlak vodní páry (tlak vodní páry) a relativní vlhkost.
Vodní pára, jako každý plyn, má elasticitu, jinými slovy tlak. Tlak vodní páry závisí na její hustotě (hmotnost na jednotku objemu, kg/m3) a její absolutní teplotě. Vyjadřuje se ve stejných jednotkách jako tlak vzduchu a všech jeho složek. V současné době je ve vědecké literatuře povinné používat Mezinárodní soustavu jednotek (SI), ve které je hlavní jednotkou tlaku pascal (1 Pa = 1 N/m2; 1 hPa = 102 Pa).
Tlak vodní páry ve stavu nasycení (t.j. při 100% relativní vlhkosti, kdy je vzduch při určité teplotě zcela nasycen vodní párou) se nazývá tlak nasycené vodní páry. V tomto stavu má vodní pára maximální tlak, který je při dané teplotě možný. Například při teplotě 0 °C je tlak nasycených par 6,1 hPa. Pokud vzduch obsahuje méně vodní páry, než je potřeba k jeho nasycení při dané teplotě (tj. dosažení maximálního obsahu vlhkosti), můžeme určit, jak blízko je vzduch k nasycenému stavu.
Má tedy dva hlavní parametry:
e – skutečný tlak vodní páry ve vzduchu;
Е – tlak nasycených par (s maximálním možným obsahem vlhkosti) při dané teplotě vzduchu,
Relativní vlhkost vzduchu, vyjádřenou v %, můžete určit pomocí následujícího vzorce:
Například při teplotě 20 °C je tlak par, když je vzduch zcela nasycen, 23,4 hPa. Pokud je v daném časovém okamžiku skutečný tlak vodní páry ve vzduchu například 11,7 hPa, pak bude relativní vlhkost:
Je třeba také poznamenat, že čím je vzduch teplejší, tím více vodní páry může obsahovat ve stavu nasycení, a proto může mít větší tlak vodní páry.
2.4. Obsah vlhkosti
Obsah vlhkosti (d) je hmotnost vodní páry (vyjádřená v gramech) na kilogram suchého vzduchu. Jednotka se měří – g/kg.
kde, mv.p. – hmotnost vodní páry rozpuštěné ve vzduchu, g
mc.v. – hmotnost suchého vzduchu, kg.
V jakékoli předpovědi počasí se často kromě teploty, síly a směru větru uvádí i taková hodnota, jako je vlhkost vzduchu. Stejnou teplotu totiž člověk pociťuje zcela odlišným způsobem v závislosti na množství vlhkosti. Pojďme si krátce říci, co je vlhkost, jaké existují druhy vlhkosti, uveďme jejich definici a odvodíme vzorec pro vlhkost vzduchu.
Vodní pára v atmosférickém vzduchu
Jak víte z kurzu fyziky v 8. třídě, atmosféra je směs plynů. Atmosféra obsahuje dusík, kyslík, oxid uhličitý, vodní páru a malá množství dalších plynů. Hmotnost vodní páry ve vzduchu za normálních podmínek není větší než tři procenta, ale pro člověka suchost nebo vlhkost vzduchu výrazně ovlivňuje pohodu a výkon. Jak zjistit vlhkost vzduchu?
Rýže. 1. Vodní pára ve vzduchu
Absolutní vlhkost
Vlhkost lze měřit několika způsoby.
Za prvé, vodní pára je plyn jako všechny ostatní ve vzduchu, což znamená, že může být charakterizována parciálním tlakem a měřena v pascalech. Připomeňme, že parciální tlak plynu je tlak, který by tento plyn měl, kdyby byly z uvažovaného objemu odstraněny všechny ostatní plyny. Pro vodní páru se parciální tlak pohybuje od 10 do 100 pascalů (v horkém klimatu může dosáhnout až 300 pascalů).
Za druhé, vodní pára snadno kondenzuje na běžnou vodu, takže vlhkost může být charakterizována hmotností páry ve vzduchu a měřena v gramech na metr krychlový. Krychlový metr vzduchu obsahuje za normálních podmínek zpravidla jednotky až desítky gramů vodní páry.
Tyto dvě metody měření vlhkosti jsou ekvivalentní a vztah mezi nimi lze snadno získat z Mendělejevovy-Clapeyronovy rovnice:
- $p$ je parciální tlak vodní páry;
- $rho$ je hmotnost vodní páry v objemu vzduchu (hustota);
- $M$ je molární hmotnost vody;
- $R$ je univerzální plynová konstanta;
- $T$ je absolutní teplota.
Vlhkost měřená těmito metodami se nazývá absolutní, protože přímo ukazuje množství vody ve vzduchu. Ukazatel absolutní vlhkosti je užitečný například při odvlhčování vzduchu, kdy každý gram savé látky dokáže absorbovat určité množství vody, proto pro výpočet, na kolik krychlových metrů vzduchu bude absorbent stačit, je indikátor absolutní vlhkosti se používá.
Rýže. 2. Absolutní vlhkost.
Relativní vlhkost
Ukazatel absolutní vlhkosti vzduchu však není vždy vhodný. Důvod je patrný z výše uvedeného vzorce. Jeho pravá strana obsahuje takové množství, jako je teplota. Vzduch o vyšší teplotě je schopen pojmout více páry, což znamená, že stejný vzduch při zahřátí snižuje vlhkost.
A v mnoha případech je mnohem pohodlnější posuzovat vlhkost nikoli podle množství vody ve vzduchu, ale podle stupně nasycení vzduchu vodní párou. Tento indikátor se nazývá relativní vlhkost vzduchu. Pokud vzduch obsahuje maximální množství vodní páry, považuje se relativní vlhkost za 100 %. Pokud vzduch neobsahuje páru, je relativní vlhkost 0 %.
Relativní vlhkost je tedy:
- $varphi$ — relativní vlhkost;
- $p$ je parciální tlak vodní páry;
- $rho$ m hustota vodní páry;
- $p_0$ je tlak nasycené vodní páry;
- $rho_0$ je hustota nasycené vodní páry.
Poslední dvě hodnoty jsou uvedeny v referenčních tabulkách.
Pohoda člověka do značné míry závisí na tom, jak snadno se vlhkost odpařuje z pokožky. Čím nižší je relativní vlhkost, tím snáze se to děje (bez ohledu na absolutní vlhkost). Proto předpovědi počasí udávají spíše relativní než absolutní vlhkost.
Rýže. 3. Relativní vlhkost.
co jsme se naučili?
Vlhkost je měřítkem množství vodní páry ve vzduchu. Lze měřit absolutní a relativní vlhkost. Absolutní vlhkost ukazuje množství páry na jednotku objemu vzduchu. Relativní vlhkost ukazuje stupeň nasycení vzduchu párou.
