이 단원에서는 절대 습도와 상대 습도의 개념을 소개하고 포화 증기, 이슬점, 습도 측정 장치와 같은 개념과 관련된 용어와 양에 대해 설명합니다. 수업 중에 포화 증기의 밀도 및 압력 표와 습도 표에 대해 알게됩니다.
사람의 경우 습도의 값은 환경의 매우 중요한 매개 변수입니다. 우리 몸은 변화에 매우 적극적으로 반응하기 때문입니다. 예를 들어, 발한과 같은 신체 기능을 조절하는 이러한 메커니즘은 환경의 온도 및 습도와 직접적인 관련이 있습니다. 높은 습도에서 피부 표면의 수분 증발 과정은 결로 과정에 의해 실질적으로 보상되고 신체에서 열 제거가 방해되어 온도 조절을 위반합니다. 낮은 습도에서는 수분 증발 과정이 응축 과정보다 우세하며 신체가 너무 많은 수분을 잃어 탈수로 이어질 수 있습니다.
습도의 값은 인간과 다른 생물뿐만 아니라 흐름에도 중요합니다. 기술 프로세스. 예를 들어, 물이 전기를 전도하는 특성이 알려져 있기 때문에 공기 중 물의 함량은 대부분의 전기 제품의 올바른 작동에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
또한 습도의 개념은 평가의 가장 중요한 기준입니다. 기상 조건모두가 일기 예보에서 알고 있습니다. 습도를 비교해보면 다양한 시간우리의 평소의 년 기후 조건, 그러면 여름에 더 높고 겨울에 더 낮습니다. 이는 특히 다른 온도에서 증발 과정의 강도와 관련이 있습니다.
습한 공기의 주요 특성은 다음과 같습니다.
공기는 복합 기체로 수증기를 비롯한 다양한 기체를 포함하고 있습니다. 공기 중 양을 추정하려면 특정 할당 부피에서 수증기의 질량을 결정해야 합니다. 이 값은 밀도를 나타냅니다. 공기 중의 수증기의 밀도라고 한다 절대 습도.
정의.절대 공기 습도- 1입방미터의 공기에 포함된 수분의 양.
지정절대 습도: (밀도에 대한 일반적인 표기법과 마찬가지로).
단위절대 습도: (SI 단위) 또는 (공기 중 소량의 수증기를 측정하기 위한 편의상).
공식계산 절대 습도:
명칭:
공기 중 증기(물)의 질량, kg(SI) 또는 g;
표시된 질량의 증기가 포함된 공기의 부피, .
한편으로 공기의 절대 습도는 질량으로 공기 중의 특정 수분 함량에 대한 아이디어를 제공하기 때문에 이해할 수 있고 편리한 값이지만, 다른 한편으로 이 값은 관점에서 불편합니다 살아있는 유기체에 의한 습기의 민감성. 예를 들어, 사람은 공기 중 물의 질량 함량이 아니라 가능한 최대 값에 대한 함량을 느끼는 것으로 나타났습니다.
이러한 인식을 설명하기 위해 다음과 같은 수량 상대 습도.
정의.상대 습도- 증기가 포화 상태에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 나타내는 값.
즉, 상대 습도의 값, 간단한 말로, 는 다음을 나타냅니다. 증기가 포화 상태에서 멀면 습도가 낮고 가까우면 높은 것입니다.
지정상대 습도: .
단위상대 습도: %.
공식계산 상대 습도:
표기법:
수증기 밀도(절대 습도), (SI) 또는 ;
주어진 온도에서 포화 수증기의 밀도(SI) 또는 .
공식에서 알 수 있듯이 우리가 이미 알고 있는 절대 습도와 같은 온도에서 포화 증기의 밀도를 포함합니다. 마지막 값을 결정하는 방법에 대한 질문이 발생합니다. 이를 위해 특수 장치가 있습니다. 우리는 고려할 것입니다 응축습도계(그림 4) - 이슬점을 결정하는 장치.
정의.이슬점증기가 포화되는 온도입니다.
쌀. 4. 결로습도계()
예를 들어 에테르와 같이 쉽게 증발하는 액체를 장치의 용기 내부에 붓고 온도계(6)를 삽입하고 배(5)를 사용하여 용기를 통해 공기를 펌핑합니다. 증가된 공기 순환의 결과로 에테르의 집중적인 증발이 시작되고 이로 인해 용기의 온도가 낮아지고 거울(4)에 이슬이 나타납니다(응축 증기 방울). 거울에 이슬이 맺히는 순간 온도계를 이용하여 온도를 측정하고 이 온도가 이슬점이다.
얻은 온도 값(노점)으로 무엇을 해야 합니까? 포화 수증기의 밀도가 각 특정 이슬점에 해당하는 데이터가 입력되는 특수 테이블이 있습니다. 그것은 주목해야한다 유용한 사실이슬점 값이 증가함에 따라 해당 포화 증기 밀도 값도 증가합니다. 다시 말해, 공기가 따뜻할수록 더 많은 수분을 포함할 수 있고, 그 반대의 경우 공기가 차가울수록 최대 증기 함량이 낮아집니다.
이제 다른 유형의 습도계, 습도 특성 측정 장치의 작동 원리를 고려해 보겠습니다(그리스의 hygros - "wet" 및 metreo - "I measure").
모발 습도계(그림 5) - 머리카락과 같은 머리카락이 활성 요소로 작용하는 상대 습도 측정 장치.
모발 습도계의 작용은 공기 습도의 변화에 따라 길이가 변하는 무지방 모발의 특성을 기반으로 하며(습도가 증가하면 모발의 길이가 증가하고 감소하면 모발의 길이가 감소함) 상대 습도를 측정할 수 있습니다. . 머리카락은 금속 프레임 위로 늘어납니다. 머리카락 길이의 변화는 눈금을 따라 움직이는 화살표에 전달됩니다. 모발 습도계는 정확한 값상대 습도이며 주로 가정용으로 사용됩니다.
사용하기 더 편리하고 정확한 것은 습도계와 같은 상대 습도 측정 장치입니다(다른 그리스어 ψυχρός - "추위")(그림 6).
건습계는 두 개의 온도계로 구성되어 있으며 공통 눈금에 고정되어 있습니다. 온도계 중 하나는 습식이라고합니다. cambric에 싸여있어 물 탱크에 잠겨 있기 때문입니다. 후면장치. 물은 젖은 조직에서 증발하여 온도계가 냉각되고, 온도를 낮추는 과정은 젖은 조직 근처의 증기가 포화 상태에 도달하고 온도계가 이슬점 온도를 표시하기 시작할 때까지 단계에 도달할 때까지 계속됩니다. 따라서 습구 온도계는 실제 주변 온도보다 낮거나 같은 온도를 나타냅니다. 두 번째 온도계는 건조라고하며 실제 온도를 보여줍니다.
장치의 경우 일반적으로 소위 건습 테이블도 표시됩니다(표 2). 이 표를 사용하여 건구에 의해 표시되는 온도 값과 건구와 습구 사이의 온도 차이로부터 주변 공기의 상대 습도를 결정할 수 있습니다.
그러나 이러한 표가 없어도 다음 원리를 사용하여 대략적으로 습도의 양을 결정할 수 있습니다. 두 온도계의 판독 값이 서로 가까우면 습한 온도계의 물 증발이 응결로 거의 완전히 보상됩니다. 즉, 공기 습도가 높습니다. 반대로 온도계 판독값의 차이가 크면 축축한 조직의 증발이 응결보다 우세하고 공기가 건조하고 습도가 낮습니다.
공기 습도의 특성을 결정할 수있는 표를 살펴 보겠습니다.
|
온도, |
압력, mm RT 미술. |
증기 밀도, |
탭. 1. 포화수증기의 밀도와 압력
다시 한번, 앞에서 언급했듯이 포화 증기의 밀도 값은 온도에 따라 증가하며 포화 증기의 압력에도 동일하게 적용됩니다.
탭. 2. 심리 측정 테이블
상대 습도는 건구 판독값(첫 번째 열)과 건구 판독값과 습윤 판독값의 차이(첫 번째 행)에 의해 결정된다는 점을 기억하십시오.
오늘 수업에서 우리는 공기의 중요한 특성인 습도에 대해 알게 되었습니다. 우리가 이미 말했듯이 추운 계절(겨울)에는 습도가 감소하고 따뜻한 계절(여름)에는 습도가 높아집니다. 예를 들어 필요한 경우 실내 습도를 높이는 등 이러한 현상을 조절할 수 있는 것이 중요합니다. 겨울 시간증발 과정을 향상시키기 위해 여러 탱크의 물을 사용하지만 이 방법은 외부보다 높은 적절한 온도에서만 효과적입니다.
다음 수업에서는 가스의 역할과 내연 기관의 작동 원리를 살펴보겠습니다.
서지
숙제
공기 습도- 다수의 값으로 특징지어지는 공기 중의 내용. 가열될 때 표면에서 증발된 물은 대류권의 하층으로 들어가 농축됩니다. 주어진 수증기 함량에 대해 공기가 수분으로 포화 상태에 도달하고 변하지 않는 온도를 이슬점이라고 합니다.
습도는 다음 지표가 특징입니다.
절대 습도(위도 절대 - 완료). 공기 1m에 들어 있는 수증기의 질량으로 표시됩니다. 공기 1m3당 수증기 그램으로 계산됩니다. 높을수록 절대 습도가 높아집니다. 더 많은 물가열하면 액체에서 증기 상태로 바뀝니다. 낮에는 절대 습도가 밤보다 높습니다. 절대 습도의 지표는 다음에 따라 달라집니다. 예를 들어 극지방에서는 수증기 1m2당 최대 1g, 적도에서는 Batumi(, 해안)에서 1m2당 최대 30g입니다. 절대 습도는 6g입니다. 1m 당 및 Verkhoyansk ( , ) - 1m 당 0.1g 지역의 초목 덮개는 공기의 절대 습도에 크게 의존합니다.
상대 습도. 이것은 같은 온도에서 공기가 유지할 수 있는 양에 대한 공기 중의 수분 양의 비율입니다. 상대 습도는 백분율로 계산됩니다. 예를 들어 상대 습도는 70%입니다. 이것은 공기가 주어진 온도에서 유지할 수 있는 증기 양의 70%를 포함한다는 것을 의미합니다. 만약 일일 코스절대 습도는 온도 과정에 정비례하고 상대 습도는 이 과정에 반비례합니다. 사람은 40-75%일 때 기분이 좋습니다. 규범에서 벗어나면 신체의 고통스러운 상태가 발생합니다.
자연의 공기는 수증기로 포화되는 경우가 거의 없지만 항상 일정량을 포함합니다. 지구상의 어느 곳에서도 상대 습도가 0%로 기록되지 않았습니다. 에 기상 관측소습도는 습도계 장치를 사용하여 측정되며, 또한 기록계 - 습도계가 사용됩니다.
공기는 포화 및 불포화 상태입니다. 물이 바다나 육지의 표면에서 증발할 때 공기는 수증기를 무한정 보유할 수 없습니다. 이 제한은 에 따라 다릅니다. 더 이상 수분을 유지할 수 없는 공기를 포화 상태라고 합니다. 이 공기에서 약간의 냉각에도 이슬 형태의 물방울이 눈에 띄기 시작합니다. 이는 물이 냉각되면 상태(증기)에서 액체로 변하기 때문입니다. 건조하고 따뜻한 표면 위의 공기는 일반적으로 주어진 온도에서보다 적은 수증기를 포함합니다. 이러한 공기를 불포화라고 합니다. 냉각될 때 물이 항상 방출되는 것은 아닙니다. 공기가 따뜻할수록 습기를 흡수하는 능력이 커집니다. 예를 들어 -20°C의 온도에서 공기에는 1g/m2 이하의 물이 포함되어 있습니다. + 10°C - 약 9g/m3 및 +20°C - 약 17g/m의 온도에서
증발하는 동안 분자가 액체에서 증기로 전환되는 것과 동시에 역 과정도 발생합니다. 액체 표면 위를 무작위로 움직이면서 액체를 떠난 분자 중 일부는 다시 액체로 돌아갑니다.
밀폐된 용기에서 증발이 발생하면 처음에 액체에서 빠져나가는 분자의 수는 더 많은 수분자는 액체로 돌아갑니다. 따라서 용기의 증기 밀도는 점차 증가합니다. 증기 밀도가 증가함에 따라 액체로 되돌아가는 분자의 수도 증가합니다. 머지 않아 액체에서 빠져나가는 분자의 수는 숫자와 동일액체로 되돌아가는 증기 분자. 이 시점부터 액체 위의 증기 분자의 수는 일정합니다. 실온의 물의 경우 이 수는 $1cm^2$ 표면적당 $1c$당 $10^(22)$ 분자와 거의 같습니다. 증기와 액체 사이에 소위 동적 평형이 발생합니다.
액체와 동적 평형 상태에 있는 증기를 포화 증기라고 합니다.
이것은 주어진 온도에서 주어진 부피가 더 많은 증기를 포함할 수 없다는 것을 의미합니다.
동적 평형에서 액체는 계속 증발하지만 닫힌 용기에 있는 액체의 질량은 변하지 않습니다. 유사하게, 이 액체 위의 포화된 증기의 질량은 증기가 계속 응축되더라도 변하지 않습니다.
포화 증기 압력.온도가 일정하게 유지되는 포화 증기가 압축되면 먼저 평형이 교란되기 시작합니다. 증기의 밀도가 증가하고 결과적으로 더 많은 분자가 액체에서 기체로보다 기체에서 액체로 이동합니다. 이것은 새로운 부피의 증기 농도가 주어진 온도에서 포화 증기의 농도에 해당하는 동일해질 때까지 계속됩니다(평형이 회복됨). 이것은 단위 시간당 액체를 떠나는 분자의 수가 온도에만 의존한다는 사실에 의해 설명됩니다.
따라서 일정한 온도에서 포화 증기 분자의 농도는 부피에 의존하지 않습니다.
기체의 압력은 분자의 농도에 비례하므로 포화 증기의 압력은 기체가 차지하는 부피에 의존하지 않습니다. 액체가 증기와 평형을 이루는 압력을 $p_0$라고 합니다. 포화 증기압.
포화 증기가 압축되면 대부분이 액체가 됩니다. 액체는 같은 질량의 증기보다 작은 부피를 차지합니다. 결과적으로 일정한 밀도에서 증기의 부피는 감소합니다.
포화 증기 압력의 온도 의존성.이상 기체의 경우 온도에 대한 압력의 선형 의존성은 일정한 부피에서 유효합니다. $р_0$ 압력의 포화 증기에 적용할 때 이 의존성은 등식으로 표현됩니다.
포화 증기압은 부피에 의존하지 않으므로 온도에만 의존합니다.
실험적으로 결정된 의존성 $Р_0(Т)$는 이상 기체에 대한 의존성 $p_0=nkT$와 다릅니다. 온도가 증가함에 따라 포화 증기의 압력은 이상 기체의 압력보다 빠르게 증가합니다($AB$ 곡선의 단면). 이것은 점 $A$(점선)을 통해 등각선을 그리면 특히 분명해집니다. 이것은 액체가 가열되면 그 일부가 증기로 변하고 증기 밀도가 증가하기 때문에 발생합니다.
따라서 공식 $p_0=nkT$에 따르면, 포화 증기압은 액체 온도의 증가뿐만 아니라 증기의 분자 농도(밀도) 증가로 인해 증가합니다.이상 기체와 포화 증기의 거동의 주요 차이점은 일정한 부피(밀폐된 용기)에서 온도 변화 또는 일정한 온도에서 부피 변화에 따른 증기 질량의 변화입니다. 이상 기체에서는 이와 같은 일이 발생할 수 없습니다(이상 기체의 MKT는 기체에서 액체로의 상전이를 제공하지 않음).
모든 액체가 증발한 후 증기의 거동은 이상 기체의 거동($BC$ 곡선의 섹션)에 해당합니다.
액체의 증기를 포함하는 공간에서 이 액체의 추가 증발이 발생할 수 있는 경우 이 공간의 증기는 불포화.
액체와 평형 상태가 아닌 증기를 불포화라고 합니다.
불포화 증기는 간단한 압축에 의해 액체로 변환될 수 있습니다. 이 변형이 시작되면 액체와 평형을 이루는 증기가 포화됩니다.
습도는 공기 중 수증기의 양입니다.
우리를 둘러싼 대기바다, 바다, 저수지의 표면에서 물이 지속적으로 증발하기 때문에 젖은 흙그리고 식물은 항상 수증기를 포함합니다. 주어진 부피의 공기에 더 많은 수증기가 있을수록 증기는 포화에 더 가깝습니다. 반면에 공기 온도가 높을수록 공기를 포화시키는 데 더 많은 수증기가 필요합니다.
주어진 온도에서 대기에 존재하는 수증기의 양에 따라 공기의 습도는 다양합니다.
공기의 습도를 정량화하기 위해 특히 개념을 사용합니다. 순수한그리고 상대 습도.
절대 습도는 주어진 조건에서 $1m^3$의 공기에 포함된 수증기의 그램 수입니다. 즉, g/$m^3$로 표시되는 수증기 밀도 $p$입니다.
상대 공기 습도 $φ$는 동일한 온도에서 포화 증기의 밀도 $p_0$에 대한 절대 공기 습도 $p$의 비율입니다.
상대 습도는 백분율로 표시됩니다.
$φ=((p)/(p_0)) 100%$
증기 농도는 압력($p_0=nkT$)과 관련이 있으므로 상대 습도를 백분율로 정의할 수 있습니다. 부분 압력같은 온도에서 포화 증기의 압력 $p_0$에 대한 공기 중의 증기 $p$:
$φ=((p)/(p_0)) 100%$
아래에 부분 압력대기 중에 다른 모든 기체가 존재하지 않을 경우 생성되는 수증기의 압력을 이해합니다.
만약 습한 공기차가워지면 특정 온도에서 증기가 포화 상태가 될 수 있습니다. 더 냉각하면 수증기가 이슬 형태로 응축되기 시작합니다.
이슬점은 일정한 압력과 주어진 공기 습도에서 수증기가 포화 상태에 도달하기 위해 공기가 냉각되어야 하는 온도입니다. 공기 중 또는 접촉하는 물체에 이슬점이 도달하면 수증기가 응축되기 시작합니다. 이슬점은 기온과 습도 값에서 계산하거나 직접 결정할 수 있습니다 결로 습도계.~에 상대 습도$φ = 100%$ 이슬점은 기온과 같습니다. $φ
열의 양은 열 전달 동안 신체의 내부 에너지 변화의 정량적 측정이라고 합니다.
열량은 (일을 하지 않고) 열 교환 동안 신체가 방출하는 에너지입니다. 열량은 에너지와 마찬가지로 줄(J)로 측정됩니다.
열용량은 $1$ 정도 가열될 때 신체가 흡수하는 열의 양입니다.
신체의 열용량은 대문자 라틴 문자 C로 표시됩니다.
신체의 열용량을 결정하는 것은 무엇입니까? 우선, 질량에서. 예를 들어 1$ 킬로그램의 물을 가열하려면 $200$ 그램보다 더 많은 열이 필요합니다.
물질의 종류는 어떻습니까? 실험을 해보자. 두 개의 동일한 용기를 가져 와서 $ 400$ g의 물을 그 중 하나에, 다른 하나에는 식물성 기름무게가 $400$ g인 경우 동일한 버너를 사용하여 가열을 시작합니다. 온도계의 판독값을 관찰하면 오일이 더 빨리 가열된다는 것을 알 수 있습니다. 물과 기름을 같은 온도로 가열하려면 물을 더 오래 가열해야 합니다. 그러나 물을 더 오래 가열할수록 버너에서 더 많은 열을 받습니다.
따라서 동일한 질량을 가열하려면 다른 물질같은 온도가 필요하다 다른 금액따뜻함. 물체를 가열하는 데 필요한 열량과 결과적으로 열용량은 이 물체를 구성하는 물질의 종류에 따라 다릅니다.
예를 들어, $1$ kg의 질량을 갖는 물의 온도를 $1°$C만큼 증가시키려면 $4200$J에 해당하는 열량이 필요하며, 동일한 질량을 $1°$C 가열하려면 해바라기 유$1700$ J에 해당하는 열량이 필요합니다.
$1$ kg의 물질을 $1°$C 가열하는 데 필요한 열량을 나타내는 물리량 비열이 물질.
각 물질에는 라틴 문자 $c$로 표시되는 고유한 비열 용량이 있으며 킬로그램당 줄(J/(kg$·°$C))로 측정됩니다.
서로 다른 응집 상태(고체, 액체 및 기체)에서 동일한 물질의 비열 용량은 다릅니다. 예를 들어, 물의 비열용량은 $4200$J/(kg$·°$C)이고 얼음의 비열용량은 $2100$J/(kg$·°$C)입니다. 고체 상태의 알루미늄의 비열은 $920$ J/(kg$·°$C)이고 액체 상태의 알루미늄은 $1080$ J/(kg$·°$C)입니다.
물은 비열 용량이 매우 높습니다. 따라서 여름에 가열되는 바다와 바다의 물은 공기로부터 많은 양의 열을 흡수합니다. 이 때문에 큰 수역 근처에 위치한 곳에서는 여름이 물에서 멀리 떨어진 곳만큼 덥지 않습니다.
앞에서 말했듯이 신체를 가열하는 데 필요한 열의 양은 신체를 구성하는 물질의 유형(즉, 비열 용량)과 신체의 질량에 따라 다릅니다. 또한 열의 양이 신체의 온도를 몇 도까지 올릴 것인지에 달려 있다는 것도 분명합니다.
따라서 신체를 가열하는 데 필요한 열량 또는 냉각 중에 방출되는 열의 양을 결정하려면 신체의 비열에 질량과 최종 온도와 초기 온도의 차이를 곱해야 합니다.
여기서 $Q$는 열량, $c$는 비열, $m$은 본체의 질량, $t_1$은 초기 온도, $t_2$는 최종 온도입니다.
몸이 가열되면 $t_2 > t_1$, 결과적으로 $Q > 0$입니다. 몸을 식힐 때 $t_2
전신 $C의 열용량을 알면 Q$는 다음 공식에 의해 결정됩니다.
기화열(기화열)은 액체 물질이 증기로 완전히 전환되기 위해 물질(일정한 압력 및 일정한 온도에서)에 전달되어야 하는 열의 양입니다.
기화열은 증기가 액체로 응축될 때 방출되는 열의 양과 같습니다.
일정한 온도에서 액체를 증기로 변환하면 분자의 운동 에너지가 증가하지 않지만 분자 사이의 거리가 크게 증가하기 때문에 위치 에너지가 증가합니다.
기화 및 응축 비열.$1$kg의 물(끓는점)을 증기로 완전히 전환하려면 $2.3$MJ의 에너지가 소비되어야 한다는 것이 실험적으로 입증되었습니다. 다른 액체를 증기로 전환하려면 다른 양의 열이 필요합니다. 예를 들어 알코올의 경우 $0.9$ MJ입니다.
$1$ kg의 액체를 온도를 바꾸지 않고 증기로 만드는 데 필요한 열량을 나타내는 물리량을 기화비열이라고 합니다.
기화 비열은 문자 $r$로 표시되며 킬로그램당 줄(J/kg)로 측정됩니다.
기화(또는 응축 중에 방출)에 필요한 열의 양.끓는점에서 취한 어떤 질량의 액체를 기화하는 데 필요한 열량 $Q$를 계산하려면 기화 비열 $r$에 질량 $m$를 곱해야 합니다.
증기가 응축되면 동일한 양의 열이 방출됩니다.
융해열은 고체 결정 상태에서 액체 상태로 완전히 전이되기 위해 일정한 압력과 녹는점과 동일한 온도에서 물질에 가해져야 하는 열의 양입니다.
융해열은 액체 상태에서 물질이 결정화되는 동안 방출되는 열의 양과 같습니다.
녹는 동안 물질에 공급되는 모든 열은 분자의 위치 에너지를 증가시키는 데 사용됩니다. 일정한 온도에서 용융이 일어나기 때문에 운동에너지는 변하지 않는다.
같은 질량의 다양한 물질을 실험적으로 녹이는 것을 연구하면, 그것들을 액체로 바꾸는 데 다른 양의 열이 필요하다는 것을 알 수 있습니다. 예를 들어, 1kg의 얼음을 녹이는 데 $332$J의 에너지가 필요하고 $1kg의 납을 녹이는 데 $25$kJ의 에너지가 필요합니다.
질량이 $1$ kg인 결정체를 녹는 온도에서 완전히 액체 상태로 만들기 위해 얼마나 많은 열을 가해야 하는지를 나타내는 물리량을 비융해열이라고 합니다.
비융합열은 킬로그램당 줄(J/kg)로 측정되며 그리스 문자 $λ$(람다)로 표시됩니다.
결정화 비열은 융해 비열과 같으며, 결정화 과정에서 방출되는 열과 용융 과정에서 흡수되는 열량이 동일하기 때문입니다. 예를 들어, 질량이 $1$kg인 물이 얼 때 동일한 질량의 얼음을 물로 바꾸는 데 필요한 동일한 $332$J의 에너지가 방출됩니다.
녹는 데 필요한 열량을 구하려면 결정체임의의 질량, 또는 융합의 열, 이 몸체의 비융합열에 질량을 곱할 필요가 있습니다.
신체에서 방출되는 열의 양은 음수로 간주됩니다. 따라서 질량이 $m$인 물질의 결정화 중에 방출되는 열의 양을 계산할 때 동일한 공식을 사용해야 하지만 빼기 기호를 사용해야 합니다.
발열량(또는 발열량, 발열량)은 연료가 완전 연소되는 동안 방출되는 열의 양입니다.
신체를 가열하기 위해 연료 연소 중에 방출되는 에너지가 자주 사용됩니다. 기존 연료(석탄, 석유, 가솔린)에는 탄소가 포함되어 있습니다. 연소하는 동안 탄소 원자는 공기 중의 산소 원자와 결합하여 분자를 형성합니다. 이산화탄소. 이 분자의 운동 에너지는 초기 입자의 운동 에너지보다 큰 것으로 판명되었습니다. 연소 중 분자의 운동 에너지 증가를 에너지 방출이라고 합니다. 연료의 완전 연소 중에 방출되는 에너지는 이 연료의 연소열입니다.
연료의 연소열은 연료의 종류와 질량에 따라 다릅니다. 연료의 질량이 클수록 더 많은 양완전 연소 중에 방출되는 열.
질량이 $1$ kg인 연료가 완전 연소될 때 얼마나 많은 열이 방출되는지를 나타내는 물리량을 연료의 비연소열이라고 합니다.
비연소열은 문자 $q$로 표시되며 킬로그램당 줄(J/kg)로 측정됩니다.
$m$ kg의 연료가 연소되는 동안 방출되는 열량 $Q$은 다음 공식에 의해 결정됩니다.
임의 질량의 연료가 완전 연소되는 동안 방출되는 열의 양을 찾으려면 이 연료의 비연소열에 질량을 곱해야 합니다.
닫힌(외부 물체와 격리된) 열역학 시스템에서 $∆U_i$ 시스템에서 물체의 내부 에너지 변화는 전체 시스템의 내부 에너지 변화로 이어질 수 없습니다. 따라서,
$∆U_1+∆U_2+∆U_3+...+∆U_n=∑↙(i)↖(n)∆U_i=0$
어떤 물체도 시스템 내부에서 일을 하지 않으면 열역학 제1법칙에 따라 이 시스템의 다른 물체와의 열 교환으로 인해 모든 물체의 내부 에너지 변화가 발생합니다. $∆U_i= Q_i$. ($∆U_1+∆U_2+∆U_3+...+∆U_n=∑↙(i)↖(n)∆U_i=0$)를 고려하면 다음을 얻습니다.
$Q_1+Q_2+Q_3+...+Q_n=∑↙(i)↖(n)Q_i=0$
이 방정식을 열 균형 방정식이라고 합니다. 여기서 $Q_i$는 $i$번째 본체에서 받거나 방출하는 열의 양입니다. 열량 $Q_i$는 본체의 용융, 연료의 연소, 증기의 증발 또는 응축 중에 방출되거나 흡수된 열을 의미할 수 있으며 이러한 프로세스가 시스템의 다른 본체에서 발생하는 경우 다음과 같이 결정됩니다. 해당 비율.
열 균형 방정식은 열 전달 중 에너지 보존 법칙의 수학적 표현입니다.
이 수업의 주제는 "습도. 습도 측정'에서는 대기 중에 항상 존재하는 포화 및 불포화 수증기의 특성에 대해 논의합니다.
이전 수업에서 "포화 증기"의 개념에 대해 알게 되었습니다. 모든 주제와 주제를 연구할 때 "이 개념을 어디에서 사용하고 어떻게 적용할 것인가?"라는 질문이 제기될 수 있습니다. 포화 증기 특성의 가장 중요한 적용은 이 단원에서 논의될 것입니다.
매일 일기예보를 보거나 들을 때 '공기 습도'라는 개념을 들어봤기 때문에 주제의 이름을 잘 알고 있을 것입니다. 그러나 "공기 습도가 무엇을 의미합니까?"라는 질문을 받으면 정확한 물리적 정의를 즉시 제공하지 않을 것입니다.
물리학에서 공기 습도가 무엇을 의미하는지 공식화해 봅시다. 우선, 이 공기 중의 물은 무엇입니까? 결국, 예를 들어 안개, 비, 구름 및 기타 기상하나 또는 다른 물에 참여하여 통과 집계 상태. 습도를 설명할 때 이러한 모든 현상을 고려하면 측정을 어떻게 수행합니까? 이러한 단순한 고려에서 이미 직관적인 정의가 필수 불가결하다는 것이 분명해집니다. 사실로, 우리 대화하는 중이 야우선, 우리 대기에 포함된 수증기에 대해.
대기는 기체의 혼합물이며 그 중 하나는 수증기입니다(그림 1). 그것은 대기압에 기여합니다. 이 기여를 부분 압력수증기의 (탄력성과 마찬가지로).
쌀. 1. 대기의 성분
달튼의 법칙
분자 운동 이론 연구의 틀에서 당신과 내가 얻은 주요 규칙은 소위 순수 기체, 즉 같은 종류의 원자 또는 분자로 구성된 기체와 관련이 있습니다. 그러나 매우 자주 가스 혼합물을 처리해야 합니다. 그러한 혼합물의 가장 간단하고 일반적인 예는 우리를 둘러싸고 있는 대기입니다. 우리가 알다시피, 그것은 78%의 질소, 21% 이상의 산소이며 나머지 비율은 수증기 및 기타 가스가 차지합니다.
쌀. 2. 대기의 조성
물론 공기 또는 다른 가스 혼합물의 일부인 각 가스는 이 가스 혼합물의 전체 압력에 기여합니다. 그러한 구성 요소 각각의 기여도를 부분 가스 압력,티. 즉, 혼합물의 다른 성분이 없을 때 주어진 가스가 가하는 압력입니다.
영국 화학자 John Dalton은 희박 가스 혼합물의 경우 전체 압력은 혼합물의 모든 구성 요소의 부분 압력의 단순 합이라는 것을 실험적으로 설정했습니다.
이 관계를 Dalton의 법칙이라고 합니다.
분자운동론의 틀 내에서 돌턴의 법칙을 증명하는 것은 특별히 복잡하지는 않지만 다소 번거로우므로 여기서는 제시하지 않겠습니다. 질적으로, 분자 사이의 상호 작용을 무시한다는 사실을 고려하면 이 법칙을 설명하는 것은 매우 간단합니다. 즉, 분자는 서로 충돌하고 용기의 벽과만 충돌할 수 있는 탄성 공입니다. 실제로 이상 기체 모델은 충분히 희박한 시스템에서만 잘 작동합니다. 밀도가 높은 가스의 경우 Dalton의 법칙 충족과의 편차가 관찰됩니다.
부분 압력피수증기는 파스칼 또는 수은 밀리미터로 측정되는 공기 습도의 지표 중 하나입니다.
수증기압공기 중 분자의 농도와 후자의 절대 온도에 따라 달라집니다. 밀도는 종종 습도의 특성으로 간주됩니다. ρ 공기 중의 수증기라고 한다 절대 습도 .
절대 습도공기 중에 몇 그램의 수증기가 포함되어 있는지 보여줍니다. 따라서 절대습도의 단위는 .
언급된 두 가지 습도 지표는 Mendeleev-Clapeyron 방정식과 관련이 있습니다.
- 몰 질량수증기;
절대 온도입니다.
즉, 밀도와 같은 지표 중 하나를 알면 다른 지표, 즉 압력을 쉽게 결정할 수 있습니다.
우리 모두는 수증기가 불포화 상태일 수도 있고 포화 상태일 수도 있다는 것을 알고 있습니다. 같은 조성의 액체와 열역학적 평형 상태에 있는 증기를 포화 상태라고 합니다. 불포화 증기는 액체와 동적 평형에 도달하지 못한 증기입니다. 이 경우 응축과 증발 과정 사이에는 평형이 없습니다.
일반적으로 대기 중 수증기는 존재에도 불구하고 큰 수수역: 대양, 바다, 강, 호수 등 - 우리의 대기가 포화되지 않기 때문에 불포화 닫힌 용기. 그러나 움직이는 기단: 바람, 허리케인 등 - 매 순간마다 지구의 다른 지점에서 물의 응축 속도와 증발 속도 사이에 다른 비율이 있으며 그 결과 일부 장소에서는 증기가 발생합니다. 포화 상태에 이를 수 있습니다. 이것은 무엇으로 이어지는가? 또한 이러한 영역에서는 포화 증기가 항상 액체와 접촉한다는 것을 기억하기 때문에 증기가 응축되기 시작합니다. 결과적으로 안개나 구름이 형성되고 이슬이 떨어질 수 있습니다. 증기가 포화되는 온도를 이슬점 . 이슬점에서 수증기(포화)의 압력을 나타냅니다.
이슬이 이른 아침에 내리는 경향이 있는 이유를 생각해 보십시오. 하루 중 이 순간의 온도와 결과적으로 한계 압력, 포화 증기의 압력은 어떻게 됩니까? 분명히, 수증기의 절대 습도 또는 부분 압력을 아는 것은 주어진 증기가 포화 상태에서 얼마나 가깝거나 멀리 있는지에 대한 아이디어를 제공하지 않습니다. 그러나 증발 및 응축 과정의 속도, 즉 살아있는 유기체의 중요한 활동을 결정하는 과정이 의존하는 것은 포화에 대한 이러한 원격 또는 근접성에서 비롯됩니다.
증발이 응축보다 우세하면 유기체와 토양이 수분을 잃습니다(그림 3). 응축이 우세하면 건조 과정이 불가능해집니다.(그림 4) 우리는 수분 개념을 개선해야 할 필요성에 직면해 있습니다. 우리가 방금 보았듯이 절대 습도의 개념은 우리가 필요로 하는 모든 현상을 완전히 설명하지 못합니다.
쌀. 3. 응축보다 증발이 우선
쌀. 4. 증발보다 응축이 우선
문제를 다시 논의해 보겠습니다. 간단한 예를 들어 이 작업을 수행해 보겠습니다. 특정 차량에 20명이 있다고 상상해보십시오. 많거나 적습니까, 즉 이 20명의 절대값입니까? 당연히, 우리는 주어진 자동차나 차량의 최대 용량을 알기 전까지 이것이 많은지 적은지를 말할 수 없을 것입니다. 승용차에 20명이 타는 것은 물론 많고, 사실상 불가능하고, 큰 버스에 20명이 타는 것은 그리 많지 않다. 유사하게, 절대 습도의 경우, 즉 수증기의 부분압과 함께, 우리는 그것을 무언가와 비교할 필요가 있습니다. 이 부분압을 무엇과 비교할 것인가? 마지막 수업은 우리에게 답을 알려줍니다. 수증기압의 중요성은 무엇입니까? 이것은 포화 수증기의 압력입니다. 주어진 온도에서 수증기의 부분압을 같은 온도에서 포화된 수증기의 압력과 비교하면 공기의 습도를 보다 정확하게 특성화할 수 있습니다. 포화 상태에서 증기 상태의 원격성을 특성화하기 위해 특별한 양이 도입되었습니다. 상대 습도 .
상대 습도 공기는 동일한 온도에서 포화 증기의 압력에 대한 백분율로 표시되는 공기에 포함된 수증기의 압력 비율이라고 합니다.
이제 상대 습도가 낮을수록 포화 상태에서 하나 또는 다른 증기가 더 멀리 있음이 분명합니다. 예를 들어 상대 습도 값이 0이면 실제로 공기 중에 수증기가 없습니다. 즉, 우리에게는 응축이 불가능하며 상대 습도 값 100%에서 공기의 모든 수증기는 압력이 주어진 온도에서 포화 수증기의 압력과 같기 때문에 포화됩니다. 이런 식으로 우리는 이제 바로 습도가 무엇인지 정확하게 결정했으며, 그 값은 일기예보에서 매번 우리에게 보고됩니다.
Mendeleev-Clapeyron 방정식을 사용하여 상대 습도에 대한 대체 공식을 얻을 수 있습니다. 여기에는 동일한 온도에서 공기에 포함된 수증기 밀도와 포화 증기 밀도 값이 포함됩니다.
증기압 및 밀도;
주어진 온도에서 포화 증기의 압력 및 밀도;
보편적인 기체 상수.
상대 습도 공식:
공기에 포함된 수증기의 밀도;
같은 온도에서 포화 증기의 밀도.
생물에 대한 물의 증발 및 응축 강도의 영향
사람들은 상대 습도의 값에 매우 민감하며 피부 표면의 수분 증발 속도는 그것에 달려 있습니다. 높은 습도, 특히 더운 날에는 이 증발이 감소하여 신체의 정상적인 열 교환이 환경. 반대로 건조한 공기에서는 피부 표면에서 수분이 빠르게 증발하여 예를 들어 호흡기 점막이 건조됩니다. 인간에게 가장 유리한 것은 40-60% 범위의 상대 습도입니다.
기상 조건의 형성에서 수증기의 역할도 중요합니다. 수증기의 응결은 구름의 형성과 그에 따른 강수를 초래하며, 이는 물론 우리 삶의 모든 측면에 중요합니다. 국가 경제. 많은 생산 공정에서 인공 습도 체제가 유지됩니다. 이러한 프로세스의 예로는 직조, 제과, 제약 상점 및 기타 여러 가지가 있습니다. 도서관이나 박물관에서는 책이나 전시품을 보존하기 위해서는 상대습도를 일정하게 유지하는 것도 중요하기 때문에 모든 방에 있는 이러한 기관에서는 상대습도를 측정하는 장치인 습습기(psychrometer)를 벽에 걸어야 합니다. 벽.
상대 습도를 계산하려면 방금 보았듯이 주어진 온도에서 포화 증기의 압력 또는 밀도 값을 알아야 합니다.
포화 증기를 연구하는 마지막 수업에서 우리는이 의존성에 대해 이야기했지만 분석 형식은 매우 복잡하고 수학적 지식은 여전히 충분하지 않습니다. 이 경우 어떻게 해야 합니까? 탈출구는 매우 간단합니다. 이러한 공식을 분석 형식으로 작성하는 대신 주어진 온도에서 포화 증기의 압력 및 밀도 표를 사용합니다(표 1). 이 표는 교과서와 기술 수량에 대한 모든 참고서에서 찾을 수 있습니다.
탭. 1. 온도에 따른 포화수증기의 압력과 밀도의 의존성
이제 온도에 따른 상대 습도의 변화를 고려하십시오. 온도가 높을수록 상대 습도가 낮아집니다. 왜 그리고 어떻게 문제의 예를 살펴보겠습니다.
작업
특정 용기에서 증기는 에서 포화됩니다. , , 에서 상대 습도는 얼마가 될까요?
우리는 용기의 증기에 대해 이야기하고 있기 때문에 온도가 변해도 증기의 부피는 변하지 않습니다. 또한 온도에 대한 포화 증기의 압력 및 밀도 의존성 표가 필요합니다(표 2).
탭. 2. 온도에 따른 포화 증기의 압력 및 밀도 의존성
해결책:
이 값에서 증기가 포화되기 때문에 질문의 텍스트에서 명확합니다. 상대 습도의 정의에서 우리는 다음을 갖습니다.
분자는 용기에 존재하는 수증기의 밀도이고, 분모는 같은 온도에서 용기에 없는 포화 증기의 밀도입니다. 온도가 상승하면 수분 함량은 어떻게 됩니까? 선박의 폐쇄성을 고려한 분자는 변경되지 않습니다. 실제로 외부 세계와의 응축 및 물질 교환이 없기 때문에 증기의 질량과 밀도는 그 값을 유지합니다. 그리고 마지막 수업에서 알 수 있듯이 분모는 온도에 따라 증가하므로 상대 습도는 감소합니다. 용기의 증기 밀도는 위의 공식에서 계산할 수 있습니다.
다른 모든 온도에서 동일한 증기 밀도를 갖습니다. 따라서 습도를 계산하려면 주어진 모든 온도에서 포화 증기의 밀도 값을 아는 것으로 충분하며 즉시 답을 얻을 수 있습니다. 우리는 표에서 포화 증기의 밀도 값을 취합니다. 값을 차례로 습도 공식으로 대입하면 다음 답을 얻습니다.
대답:
상대 습도를 결정하는 일반적인 문제를 해결하는 예
이러한 문제를 해결할 때 포화 증기압은 온도에 의존하지만 부피에는 의존하지 않는다는 것을 아는 것이 중요합니다.
작업:
용기에는 온도에서 상대 습도가 인 공기가 들어 있습니다. 용기의 부피를 n배(n=3) 줄이고 기체를 온도로 가열한 후의 상대 습도는 얼마입니까? 온도에서 포화 수증기의 밀도는 다음과 같습니다. 
.
솔루션 진행:
상대 습도의 정의에서 온도에서 압축 전의 절대 습도는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
압축 후:
즉, 일정한 질량에서 부피가 1배 감소하면 밀도는 1배 증가합니다.
압축 후, 응축 조건이 발생하는 경우 증기 형태뿐만 아니라 응축 액체 형태로도 용기의 단위 부피당 수분 질량은 다음과 같습니다.
온도에서 포화 수증기의 압력은 정상 대기압과 같습니다. 지난 시간에 이에 대해 이야기했으며 다음과 같습니다.
Mendeleev-Clapeyron 방정식을 사용하면 밀도는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
어디에 
, 상대 습도가 있는 용기에 불포화 증기가 있기 때문에:
이 습도를 백분율로 표현하면 2.9%의 값을 얻습니다.
대답: .
이제 습도가 무엇인지 뿐만 아니라 바로 이 습도를 측정할 수 있는 방법에 대해서도 이야기해 보겠습니다. 이러한 측정을 위한 가장 일반적인 도구는 그림 1에 표시된 습도계 습도계입니다. 5.
쌀. 5. 습도 습도계
동일한 눈금을 가진 두 개의 온도계가 랙에 고정되어 있습니다. 그 중 하나의 수은 탱크는 젖은 천으로 싸여 있습니다(그림 8).
쌀. 6. 습도 습도계의 온도계
이 천의 물이 증발하여 온도계 자체가 각각 냉각되므로 온도계를 건조 및 습식이라고합니다 (그림 7).
쌀. 7. 건습구 습도계 습도계
주변 공기의 상대 습도가 높을수록 덜 강하고 젖은 천에서 물의 증발이 약해질수록 건식 온도계와 습윤 온도계의 판독값 차이가 작아집니다. 즉, ϕ = 100%에서 모든 수증기가 포화되기 때문에 물은 증발하지 않고 두 온도계의 판독값이 일치합니다. 온도계 판독값의 차이가 최대일 때. 따라서 특수 심리 측정 테이블을 사용하는 온도계 판독 값의 차이에 따라 (대부분 이러한 테이블은 장치 본체에 즉시 배치됨) 상대 습도 값을 결정합니다.
우리가 알고 있는 바와 같이, 지구 표면의 대부분은 바다로 덮여 있으므로 물과 물과 함께 발생하는 모든 과정, 특히 증발과 응축은 우리 삶의 모든 과정에서 중요한 역할을 합니다. 우리는 "절대 습도"와 "상대 습도"라는 개념을 엄격하게 정의했습니다. 사실 이 물리량, 상대 습도는 대기 증기가 포화 상태와 얼마나 다른지를 보여줍니다.
서지
숙제
을 위한 부량습도 측정은 절대 및 상대 습도를 사용합니다.
절대 습도는 공기 중의 수증기 밀도 또는 압력으로 측정됩니다.
상대 습도 B는 공기 습도의 정도에 대한 더 명확한 아이디어를 제공합니다. 상대 습도는 현재 온도에서 공기를 포화시키는 데 필요한 수증기 밀도의 절대 습도가 몇 퍼센트인지를 나타내는 숫자로 측정됩니다.
상대 습도는 증기압에 의해 결정될 수도 있습니다. 증기압은 밀도에 실질적으로 비례하기 때문입니다. 따라서 B는 다음과 같이 정의할 수도 있습니다. 상대 습도는 절대 습도가 압력의 몇 퍼센트인지를 나타내는 숫자로 측정됩니다. 현재 온도에서 공기를 포화시키는 수증기의 양:
따라서 상대 습도는 절대 습도뿐만 아니라 공기 온도에 의해 결정됩니다. 상대 습도를 계산할 때 값 또는 표에서 가져와야합니다 (표 9.1 참조).
기온의 변화가 습도에 어떤 영향을 미치는지 알아봅시다. 공기의 절대 습도를 22°C에서 포화 수증기의 밀도가 (표 9.1)이므로 상대 습도 B는 약 50%입니다.
이제 이 공기의 온도가 10°C로 떨어지는 반면 밀도는 동일하다고 가정해 보겠습니다. 그러면 공기의 상대 습도가 100%가 됩니다. 즉, 공기는 수증기로 포화됩니다. 온도가 6 ° C로 떨어지면 (예 : 밤에) 각 입방 미터공기는 kg의 수증기를 응축할 것입니다(이슬이 떨어질 것입니다).
표 9.1. 다른 온도에서 포화 수증기의 압력과 밀도
냉각 중에 공기가 수증기로 포화되는 온도를 이슬점이라고 합니다. 위의 예에서 이슬점은 알려진 이슬점으로 공기의 절대 습도를 표에서 찾을 수 있습니다. 9.1, 이슬점에서의 포화 증기 밀도와 같기 때문입니다.
