Der Wasserdampf, der sich herausstellte. Wasserdampf ist der gasförmige Zustand von Wasser. Wasserdampf und seine Eigenschaften

Gegenstand unserer Forschung waren bisher ideale Gase, d.h. solche Gase, bei denen es keine Kräfte intermolekularer Wechselwirkungen gibt und die Größe der Moleküle vernachlässigt wird. Tatsächlich sind die Größe der Moleküle und die Stärke intermolekularer Wechselwirkungen von großer Bedeutung, insbesondere bei niedrigen Temperaturen und hohen Drücken.

Einer der Vertreter realer Gase, die in der Brandbekämpfungspraxis eingesetzt werden und in der industriellen Produktion weit verbreitet sind, ist Wasserdampf.

Wasserdampf wird in verschiedenen Branchen äußerst häufig eingesetzt, vor allem als Kühlmittel in Wärmetauschern und als Arbeitsmedium in Dampfkraftwerken. Dies erklärt sich aus der Allgegenwärtigkeit von Wasser, seiner Billigkeit und Unbedenklichkeit für die menschliche Gesundheit.

Aufgrund seines hohen Drucks und seiner relativ niedrigen Temperatur kommt der in der Praxis verwendete Dampf dem Zustand einer Flüssigkeit nahe, weshalb die Kohäsionskräfte zwischen seinen Molekülen und ihrem Volumen, wie bei idealen Gasen, nicht vernachlässigt werden können. Folglich ist es nicht möglich, die Zustandsgleichungen idealer Gase zur Bestimmung der Zustandsparameter von Wasserdampf, also für Dampf, zu verwenden pv≠RT, denn Wasserdampf ist ein echtes Gas.

Versuche einer Reihe von Wissenschaftlern (Van der Waals, Berthelot, Clausius usw.), die Zustandsgleichungen realer Gase durch die Einführung von Änderungen an der Zustandsgleichung idealer Gase zu klären, blieben erfolglos, da sich diese Korrekturen nur auf das Volumen und bezogen Kohäsionskräfte zwischen den Molekülen eines realen Gases und berücksichtigte nicht eine Reihe anderer physikalischer Phänomene, die in diesen Gasen auftreten.

Eine besondere Rolle spielt die von Van der Waals 1873 vorgeschlagene Gleichung: (P + a/ v 2) ( v - b) = RT. Als Näherungswert für quantitative Berechnungen spiegelt die Van-der-Waals-Gleichung die physikalischen Eigenschaften von Gasen qualitativ gut wider, da sie es uns ermöglicht, das Gesamtbild der Zustandsänderung eines Stoffes mit seinem Übergang in einzelne Phasenzustände zu beschreiben. In dieser Gleichung A Und V Für ein gegebenes Gas gibt es konstante Werte, die Folgendes berücksichtigen: Der erste sind die Wechselwirkungskräfte und der zweite ist die Größe der Moleküle. Attitüde A/V 2 charakterisiert den zusätzlichen Druck, unter dem sich ein reales Gas aufgrund von Kohäsionskräften zwischen Molekülen befindet. Größe V berücksichtigt die Abnahme des Volumens, in dem sich die Moleküle eines realen Gases bewegen, aufgrund der Tatsache, dass sie selbst Volumen haben.

Die derzeit bekannteste Gleichung ist diejenige, die zwischen 1937 und 1946 entwickelt wurde. Der amerikanische Physiker J. Mayer und unabhängig von ihm der sowjetische Mathematiker N. N. Bogolyubov sowie die 1939 von den sowjetischen Wissenschaftlern M. P. Vukalovich und I. I. Novikov vorgeschlagene Gleichung.

Aufgrund ihrer Umständlichkeit werden diese Gleichungen nicht berücksichtigt.

Für Wasserdampf sind alle Zustandsparameter zur Vereinfachung tabellarisch aufgeführt und in Anhang 7 dargestellt.

Also, Wasserdampf ist ein aus Wasser gewonnenes reales Gas mit einer relativ hohen kritischen Temperatur und nahe dem Sättigungszustand.

Betrachten wir den Prozess Umwandlung von Flüssigkeit in Dampf, auch Prozess genannt Verdampfung . Eine Flüssigkeit kann durch Verdampfen und Sieden in Dampf übergehen.

Verdunstung nennt man Verdampfung, die nur an der Oberfläche der Flüssigkeit und bei jeder Temperatur auftritt. Die Intensität der Verdunstung hängt von der Beschaffenheit der Flüssigkeit und ihrer Temperatur ab. Die Verdunstung einer Flüssigkeit kann vollständig sein, wenn über der Flüssigkeit unbegrenzter Raum vorhanden ist. In der Natur findet der Prozess der Flüssigkeitsverdunstung zu jeder Jahreszeit in gigantischem Ausmaß statt.

Das Wesen des Verdampfungsprozesses besteht darin, dass einzelne Moleküle einer Flüssigkeit, die sich an ihrer Oberfläche befinden und im Vergleich zu anderen Molekülen eine größere kinetische Energie besitzen, die Kraftwirkung benachbarter Moleküle überwinden, eine Oberflächenspannung erzeugen und aus der Flüssigkeit in den umgebenden Raum fliegen . Mit steigender Temperatur nimmt die Intensität der Verdunstung zu, da Geschwindigkeit und Energie der Moleküle zunehmen und die Kräfte ihrer Wechselwirkung abnehmen. Beim Verdampfen sinkt die Temperatur der Flüssigkeit, da Moleküle mit relativ hoher Geschwindigkeit aus ihr herausfliegen, wodurch die Durchschnittsgeschwindigkeit der darin verbleibenden Moleküle abnimmt.

Wenn einer Flüssigkeit Wärme zugeführt wird, erhöhen sich ihre Temperatur und ihre Verdampfungsgeschwindigkeit. Bei einer ganz bestimmten Temperatur, abhängig von der Beschaffenheit der Flüssigkeit und dem Druck, unter dem sie steht, beginnt sie Verdampfung über die gesamte Masse. Dabei bilden sich Dampfblasen an der Gefäßwand und im Inneren der Flüssigkeit. Dieses Phänomen nennt man Sieden Flüssigkeiten. Der Druck des entstehenden Dampfes entspricht dem des Mediums, in dem es zum Sieden kommt.

Den umgekehrten Vorgang der Verdampfung nennt man Zu Kondensation Th. Dieser Prozess der Umwandlung von Dampf in Flüssigkeit findet auch bei konstanter Temperatur statt, sofern der Druck konstant bleibt. Bei der Kondensation geraten chaotisch bewegte Dampfmoleküle, die mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt kommen, unter den Einfluss der intermolekularen Kräfte des Wassers, bleiben dort und werden wieder in Flüssigkeit umgewandelt. Weil Da Dampfmoleküle im Vergleich zu Flüssigkeitsmolekülen eine höhere Geschwindigkeit haben, steigt bei der Kondensation die Temperatur der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit, die beim Kondensieren von Dampf entsteht, nennt man Kondensat .

Betrachten wir den Prozess der Verdampfung genauer.

Der Übergang von Flüssigkeit zu Dampf erfolgt in drei Phasen:

1. Erhitzen der Flüssigkeit bis zum Siedepunkt.

2. Verdampfung.

3. Überhitzung des Dampfes.

Schauen wir uns jede Phase genauer an.

Nehmen wir einen Zylinder mit Kolben und geben dort 1 kg Wasser mit einer Temperatur von 0 °C ein, wobei wir herkömmlicherweise davon ausgehen, dass das spezifische Wasservolumen bei dieser Temperatur mindestens 0,001 m 3 /kg beträgt. Auf den Kolben wird eine Last ausgeübt, die zusammen mit dem Kolben einen konstanten Druck P auf die Flüssigkeit ausübt. Dieser Zustand entspricht dem Punkt 0. Beginnen wir mit der Wärmezufuhr zu diesem Zylinder.

Reis. 28. Diagramm der Änderungen des spezifischen Volumens des Dampf-Flüssigkeits-Gemisches bei Sättigungsdruck P s.

1. Flüssigkeitserwärmungsprozess. Bei diesem Prozess, der bei konstantem Druck durchgeführt wird, wird die Flüssigkeit durch die der Flüssigkeit zugeführte Wärme von 0 °C auf den Siedepunkt t s erhitzt. Weil Wasser hat einen relativ kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten, dann ändert sich das spezifische Volumen der Flüssigkeit geringfügig und steigt von v 0 auf v¢. Dieser Zustand entspricht Punkt 1 und der Prozess - Segment 0-1.

2. Verdampfungsprozess . Bei weiterer Wärmezufuhr kocht das Wasser und geht in einen gasförmigen Zustand über, d.h. Wasserdampf Dieser Vorgang entspricht Segment 1-2 und einem Anstieg des spezifischen Volumens von v¢ auf v¢¢. Der Verdampfungsprozess erfolgt nicht nur bei konstantem Druck, sondern auch bei einer konstanten Temperatur, die dem Siedepunkt entspricht. In diesem Fall liegt das Wasser im Zylinder bereits in zwei Phasen vor: Dampf und Flüssigkeit. Wasser liegt in Form einer Flüssigkeit konzentriert am Boden des Zylinders und in Form winziger Tröpfchen vor, die gleichmäßig über das gesamte Volumen verteilt sind.

Der Verdampfungsprozess wird von einem umgekehrten Prozess begleitet, der Kondensation genannt wird. Wenn die Kondensationsrate gleich der Verdunstungsrate wird, stellt sich im System ein dynamisches Gleichgewicht ein. Dampf hat in diesem Zustand die maximale Dichte und wird als gesättigt bezeichnet. Daher unter reich Unter Dampf versteht man Dampf, der im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit steht, aus der er entsteht. Die Haupteigenschaft dieses Dampfes besteht darin, dass er eine Temperatur aufweist, die von seinem Druck abhängt, der dem Druck des Mediums entspricht, in dem es zum Sieden kommt. Daher wird der Siedepunkt anders genannt Sättigungstemperatur und wird mit t n bezeichnet. Der Druck, der t n entspricht, wird Sättigungsdruck genannt (bezeichnet mit p). N oder einfach p. Es wird Dampf erzeugt, bis auch der letzte Tropfen Flüssigkeit verdampft ist. Dieser Moment wird dem Zustand entsprechen trocken gesättigt (oder einfach trocken) Paar. Als Dampf bezeichnet man den durch unvollständige Verdampfung einer Flüssigkeit entstehenden Dampf nasser Sattdampf oder einfach nass. Es ist eine Mischung aus trockenem Dampf und Flüssigkeitströpfchen, die gleichmäßig über die gesamte Masse verteilt und darin suspendiert ist. Der Massenanteil von Trockendampf im Nassdampf wird als Trockenheitsgrad oder Massendampfgehalt bezeichnet und mit bezeichnet X. Der Massenanteil der Flüssigkeit im feuchten Dampf wird genannt Grad der Luftfeuchtigkeit und wird mit bezeichnet u. Es ist klar, dass bei= 1 - X. Der Trockenheitsgrad und der Feuchtigkeitsgrad werden entweder in Bruchteilen einer Einheit oder in % ausgedrückt: zum Beispiel if x = 0,95 und y = 1 - x = 0,05, das bedeutet, dass die Mischung 95 % Trockendampf und 5 % siedende Flüssigkeit enthält.

3. Überhitzung des Dampfes. Bei weiterer Wärmezufuhr erhöht sich die Dampftemperatur (das spezifische Volumen erhöht sich entsprechend von v¢¢ auf v¢¢¢). Dieser Zustand entspricht Segment 2-3 . Ist die Temperatur des Dampfes höher als die Temperatur von Sattdampf gleichen Drucks, so spricht man von Dampf überhitzt. Man nennt die Differenz zwischen der Temperatur von überhitztem Dampf und der Temperatur von Sattdampf gleichen Drucks Grad der Überhitzung A.

Da das spezifische Volumen von überhitztem Dampf größer ist als das spezifische Volumen von Sattdampf (seit S = const, t per > t n), dann ist die Dichte von überhitztem Dampf kleiner als die Dichte von Sattdampf. Daher ist überhitzter Dampf ungesättigt. Von seinen physikalischen Eigenschaften her nähert sich überhitzter Dampf Gasen an und desto größer ist der Grad der Überhitzung.

Erfahrungsgemäß wurden die Positionen der Punkte 0 – 2 bei anderen, höheren Sättigungsdrücken gefunden. Durch die Verbindung der entsprechenden Punkte bei unterschiedlichen Drücken erhalten wir ein Diagramm des Zustands von Wasserdampf.

Reis. 29. pv – Diagramm des Zustands von Wasserdampf.

Aus der Analyse des Diagramms ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Druck das spezifische Volumen der Flüssigkeit abnimmt. Im Diagramm entspricht diese Volumenabnahme mit steigendem Druck der Linie SD. Die Sättigungstemperatur und damit das spezifische Volumen steigen, wie die AK-Linie zeigt. Wasser verdunstet außerdem schneller, was an der VC-Linie deutlich zu erkennen ist. Mit zunehmendem Druck nimmt die Differenz zwischen v¢ und v¢¢ ab und die Linien AK und BK nähern sich allmählich einander an. Bei einem bestimmten Druck, der für jeden Stoff ganz spezifisch ist, laufen diese Linien in einem Punkt K, dem sogenannten kritischen Punkt, zusammen. Der Punkt K, der gleichzeitig zur Linie der Flüssigkeit am Siedepunkt AK und zur Linie des trockenen gesättigten Dampfes BK gehört, entspricht einem bestimmten kritischen Grenzzustand des Stoffes, bei dem kein Unterschied zwischen Dampf und Flüssigkeit besteht. Die Zustandsparameter werden als kritisch bezeichnet und mit Tk, Pk, vk bezeichnet. Für Wasser haben die kritischen Parameter die folgenden Werte: Tk = 647,266 K, Pk = 22,1145 MPa, vk = 0,003147 m 3 /kg.

Der Zustand, in dem alle drei Phasen des Wassers im Gleichgewicht sein können, wird als Tripelpunkt des Wassers bezeichnet. Für Wasser: T 0 = 273,16 K, P 0 = 0,611 kPa, v 0 = 0,001 m 3 /kg. In der Thermodynamik wird angenommen, dass die spezifische Enthalpie, Entropie und innere Energie am Tripelpunkt Null sind, d. h. i 0 = 0, s 0 = 0, u 0 = 0.

Lassen Sie uns die Hauptparameter von Wasserdampf bestimmen

1. Flüssigkeitserwärmung

Die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 kg Flüssigkeit von 0 °C auf den Siedepunkt zu erhitzen, nennt man spezifische Wärme der Flüssigkeit . Die Wärme einer Flüssigkeit ist eine Funktion des Drucks und nimmt bei kritischem Druck ihren Maximalwert an.

Sein Wert wird bestimmt:

q = с р (t s -t 0) ,

Dabei ist c p die durchschnittliche isobare Massenwärmekapazität von Wasser im Temperaturbereich von t 0 = 0 °C bis t s, entnommen aus Referenzdaten

diese. q = с ð t s

Die spezifische Wärme wird in J/kg gemessen

Die Menge q wird ausgedrückt als

wobei i¢ die Enthalpie von Wasser am Siedepunkt ist;

i ist die Enthalpie von Wasser bei 0 °C.

Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik

i = u 0 + P s v 0 ,

wobei u 0 die innere Energie bei 0 °C ist.

i¢ = q + u 0 + P s v 0

Nehmen wir wie bei idealen Gasen bedingt an, dass u 0 = 0. Dann

i¢ = q + P s v 0

Mit dieser Formel können Sie den Wert von i¢ anhand der aus Erfahrung ermittelten Werte von P s, v 0 und q berechnen.

Bei niedrigen Drücken Р s, wenn für Wasser der Wert Р s v 0 klein im Vergleich zur Wärme der Flüssigkeit ist, kann man ungefähr davon ausgehen

Die Wärme der Flüssigkeit nimmt mit zunehmendem Sättigungsdruck zu und erreicht am kritischen Punkt ihren Maximalwert. Wenn man bedenkt, dass i=u+ Pv (1), können wir den folgenden Ausdruck für die innere Energie von Wasser am Siedepunkt schreiben:

u¢ = i¢ + P s v¢

Entropieänderung beim Erhitzen einer Flüssigkeit

Unter der Annahme, dass die Entropie von Wasser bei 0 liegt

Mit dieser Formel können Sie die Enthalpie einer Flüssigkeit an ihrem Siedepunkt berechnen.

2. Verdampfung

Man nennt die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 kg einer bis zum Siedepunkt erhitzten Flüssigkeit in einem isobaren Prozess in trockenen Sattdampf zu überführen spezifische Verdampfungswärme (r) .

Die Verdampfungswärme wird bestimmt durch:

i¢¢ = r + i¢ basierend auf der aus Erfahrung ermittelten Verdampfungswärme und Enthalpie von Wasser am Siedepunkt i¢. Unter Berücksichtigung von (1) können wir schreiben:

r = (u¢¢-u¢)+P s (v¢¢-v¢),

Dabei sind u¢ und u¢¢ die innere Energie von Wasser am Siedepunkt und trockenem Sattdampf. Diese Gleichung zeigt, dass die Verdampfungswärme aus zwei Teilen besteht. Ein Teil (u¢¢-u¢) wird für die Erhöhung der inneren Energie des aus Wasser gebildeten Dampfes aufgewendet. Sie wird als innere Verdampfungswärme bezeichnet und mit dem Buchstaben r bezeichnet. Der andere Teil von P s (v¢¢-v¢) wird für die äußere Arbeit aufgewendet, die der Dampf im isobaren Prozess des Siedens von Wasser verrichtet, und wird als äußere Verdampfungswärme (y) bezeichnet.

Die Verdampfungswärme nimmt mit steigendem Sättigungsdruck ab und ist am kritischen Punkt gleich Null. Die Wärme der Flüssigkeit und die Verdampfungswärme bilden die Gesamtwärme des trockenen Sattdampfes l¢¢.

Die innere Energie von trockenem Sattdampf ist gleich

u¢¢=i¢¢-P s v¢¢

Die Änderung der Entropie des Dampfes während des Verdampfungsprozesses wird durch den Ausdruck bestimmt

Mit diesem Ausdruck können wir die Entropie von trockenem Sattdampf s¢¢ bestimmen.

Nasser Sattdampf zwischen den Grenzwerten der spezifischen Volumina v¢ und v¢¢ besteht aus trockenem Sattdampf und Wasser. Man nennt die Menge an trockenem Sattdampf in 1 kg nassem Sattdampf Trockenheitsgrad , oder Dampfgehalt . Diese Größe wird Buchstabe genannt X. Größe (1-x) angerufen Grad der Dampffeuchtigkeit .

Berücksichtigt man den Trockenheitsgrad, so ergibt sich das spezifische Volumen an nassem Sattdampf v x

v x = v¢¢x + v¢(1-x)

Verdampfungswärme r x, Enthalpie ich x, volle Wärme l x, innere Energie u x und Entropie s x für nassen Sattdampf hat folgende Werte:

rx = rx; i x = i¢ + rx; l x = q + rx; u x = i¢ + rx – p s v s ; s x = s¢ + rx/T s

3. Dampfüberhitzungsprozess

Trockener Sattdampf wird bei konstantem Druck vom Siedepunkt an überhitzt ts auf die eingestellte Temperatur bringen T; in diesem Fall nimmt das spezifische Dampfvolumen ab v¢ Vor v. Die Wärmemenge, die aufgewendet werden muss, um 1 kg trockenen Sattdampf vom Siedepunkt auf eine bestimmte Temperatur zu überhitzen, wird als Überhitzungswärme bezeichnet. Die Überhitzungswärme lässt sich ermitteln:

wobei c p die durchschnittliche Massenwärmekapazität von Dampf im Temperaturbereich t s – t ist (bestimmt aus Referenzdaten).

Für den Wert q p können wir schreiben

q p = i – i¢ ,

wobei I die Enthalpie von überhitztem Dampf ist.

WASSERDAMPF IN DER ATMOSPHÄRE

LUFTFEUCHTIGKEIT. EIGENSCHAFTEN DES WASSERDAMPFGEHALTS IN DER ATMOSPHÄRE

Luftfeuchtigkeit ist der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre. Wasserdampf ist einer der wichtigsten Bestandteile der Erdatmosphäre.

Durch die Verdunstung von Wasser aus der Oberfläche von Stauseen, Böden, Schnee, Eis und Vegetation gelangt kontinuierlich Wasserdampf in die Atmosphäre, der durchschnittlich 23 % der auf der Erdoberfläche ankommenden Sonnenstrahlung verbraucht.

Die Atmosphäre enthält durchschnittlich 1,29·1013 Tonnen Feuchtigkeit (Wasserdampf und flüssiges Wasser), was einer Wasserschicht von 25,5 mm entspricht.

Die Luftfeuchtigkeit wird durch folgende Größen charakterisiert: absolute Luftfeuchtigkeit, Partialdruck des Wasserdampfs, gesättigter Dampfdruck, relative Luftfeuchtigkeit, Sättigungsdefizit des Wasserdampfs, Taupunkttemperatur und spezifische Luftfeuchtigkeit.

Absolute Luftfeuchtigkeit a (g/m3) – die Menge an Wasserdampf, ausgedrückt in Gramm, die in 1 m3 Luft enthalten ist.

Partialdruck (Elastizität) von Wasserdampf e – der tatsächliche Druck von Wasserdampf in der Luft, gemessen in Millimeter Quecksilbersäule (mmHg), Millibar (mb) und Hektopascal (hPa). Der Wasserdampfdruck wird oft als absolute Luftfeuchtigkeit bezeichnet. Diese unterschiedlichen Konzepte können jedoch nicht gemischt werden, da sie unterschiedliche physikalische Mengen der atmosphärischen Luft widerspiegeln.

Gesättigter Wasserdampfdruck oder Sättigungselastizität, E – der maximal mögliche Wert des Partialdrucks bei einer bestimmten Temperatur; gemessen in den gleichen Einheiten wie z. B. Die Sättigungselastizität nimmt mit steigender Temperatur zu. Das bedeutet, dass die Luft bei einer höheren Temperatur mehr Wasserdampf aufnehmen kann als bei einer niedrigeren Temperatur.

Die relative Luftfeuchtigkeit f ist das Verhältnis des Partialdrucks des in der Luft enthaltenen Wasserdampfs zum Druck des gesättigten Wasserdampfs bei einer bestimmten Temperatur. Normalerweise wird er als Prozentsatz mit Genauigkeit auf ganze Zahlen ausgedrückt:

Die relative Luftfeuchtigkeit drückt den Sättigungsgrad der Luft mit Wasserdampf aus.

Sättigungsdefizit des Wasserdampfes (mangelnde Sättigung) d – die Differenz zwischen der Sättigungselastizität und der tatsächlichen Elastizität des Wasserdampfes:

= E- e.

Das Sättigungsdefizit wird in den gleichen Einheiten und mit der gleichen Genauigkeit ausgedrückt wie die Werte von e und E. Mit zunehmender relativer Luftfeuchtigkeit nimmt das Sättigungsdefizit ab und wird bei / = 100 % gleich Null.

Da E von der Lufttemperatur und E vom Wasserdampfgehalt abhängt, ist das Sättigungsdefizit ein komplexer Wert, der den Wärme- und Feuchtigkeitsgehalt der Luft widerspiegelt. Dadurch kann das Sättigungsdefizit umfassender als andere Feuchtigkeitsmerkmale zur Beurteilung der Wachstumsbedingungen landwirtschaftlicher Pflanzen herangezogen werden.

Der Taupunkt td (°C) ist die Temperatur, bei der der in der Luft enthaltene Wasserdampf bei einem bestimmten Druck einen Sättigungszustand relativ zu einer chemisch reinen flachen Wasseroberfläche erreicht. Bei / = 100 % stimmt die tatsächliche Lufttemperatur mit dem Taupunkt überein. Bei Temperaturen unterhalb des Taupunktes beginnt die Kondensation von Wasserdampf mit der Bildung von Nebeln, Wolken und Tau, Reif und Reifbildung auf der Erdoberfläche und Gegenständen.

Spezifische Luftfeuchtigkeit q (g/kg) – die Menge an Wasserdampf in Gramm, die in 1 kg feuchter Luft enthalten ist:

Q= 622 e/R,

wobei e der Wasserdampfdruck hPa ist; P - Atmosphärendruck, hPa.

Die spezifische Luftfeuchtigkeit wird in zoometeorologischen Berechnungen berücksichtigt, beispielsweise bei der Bestimmung der Verdunstung an der Oberfläche der Atmungsorgane von Nutztieren und bei der Ermittlung der entsprechenden Energiekosten.

VERÄNDERUNGEN DER EIGENSCHAFTEN DER LUFTFEUCHTIGKEIT IN DER ATMOSPHÄRE MIT DER HÖHE

Die größte Menge an Wasserdampf ist in den unteren Luftschichten direkt neben der Verdunstungsfläche enthalten. Durch turbulente Diffusion dringt Wasserdampf in die darüber liegenden Schichten ein

Das Eindringen von Wasserdampf in die darüber liegenden Schichten wird dadurch erleichtert, dass er 1,6-mal leichter als Luft ist (die Dichte von Wasserdampf im Vergleich zu trockener Luft bei 0 °C beträgt 0,622), daher ist mit Wasserdampf angereicherte Luft weniger dicht , tendiert dazu, nach oben zu steigen.

Die vertikale Verteilung des Wasserdampfdrucks hängt von Druck- und Temperaturänderungen mit der Höhe sowie von Kondensations- und Wolkenbildungsprozessen ab. Daher ist es theoretisch schwierig, das genaue Muster der Änderungen der Elastizität von Wasserdampf mit der Höhe zu ermitteln.

Der Partialdruck von Wasserdampf nimmt mit der Höhe 4 bis 5 Mal schneller ab als der Atmosphärendruck. Bereits in einer Höhe von 6 km ist der Partialdruck des Wasserdampfs neunmal geringer als auf Meereshöhe. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Wasserdampf durch Verdunstung von der aktiven Oberfläche und Diffusion aufgrund von Turbulenzen kontinuierlich in die Oberflächenschicht der Atmosphäre eindringt. Darüber hinaus nimmt die Lufttemperatur mit der Höhe ab und der mögliche Wasserdampfgehalt ist durch die Temperatur begrenzt, da ihre Abnahme die Sättigung des Dampfes und seine Kondensation fördert.

Eine Abnahme des Dampfdrucks mit der Höhe kann sich mit einer Zunahme abwechseln. In einer Inversionsschicht beispielsweise nimmt der Dampfdruck normalerweise mit der Höhe zu.

Die relative Luftfeuchtigkeit ist vertikal ungleichmäßig verteilt, nimmt aber im Durchschnitt mit der Höhe ab. In der Oberflächenschicht der Atmosphäre nimmt sie an Sommertagen aufgrund einer schnellen Abnahme der Lufttemperatur mit der Höhe leicht zu, beginnt dann aufgrund einer Verringerung der Wasserdampfzufuhr abzunehmen und steigt in der Wolkenbildungsschicht wieder auf 100 % an. In Inversionsschichten nimmt sie infolge steigender Temperatur mit der Höhe stark ab. Bis zu einer Höhe von 2...3 km ändert sich die relative Luftfeuchtigkeit besonders ungleichmäßig.

TÄGLICHE UND JÄHRLICHE VERÄNDERUNG DER LUFTFEUCHTIGKEIT

In der Oberflächenschicht der Atmosphäre gibt es eine genau definierte tägliche und jährliche Schwankung des Feuchtigkeitsgehalts, die mit entsprechenden periodischen Temperaturänderungen verbunden ist.

Die tägliche Schwankung des Wasserdampfdrucks und der absoluten Luftfeuchtigkeit über den Ozeanen, Meeren und Küstengebieten ähnelt der täglichen Schwankung der Wasser- und Lufttemperatur: Minimum vor Sonnenaufgang und Maximum um 14...15 Uhr sehr schwache Verdunstung (oder überhaupt keine Verdunstung) zu dieser Tageszeit. Im Laufe des Tages steigt mit zunehmender Temperatur und damit verbundener Verdunstung der Feuchtigkeitsgehalt der Luft. Die tageszeitliche Schwankung des Wasserdampfdrucks über den Kontinenten im Winter ist gleich.

In der warmen Jahreszeit nimmt die tägliche Schwankung des Feuchtigkeitsgehalts im Inneren der Kontinente die Form einer Doppelwelle an (Abb. 5.1). Das erste Minimum tritt am frühen Morgen zusammen mit dem Temperaturminimum auf. Nach Sonnenaufgang steigt die Temperatur der aktiven Oberfläche, die Verdunstungsrate nimmt zu und die Wasserdampfmenge in der unteren Schicht der Atmosphäre nimmt rapide zu. Dieses Wachstum dauert bis zu 8...10 Stunden, bis die Verdunstung die Oberhand über die Dampfübertragung von unten in höhere Schichten gewinnt. Nach 8...10 Stunden nimmt die Intensität der turbulenten Vermischung zu und daher wird Wasserdampf schnell nach oben transportiert. Dieser Wasserdampfabfluss hat keine Zeit mehr, durch Verdunstung ausgeglichen zu werden, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt und damit die Elastizität des Wasserdampfs in der Oberflächenschicht abnimmt und nach 15...16 Stunden ein zweites Minimum erreicht. In den Vorabendstunden lassen die Turbulenzen nach, während die Atmosphäre durch Verdunstung weiterhin recht intensiv mit Wasserdampf versorgt wird. Der Dampfdruck und die absolute Luftfeuchtigkeit beginnen anzusteigen und erreichen nach 20...22 Stunden ein zweites Maximum. Nachts hört die Verdunstung nahezu auf, was zu einer Abnahme des Wasserdampfgehalts führt.

Die jährliche Schwankung des Wasserdampfdrucks und der absoluten Luftfeuchtigkeit stimmt mit der jährlichen Schwankung der Lufttemperatur sowohl über dem Meer als auch über Land überein. Auf der Nordhalbkugel wird der maximale Luftfeuchtigkeitsgehalt im Juli beobachtet, der minimale im Januar. In St. Petersburg beispielsweise beträgt der durchschnittliche monatliche Dampfdruck im Juli 14,3 hPa und im Januar 3,3 hPa.

Die tägliche Schwankung der relativen Luftfeuchtigkeit hängt vom Dampfdruck und Sättigungsdruck ab. Mit zunehmender Temperatur der Verdunstungsoberfläche nimmt die Verdunstungsrate zu und daher nimmt e zu. E steigt jedoch viel schneller als e, daher nimmt mit zunehmender Oberflächentemperatur und damit der Lufttemperatur die relative Luftfeuchtigkeit ab [siehe. Formel (5.1)]. Dadurch verläuft ihr Verlauf nahe der Erdoberfläche umgekehrt zum Verlauf der Oberflächen- und Lufttemperatur: Das Maximum der relativen Luftfeuchtigkeit liegt vor Sonnenaufgang, das Minimum um 15:00 Uhr (Abb. 5.2). Sein täglicher Rückgang ist über den Kontinenten im Sommer besonders ausgeprägt, wenn infolge der turbulenten Dampfdiffusion nach oben E an der Oberfläche abnimmt und E aufgrund einer Erhöhung der Lufttemperatur zunimmt. Daher ist die Amplitude der täglichen Schwankungen der relativen Luftfeuchtigkeit auf Kontinenten viel größer als auf Wasseroberflächen.

Im Jahreszyklus verändert sich die relative Luftfeuchtigkeit in der Regel auch gegenläufig zur Temperaturentwicklung. In St. Petersburg beispielsweise beträgt die relative Luftfeuchtigkeit im Mai durchschnittlich 65 % und im Dezember 88 % (Abb. 5.3). In Gebieten mit Monsunklima tritt die minimale relative Luftfeuchtigkeit im Winter und das Maximum im Sommer aufgrund der sommerlichen Übertragung feuchter Meeresluftmassen an Land auf: zum Beispiel in Wladiwostok im Sommer / = 89 %, im Winter / = 68 %.

Der Verlauf des Sättigungsdefizits von Wasserdampf verläuft parallel zum Verlauf der Lufttemperatur. Tagsüber ist das Defizit um 14...15 Uhr am größten und vor Sonnenaufgang am kleinsten. Im Laufe des Jahres weist das Sättigungsdefizit an Wasserdampf im heißesten Monat ein Maximum und im kältesten Monat ein Minimum auf. In den trockenen Steppengebieten Russlands wird im Sommer um 13:00 Uhr jährlich ein Sättigungsdefizit von über 40 hPa beobachtet. In St. Petersburg beträgt das Wasserdampfsättigungsdefizit im Juni durchschnittlich 6,7 hPa und im Januar nur 0,5 hPa

LUFTFEUCHTIGKEIT IN DER PFLANZENABDECKUNG

Die Vegetationsbedeckung hat einen großen Einfluss auf die Luftfeuchtigkeit. Pflanzen verdunsten eine große Menge Wasser und reichern dadurch die Bodenschicht der Atmosphäre mit Wasserdampf an; in der Luft herrscht im Vergleich zur nackten Oberfläche ein erhöhter Feuchtigkeitsgehalt. Dies wird auch durch die Reduzierung der Windgeschwindigkeit durch die Vegetationsdecke und damit die turbulente Dampfdiffusion begünstigt. Dies ist tagsüber besonders ausgeprägt. Der Dampfdruck in Baumkronen kann an klaren Sommertagen 2...4 hPa höher sein als im Freiland, in manchen Fällen sogar 6...8 hPa. Innerhalb von Agrophytozönosen ist eine Erhöhung des Dampfdrucks um 6...11 hPa gegenüber dem Dampffeld möglich. In den Abend- und Nachtstunden ist der Einfluss der Vegetation auf den Feuchtigkeitsgehalt geringer.

Auch die Vegetationsbedeckung hat großen Einfluss auf die relative Luftfeuchtigkeit. An klaren Sommertagen ist die relative Luftfeuchtigkeit in Roggen- und Weizenkulturen um 15 bis 30 % höher als über der Freifläche und in Hochkulturen (Mais, Sonnenblume, Hanf) um 20 %. 0,30 % höher als auf nacktem Boden. Bei Kulturpflanzen wird die höchste relative Luftfeuchtigkeit an der von Pflanzen beschatteten Bodenoberfläche beobachtet, die niedrigste in der oberen Blattschicht (Tabelle 5.1). Vertikale Verteilung der relativen Luftfeuchtigkeit und des Sättigungsdefizits

Dementsprechend ist das Sättigungsdefizit an Wasserdampf in Kulturpflanzen deutlich geringer als auf nacktem Boden. Seine Verbreitung ist durch eine Abnahme von der oberen zur unteren Blattreihe gekennzeichnet (siehe Tabelle 5.1).

Es wurde zuvor festgestellt, dass die Vegetationsbedeckung das Strahlungsregime (siehe Kapitel 2), die Boden- und Lufttemperatur (siehe Kapitel 3 und 4) erheblich beeinflusst und diese im Vergleich zu einem offenen Ort, d. h. einem eigenen speziellen meteorologischen Regime – dem Phytoklima, erheblich verändert. Wie stark es ausgeprägt ist, hängt von der Art, dem Wuchs und dem Alter der Pflanzen, der Pflanzdichte und der Art der Aussaat (Pflanzung) ab.

Auch die Witterungsbedingungen beeinflussen das Phytoklima – bei teilweise bewölktem und klarem Wetter sind die phytoklimatischen Merkmale stärker ausgeprägt.

BEDEUTUNG DER LUFTFEUCHTIGKEIT FÜR DIE LANDWIRTSCHAFTLICHE PRODUKTION

Der in der Atmosphäre enthaltene Wasserdampf ist, wie in Kapitel 2 erwähnt, von großer Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Wärme auf der Erdoberfläche, da er die von ihr abgegebene Wärme absorbiert. Die Luftfeuchtigkeit ist eines der Wetterelemente, das auch für die landwirtschaftliche Produktion von wesentlicher Bedeutung ist.

Die Luftfeuchtigkeit hat einen großen Einfluss auf die Pflanze. Sie bestimmt maßgeblich die Intensität der Transpiration. Bei hohen Temperaturen und niedriger Luftfeuchtigkeit (/"< 30 %) транспирация резко увеличивается и у растений возникает большой недостаток воды, что отражается на их росте и развитии. Например, отмечается недоразвитие генеративных органов, задерживается цветение.

Eine niedrige Luftfeuchtigkeit während der Blütezeit führt zum Austrocknen der Pollen und damit zu einer unvollständigen Befruchtung, die beispielsweise bei Getreide zur Transkornbildung führt. Während der Kornfüllung führt zu trockene Luft dazu, dass das Korn mickrig ausfällt und der Ertrag sinkt.

Ein niedriger Feuchtigkeitsgehalt der Luft führt zu kleinfruchtigen Obst- und Beerenkulturen, Trauben, schlechter Knospenbildung für die Ernte im nächsten Jahr und damit zu einem Ertragsrückgang.

Auch die Luftfeuchtigkeit beeinflusst die Qualität der Ernte. Es wurde festgestellt, dass eine niedrige Luftfeuchtigkeit die Qualität der Flachsfasern verringert, aber die Backeigenschaften von Weizen, die technischen Eigenschaften von Leinöl, den Zuckergehalt in Früchten usw. erhöht.

Besonders ungünstig ist eine Abnahme der relativen Luftfeuchtigkeit bei fehlender Bodenfeuchtigkeit. Bei längerem heißem und trockenem Wetter kann es zu Austrocknung der Pflanzen kommen.

Auch ein längerer Anstieg des Feuchtigkeitsgehalts (> 80 %) wirkt sich negativ auf das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen aus. Eine zu hohe Luftfeuchtigkeit führt zu einer großzelligen Struktur des Pflanzengewebes, was in der Folge zur Ablagerung von Getreidekulturen führt. Während der Blütezeit verhindert eine solche Luftfeuchtigkeit die normale Bestäubung der Pflanzen und verringert den Ertrag, da sich die Staubbeutel weniger öffnen und der Insektenflug abnimmt.

Eine erhöhte Luftfeuchtigkeit verzögert den Eintritt der Vollreife des Getreides, erhöht den Feuchtigkeitsgehalt in Getreide und Stroh, was sich erstens negativ auf den Betrieb von Erntemaschinen auswirkt und zweitens zusätzliche Kosten für die Getreidetrocknung verursacht (Tabelle 5.2).

Eine Verringerung des Sättigungsdefizits auf 3 hPa oder mehr führt aufgrund schlechter Bedingungen praktisch zum Stillstand der Erntearbeiten.

In der warmen Jahreszeit trägt eine erhöhte Luftfeuchtigkeit zur Entstehung und Ausbreitung einer Reihe von Pilzkrankheiten landwirtschaftlicher Nutzpflanzen bei (Spätfäule bei Kartoffeln und Tomaten, Mehltau bei Weintrauben, Weißfäule bei Sonnenblumen, verschiedene Rostarten bei Getreidekulturen usw.). ). Der Einfluss dieses Faktors nimmt insbesondere mit steigender Temperatur zu (Tabelle 5.3).

5.3. Die Anzahl der Pflanzen von Sommerweizen Cäsium 111, die von Brandbefall betroffen sind, hängt von der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur ab (von). Der Zeitpunkt einer Reihe landwirtschaftlicher Arbeiten hängt auch von der Luftfeuchtigkeit ab: Unkrautbekämpfung, Futter für Silage legen, Lagerbelüftung, Getreidetrocknung , usw.

Im Wärmehaushalt von Nutztieren und Menschen ist der Wärmeaustausch mit der Luftfeuchtigkeit verbunden. Bei Lufttemperaturen unter 10 °C erhöht eine erhöhte Luftfeuchtigkeit die Wärmeübertragung von Organismen, bei hohen Temperaturen verlangsamt sie diese.

3. Wasserdampf und seine Eigenschaften

3.1. Wasserdampf Grundlegende Konzepte und Definitionen.

Eines der häufigsten Arbeitsflüssigkeiten in Dampfturbinen, Dampfmaschinen, Kernkraftwerken und das Kühlmittel in verschiedenen Wärmetauschern ist Wasserdampf Dampf - ein gasförmiger Körper in einem Zustand nahe einer siedenden Flüssigkeit. Verdampfung - der Prozess der Umwandlung eines Stoffes vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand. Verdunstung – Verdampfung, die immer bei jeder Temperatur von der Oberfläche der Flüssigkeit aus auftritt. Ab einer bestimmten Temperatur, abhängig von der Beschaffenheit der Flüssigkeit und dem Druck, unter dem sie steht, beginnt die Verdampfung der gesamten Flüssigkeitsmasse. Dieser Vorgang wird aufgerufen Sieden . Den umgekehrten Vorgang der Verdampfung nennt man Kondensation . Es tritt auch bei konstanter Temperatur auf. Der Vorgang, bei dem ein Feststoff direkt in Dampf übergeht, nennt man Sublimation . Der umgekehrte Vorgang des Übergangs von Dampf in einen festen Zustand wird als bezeichnet Desublimation . Wenn Flüssigkeit auf engstem Raum verdampft (in Dampfkesseln), tritt gleichzeitig das gegenteilige Phänomen auf – die Dampfkondensation. Wenn die Kondensationsrate gleich der Verdunstungsrate wird, stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein. Der Dampf hat in diesem Fall eine maximale Dichte und wird aufgerufen gesättigter Dampf . Ist die Temperatur des Dampfes höher als die Temperatur von Sattdampf gleichen Drucks, so spricht man von Dampf überhitzt . Man nennt die Differenz zwischen der Temperatur von überhitztem Dampf und der Temperatur von Sattdampf gleichen Drucks Grad der Überhitzung . Da das spezifische Volumen von überhitztem Dampf größer ist als das spezifische Volumen von Sattdampf, ist die Dichte von überhitztem Dampf geringer als die Dichte von Sattdampf. Daher handelt es sich um überhitzten Dampf ungesättigter Dampf . Im Moment der Verdunstung des letzten Flüssigkeitstropfens in einem begrenzten Raum ohne Temperatur- und Druckänderung, trockener Sattdampf . Der Zustand dieses Dampfes wird durch einen Parameter bestimmt – den Druck. Man spricht von einer mechanischen Mischung aus trockenen und winzigen Flüssigkeitströpfchen Nassdampf . Man nennt den Massenanteil von Trockendampf im Nassdampf Trockenheitsgrad –X.

X= m sp / m ch,

m sp - Masse von Trockendampf in Nassdampf; m VP - Masse des Nassdampfes. Der Massenanteil der Flüssigkeit im feuchten Dampf wird genannt Grad der Luftfeuchtigkeit –bei.

bei= 1 – .

Für eine siedende Flüssigkeit bei Sättigungstemperatur  = 0, für Trockendampf –  = 1.

3.2 Feuchte Luft. Absolute und relative Luftfeuchtigkeit.

Atmosphärische Luft wird in der Technik häufig verwendet: als Arbeitsmedium (in Luftkühlanlagen, Klimaanlagen, Wärmetauschern und Trocknungsgeräten) und als Komponente für die Kraftstoffverbrennung (in Verbrennungsmotoren, Gasturbineneinheiten und Dampferzeugern).

Trockene Luft Luft wird Luft genannt, die keinen Wasserdampf enthält. Atmosphärische Luft enthält immer eine gewisse Menge Wasserdampf.

Feuchte Luft bezeichnet man ein Gemisch aus trockener Luft und Wasserdampf.

In der Wärmetechnik werden einige gasförmige Körper üblicherweise als Dampf bezeichnet. Beispielsweise wird Wasser im gasförmigen Zustand als Wasserdampf bezeichnet, Ammoniak als Ammoniakdampf.

Betrachten wir die thermodynamischen Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf genauer. (1-6).

Die Dampfbildung aus der gleichnamigen Flüssigkeit erfolgt durch Verdunstung und Sieden . Es gibt einen grundlegenden Unterschied zwischen diesen Prozessen. Die Flüssigkeitsverdunstung erfolgt nur von der offenen Oberfläche. Einzelne Moleküle überwinden mit hoher Geschwindigkeit die Anziehungskraft benachbarter Moleküle und fliegen in den umgebenden Raum. Die Intensität der Verdunstung nimmt mit steigender Temperatur der Flüssigkeit zu. Das Wesen des Siedens besteht darin, dass die Dampferzeugung hauptsächlich im Volumen der Flüssigkeit selbst erfolgt, da diese in Dampfblasen verdampft. Folgende Zustände von Wasserdampf werden unterschieden:

Nassdampf;

trockener Sattdampf;

überhitzter Dampf

Atmosphärische Luft (feuchte Luft) kann sein:

übersättigte feuchte Luft;

gesättigte feuchte Luft;

ungesättigte feuchte Luft.

Übersättigt feuchte Luft ist eine Mischung aus trockener Luft und feuchtem Wasserdampf. Ein natürliches Phänomen ist Nebel. Gesättigt feuchte Luft ist eine Mischung aus trockener Luft und trockenem, gesättigtem Wasserdampf. Ungesättigt feuchte Luft ist eine Mischung aus trockener Luft und überhitztem Wasserdampf.

Dabei ist zu beachten, dass der Begriff „nass“ in Bezug auf Dampf und Luft grundsätzlich unterschiedliche Bedeutungen hat. Dampf wird als nass bezeichnet, wenn er feine Flüssigkeit enthält. Feuchte Luft enthält in allen technisch relevanten Fällen überhitzten oder trockenen gesättigten Wasserdampf. Im allgemeinen Fall kann feuchte Luft auch feuchten Wasserdampf enthalten (z. B. Wolken), dieser Fall ist jedoch nicht von technischem Interesse und wird nicht weiter betrachtet.

In atmosphärischer (feuchter) Luft steht jede Komponente unter einem eigenen Partialdruck, hat eine Temperatur gleich der Temperatur der feuchten Luft und ist gleichmäßig über das gesamte Volumen verteilt.

Die thermodynamischen Eigenschaften feuchter Luft als Gasgemisch aus trockener Luft und Wasserdampf werden durch die für ideale Gase charakteristischen Gesetze bestimmt.

Die Berechnung von Prozessen mit feuchter Luft erfolgt üblicherweise unter der Voraussetzung, dass sich der Anteil trockener Luft im Gemisch nicht ändert. Die Variable ist die Menge an Wasserdampf, die in der Mischung enthalten ist. Daher beziehen sich spezifische Werte zur Charakterisierung feuchter Luft auf 1 kg trockene Luft.

Der Druck feuchter Luft wird durch das Daltonsche Gesetz bestimmt:

Р=Рв+Рп, (3.1)

Wobei Рв – Partialdruck trockener Luft, kPa; Рп – Partialdruck des Wasserdampfs, kPa.

Schreiben wir die Clapeyron-Mendeleev-Gleichung

nass Luft PV=MRT; (3.2)

trocken Luft P B V=M B R B T; (3.3)

Wasser Dampf R P V=M P R P T, (3.4)

wobei V das Volumen der feuchten Luft ist, m3; M, M V, M P – Masse der feuchten, trockenen Luft bzw. des Wasserdampfs, kg; R, R B, R P – Gaskonstante von feuchter, trockener Luft bzw. Wasserdampf, kJ/(kgK); T – absolute Temperatur der feuchten Luft, K.

Absolute Luftfeuchtigkeit – die Menge an Wasserdampf, die in 1 m3 feuchter Luft enthalten ist. Sie wird mit  P bezeichnet und in kg/m3 oder g/m3 gemessen. Mit anderen Worten, es stellt die Dichte des Wasserdampfs in der Luft dar:  P = P P / (R P T). Es ist klar, dass

 P =M P /V, wobei V das Volumen feuchter Luft mit der Masse M ist.

Relative Luftfeuchtigkeit  ist das Verhältnis der absoluten Luftfeuchtigkeit in einem bestimmten Zustand zur absoluten Luftfeuchtigkeit gesättigter Luft (H) bei derselben Temperatur.

Je nach Wert von : lassen sich zwei charakteristische Luftzustände feststellen<100 %, при этом Р П <Р Н и водяной пар перегретый, а влажный воздух ненасыщенный;=100 %, при этом Р П =Р Н и водяной пар сухой насыщенный, а влажный воздух насыщенный. Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал сухим насыщенным, называется температурой точки росы t Н.

3.3 ichd – Feuchte-Luft-Diagramm

Zum ersten Mal wurde das ID-Diagramm für feuchte Luft von Prof. vorgeschlagen. OK. Ramzin. Derzeit wird es bei Berechnungen von Klima-, Trocknungs-, Lüftungs- und Heizsystemen verwendet. Im Вid-Diagramm zeigt die Abszissenachse den Feuchtigkeitsgehalt d, g/kg trockener Luft, und die Ordinatenachse zeigt die spezifische Enthalpie feuchter Luft i, kJ/kg trockener Luft. Für eine bequemere Anordnung der einzelnen Linien im ID-Diagramm ist es in Schrägkoordinaten aufgebaut, wobei die Abszissenachse in einem Winkel von 135° zur Ordinatenachse gezeichnet wird.

Bei dieser Anordnung der Koordinatenachsen verlaufen die Geraden i=const, die parallel zur Abszissenachse verlaufen sollten, schräg. Zur Vereinfachung der Berechnungen werden die Werte von d auf die horizontale Koordinatenachse übertragen.

Linien d=const verlaufen in Form von Geraden parallel zur Ordinatenachse, d.h. vertikal. Darüber hinaus sind im Id.-Diagramm in der Linie der konstanten Werte der relativen Luftfeuchtigkeit (im Bereich von =5 % bis =100 %) die Isothermen t C =const, t M =const (gestrichelte Linien im Diagramm) eingezeichnet. ). Linien konstanter Werte der relativen Luftfeuchtigkeit=const werden nur bis zur 100°-Isotherme aufgebaut, d. h. bis der Partialdampfdruck in der Luft P P kleiner als der Atmosphärendruck P ist. In dem Moment, in dem P P gleich P wird, Diese Linien verlieren ihre physikalische Bedeutung, wie aus Gleichung (10) ersichtlich ist, in der bei Р П =Р Feuchtigkeitsgehalt d=const.

Die konstante relative Luftfeuchtigkeitskurve =100 % teilt das gesamte Diagramm in zwei Teile. Der Teil davon, der sich oberhalb dieser Linie befindet, ist der Bereich ungesättigter feuchter Luft, in dem sich der Dampf in einem überhitzten Zustand befindet. Der Teil des Diagramms unterhalb der Linie =100 % ist die Fläche gesättigter feuchter Luft.

Da bei =100 % die Messwerte von Trocken- und Nassthermometern gleich sind, t C =t M, dann schneiden sich die Isothermen t C =t M =const auf der Linie =100 %.

Um einen Punkt im Diagramm zu finden, der dem Zustand einer bestimmten feuchten Luft entspricht, reicht es aus, zwei ihrer Parameter aus dem Diagramm zu kennen. Bei der Durchführung eines Experiments empfiehlt es sich, diejenigen Parameter zu verwenden, die sich experimentell einfacher und genauer messen lassen. In unserem Fall handelt es sich bei diesen Parametern um die Temperatur des Trocken- und Nassthermometers.

Wenn Sie diese Temperaturen kennen, können Sie den Schnittpunkt der entsprechenden Isothermen im Diagramm ermitteln. Der so gefundene Punkt bestimmt den Zustand der feuchten Luft und aus dem ID-Diagramm können Sie alle anderen Luftparameter ermitteln: Feuchtigkeitsgehalt - d; relative Luftfeuchtigkeit -, Luftenthalpie -i; Partialdampfdruck - P P, Taupunkttemperatur - t M.

Wasserdampf

Wasserdampf

Wasser, das in gasförmigem Zustand in der Atmosphäre enthalten ist. Die Menge an Wasserdampf in der Luft variiert stark; sein höchster Gehalt beträgt bis zu 4 %. Wasserdampf ist unsichtbar; Was im Alltag Dampf genannt wird (Dampf beim Einatmen kalter Luft, Dampf aus kochendem Wasser usw.), ist das Ergebnis der Kondensation von Wasserdampf, genau wie Nebel. Die Menge an Wasserdampf bestimmt das wichtigste Merkmal für den Zustand der Atmosphäre – Luftfeuchtigkeit.

Erdkunde. Moderne illustrierte Enzyklopädie. - M.: Rosman. Herausgegeben von Prof. A. P. Gorkina. 2006 .

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Wasserdampf“ ist:

Wasserdampf ist der gasförmige Zustand von Wasser. Es hat keine Farbe, keinen Geschmack oder Geruch. In der Troposphäre enthalten. Wird durch Wassermoleküle bei der Verdunstung gebildet. Wenn Wasserdampf in die Luft gelangt, erzeugt er, wie alle anderen Gase auch, einen bestimmten Druck,... ... Wikipedia

Wasserdampf- Wasserdampf im gasförmigen Zustand. [RMG 75 2004] Themen der Feuchtigkeitsmessung von Stoffen Synonyme von Dampf EN Wasserdampf DE Wasserdampf FR Vapeur d Eau ... Leitfaden für technische Übersetzer

Wasserdampf- Wasser kommt in der Erdatmosphäre in der Dampfphase vor und liegt unterhalb der kritischen Temperatur für Wasser... Wörterbuch der Geographie

WASSERDAMPF- Wasser in gasförmigem Zustand. Es gelangt durch Verdunstung an der Oberfläche von Wasserbecken und im Boden in die Atmosphäre. Kondensiert zu (siehe) in Form von Nebeln, Wolken und Wolken und kehrt in Form verschiedener Niederschläge wieder an die Erdoberfläche zurück... Große Polytechnische Enzyklopädie

Wasserdampf- gasförmiger Zustand von Wasser. Wenn Wasser bei 101,3 kPa (760 mm Hg) auf 100 °C erhitzt wird, dann kocht es und es beginnt sich Wasserdampf zu bilden, der die gleiche Temperatur, aber ein viel größeres Volumen hat. Ein Zustand, in dem Wasser und Dampf... ... Enzyklopädisches Wörterbuch der Metallurgie

Wasser, Wasserdampf und ihre Eigenschaften

Wasser- der häufigste Stoff auf der Erde, ist eine chemische Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Wasser ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel und daher sind alle natürlichen Wässer Lösungen, die verschiedene Substanzen enthalten – Salze, Gase und andere Verunreinigungen.
Wasser und Dampf werden in der Industrie am häufigsten als Arbeits- und Kühlmittel verwendet. Dies erklärt sich zum einen aus der Verfügbarkeit aufgrund der Verteilung von Wasser in der Natur sowie aus der Tatsache, dass Wasser und Wasserdampf relativ gute thermodynamische Eigenschaften aufweisen.
Dadurch ist die spezifische Wärmekapazität von Wasser im Vergleich zu vielen Flüssigkeiten und Feststoffen höher (bei steigender Temperatur bis zum Siedepunkt, also im Temperaturbereich 0... 100 °C bei Atmosphärendruck c = 4,19 kJDkg-K)). Im Gegensatz zu anderen flüssigen und festen Körpern steigt die Wärmeleitfähigkeit von Wasser je nach Druck mit steigender Temperatur auf 120...140 °C an, bei weiterer Temperaturerhöhung nimmt sie ab. Die höchste Dichte von Wasser (1.000 g/cm3) wird bei 4 °C erreicht. Schmelztemperatur (Eisschmelze) 0 °C.
Die Änderung des Aggregatzustands von Wasser vom flüssigen zum gasförmigen Zustand wird als Verdampfung und vom gasförmigen zum flüssigen Zustand als Kondensation bezeichnet.
Die Umwandlung von flüssigem Wasser in Dampf – Verdampfung – ist beim Verdampfen und Kochen von Wasser möglich.
Die Verdunstung von Wasser ist der Prozess der Verdampfung durch Abtrennung und Verflüchtigung von Wassermolekülen von seiner offenen Oberfläche, der bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunkts bei einem bestimmten Druck stattfindet. Beim Verdampfen brechen Moleküle mit gegenüber dem Gleichgewichtswert erhöhten Bewegungsgeschwindigkeiten ab und fliegen von der Flüssigkeitsoberfläche weg, wodurch die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle in der Flüssigkeitsmasse abnimmt und infolgedessen die Temperatur der gesamten Wassermasse sinkt.
Wenn einer Flüssigkeitsmasse Wärme zugeführt wird, d.h. Wenn Wasser erhitzt wird, erhöhen sich seine Temperatur und die Intensität der Verdunstung, und es kommt ein Moment, der bestimmten Temperatur- und Druckwerten entspricht, in dem die Verdunstung im Wasservolumen beginnt – das Wasser kocht.
Das Sieden von Wasser ist ein Prozess intensiver Verdampfung nicht nur an seiner freien Oberfläche, sondern auch im Inneren der entstehenden Dampfblasen bei einer bestimmten Erhitzungstemperatur des Wassers, dem sogenannten Siedepunkt. Bei Atmosphärendruck liegt der Siedepunkt bei etwa 100 °C; mit zunehmendem Druck steigt der Siedepunkt.
Die Wärmemenge, die 1 kg Wasser zugeführt werden muss, um es am Siedepunkt vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand zu überführen, wird als latente Verdampfungswärme g bezeichnet. Mit zunehmendem Druck nimmt die latente Verdampfungswärme ab (Tabelle 1.1). ).

Kondensation- der umgekehrte Prozess der Umwandlung von Dampf in Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit wird Kondensat genannt. Dieser Vorgang geht mit der Freisetzung von Wärme einher. Die bei der Kondensation von 1 kg Dampf freigesetzte Wärmemenge wird als Dampfkondensationswärme bezeichnet; sie entspricht numerisch der latenten Verdampfungswärme.

Wasserdampf- Wasser in gasförmigem Aggregatzustand. Wasserdampf, der bei einem bestimmten Druck eine maximale Dichte aufweist, wird als gesättigt bezeichnet. Dampf ist gesättigt, wenn er mit der flüssigen Phase im thermodynamischen Gleichgewicht steht, d. h. Es hat die gleiche Temperatur und den gleichen Druck wie kochendes Wasser. Gesättigter Wasserdampf kann nass oder trocken sein. Im feuchten Sattdampfvolumen befindet sich Wasser in Form winziger Tröpfchen, die beim Platzen der Dampfblasenhüllen entstehen. Trockener Sattdampf enthält keine Wassertröpfchen; er zeichnet sich durch seine Sättigungstemperatur aus. Die Eigenschaften von Sattdampf (Dichte, spezifische Wärmekapazität usw.) werden nur durch den Druck bestimmt. Dampf, dessen Temperatur bei einem bestimmten Druck die Temperatur von Sattdampf übersteigt, wird als überhitzt bezeichnet. Der Temperaturunterschied zwischen überhitztem und trockenem Sattdampf bei gleichem Druck wird als Dampfüberhitzung bezeichnet.
Das Verhältnis der Masse des trockenen Sattdampfes zur Masse des nassen Sattdampfes wird als Dampfgehalt oder Dampftrockenheitsgrad x bezeichnet. Diese wichtige Eigenschaft von feuchtem, gesättigtem Wasserdampf bestimmt den Dampfanteil im Dampf-Wasser-Gemisch, wobei y der Flüssigkeitsanteil ist:
X = 1 - y.
Die Trennung von Wassertröpfchen aus Dampf wird als Separation bezeichnet, und Geräte, die für diesen Zweck entwickelt wurden, werden als Separatoren bezeichnet.
Die Enthalpie des feuchten Sattdampfes hx, kJ/kg, wird als Trockenheitsgrad wie folgt ausgedrückt:
hx= h" + rx,
Dabei ist h" die Enthalpie von Wasser am Siedepunkt, kJ/kg.
Tabelle 1.1
Eigenschaften von Wasser und trockenem Sattdampf in Abhängigkeit vom Druck

Enthalpie von überhitztem Dampf/gpp, kJ/kg: