wilgotność powietrza

Wilgotność powietrza jest zawartością wody w powietrzu (atmosferze). Ilość wilgoci, którą może powietrze pochłonąć zależy od jego temperatury.

Wilgotność powietrza w fizyce i technice

Powietrze, które nie zawiera żadnej pary wodnej nazywa się suche powietrze, powietrze z zawartością pary wodnej wilgotne powietrze. Dla obliczeń fizycznych i zastosowań technicznych często stosuje się następujące sposoby wyrażania wilgotności powietrza.

Absolutna wilgotność

Absolutna wilgotność to masa pary wodnej w objętości wilgotnego powietrza. Oznacza się ją {\displaystyle \rho _{p}} i ma jednostkę kg.m^-3.^[1]

{\displaystyle \rho _{p}={\frac {p_{p}}{r_{p}.T}}}

gdzie:

• {\displaystyle p_{p}} - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu przy danej temperaturze (Pa)
• {\displaystyle r_{p}} - specyficzna stała gazowa pary wodnej (J.K^-1.kg^-1)
• {\displaystyle T} - temperatura (K).

Relatywna wilgotność

Relatywna wilgotność to stosunek ilości wilgoci do maksymalnej możliwej ilości przy tej samej temperaturze. Oznacza się ją {\displaystyle \varphi } i podaje się w procentach.^[1]

{\displaystyle \varphi ={\frac {m_{p}}{m''_{p}}}{\dot {=}}{\frac {p_{p}}{p_{s}}}}

gdzie:

• {\displaystyle m_{p}} - masa pary wodnej w powietrzu przy danej temperaturze (kg)
• {\displaystyle m''_{p}} - maksymalna masa pary wodnej w nasyconym powietrzu przy danej temperaturze (kg)
• {\displaystyle p_{p}} - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu przy danej temperaturze (Pa)
• {\displaystyle p_{s}} - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w nasyconym powietrzu przy danej temperaturze (Pa).

Relatywna wilgotność może przyjmować wartości w zakresie 0 - 1 (0 - 100%).

Specyficzna wilgotność

Specyficzna wilgotność to masa pary wodnej przypadająca na jednostkę masy suchego powietrza. Oznacza się ją {\displaystyle x} i ma jednostkę kg.kg_sv^-1.^[1]

{\displaystyle x={\frac {m_{p}}{m_{v}}}=0,622.{\frac {p_{p}}{p-p_{p}}}}

gdzie:

• {\displaystyle m_{p}} - masa pary wodnej w powietrzu (kg)
• {\displaystyle m_{v}} - masa suchego powietrza (kg)
• {\displaystyle p_{p}} - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu przy danej temperaturze (Pa)
• {\displaystyle p} - ciśnienie wilgotnego powietrza (całkowite) (Pa)

Wilgotność powietrza w meteorologii

W meteorologii jest zdefiniowana przez te wielkości (pierwsze trzy są wymienione w poprzednim rozdziale):

• absolutna wilgotność powietrza - ilość pary wodnej w gramach w 1 m³ powietrza
• relatywna (=proporcjonalna) wilgotność powietrza - absolutna wilgotność powietrza podzielona przez wilgotność nasyconych par wodnych (czyli maksymalną ilością par wodnych) przy tej samej temperaturze w tej samej objętości
• specyficzna (=mierząca) wilgotność powietrza - ilość par wodnych w gramach w 1 kg suchego powietrza
• deficyt punktu rosy - temperatura powietrza minus temperatura punktu rosy
• ciśnienie pary wodnej - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w hPa
• dopełniacz nasycenia - ciśnienie par przy nasyceniu nad wodą w temperaturze dnia minus rzeczywiste ciśnienie par

W atmosferze woda występuje we wszystkich trzech stanach skupienia. Między aktywną powierzchnią a atmosferą trwa nieustana wymiana wilgoci, która odbywa się za pośrednictwem turbulentnego przepływu i molekularnej dyfuzji. Zawartość pary wodnej w powietrzu ma wpływ na przebieg różnych procesów w atmosferze, np. na bilans promieniowania, czystość powietrza i podobnie.

Oscylacje charakterystyk wilgotności powietrza ogólnie wiążą się z okresowymi zmianami temperatury powietrza. Suchy powietrza ma względną wilgotność 0 %, powietrze nasycone parą wodną ma względną wilgotność 100 %.

Podział powietrza w zależności od jego wilgotności

 

Obszar przyjemnego odbioru wilgotności powietrza w zależności od temperatury suchego termometru

Zgodnie z zawartością wilgoci powietrze można podzielić na:^[1]

1. nienasycone powietrze - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu jest mniejsze niż ciśnienie nasycenia przy tej samej temperaturze,
2. nasycone powietrze - ciśnienie cząstkowe pary wodnej jest takie samo jak ciśnienie nasycenia przy tej samej temperaturze,
3. przesycane powietrze - nasycane powietrze z zawartością dodatkowej wilgoci w innym stanie skupienia: w postaci mgły lub innowacji.

Wilgotność i człowiek

Gdy ogrzejemy w zimie chłodne powietrze do przyjemnej temperatury, nawet przy stałej ilości par wodnych w powietrzu, spada jego względna wilgotność. Jest to spowodowane tym, że przy wyższej temperaturze powietrze może pochłonąć większą ilość par wodnych. Najprzyjemniejsza wilgotność powietrza dla człowieka to przy wartości względnej wilgotności 50-60 %. Dlatego przy klimatyzacyjnych i ogrzewaczach urządzeniach w budynkach konieczne jest rozwiązywanie również nawilżania lub wysuszania powietrza.