Õhuniiskuse määramine (0)

Õhuniiskuse määramine.
1. Õhuniiskuse karakteristikud .
Kõikjal õhus leidub alati veeauru. Veeauru moodustavad õhu molekulide vahel kaootiliselt liikuvad vee molekulid. Seega reaalne õhk on õhu koostisse kuuluvate gaaside ja vee molekulide segu. Suurusi, mille abil iseloomustatakse õhu veeauru sisaldust nimetatakse õhuniiskuse karakteristikuteks. Alljärgnevalt käsitleme olulisemaid nende hulgast.
1. Veeauru rõhk (tähis e). Gaas avaldab rõhku molekulide liikumise tõttu. Kuna õhus liigub ka vee molekule, siis mõningase osa gaasi rõhus tekitavad vee molekulid. Õhus leiduvate vee molekulide põhjustatud rõhku nimetamegi veeauru rõhuks e, mille mõõtühikuteks on samad ühikud , mida kasutatakse õhurõhu mõõtmisel - hPa või mb.
2. Absoluutne niiskus (tähis a). Absoluutse niiskuse all mõistetakse ühes kuupmeetris niiskes õhus sisalduvat veeauru massi. Meteoroloogias on absoluutse niiskuse mõõtühikuks g / m³. Veeauru rõhk e ja absoluutne niiskus a on omavahel seotud järgnevalt:
a = 0,80e / ( 1 + αt )
kus a - absoluutne niiskus ( g / m³ ) ,
e - veeauru rõhk ( hPa ) ,
t - õhutemperatuur ( °C )
α - õhu ruumpaisumise koefitsient = 0,0037
Kõikidelt vett sisaldavatelt pindadelt toimub alati aurustumine . Aurustumise käigus lahkub vee pinnalt suuremat kineetilist energiat omavaid molekule, mille tõttu allesjäävate keskmine kineetiline energia väheneb s.t. vee temperatuur langeb. Aurustuvate molekulide hulga määrab vee temperatuur. Kuna õhus olevad vee molekulid (auru molekulid) liiguvad kaootiliselt, siis mõningane osa neist satub paratamatult tagasi vette. Tagasi sattuvate molekulide arvu määrab õhus oleva veeauru rõhk e . Kui meil on anum, mis on osaliselt täidetud veege, siis veepinna kohal olev õhk sisaldab alati veeauru. Aurustumise käigus õhus oleva veeauru rõhk e kasvab ja kasvab ka vette tagasi sattuvate molekulide arv. Mõne aja pärast peab paratamatult saabuma olukord kus tagasi vette sattub samapalju molekule kuipalju sealt lahkub. Sellest momendist alates veeauru rõhk anumas enam kasvada ei saa, sest veest välja lendavate ja sinna tagasi saabuvate molekulide hulgad on asakaalus. Sellist olukorda nimetatakse küllastuseks. Me ütleme, et õhk on veeauruga küllastatud . Küllastusele vastavat veeauru rõhku nimetame küllastavaks veeauru rõhuks ja tähistame E -ga. Kuna veest lahkuvare molekulide arvu määrab vee temperatuur, siis vastab igale temperatuurile kindel küllastava veeauru rõhk E . Küllastava veeauru rõhu E leidmiseks on tabel, kus on antud igale ilmastikus võimalikule temperatuurile vastav küllastava veeauru rõhk.
3. Relatiivne ehk suhteline niiskus (tähis r). Relatiivse niiskuse all mõistetakse õhus oleva ja õhu temperatuurile vastava küllastava veeauru rõhu suhet, mis on väljendatud protsentides.
r = 100e / E %
kus: e - veeauru rõhk
E - õhu temperatuurile vastav küllastava veeauru rõhk
Täiesti kuiva õhu relatiivne niiskus on 0 ja veeauruga küllastatud õhul 100%. On võimalikud olukorrad, kus relatiivne niiskus ületab 100%. Selline olukord, mida nimetatakse üleküllastuseks, võib esineda kõrgel õhus pilvede tekkeprotsessis või maapinna lähedal kaste tekkimisel. Tuleb silmas pidada, et relatiivne niiskus ei iseloomusta veeauru hulka õhus vaid näitab mitu protsenti moodustab olemasolev veeauru rõhk küllastuseks vajalikust. Elusorganismid sisaldavad vett ja kaotavad seda aurustumise käigus. Veekaotuse intensiivsust mõjutab ümbritseva õhu relatiivne niiskus ning enamik organisme on kohandunud mingile niiskusrežiimile. Inimesele, paljudele loomadele samuti suurele hulgale kultuurtaimedele on hästi talutav relatiivne niiskus 50 - 70 protsenti. Liiga madal või ka liiga kõrge relatiivne niiskus võivad selleks mittekohanenud organismile mõjuda kahjustavalt.
4. Niiskuse defitsiit ehk küllastusvajak (tähis d) on hetkel õhku küllastava ja olemasoleva veeauru rõhu vahe.
d = E - e
Niiskuse defitsiiti mõõdetakse samades ühikutes, milles veeauru rõhku. Niiskuse defitsiit näitab kui palju on vaja veeauru rõhku suurendada, et saabuks küllastus. Niiskuse defitsiit iseloomustab kuivamisprotsesside intensiivsust, mida suurem on defitsiit seda kiiremini toimuvad kuivamisprotsessid (puidu kuivamine , heina või põhu kuivamine jne.).
5. Kastepunkt (tähis τ) on temperatuur, mille juures õhus tekiks küllastus. Õhu temperatuuri langedes väheneb õhku küllastava veeauru rõhk ja kasvab relatiivne niiskus ning temperatuur, mille juures õhu niiskus jõuab 100 % -ni ongi kastepunkt.
Kastepunkti määratakse küllastavate veeauru rõhkude tabelist. Tuleb leida temperatuur, mille jaoks õhus hetkel olemasolev veeauru rõhk on küllastav. Teades kastepunkti ja õhu temperatuuri saab arvutada ülejäänud õhuniiskuse karakteristikud. Seetõttu lühidal ilma iseloomustamisel sageli antakse ainsa õhu-niiskuse karakteristikuna kastepunkt.
2. Õhuniiskuse mõõtmise meetodid ja mõõteriistad .
Õhuniiskust saab mõõta mitmel viisil. Meteoroloogias on enamkasutatavad psühromeetriline ja hügromeetriline meetod.
a. Psühromeetriline meetod. Kohas, kus soovitakse õhuniiskust mõõta, asetsevad kaks ühesugust termomeetrit, milledest ühe reservuaari hoitakse märjana ( märg lapp reservuaari ümber). Märjalt temomeetrilt aurustub pidevalt vett, milleks võetakse soojust termomeetri reservuaarilt ja ümbritsevalt õhult. Märja termomeetri temperatuur on seetõttu madalam kui kuival termomeetril. Mida kuivem on ümbritsev õhk, seda intensiivsem on aurustumine ja suurem kuiva ja märja termomeetri näitude vahe. Kuna kuiva ja märja termomeetri näitude vahe sõltub ümbritseva õhu niiskusest, siis kasutatakse seda õhuniiskuse määramisel. Õhus oleva veeauru rõhk arvutatakse pühromeetrilisest valemist :
e = E´- k ( t - t´ ) p
kus
e - ümbritseva õhus veeauru rõhk
E´- küllastav veeauru rõhk märja termomeetri temperaruuril
k - psühromeetri konstant, mis sõltub õhu liikumise kiirusest termomeetrite ümber
t ja t´- kuiva ja märja termomeetri näidud
p - õhurõhk
Psühromeetrid jagunevad statsionaarseiks (Augusti) ja aspiratsioon psühromeetreiks ( Assmann )
Statsionaarne psühromeeter koosneb kahest ühesugusest termomeetrist, mis asuvad kõrvuti statiivil meteoroloogiaonnis. Parempoolse termomeetri reservuaari ümber on mähitud batistriidest lapp, mis ulatub tema all asuvasse destilleeritud veega täidetud anumasse . Batistriie märgub hästi, mille tõttu parempoolne termomeeter on pidevalt märg. Statsionaars psühromeetri konstant on k = 0,0007947, mis vastab tuule kiirusele v = 0,8 m / s. Statsionaarne psühromeeter on lihtne kuid selle tõttu on tal ka olulised puudused: meteoroloogia -onnis võib õhu liikumise kiirus erineda ülalmainitust ja konstant k samuti, temperatuuri langemisel alla 0º C vesi anumas külmub ja batislapp kuivab, mille tõttu psühromeetrit ei saa kasutada
Aspiratsiooni ehk Assmann`i psühromeeter. Aspiratsioonpsühromeeter on kompaktne ja ei vaja onni . Psühromeetri skeem on joonisel. Nii "kuiva" kui ka "märja" termomeetri reservuaarid asuvad kaitsetorudes 1 mis veidi kõrgemal ühinevad üheks toruks 2 mille ülemises otsas asub õhupump ehk aspiraator 5 Õhupumba käivitab vedrumehanism või elektrimootor. Töötamisel imetakse õhku aspiraatorisse läbi torude , milles paiknevad termomeetrid ja paisatakse välja aspiraatori külgavade kaudu. Nii tagatakse kindla kiirusega õhuvool ja ühtlasi psühromeetri konstandi kindel väärtus - k = 0,000662 . Parempoolse termomeetri reservuaari ümber on mähitud batistist lapp, mis vaatluse ajaks niisutatakse destilleeritud veega. Niisutamiseks on kummiballoon, mille otsas on klaaspipett. Enne vaatlust täidetakse pipett veega nii, et veetase pipetis jääks umbes 1cm allapoole ülemist serva. Psühromeetrit hoitakse vertikaalselt ja pipett koos veega tõstetakse nii, et termomeetri reservuaar koos batistlapiga sukelduksid vette. Tuleb jälgida, et niiskuksid vaid termomeeter ja teda ümbritsev riie ning torud termomeetri ümber jääksid kuivaks. "Märg" termomeeter tuleb niisutada 4 minutit enne vaatluse tähtaega , seejärel käivitada aspiraator ja nelja minuti möödudes lugeda mõlema termomeetri näidud. Vaatluseks võib psühromeetri riputada joonisel näidatud konksu 8 abil statiivile või vajaduse korral hoida käes. Käest mõõtmisel tuleb psühromeetrit hoida aspiraatori alt ja torude vaatlejast eemale. Vaatluste käigus tuleb vältida psühromeetri poleeritud pindade puutumist palja käega, et vältida poleeritud pindade tuhmumist. Vaatluse ajal ei tohi tuul otse puhuda termomeetrite kaitsetorudesse.,
b. Hügromeetriline meetod on kasutusel õhu relatiivse niiskuse määramisel. Mitmed materjalid (näit. rasvast vabastatud inimjuus, paber, puit jm.) seovad õhus leiduvat veeauru kord vähem kord rohkem vastavalt õhu relatiivsele niiskusele. Õhu relatiivse niiskuse suurenedes nad paisuvad ja vähenedes tõmbuvad kokku. Nimetatut on võimalik kasutad õhu relatiivse niiskuse määramiseks . Kuna inimjuus on hästi õhuke (läbimõõt 0,06 - 0,1mm), siis toimub niiskumine (juukskarva pikenemine ) või kuivamine (juuksekarva lühenemine) kiiresti ja juuksekarva pikkuse järgi on võimalik otsustada õhu relatiivse niiskuse üle. Juushügromeetris on juuksekarv tõmmatud pingule kas raskuse või vedru abil ja viidud üle võlli. Karva pikenemisel või lühenemisel võll pöördub ja võlli külge paigutatud osuti liigub skaala ees. Eelnevalt kaliibritud skaalalt loetakse osuti asendi järgi õhu relatiivne niiskus. Juushügromeetri kaliibrimiseks rakendatakse üheaegselt tööle nii psühromeeter kui ka hügromeeter . Hügromeetri skaalat saab korrigeerida muutes juuksekarva pinget pingutuskruvi abil, mis asub tavaliselt juuksekarva fikseeriva riistaosa küljes. Psühromeetri ja hügromeetri näitude alusel koostatakse kaliibrimisgraafik (sidekõver) nii, et horisontaalteljel on hügromeetri ja verikaalteljel psühromeetriga määratud relatiivse niiskuse väärtused.
3. Töö käik.
Määrame õhuniiskuse karakteristikud aspiratsioonpsühromeetri abil. Kui mõõtmiseks on tarvis psühromeeter viia ruumist välja, siis on vaja oodata kuni mõõteriist omandab välisõhu temperatuuri (selleks kulub suvel 15 talvel 30 minutit). Viis minutit enne vaatlustähtaega tuleb "märg" termomeeter niisutada ja aspiraatori vedru üles keerata. Seejärel asetame psühromeetri vaatluskohale ja jälgime "märja" termomeetri näitu. Kui "märg" termomeeter on saavutanud madalaima näidu (näit mõnda aega ei muutu), paneme kirja nii "kuiva" termomeetri nädu t kui ka "märja" termomeetri nädu t´. Suvel kulub stabiilse näidu saavutamiseks 4 - 5, talvel umbes 10 minutit. Kui "märja" termomeetri näit on alla 0º C, tuleb vaadata kas "märjal" termomeetril on veekiht (allajahtunud vesi) või jää, sest küllastava veeauru rõhk on jää kohal ja allajahtunud vee kohal erinevad (erinevad tabelid). Termomeetrid tuleb lugeda 0,1ºC täpsusega, enne kraadi kümnendikud ja siis täiskraadid. Veeauru rõhu arvutamiseks tuleb mõõta ka õhurõhk (1 hPa täpsusega). Saadud andmete järgi tuleb, eelpool esitatud valemeid kasutades, arvutada õhuniiskuse karakteristikud. Küllastava veeauru rõhu väärtused nii kuiva kui ka märja termomeetri näitude järgi võetakse küllastavate veeauru rõhkude tabelist. Samuti leitakse kastepunkt τ (leitakse, lugedes õhus olev veeauru rõhk küllastavaks, tabelist sellele vastav temperatuur). Õhuniiskuse karakteristikud e, r ja d on võimalik määrata ka ilma arvutamata, kasutades spetsiaalset psühromeetri tabelit, mille kasutamise juhend on lisatud tabelile.