Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Точка росы - это температура, до которой необходимо охладить воздух , чтобы он стал насыщенным водяным паром . При дальнейшем охлаждении водяной пар в воздухе будет конденсироваться с образованием жидкой воды ( росы ). Когда воздух охлаждается до точки росы за счет контакта с поверхностью, которая холоднее воздуха, вода будет конденсироваться на поверхности. [1] [2]

Когда температура ниже точки замерзания воды, точка росы называется точкой замерзания , поскольку иней образуется в результате отложения, а не конденсации с образованием росы . [3] Измерение точки росы связано с влажностью . Более высокая точка росы означает, что в воздухе больше влаги. [2]

В жидкостях точка помутнения является эквивалентным термином.

Влажность [ править ]

Если все остальные факторы, влияющие на влажность, остаются постоянными, на уровне земли относительная влажность повышается по мере снижения температуры; это потому, что для насыщения воздуха требуется меньше пара. В нормальных условиях температура точки росы не может быть выше температуры воздуха, поскольку относительная влажность не может превышать 100%. [4]

С технической точки зрения точка росы - это температура, при которой водяной пар в пробе воздуха при постоянном барометрическом давлении конденсируется в жидкую воду с той же скоростью, с которой он испаряется. [5] При температурах ниже точки росы скорость конденсации будет больше, чем скорость испарения, образуя более жидкую воду. Конденсированная вода называется росой, когда она образуется на твердой поверхности, или инеем, если она замерзает. В воздухе конденсированная вода называется туманом или облаком , в зависимости от того, на какой высоте она образовалась. Если температура ниже точки росы и не образуется роса или туман, пар называетсяперенасыщенный . Это может произойти, если в воздухе недостаточно частиц, действующих как ядра конденсации . [6]

Высокая относительная влажность означает, что точка росы близка к текущей температуре воздуха. Относительная влажность 100% означает, что точка росы равна текущей температуре и что воздух максимально насыщен водой. Когда содержание влаги остается постоянным, а температура увеличивается, относительная влажность снижается, но точка росы остается постоянной. [7]

Пилоты авиации общего назначения используют данные о точке росы для расчета вероятности обледенения карбюратора и тумана , а также для оценки высоты основания кучевых облаков .

Этот график показывает максимальный процент по массе водяного пара, который может содержать воздух при давлении на уровне моря в диапазоне температур. При более низком атмосферном давлении кривая должна быть проведена над кривой тока. Более высокое давление окружающей среды дает кривую под кривой тока.

Повышение барометрического давления увеличивает точку росы. [8] Это означает, что, если давление увеличивается, масса водяного пара на единицу объема воздуха должна быть уменьшена, чтобы поддерживать ту же точку росы. Например, рассмотрим Нью-Йорк (33 фута или 10 м над уровнем моря) и Денвер (5280 футов или 1610 м над уровнем моря [9] ). Поскольку Денвер находится на большей высоте, чем Нью-Йорк, он будет иметь более низкое атмосферное давление. Это означает, что если точка росы и температура в обоих городах одинаковы, количество водяного пара в воздухе в Денвере будет больше.

Отношение к человеческому комфорту [ править ]

Когда температура воздуха высока, человеческое тело использует испарение пота для охлаждения, причем охлаждающий эффект напрямую зависит от скорости испарения пота. Скорость испарения пота зависит от того, сколько влаги в воздухе и сколько влаги он может удерживать. Если воздух уже насыщен влагой (влажный), пот не испарится. Терморегуляция тела будет вызывать потоотделение, чтобы поддерживать нормальную температуру тела, даже если скорость, с которой выделяется пот, превышает скорость испарения, поэтому во влажные дни можно покрыться потом даже без выделения дополнительного тепла телу (например, как упражнения).

По мере того как воздух, окружающий тело, нагревается теплом тела, он поднимается и заменяется другим воздухом. Если воздух отводится от тела с помощью естественного бриза или вентилятора, пот будет испаряться быстрее, благодаря чему пот более эффективно охлаждает тело. Чем больше некипевшего пота, тем больше дискомфорт.

В термометре с влажным термометром также используется испарительное охлаждение , поэтому он является хорошим средством оценки уровня комфорта.

Дискомфорт также возникает при очень низкой точке росы (ниже –5 ° C или 23 ° F). [ необходима цитата ] Более сухой воздух может вызвать растрескивание кожи и более легкое раздражение. Это также высушит дыхательные пути. Управление по охране труда и технике безопасности США рекомендует поддерживать температуру в помещении 20–24,5 ° C (68–76 ° F) и относительную влажность 20–60% [10], что эквивалентно точке росы от 4,0 до 15,5 ° C (39 до 60 ° F). [ необходима цитата ]

Более низкие точки росы, менее 10 ° C (50 ° F), коррелируют с более низкими температурами окружающей среды и вызывают меньшее охлаждение тела. Более низкая точка росы может сочетаться с высокой температурой только при очень низкой относительной влажности, что обеспечивает относительно эффективное охлаждение.

Люди, населяющие тропический и субтропический климат, несколько акклиматизируются к более высоким точкам росы. Так, например, житель Сингапура или Майами может иметь более высокий порог дискомфорта, чем житель умеренного климата, такого как Лондон или Чикаго.. Люди, привыкшие к умеренному климату, часто начинают чувствовать себя некомфортно, когда точка росы превышает 15 ° C (59 ° F), в то время как другим может показаться комфортной точка росы до 18 ° C (64 ° F). Большинство жителей районов с умеренным климатом сочтут точку росы выше 21 ° C (70 ° F) тяжелой и тропической, в то время как жители жарких и влажных районов могут не сочтут это неудобным. Тепловой комфорт зависит не только от физических факторов окружающей среды, но и от психологических факторов. [11]

Измерение [ править ]

Устройства, называемые гигрометрами, используются для измерения точки росы в широком диапазоне температур. Эти устройства состоят из полированного металлического зеркала, которое охлаждается при пропускании через него воздуха. Температура, при которой образуется роса, по определению является точкой росы. Ручные устройства такого типа могут использоваться для калибровки других типов датчиков влажности, а автоматические датчики могут использоваться в контуре управления с увлажнителем или осушителем для контроля точки росы воздуха в здании или на меньшем пространстве для производства. процесс.

Расчет точки росы [ править ]

График зависимости точки росы от температуры воздуха для нескольких уровней относительной влажности.

Хорошо известное приближение, используемое для расчета точки росы T dp , исходя только из фактической (по сухому термометру) температуры воздуха T (в градусах Цельсия) и относительной влажности (в процентах), RH, представляет собой формулу Магнуса:

Более полная формулировка и происхождение этого приближения включают взаимосвязанное давление насыщенного водяного пара (в миллибарах , также называемых гектопаскалями ) при T , P s ( T ) и фактическое давление пара (также в миллибарах), P a ( T ), который можно найти с помощью относительной влажности или приблизительно с помощью барометрического давления (в миллибарах), BP мбар и температуры по влажному термометру , T w (если не указано иное, все температуры выражены вградусов Цельсия ):

Для большей точности P s ( T ) (и, следовательно, γ ( T , RH)) можно улучшить, используя часть модификации Бегеля , также известную как уравнение Ардена Бака , которое добавляет четвертую константу d :

куда
  • a = 6,1121 мбар, b = 18,678, c = 257,14 ° C, d = 234,5 ° C.

Используется несколько различных наборов констант. Те, которые используются в презентации NOAA [12] , взяты из статьи Дэвида Болтона 1980 года в Monthly Weather Review : [13]

  • a = 6,112 мбар, b = 17,67, c = 243,5 ° C.

Эти оценки обеспечивают максимальную ошибку 0,1% для −30 ° C ≤ T ≤ 35 ° C и 1% <RH <100% . Также заслуживает внимания Sonntag1990, [14]

  • a = 6,112 мбар, b = 17,62, c = 243,12 ° C; для −45 ° C ≤ T ≤ 60 ° C (погрешность ± 0,35 ° C).

Другой общий набор ценности берут свое начало от 1974 психрометрии и Психрометрических Графиков , представленный на Paroscientific , [15]

  • a = 6,105 мбар, b = 17,27, c = 237,7 ° C; для 0 ° C ≤ T ≤ 60 ° C (погрешность ± 0,4 ° C).

Кроме того , в Журнале прикладной метеорологии и климатологии , [16] Арден Бак представляет несколько различных наборов оценки, с различными ошибками максимальных для различных температурных диапазонов. Два конкретных набора обеспечивают диапазон от -40 ° C до +50 ° C между двумя, с еще меньшей максимальной погрешностью в указанном диапазоне, чем все вышеперечисленные наборы:

  • a = 6,1121 мбар, b = 17,368, c = 238,88 ° C; для 0 ° C ≤ T ≤ 50 ° C (погрешность ≤ 0,05%).
  • a = 6,1121 мбар, b = 17,966, c = 247,15 ° C; для −40 ° C ≤ T ≤ 0 ° C (погрешность ≤ 0,06%).

Простое приближение [ править ]

Существует также очень простое приближение, которое позволяет преобразовывать точку росы, температуру и относительную влажность. Этот подход работает с точностью до ± 1 ° C, если относительная влажность превышает 50%:

Это можно выразить простым практическим правилом:

На каждые 1 ° C разницы в температуре точки росы и температуры по сухому термометру относительная влажность уменьшается на 5%, начиная с RH = 100%, когда точка росы равна температуре по сухому термометру.

Вывод этого подхода, обсуждение его точности, сравнения с другими приближениями и дополнительная информация об истории и применении точки росы даны в Бюллетене Американского метеорологического общества. [17]

Для температур в градусах Фаренгейта эти приближения работают до

Например, относительная влажность 100% означает, что точка росы совпадает с температурой воздуха. При относительной влажности 90% точка росы на 3 ° F ниже температуры воздуха. На каждые 10 процентов ниже точка росы падает на 3 ° F.

Морозная точка [ править ]

Точка замерзания аналогична точке росы в том , что это температура , до которой данная посылка влажного воздуха должна быть охлаждена, при постоянном атмосферном давлении , для водяного пара , чтобы быть депонирована на поверхности в виде кристаллов льда без прохождения жидкой фазы ( сравните с сублимацией ). Точка замерзания для данного участка воздуха всегда выше, чем точка росы, поскольку для разрыва более прочной связи между молекулами воды на поверхности льда требуется более высокая температура. [18]

См. Также [ править ]

  • Точка пузыря
  • Карбюратор нагревается
  • Точка росы по углеводородам
  • Психрометрия
  • Термодинамические диаграммы

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Точка росы» . Глоссарий - Национальная служба погоды NOAA . 25 июня 2009 г.
  2. ^ a b Джон М. Уоллес; Питер В. Хоббс (24 марта 2006 г.). Наука об атмосфере: вводный обзор . Академическая пресса. С. 83–. ISBN 978-0-08-049953-6.
  3. ^ "Морозная точка" . Глоссарий - Национальная служба погоды NOAA . 25 июня 2009 г.
  4. ^ «Наблюдаемая температура точки росы» . Департамент атмосферных наук (DAS) Иллинойского университета в Урбане-Шампейн . Проверено 15 февраля 2018 .
  5. ^ "точка росы" . Словарь Мерриама-Вебстера .
  6. ^ Скиллинг, Том (20 июля 2011). «Спросите Тома, почему: возможно ли, чтобы относительная влажность превышала 100 процентов?» . Чикаго Трибьюн . Проверено 24 января 2018 .
  7. ^ Horstmeyer, Стив (2006-08-15). «Относительная влажность ... относительно чего? Температура точки росы ... лучший подход» . Стив Хорстмейер . Проверено 20 августа 2009 .
  8. ^ «Точка росы в сжатом воздухе - часто задаваемые вопросы» (PDF) . Vaisala . Проверено 15 февраля 2018 .
  9. ^ "Денверский справочник фактов - сегодня" . Город и графство Денвер. Архивировано из оригинала 3 февраля 2007 года . Проверено 19 марта 2007 года .
  10. ^ «24.02.2003 - Подтверждение существующей политики OSHA по качеству воздуха в помещении: температура / влажность в офисе и табачный дым в окружающей среде. | Администрация по охране труда» . www.osha.gov . Проверено 20 января 2020 .
  11. Lin, Tzu-Ping (10 февраля 2009 г.). «Тепловое восприятие, адаптация и посещаемость на общественной площади в жарких и влажных регионах» (PDF) . Строительство и окружающая среда . 44 (10): 2017–2026. DOI : 10.1016 / j.buildenv.2009.02.004 . Проверено 23 января 2018 .
  12. ^ Относительная влажность и температура точки росы в зависимости от температуры и температуры влажного термометра
  13. Болтон, Дэвид (июль 1980 г.). «Расчет эквивалентной потенциальной температуры» (PDF) . Ежемесячный обзор погоды . 108 (7): 1046–1053. Bibcode : 1980MWRv..108.1046B . DOI : 10,1175 / 1520-0493 (1980) 108 <1046: TCOEPT> 2.0.CO; 2 . Архивировано из оригинального (PDF) 15 сентября 2012 года . Проверено 4 июля 2012 .
  14. ^ SHTxx Указания по применению Расчет точки росы
  15. ^ «Расчет точки росы по методу MET4 и MET4A» . Архивировано из оригинального 26 мая 2012 года . Проверено 7 октября 2014 года .
  16. Бак, Арден Л. (декабрь 1981 г.). «Новые уравнения для вычисления давления пара и коэффициента усиления» (PDF) . Журнал прикладной метеорологии . 20 (12): 1527–1532. Bibcode : 1981JApMe..20.1527B . DOI : 10,1175 / 1520-0450 (1981) 020 <1527: NEFCVP> 2.0.CO; 2 .
  17. ^ Лоуренс, Марк Г. (февраль 2005 г.). «Связь между относительной влажностью и температурой точки росы влажного воздуха: простое преобразование и применение». Бюллетень Американского метеорологического общества . 86 (2): 225–233. Bibcode : 2005BAMS ... 86..225L . DOI : 10.1175 / BAMS-86-2-225 .
  18. ^ Хаби, Джефф. «Точка замерзания и точка росы» . Проверено 30 сентября 2011 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Часто требуемые ответы о температуре, влажности и точке росы от sci.geo.meteorology