Визначення густини і питомої ваги повітря

Температура і її контроль

Температура характеризується середньою кінетичною енергією поступового руху атомів і молекул тіла. За одиницю температури в міжнародній і практичній температурних шкалах прийнятий градус рівний 1/100 частині різниці температури кипіння і замерзання чистої води при тискові 760 мм.рт.ст.

Градус Кельвіна (⁰К) – одиниця, я якій для температури потрійної точки води встановлено значення 273,16 ⁰К.

Залежність між температурою по шкалі Кельвіна і Цельсія така

                                (1)

де t – температура по шкалі Цельсія,⁰С.

Вимірювання температури здійснюється при допомозі термометрів, що працюють на принципах теплового розширення, зміні тиску в герметичній посудині, зміні електричного опору, термоелектричного ефекту, теплового випромінення.

Найбільш широко використовуються термометри, що працюють на принципі теплового розширення. В якості робочого тіла використовуються ртуть, спирт, толуол та інші рідини. Ртутними термометрами можливо вимірювати температуру в межах від (-36) до 357⁰С. Більш низки температури вимірюють спиртовими термометрами (± 60⁰С), або толуоловими (до -95⁰С). Основними вимогами, що пред’являються до термометрів є точність і швидкість виміру.

Достатньою точністю термометрів прийнято вважати 0,1÷0,2⁰С.

Для запису температури використовуються термографи з безпосередньо вмонтованим датчиком, як правило, біметалевою пластиною. Можливе використання балона з рідиною, що замерзає при низький температурі. Термографи з такими датчиками представлені на стенді лабораторії.

Тиск повітря та його вимірювання

Тиск повітря визначається сумарною силою молекул газу. Практично тиск атмосферного повітря визначається як відношення його гравітаційної сили на одиницю площі. На одному і тому ж рівні атмосферний тиск зі збільшенням географічної широти збільшується, так як зменшується радіус земної кулі. За одиницю тиску в системі СІ прийнято 1Па = 1Н/м², або позасистемна одиниця 1 бар = 10⁵ Па.

В системі МКС за одиницю тиску була прийнята атмосфера.

1 ат = 1 кгс/см² = 98100 Па = 0,981 бар        (2)

    1 ат.фіз = 101325 Па

   Часто невеликі значення тиску виражати через висоту стовпчика рідини (води, ртуті, спирту та ін.)

1 Па = 0,0981 мм.вод. ст = 0,0072 мм.рт.ст

1 ат = 10000 мм.вод. ст = 735,6 мм.рт.ст

1 ат.фіз = 10333 мм.вод.ст =103332 Па = 760 мм.рт.ст

1 бар = 1,02 ат = 750 мм.рт.ст

Тиск атмосфери вимірюється за допомогою барометрів, які працюють на принципах: деформації вакуумованих еластичних посудин, врівноваження стовпів рідини, переміщення поршня з вантажем. Найбільш надійними є ртутні (рідинні) манометри, а найбільш компактні і зручні в користуванні деформаційні (мембранні) барометри-анероїди.

Безпружинний барометр-анероїд представлений на стенді в лабораторії.

Для більш точного виміру як абсолютного тиску, так і різниці тисків користуються мікробарометрами.

Мікробарометри можуть бути з оптичною системою відліку, або електронно-цифровою, що дозволяє вимірювати перепад тиску 0,01 мм.вод.ст.

Вологість і її вимірювання

   Стан повітря характеризується вологістю. Відрізняють вологість відносну, абсолютну і вологовміст.

   Під відносною вологістю розуміють відношення маси вологи в повітрі до маси вологи при повному насиченні і тій же температурі.

; або                     (3)

   Так як відношенню маси пари досить точно відповідає відношення парційних тисків, які значно легше визначити, то відношення (3) можливо записати так:

                            (4)

   На практиці при визначенні відносної вологості залежністю (3) і (4) не користуються.

   Абсолютна вологість – маса водяної пари в одиниці об’єму повітря, г/м³ чи кг/м³:

,               (5)

   де Т – абсолютна температура, ⁰К.

   Абсолютну вологість при даній температурі і повному насиченні, можливо визначити із таблиці 1.

   Абсолютна вологість при відомому значенні „φ” буде дорівнювати

,                          (6)

   де φ підставляється в долях від 1.

   На практиці більш часто користуються поняттям не абсолютна вологість, а вологовміст, тобто відношення маси пари до сухої частини повітря.

   ; кг/кг                     (7)

   Значення вологовмісту визначають із залежності

                  (8)

   Для визначення відносної вологості використовуються: психрометри парних термометрів, пращові психрометри (рідко), психрометри з вентилятором (найбільш часто), гігрометри і гігрографи.

   Психрометр парних термометрів складається із двох однакових термометрів, резервуар одного із них опущений  в стаканчик з водою. По різниці показань сухого і мокрого термометра і температурі по сухому термометру визначають при допомозі таблиці чи номограмі відносну вологість повітря (табл. 2).

   Психрометр з вентилятором (психрометр Асмана) також складається з двох ртутних термометрів, а резервуар одного із них загорнутий в батист і обидва резервуари знаходяться в подвійному світловідзеркалюючому екрані. Перед виміром батист змочується дистильованою водою за допомогою піпетки. Вентилятор може бути з електричним чи пружинним приводом. Принцип визначення відносної вологості вищенаведений. Таким психрометром можливо користуватись при температурі не нижче (-10 ⁰С).

Визначення густини і питомої ваги повітря

   Під густиною розуміється маса (М) одиниці об’єму повітря (V), кг/м³

                            (9)

   де G – вага повітря, ;

g – прискорення сили земного тяжіння, м/с²;

        γ – питома вага, Н/м³.

   Питома вага – вага одиниці об’єму, ,

                          (10)

   Густина сухого повітря визначається із залежності:

                            (11)

   Питома вага сухого повітря,

                             (12)

   Густина мокрого повітря, кг/м³

 (13)

Питома вага мокрого повітря, Н/м³

   (14)

   Із залежностей (14) і (15) наглядно видно, що зі збільшенням відносної вологості густина і питома вага повітря зменшується. Це пояснюється тим, що згідно закону Авогадро в однакових об’ємах знаходиться однакова кількість молекул. Так як із збільшенням вологості молекул водяної пари з молекулярною масою 18 заміщують молекули інших газів, що складають повітря ( , , ), густина і питома вага зменшується.

Порядок виконання роботи

1. Перш за все необхідно прочитати методичні вказівки і накреслити бланк (табл.3).

2. Вимірювання барометричного тиску. Величину барометричного тиску вимірюємо з допомогою барометра-анероїда.

3. Перед взяттям відліку необхідно легко постукати пальцем по склу барометра. Показання барометра записуються в графу 2 таблиці 3.

Вимірювання вологості. З допомогою піпетки змочуємо батист, яким завернутий резервуар термометра аспіраційного психрометра. Вмикаємо вентилятор психрометра і приблизно через 5 хвилин беремо відлік по „мокрому” і „сухому” термометру. Запис величин температури заносимо в графи 3 і 4 табл.3. Вичислюємо різницю температур по „мокрому” і „сухому” термометрам і заносимо в графу 5. Виходячи з цієї різниці температур і температури по „сухому” термометру за допомогою номограми (планшет на стінці), або з табл.1 визначаємо відносну вологість в долях одиниці і записуємо в графу 6.

По формулі (5) за допомогою табл.1 визначаємо значення абсолютної вологості і записуємо в графу 7 таблиці 3.

По формулі (7) за допомогою табл.1 ( ) також визначаємо абсолютну вологість і порівнюємо з попереднім розрахунком.

По формулі (8) визначаємо вологовміст і заносимо в графу 10.

4. Визначення густини повітря.

По формулам (11) і (13) визначаємо густину сухого і вологого повітря і записуємо в табл.3.

5. Питому вагу сухого і мокрого повітря визначаємо з формул (12) і (14) і записуємо в табл. 3.

6. Визначаємо похибку при визначенні густини повітря без врахування його вологості

   Примітка: Густина мокрого повітря завжди більша ніж густина сухого повітря.

Таблиця 1

Парціальний тиск і абсолютна вологість насиченого повітря при атмосферному тиску 760 мм.рт.ст

Тем-пе-рату-ра, 0С	Парціаль-ний тиск водяної пари при повному насиченні, , мм.рт.ст	Абсолют-на вологість при повному насиченні, , г/м3	Тем-пе-рату-ра, 0С	Парціаль-ний тиск водяної пари при повному насиченні, , мм.рт.ст	Абсолют-на вологість при повному насиченні, , г/м3
0	4,58	4,74	21	18,7	18,3
1	4,92	5,05	22	19,8	19,4
2	5,29	5,41	23	21,1	20,6
3	5,66	5,81	24	22,4	21,8
4	6,09	6,21	25	23,8	23,0
5	6,53	6,67	26	25,2	24,4
6	7,00	7,09	27	26,7	25,8
7	7,49	7,58	28	28,3	27,2
8	7,02	8,13	29	30,1	28,7
9	8,58	8,62	30	31,8	30,4
10	9,21	9,40	31	33,7	32,0
11	9,84	10,03	32	35,7	33,8
12	10,52	10,67	33	37,7	35,7
13	11,23	11,38	34	39,9	37,6
14	11,99	12,05	35	42,2	39,6
15	12,79	12,83	36	44,6	41,8
16	13,64	13,66	37	47,1	44,0
17	14,50	14,50	38	49,7	46,3
18	15,50	15,40	39	52,5	48,8
19	16,50	16,30	40	55,3	51,2
20	17,50	17,30

Таблица 2

Визначення відносної вологості повітря

по показанням психрометра

Форма звіту

1. Коротко описується принцип дії приладів.

2. Записуються розрахункові залежності.

3. Результати всіх вимірів записуються в табл.3.

Форма звітної таблиці

ЛІТЕРАТУРА

Анатолій Андрійович Немченко

Вікторія Анатоліївна Коновалюк

   Методичні вказівки для виконання лабораторної роботи № 21 по курсам „Безпека життєдіяльності”, „Промислова аерологія”, „Шахтна атмосфера і аеромеханіка”, „Аерологія відкритих гірничих робіт”, „Кондиціювання повітря”, „Виробнича санітарія і гігієна праці” для всіх спеціальностей і усіх форм навчання.

Видавництво „Мінерал”

Директор                                                 М.С. Куций

Редактор                                                     А.Л. Лідневич

Технічний редактор                               С.О. Федоренко

Комп’ютерний набір та верстка              С.О. Федоренко

Підписано до друку 18 листопада 2003 р.            Формат А5.

Папір офс.      Ум.друк. аркушів 1          Тираж 50 прим.

Обл. вид.аркушів 1,3.  Видавництво „Мінерал” АГН України

Видавництво „Мінерал” Академії гірничих наук України,

50002, м. Кривий Ріг, вул.. Пушкіна, 44

тел.: (0564) 26-27-29