Готовые решения онлайн на сайте

Влажность воздуха: молекулярная физика и термодинамика

Воздух, который мы дышим, содержит водяной пар, который играет важную роль в нашем организме. Понимание процессов, связанных с влажностью воздуха, требует знания молекулярной физики и термодинамики.

Расчет потери воды через дыхание

Представим ситуацию: в комнате температура 20 °C, относительная влажность воздуха – 40%. При физической нагрузке через легкие человека проходит 15 л воздуха в минуту. Выдыхаемый воздух имеет температуру 34 °C и относительную влажность 100%.

Данные:

• M = 18·10-3 кг/моль
• T1 = 20 °C = 293 K
• φ1 = 40%
• pн1 = 2,34 кПа
• T2 = 34 °C = 307 K
• φ2 = 100%
• pн2 = 5,32 кПа
• R = 8,31 Дж/(моль·К)

Решение:

1. Подсчитаем массу испаренной воды в выделенном объеме V:

2. Для перехода к часам, учитываем, что через легкие проходит 15 л воздуха в минуту, что составляет 0,9 м3 в час:

3. Подставляем значения и получаем количество потерянной воды за час:

Ответ: m ≈ 27,6·10-3 кг

Задачи:

Отношение плотностей влажного и сухого воздуха

Давление равно атмосферному, температура 20°C, относительная влажность ф=50%, давление насыщенного пара pн=2,3 кПа.

Влажный воздух по сравнению с сухим

При t=20°C и p=760 мм.рт.ст. воздух с влажностью 100%. На сколько % он легче сухого воздуха при том же давлении?

Изменение влажности воздуха

При t1=15°C и ф=10% в комнате. Как изменится влажность, если поднять температуру до t2=25°C?

Давление воздуха в сосуде

Сосуд объемом V=10-2 м3 с воздухом при p0=105 Па и tо=0°C, вводят 3 г воды и нагревают. Каково давление при t=100°C?

Масса паров в комнате

В комнате V=64 м3 при t =20°C, ф=60%. Определите массу водяных паров, учитывая pн=2,33 кПа.

Задача 179

Условие задачи:

Конвективная сушилка работает без теплообмена с внешней средой. Поступающий в сушильную камеру воздух предварительно нагревается в калорифере. Определить влагосодержание и энтальпию воздуха, поступающего в калорифер и выходящего из сушильной камеры, а также температуру воздуха, поступающего в сушильную камеру.

Воздух, поступающий в калорифер, имеет температуру tо=15°С и относительную влажность φо = 90%, а выходящий из сушилки соответственно – t2 = 45°С и φ2 = 65%.

Определить также удельные расходы воздуха g кг/кг исп.вл. и теплоты q кДж/кг исп.вл., требуемые для испарения 1 кг влаги. Задачу решить двумя способами:

• аналитически
• графически с иллюстрацией решения на диаграмме.

Результаты решений сравнить и сделать выводы.

Задача 175

Условие:

Определить, пользуясь Id-диаграммой влажного воздуха, влагосодержание, парциальное давление napа и относительную влажность воздуха при барометрическом давлении, В=745 мм р.т. ст., если известны температура влажного воз-духа t =20 °С и температура точка росы t p = 20 °С.

Задача 158

Условие:

Тепло отработанного воздуха после сушильной установки утилизируется и направляется в противоточный рекуперативный теплообменник для подогрева воды на нужды водяного отопления производственных цехов. Определить годовое количество сэкономленного тепла (ГДж/год) и его стоимость.

Найти также поверхность нагрева теплообменника, если известно:

• производительность установки по испаренной влаге: m = 1050 кг/час;
• температура холодного воздуха перед сушилкой: tА = 10ºС;
• относительная влажность: фА = 75%;
• температура воздуха после калорифера: tВ = 180ºС;
• температура отработавшего воздуха после сушилки (на входе в теплообменник): tC = 105ºС;
• температура отработавшего воздуха после теплообменника tД = 40ºС;
• температура воды: на входе в теплообменник: t! = 5ºС; на выходе из теплообменника – t!! = 40ºС;
• коэффициент теплопередачи теплообменника: К = 1.7 кВт/(м2•К)
• коэффициент использования тепла в теплообменнике: Пm = 0.95

Стоимость тепла SQ принять равной 200 руб/ГДж, а число часов работы сушилки за год тау = 4500 час. Изобразить процесс в h – d диаграмме.

Задача 132

Условие задачи:

Начальное состояние влажного воздуха при атмосферном давлении задано параметрами: t1 = 25 °C, относительная влажность φ1 = 70%. Воздух охлаждается до температуры t2 = 15°C. Определите, сколько влаги выпадает из каждого килограмма воздуха при его охлаждении с постоянной относительной влажностью в помещении.

Навигация по записям

Морозным зимним днем (температура воздуха была около ) школьник Миша пришел домой после школы, и ему показалось, что дома очень сухой воздух.

Домашний гигрометр показал относительную влажность

На улице, откуда он только что пришел, такого ощущения не было.

Миша проверил прогноз погоды — оказалось, что относительная влажность в этот день составляла

Поэтому Миша решил открыть окна, чтобы запустить в квартиру более влажный уличный воздух.

Закрыв окна и дождавшись, пока воздух нагрелся до прежней комнатной температуры, Миша с удивлением обнаружил, что относительная влажность в квартире стала меньше

Объясните этот эффект, основываясь на известных Вам физических законах.

Влажность воздуха

В запаянной с одного конца трубке находится влажный воздух, отделенный от атмосферы столбиком ртути длиной

Когда трубка лежит горизонтально, относительная влажность воздуха в ней равна

Какой станет относительная влажность этого воздуха если трубку поставить вертикально, открытым концом вверх?

Атмосферное давление равно мм рт. ст. Температуру считать постоянной.

Насыщенный пар

В жёстком герметичном сосуде объёмом при температуре длительное время находился влажный воздух и воды.

Сосуд медленно нагрели до температуры

Пользуясь таблицей плотности насыщенных паров воды, выберите все верные утверждения о результатах этого опыта.

Давление насыщенных паров

Влажный воздух находится в сосуде под поршнем при давлении и температуре

Объем сосуда изотермически уменьшают в раза.

В результате давление газа увеличилось в раза.

Определите относительную влажность в начальный момент времени.

Увлажнение воздуха

Воздух в комнате объемом имеет температуру и относительную влажность

Сколько времени должен работать увлажнитель воздуха, распыляющий воду с производительностью , чтобы относительная влажность в комнате повысилась до

Давление насыщенных паров воды при равно

Изменение давления водяного пара

В герметичном сосуде фиксированного объема в начальный момент времени находится вода и влажный воздух. Сосуд начинают нагревать.

При температуре пар становится насыщенным, а при температуре вся вода испаряется.

Изобразите схематично график зависимости давления водяного пара в сосуде от температуры

Прокомментируйте вид графика на основании физических законов.

Графики давления газа

На рисунке приведены графики зависимости давления газа от температуры.

Какой из графиков соответствует зависимости давления насыщенного пара от температуры, а какой — изохорному процессу для идеального газа?

В ответ запишите две цифры, соответствующие номерам выбранных графиков, не разделяя их знаками препинания. Цифры в ответе могут повторяться.

Концентрация водяного пара

В закрытой колбе с сухими стенками находится воздух с парами воды.

Воздух в колбе немного остудили, а стенки колбы остались сухими.

Как при этом изменились концентрация молекул водяного пара относительная влажность воздуха в колбе?

Таблица изменений

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1. Относительная влажность
2. Температура
3. Давление

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Концентрация молекул водяного пара и относительная влажность воздуха

В сосуде находится влажный воздух под давлением с определенной относительной влажностью при определенной температуре. Если мы изотермически уменьшим объем сосуда в 3 раза, то как изменится конечное давление влажного воздуха, учитывая, что давление насыщенного пара при 80 градусах Цельсия?

В герметичном сосуде фиксированного объема находится влажный воздух. После нагревания температура в сосуде увеличилась в 4 раза, а давление – в 5 раз. Найдите верные утверждения о результатах данного опыта.

В герметичном сосуде, под поршнем находится влажный воздух. После изотермического сжатия объем уменьшился в 5 раз, а давление выросло в 4 раза. Выберите верные утверждения об этом опыте.

Масса молекул воды в сосуде с относительной влажностью равна. Если добавить воду в сосуд и изотермически увеличить объем в два раза, как изменится установившаяся относительная влажность?

В сосуде под поршнем находится водяной пар с относительной влажностью 50%. При уменьшении объема сосуда и повышении температуры, не изменяя при этом плотность пара, как изменятся относительная и абсолютная влажность воздуха?

Таблица изменения физических величин:

Плотность влажного воздуха при определенных условиях температуры и давления равна. Какова будет плотность водяного пара при этой же температуре? Дано: универсальная газовая постоянная, молярная масса сухого воздуха и молярная масса воды.

В закрытом сосуде при определенной температуре находится воздух с относительной влажностью. Путем охлаждения сосуда до другой температуры часть паров конденсируется в воду массой. При этом объем сосуда уменьшается, а давление изменяется. Необходимо найти и объем сосуда, зная давления насыщенных паров при разных температурах.

В гладком вертикальном цилиндре под невесомым поршнем находится влажный воздух. При изотермическом уменьшении объема цилиндра в несколько раз и известных значениях плотности воздуха и водяного пара, нужно определить давление в цилиндре после сжатия.

Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде составляет 40%. При уменьшении объема сосуда в 1,5 раза при неизменной температуре, как изменится относительная влажность воздуха в сосуде?

Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде равна 80%. При уменьшении объема сосуда в 1,5 раза при постоянной температуре, как изменится относительная влажность воздуха в сосуде?

В закрытом сосуде под поршнем находится влажный воздух при температуре 100 °C. Парциальное давление водяного пара в сосуде составляет 60 кПа. Необходимо вычислить относительную влажность воздуха в сосуде.

В закрытом сосуде при температуре 100 °С под поршнем находится влажный воздух с относительной влажностью 80%. Каково парциальное давление водяного пара в сосуде?

Ответ: кПа

В сосуде под поршнем находится воздух с относительной влажностью 20%. Поршень сдвигают, уменьшая объём. Во сколько раз уменьшится объём сосуда к моменту, когда при неизменной температуре водяной пар в сосуде станет насыщенным?

Ответ: раз(а)

В воздухе комнаты при относительной влажности 40% парциальное давление водяного пара равно 980 Па. Определите давление насыщенного водяного пара при данной температуре.

Ответ: Па

Парциальное давление водяного пара в комнате равно 1584 Па. Давление насыщенного пара при температуре воздуха в комнате составляет 2640 Па. Определите относительную влажность воздуха в комнате.

В закрытом сосуде под поршнем находится водяной пар при температуре 100 °С под давлением 60 кПа. Каким станет давление пара, если, сохраняя его температуру неизменной, уменьшить объём пара в 2 раза?

В кубическом метре воздуха в помещении при температуре 20 °С находится водяных паров. Пользуясь таблицей плотности насыщенных паров воды, определите относительную влажность воздуха.

В стеклянную колбу налили немного воды и герметично закрыли её пробкой. Вода постепенно испарялась. На рисунке показан график изменения со временем концентрации молекул водяного пара внутри колбы. Температура в колбе в течение всего времени проведения опыта оставалась постоянной. В конце опыта в колбе ещё оставалась вода. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения относительно описанного процесса.

В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар. При постоянной температуре с паром провели процесс -диаграмма которого представлена на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения относительно этого процесса.

В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар и капелька воды. С веществом в сосуде при постоянной температуре провели процесс -диаграмма которого представлена на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения относительно этого процесса.

В сосуде под поршнем при комнатной температуре долгое время находятся вода и водяной пар. Масса воды равна массе пара. Объём сосуда медленно изотермически увеличивают в 3 раза.

Выберите все утверждения, которые верно отражают результаты этого опыта.

В цилиндре под поршнем находятся жидкость и её насыщенный пар (см. рисунок). Как будут изменяться давление пара и масса жидкости при медленном перемещении поршня вниз при постоянной температуре, пока поршень не коснётся поверхности жидкости?

Давление пара Масса жидкости

В цилиндре под поршнем находятся жидкость и её насыщенный пар (см. рисунок). Как будут изменяться масса пара и давление в жидкости У её поверхности при медленном перемещении поршня вниз при постоянной температуре, пока поршень не коснётся поверхности жидкости?

Масса пара Давление в жидкости у ее поверхности

В закрытом сосуде постоянного объёма при комнатной температуре находится воздух, содержащий ненасыщенный водяной пар. Температуру воздуха увеличили на 20 К. Как изменились при этом концентрация молекул воды и относительная влажность воздуха в сосуде?

Концентрация молекул воды в сосуде Относительная влажность воздуха в сосуде

В закрытом сосуде постоянного объёма при комнатной температуре долгое время находится влажный воздух. На стенках внутри сосуда видна обильная роса. Температуру воздуха медленно увеличили на 20 К. Роса на стенках сосуда при этом не пропала. Как изменились при этом концентрация молекул водяного пара и относительная влажность воздуха в сосуде?

Концентрация молекул водяного пара в сосуде Относительная влажность воздуха в сосуде

В 1 м3 влажного воздуха при температуре содержится 33,3 г водяного пара. Давление насыщенного пара при этой температуре pн = 5945 Па. Какова относительная влажность воздуха?

В сосуд объемом наполненный сухим воздухом при давлении и температуре вводят воды. Сосуд нагревают до температуры Каково давление влажного воздуха в сосуде при этой температуре?

В закрытом с обоих концов и откачанном цилиндрическом сосуде объемом может свободно перемещаться невесомый тонкий поршень. В сосуд с одной стороны от поршня ввели воды, а с другой стороны азота. Какую часть объема цилиндра будет занимать азот при температуре в обеих частях сосуда? Молярные массы воды и азота равны соответственно и

Тонкая пробирка частично заполнена водой и расположена вертикально в камере большого объема, в которой воздух поддерживается при нулевой относительной влажности и постоянном давлении, равном наружному атмосферному давлению. Вследствие диффузии в пробирке устанавливается линейное изменение концентрации пара с высотой: вблизи поверхности воды пар оказывается насыщенным, а у верхнего открытого конца пробирки его концентрация в 2 раза меньше. Пробирку сверху закрывают крышкой. После установления равновесия оказалось, что плотность влажного воздуха внутри пробирки отличается от плотности сухого воздуха в камере вдали от пробирки на величину Найти давление насыщенного пара при температуре опыта, равной 27 °С. Молярная масса сухого воздуха Изменением уровня жидкости в пробирке во время опыта пренебречь.