При какой температуре выпадает роса если давление водяного пара

При какой температуре выпадает роса если давление водяного пара

Влагонакопление, пленки, точка росы. Часть 1.

Немного теории. Откуда вообще берутся эти данные (плотность и давление насыщенного пара).

(В принципе, этот раздел можно не читать, считайте, что это мелкими буквами для любопытных).

Данные дают метеорологи. Это результаты замеров, а формулу получают экспоненциальной аппроксимацией (подбором формулы). Периодически, формулу пересматривают. С 2008-го года и по сей день, на планете Земля, она вот такая:

Полученную формулу парциального давления насыщенного пара, публикуют в специальном документе, едином для всей планеты: Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation

В СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий — предложена своя аппроксимация:

Мы видим, что в уравнении уже нет атмосферного давления (включено стандартное), формула упрощена.

Как видим, аппроксимация довольно качественная, погрешности:

— при -30С 4% (в СП завышают давление).

— при +30, погрешность -0,8% (в СП занижают).

Цель своей аппроксимации понятна, не хотят грузить проектировщиков более сложными вычислениями, хотя сегодня, при наличии массы программ…

При этом возникают проблемы, этой формулой нельзя пользоваться в высокогорье (не учтено влияние давления), а нарушать СП — нельзя. И как проектировщики выкручиваются — можно только гадать. Скорее всего никак. Тупо считают по СП.

Зачем эти извраты и вообще, почему в 21-ом веке СП насыщенные расчетами до сих пор выпускают на бумаге, а не в виде сайта с наборами онлайн-расчетов — мне лично не понятно.

Какой смысл, доблесть, крутизна. — в демонстрации проектировщиком владения калькулятором? Тем более, что огромное количество народа в этой области — давно уже не понимает, что и зачем. Складывают «зеленые мячики в красные корзинки». И не дай Бог перепутать, чего в числитель, чего в знаменатель. Чему немало способствуют разработчики совр. СП (ну, вот злой я на НИИ СФ, что делать. ).

Как все это работает, откуда пар в воздухе.

Работает просто. Если взять сосуд, заполнить его абсолютно сухим воздухом, потом налить воды на дно и закрыть герметично, произойдут два события:

— уровень воды в сосуде начнет падать, со временем — падение остановится

— давление в сосуде повысится. Для комнатных условий — немного около 2%.

Что произошло? Часть воды из жидкого состояния, перешла в газообразное. В водяной пар. Конкретно, при температуре 20С, в куб воздуха перейдет 18,6 грамм воды, а его давление повысится на 2344 Па (см. таблицу насыщенного пара).

Если мы поднимем температуру в сосуде, то оба явления повторятся. Уровень жидкости еще упадет, а давление в сосуде возрастет сверх вызванного подъемом температуры. Для 30 градусов, давление подрастет на 4254 Па, а в куб воздуха перейдет 33.75 грамм воды.

Почему так? В смысле почему именно 33,75 грамм? Ответ простой — так устроен наш мир. Никто не знает, почему постоянная Планка такая. И почему при +30, куб воздуха не может содержать больше 33.75 грамм воды.

Дума очевидно почему, когда вода перестала испарятся, воздух над этой водой, считают 100% влажности. Это означает, что не изменив температуры, никаким образом ни миллиграмма пара в этот воздух не добавить. Такой пар, называют насыщенным.

При этом, воздух еще прозрачен. Пар это газ. «Пар» изо рта, туман — это не газ, не пар, это аэрозоль, мельчайшие капельки жидкой воды.

А что произойдет, если остудить воздух с влажностью 100%. Скажем с +20С, до +19С? А очень просто, при +20С в кубе может содержаться не более 18.6 грамм пара, а при -19С, всего 17.47. Т.е. в воду вернется 18,6-17,47=1.13 грамм пара и мы увидим повышение уровня воды в сосуде на эту величину. Либо 1.13 грамма конденсата на стенках сосуда.

Каким образом, в комнате можно достичь 100% влажности? Тоже просто, закрыть комнату герметично, налить на пол лужу и подливать, пока не перестанет сохнуть. Как перестало — имеем 100% влажности. И если такую комнату остудить хотя бы на десятую градуса — выпадет конденсат. На поверхности того, чем остужали.

А если у меня на полу нет лужи и комната не герметична (форточка открыта) — откуда в ней вообще возьмется пар?

Источник пара — сами люди и их деятельность.

В медицине, это называют скрытыми, или невидимыми потерями (воды), т.е. не через ЖКТ, не через почки.

Альвеолярный путь. Около 400-500 грамм воды в сутки мы теряем с дыханием, на каждый куб выдыхаемого воздуха, теряется около 9 грамм воды.

Кстати, интересный момент: посмотрите в таблицу, 9 грамм пара в кубе становится насыщенным при температуре около 8 градусов, при этом, часть пара, переходит в жидкость, в капельки тумана. И люди говорят — «пар изо рта», т.е. на улице около +8С.

Трансэпидермальный (через кожу) путь. Не путать с потовыделением. У людей с ангидрозом (отсутствием потовых желез) — эти потери точно такие же. При обширных раневых, ожоговых повреждениях кожи, потери могут достигать 5 литров в сутки. В норме те же 400-500 грамм пара в сутки. При этом, у детей близко к взрослым (тонкая кожа).

Человек в сутки, продуцирует до килограмма пара. Так устроен.

К этому, полили цветочки (практически вся вода перейдет в пар), помыли посуду, чайник, кастрюльки, белье сушится…

В среднем, до 1,5 — 2 кг пара в сутки, человек и его деятельность.

Ладно, пар в воздухе есть. А с чего ему идти в стену, если есть форточка, откуда проблема влагонакопления ограждений?

А он и идет «в форточку» (вентиляцию). Но не успевает.

Давайте прикинем. Человек произвел в сутки 1800 грамм пара. Вентиляция 30 м3/ч на человека, в сутки 720 м3. Пусть на улице -5С с влажностью 70%, куб уличного воздуха (смотрим в таблицу) содержит 3,36*0,7=2,4 грамма. 720 кубов уличного воздуха, принесут с собой 1693 грамма пара.

Т.е. суммарный приток пара 1.800+1.693= 3.5 кг. Этот пар распределится на 750 м3, доведя содержание пара в кубе до 4,9 грамм, при +20С, это влажность 26%

И тут — важный вывод.

К пару уличного воздуха, в помещении, ВСЕГДА добавляется пар продуцируемый людьми. Количество пара внутри помещений — всегда больше.

Далее, почему пар «попрет» в стенку. или о парциальных давлениях. Но вначале, про:

Диффузия газов.

Вот, если честно, не хотел писать этот раздел. Но не хочется оставлять лазеек авторам доморощенной и самопальной физики (пар легче, он соберется под потолком, внизу влажности не будет, пароизоляция полов не нужна).

Этот раздел тоже будем считать написанным «мелкими буквами» (как и все главное в банковских договорах), т.е. «можно пропустить».

На самом деле, действие малых парциальных — загадка. Такая же, как почему постоянная Планка именно такая. Или почему на планете Земля, при +20 в куб воздуха нельзя впихнуть больше 18,6 грамм пара. Ответ один — вот так устроен наш мир, мы всего лишь наблюдаем, замеряем и пытаемся найти закономерности.

Загадка в распределении одного газа в среде другого. Средние скорости молекул при нормальных условиях — сотни метров в секунду, но их настолько много, что средний путь между соударениями — сотые микрона. В результате, скорость диффузии газов — сантиметры в минуту.

Это хорошо подтверждается прямым наблюдением, например по диффузии углекислоты в воздухе. Про наблюдаем — в прямом смысле. Глазами. В сосуд наливают (газообразную углекислоту, можно именно налить) углекислоту, далее смотрят, как она диффундирует (смешивается) с воздухом.

Для этого используют мыльные пузыри, наполненные воздухом и углекислотой. Одни опускаются до границы углекислоты, другие уходят ниже. Физики они такие, хлебом не корми дай поиграться, «лишь бы не работать» ????

При этом, простейший эксперимент со стыренными у жены (в строго научных целях) и разлитыми духами — четко показывает, что ни о каким сантиметрах в минуту речь не идет. Метры в секунду. Молекулы летят пулями, так, как будто они в комнате одни, как будто за каждой молекулой этих духОв сидит Шумахер и лихо огибает все молекулы воздуха.

Как они это делают, как можно лететь по встречке в час пик, как по пустому шоссе — никто не знает, но каждый газ ведет себя так, как будто кроме него в смеси никого нет.

Собственно и современная теория газовой диффузии — исходит из этого. Давно уже сформулирован закон Фика, замерены коэффициенты диффузии (для водяного пара в НУ 0,25 м2/с, тут, как именно это делают ), давно известны количественные характеристики потока распространения пара в воздухе. Скажем после выдоха человека — получим поток до 0,03 гр/м2*с, при том, что человек в секунду не может продуцировать более 0.01 грамма пара в секунду. Вот если бы в одну точку ухитрились бы дышать семеро людей, то сферу с площадью в квадратный метр — можно надышать до насыщения.

Ну, а то, что именно так устроен наш мир — в целом радует. Не приходится отползать во сне через каждые десяток вдохов из зоны, где полностью «выдышали» кислород, заменив его на углекислоту. Диффузия спасает.

Парциальное давление

Воздух — смесь газов. Их суммарное давление близко к 100 кПа (одна атмосфера). При этом, каждый из газов, вносит в это давление свою долю, свое парциальное давление, не исключение и водяной пар.

Вот так выглядит график столь печально знаменитой (невежественными толкованиями) точки росы. Выше графика — условия для перехода пара в воду. Ниже — останется газом.

«Точка росы», это точка этого графика. Одновременно, это может быть некой пространственной точкой, зоной. Скажем, если некое место в стене имеет температуру -10С и в этом месте присутствует пар с парциальным давлением 300 Па — в этом месте будет конденсат.

В принципе, можно сказать и «в этом месте будет точка росы», т.е. сочетание температуры и парциального давления пара, выше, чем на графике.

Статья выходит слишком большой, поэтому про процессы в ограждениях, про пироги стен, их расчеты и оптимальную влажность в помещении — будет во второй части.

Источник

Испарение и конденсация воды. Несколько практических советов

Вода — одно из самых распространенных и вместе с тем самое удивительное вещество на Земле. Вода находится повсюду: и вокруг нас, и внутри нас. Мировой океан, состоящий из воды, покрывает ¾ поверхности земного шара. Любой живой организм, будь то растение, животное или человек, содержит воду. Человек более чем на 70% состоит из воды. Именно вода — одна из главнейших причин возникновения жизни на Земле. Как и любое вещество, вода может находиться в различных состояниях или, как говорят физики, ‑ агрегатных состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. При этом постоянно происходят переходы из одного состояния в другое — так называемые фазовые переходы. Одним из таких переходов является испарение, обратный процесс называется конденсацией. Давайте попробуем разобраться, как можно использовать это физическое явление, и что нужно знать об этом.

В процессе испарения вода переходит из жидкого состояния в газообразное, при этом образуется водяной пар. Это происходит при любой температуре, когда вода находится в жидком состоянии (0 0 — 100 0 С). Однако скорость испарения не всегда одинаковая и зависит от ряда факторов: от температуры воды, от площади поверхности воды, от влажности воздуха и от наличия ветра. Чем выше температура воды, тем быстрее двигаются ее молекулы и тем интенсивнее происходит испарение. Чем больше площадь поверхности воды, а испарение происходит исключительно на поверхности, тем больше молекул воды смогут перейти из жидкого состояния в газообразное, что увеличит скорость испарения. Чем больше содержание водяных паров в воздухе, то есть чем выше влажность воздуха, тем менее интенсивно происходит испарение. Кроме того, чем больше скорость удаления молекул водяного пара от поверхности воды, то есть чем больше скорость ветра, тем больше скорость испарения воды. Также следует отметить, что в процессе испарения воду покидают самые быстрые молекулы, поэтому средняя скорость молекул, а, значит, и температура воды уменьшаются.

Учитывая описанные закономерности, важно обратить внимание на следующее. Очень горячий чай пить не безвредно. Однако чтобы его заварить, требуется вода с температурой, близкой к температуре кипения (100 0 С). При этом вода активно испаряется: над чашкой с чаем хорошо видны поднимающиеся струйки водяного пара. Чтобы быстро охладить чай и сделать чаепитие комфортным, нужно увеличить скорость испарения, и охлаждение чая произойдет существенно быстрее. Первый способ известен всем с детства: если подуть на чай и тем самым удалить молекулы водяного пара и нагретый воздух от поверхности, то скорость испарения и теплопередачи увеличится, и чай быстрее остынет. Второй способ часто использовали в старину: переливали чай из чашки в блюдце и тем самым увеличивали площадь поверхности в несколько раз, пропорционально увеличивая скорость испарения и теплопередачи, благодаря чему чай быстро остывал до комфортной температуры.

Охлаждение воды при испарении хорошо ощущается, когда летом выходишь из открытого водоема после купания. С влажной кожей находиться прохладнее. Поэтому чтобы не переохладиться и не заболеть, нужно обтереться полотенцем, тем самым остановить охлаждение, вызванное испарением воды. Однако это свойство воды — охлаждаться при испарении — иногда полезно использовать для того, чтобы немного понизить высокую температуру заболевшему человеку и тем самым облегчить его самочувствие при помощи компрессов или обтираний.

При конденсации вода из газообразного состояния переходит в жидкое с выделением тепловой энергии. Это важно помнить, находясь вблизи кипящего чайника. Струя водяного пара, выходящая из его носика, имеет высокую температуру (около 100 0 С). Кроме того, соприкасаясь с кожей человека, водяной пар конденсируется, тем самым увеличивая неблагоприятное термическое воздействие, что может привести к болезненным ожогам.

Также полезно знать, что в воздухе всегда содержится какое-то количество водяных паров. И чем выше температура воздуха, тем больше водяных паров может быть в атмосфере. Поэтому летом при заметном понижении температуры в ночное время часть водяных паров конденсируется и выпадает в виде росы. Если утром пройти босиком по траве, то она будет влажной и холодной на ощупь, так как уже активно испаряется благодаря утреннему солнцу. Похожая ситуация происходит, если зимой войти с улицы в теплое помещение в очках, ‑ очки будут запотевать, так как водяные пары, находящиеся в воздухе, будут конденсироваться на холодной поверхности стекол. Чтобы это предотвратить, можно воспользоваться обычным мылом и нанести на стеклах сетку с шагом около 1 см, а затем растереть мыло мягкой тканью, не спеша и не сильно нажимая. Стекла очков покроются тонкой невидимой пленкой и не будут запотевать.

Водяной пар, находящийся в воздухе, можно с большой точностью считать идеальным газом и рассчитывать параметры его состояния при помощи уравнения Менделеева-Клапейрона. Предположим, что температура воздуха днем при нормальном атмосферном давлении составляет 30 0 С, а влажность воздуха 50%. Найдем, до какой температуры должен охладиться воздух ночью, чтобы выпала роса. При этом будем считать, что содержание (плотность) водяных паров в воздухе не изменялось.

Плотность насыщенного водяного пара при 30 0 С равна 30,4 г/м 3 (табличное значение). Так как влажность воздуха 50%, то плотность водяных паров составляет 0,5·30,4 г/м 3 = 15,2 г/м 3 . Роса выпадет, если при некоторой температуре эта плотность будет равна плотности насыщенного водяного пара. Согласно табличным данным это наступит при температуре примерно 18 0 С. То есть, если ночью температура воздуха опустится ниже 18 0 С, то выпадет роса.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

В закрытой банке объемом 2 л находится воздух, влажность которого составляет 80%, а температура 25 0 С. Банку поставили в холодильник, внутри которого температура 6 0 С. Какая масса воды выпадет в виде росы после наступления теплового равновесия.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Источник

Источник