admin / 27.11.2019

Точка росы

Продолжаем тему, начатую статьей Определение влажности воздуха психрометрическим методом.

Точка росы — температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг границы насыщения. Иными словами, чтобы относительная влажность газа при этом составляла 100%. Дальнейший приток водяного пара или охлаждение воздуха вызывает образование конденсата. При положительных температурах — росы, при отрицательных — инея, льда или снега.

Практический пример — в теплое помещение заносится какая-либо вещь с мороза. Воздух над поверхностью такой вещи охлаждается ниже точки росы (для текущей влажности и температуры) и на поверхности образуется конденсат. В дальнейшем вещь нагревается до температуры помещения, и конденсат испаряется. Собственно, с этим и связана рекомендация не включать сразу бытовые приборы, занесенные с мороза.

Формула расчета точки росы взята отсюда Википедия: Точка росы

,

где a = 17.27, b = 237.7, ln — натуральный логарифм, RH — относительная влажность воздуха в долях единицы, Tp — точка росы
Согласно Википедии, в диапазоне от 0 до 60 градусов Цельсия формула обладает погрешностью 0.4 градуса Цельсия.

Определение точки росы

Температура Относительная влажность воздуха (%) Точность вычисленияЗнаков после запятой: 1 Рассчитать Точка росы (градусы) save Сохранить extension Виджет

1. Влажность воздуха, единицы измерения. Влияние на формирование погоды.

2. Вертикальный разрез погоды и его содержание.

3. Радиовещательная передача VOLMET.

1. Влажность воздуха – это содержание в нем водяного пара, выраженное в абсолютных или относительных единицах. Содержание водяного пара в воздухе связано с температурой воздуха. Различают действительную влажность воздуха на данный момент времени и максимально возможную при данной его температуре, которая соответствует состоянию насыщения, когда становится невозможным дальнейшее увеличение в воздухе количества водяного пара.

Влажность воздуха принято характеризовать следующими величинами.

Упругость водяного пара – это та часть атмосферного давления, которая создается водяным паром, обладающим, как и всякий газ, некоторой упругостью. Выражается упругость водяного пара в гПа (мб) или мм.рт.ст. Различают фактическую упругость водяного пара е и максимально возможную при данной температуре (упругость насыщения) — Е.

Дефицит влажности – разность между насыщающей и фактической упругостью водяного пара при данных температуре и давлении.

D = E – e

Удельная влажность (S) – количество водяного пара в граммах, содержащееся в одном килограмме воздуха, иначе – отношение массы (веса) водяного пара к массе (весу) влажного воздуха в том же объеме.

Отношение смеси – отношение массы (веса, количества) водяного пара в массе (весу, количеству) сухого воздуха в том же объеме, выраженное в граммах водяного пара на килограмм сухого воздуха:

Абсолютная влажность (а) – плотность водяного пара в воздухе, выраженная числом граммов водяного пара в м3 воздуха (количество водяного пара в граммах, содержащееся в одном кубическом метре воздуха г/м3).

Относительная влажность – процентное отношение количества водяного пара, фактически содержащегося в воздухе, к максимально возможному его количеству при данной температуре (к количеству, которое соответствует насыщению). Точнее, относительная влажность – процентное отношение фактической упругости водяного пара в атмосфере к упругости насыщающего водяного пара при той же температуре.

Относительную влажность иначе можно определить, как отношение фактической абсолютной или удельной влажности к абсолютной или удельной влажности для состояния насыщения при той же температуре.

Точка росы – температура tили td (Td), при которой воздух достигает состояния насыщения (по отношению к воде) при данном содержании водяного пара и неизменном давлении. При относительной влажности меньше 100% Т.Р. всегда меньше фактической температуры воздуха; разность этих температур тем больше, чем меньше относительная влажность; поэтому, чтобы довести температуру воздуха до Т.Р., воздух нужно охладить. При насыщении, т.е.при относительной влажностиf = 100%, фактическая температура воздуха совпадает с Т.Р.

Дефицит точки росы – разность между фактической температурой воздуха и точкой росы. Чем больше дефицит точки росы, тем суше воздух (тем меньше относительная влажность), а при t – td = 0 относительная влажность равна 100%.

Измерение влажности воздухав приземном слое воздуха производят психрометрическим методом – с помощью показаний двух термометров: одного обычного с сухим резервуаром ртути и другого с резервуаром ртути, смоченным водой. По разности показаний сухого и смоченного термометров по психрометрическим таблицам определяют влажность воздуха. Такие приборы называются психрометрами, они размещаются в метеорологической будке.

Относительную влажность можно измерять с помощью гигрометра, датчиком которого служит влагочувствительная пленка или обезжиренный волос, натяжение которого, изменяющееся в зависимости от влажности воздуха, передается стрелке со шкалой, градуированной в процентах относительной влажности.

Конденсациейназывается переход воды из газообразного состояния в жидкое. Конденсация водяного пара происходит в широком диапазоне температур, в том числе, при отрицательных, в результате чего возникают переохлажденные капли.

Сублимация – это процесс перехода водяного пар в твердое состояние, минуя жидкую фазу. Сублимация наблюдается при отрицательных температурах –20-400С.

Чтобы произошла конденсация водяного пара, необходимо насыщение воздуха, которое наступает при понижении температуры или дополнительном поступлении водяного пара. Если насыщение достигнуто, то при дальнейшем понижении температуры возникает избыток водяного пар, переходящий в жидкое состояние.

В результате конденсации и сублимации образуются туманы и облака.

Берется ось Y и ось X по результатам радиозондирования наноситься точками температура, влажность, скорость ветра по высотам в основном по маршрутам полетов (в данный момент не производится), информация готовилась для ЭВС.

mmt ›
Блог ›
Азот в шинах. Точка росы и парциальные давления.

Вокруг того, как работает автомобиль, существует огромнейшее количество мифов. Может ли в экстремальной ситуации навредить система стабилизации? Какой тип привода безопаснее? Можно ли включать нейтраль при движении, можно ли тормозить в повороте, нужно ли на скользкой дороге применять торможение двигателем? И так далее, перечислять можно бесконечно. Меня подобные вопросы давно не интересуют, и писать о них я не собирался. Но в интернете в очередной раз кто-то неправ :), и сегодня я почему-то решил накидать заметку на одну из таких тем.

И эта тема – азот в шинах. Зачем колеса накачивают азотом? Я сделал поиск по драйву, который нашел огромное число постов, но сколько я ни читал, ни одного правильного ответа я так и не увидел (наверняка они есть, просто мне не хватило терпения дорыться до них), причем неправильные продвигались очень агресивно.

Всё, что я осилил прочитать, сводилось практически дословно к подобным текстам: www.drive2.ru/l/4899916394579211090/. Обязательно прочитайте, перед тем как продолжать читать мою заметку — там не так много и вполне полезно.

Почему вообще эта тема оказалась так живуча? С одной стороны, «любому адекватному человеку очевидно», что это развод – пошутили и забыли. Но с другой стороны есть автоспорт. Где машину строят десятки инженеров, которые знают о физике всё. И где «накачивают колёса азотом».

Вот человек по ссылке выше здорово изложил суть. Помнит даже законы Шарля и Гей-Люссака. И делает вывод: «В «Формуле-1″ закачивают азот в шины ТОЛЬКО! для пожаро-безопасности. Чистый азот, при повреждении колеса, выходя из шины, действительно не способствует горению». Это утверждение неверно.

Теперь к сути. В автоспорте действительно накачивают колёса азотом. Расскажу, почему.

Во-первых, это не всегда азот, это может быть смесь подобных газов либо просто осушенный воздух. Конкретно в Формуле-1 сейчас запрещено регламентом качать чем-то, кроме воздуха, поэтому качают воздухом – ключевое слово – осушенным. (Кстати, как видите, опасность пожаров 🙂 не помешала внести этот пункт в регалмент.)

Простой поиск гуглом находит нам интервью Пола Хембри, руководителя Пирелли Моторспорт, с ответом на этот вопрос.

— Какой газ вы используете для накачивания шин?
— Раньше разрешалось использование специальных газов, но сейчас это запрещено и мы накачиваем шины сухим воздухом – влага удаляется, чтобы обеспечить необходимую стабильность.

Но по ссылке выше мы читаем:
Утверждение 1. Повышение стабильности давления в шине.
– Это утверждение противоречит законам физики, а именно закону Шарля (давление газа в постоянном объеме прямо пропорционально температуре) и закону Гей-Люссака (коэффициент объемного расширения всех газов одинаков), которые мы проходили в 9 классе общеобразовательной школы.

Неужели глава Пирелли Моторспорт не был в девятом классе? Пол Хембри, Шарль с Гей-Люссаком и уважаемый двайвовчанин — предлагаю вам прямо сейчас сделать ставку, кто из них «чего-то не догоняет». 🙂

На самом деле всё просто. Суть проблемы — в содержащейся в газе влаге.

Действительно, «давление газа в постоянном объеме прямо пропорционально температуре» (сам закон Шарля звучит как P(давление газа)/T(температура)=const и верен для идеального газа, которым с очень большой степенью точности является и воздух с азотом в шине). То есть, в данном случае, чем выше температура внутри покрышки, тем выше давление. Поэтому когда машина начинает ехать и у неё начинают нагреваться колёса – давление в покрышках растёт. Две-четыре десятых атмосферы даже уже разогретая перед стартом шина набирает легко. Азот совершенно не является исключением из этого закона — даже если вы накачаете колеса азотом, шина наберет те же две-четыре десятки давления, что и на «обычном воздухе».

Не нужно объяснять, насколько давление в колёсах важно для гоночной машины. Причем важно именно давление «на горячую». Какое давление в холодном колесе – без разницы, оно должно быть правильное, когда колесо поедет — нагреется и начнет работать. И суть проблемы в том, что если в колёса накачать влажный воздух, то при охлаждении и нагреве колеса количество газа в шине начнет произвольно изменяться – и начнет произвольно скакать давление.

На практике это выглядит очень просто – перед стартом (при сборе) в колесах машины выставляют одинаковое давление, скажем, 2.0 атм. Машина проезжает несколько кругов (или – в ралли – доп), замеряется давление, и оказывается, что в одном колесе давление 2.2, в другом – 2.4. (На этом месте механикам, которые собирали колёса, дают по мозгам – была нарушена процедура сбора колёс.)

Почему так происходит? Есть такое понятие — точка росы. Это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться. Точка росы определяется относительной влажностью воздуха — чем выше относительная влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре воздуха. Если относительная влажность составляет 100%, то точка росы совпадает с фактической температурой.

То есть 100%-я влажность воздуха означает, что в данном объеме газа больше водяного пара находиться не может – дальше он начнет конденсироваться. Когда мы такой воздух накачиваем в шину, то есть поднимаем его давление, и после этого даём колесу остыть, то водяной пар конденсируется внутри шины в капельки воды. Проверяя давление в таком колесе, мы увидим, например, 2 атмосферы. Когда машина поедет и колесо начнет нагреваться, часть этих капелек воды начнет испаряться, добавляя в шину дополнительный газ. Добавившееся количество газа добавит давления (см. «парциальное давление» – общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов). Сколько воды испарится, предсказать невозможно (сколько её попало в колесо при накачивании?), поэтому давление перестанет линейно зависеть от температуры. И когда машина поедет – там может стать и 2.2атм, и 2.4атм.

Для гоночной машины такая разница в давлении — драматична.

Поэтому в большом спорте колеса собирают по определенной процедуре. И действительно многие качают именно азотом. Другие команды используют компрессоры, которые осушают воздух.

В тайм-аттаке, где у более чем половины участников нет своей команды механиков, а колеса собирают и накачивают обычным насосом часто даже без осушителя (или с простеньким), просто приходится проверять давление после каждой сессии и соответственно сдувать/подкачивать шины, выставляя оптимальное давление, пока оно не «устаканится» на нужном уровне. Если «гражданский» шиномонтаж предоставляет услугу «накачки шин азотом», то пользоваться ей тоже стоит «осторожно». Для того, чтобы накачать колесо азотом, нужно для начала его сдуть. При сдувании, то бишь уменьшении давления газа, происходит его охлаждение, что тоже может привести к конденсации некоторой части влаги внутри шины. Поэтому в большом спорте для минимизации нахождения влаги внутри колеса его оставляют «открытым» на несколько часов, потом накачивают сухим воздухом (азотом) и оставляют на несколько часов опять-таки для выравнивания температуры, и потом выставляют окончательное давление. При такой процедуре уже можно рассчитывать на то, что при езде давление в колесе будет повышаться линейно, прямо пропорционально температуре, и это повышение можно будет прогнозировать.

Ну и в заключение – имеет ли всё это отношение к гражданскому автомобилю? Практически никакого. Шины гражданского автомобиля почти не нагреваются при езде. (Кстати, многие думают, что шины нагреваются сильнее всего от трения о дорогу, но на самом деле они в первую очередь нагреваются от тормозов через диски, трение о дорогу – это уже второй фактор даже для гоночной машины, а для гражданского колеса второй по важности фактор — внутреннее трение в покрышке, которое возникает от деформации при качении колеса).

Единственный случай, когда ощутимо изменяется температура, и, соответственно, давление в гражданском колесе – это если вы накачали колесо весной при +5 и не проверяли давление до лета, когда стало +30… да ещё и на прямом солнце оставили колёса. Тогда действительно какой-то разброс по давлению может получиться в колёсах (хотя критичным для гражданской езды он всё равно не будет). Но легче просто раз в неделю проверять давление в колёсах, чем заморачиваться с азотом или с осушением воздуха.

P.S. Всё вышеизложенное честно «передрано». Я совершенно не претендую на авторство этого объяснения, ровно наоборот, это то, что известно каждому хорошему механику, инженеру, пилоту и т.п., и освещено уже не раз, но почему-то совершенно неизвестно гражданским водителям. Пусть теперь будет и на драйве.

FILED UNDER : Статьи

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*