Влажность

Водяной пар в воздухе

В атмосфере непрерывно происходят испарение и конденсация воды. При данной температуре пар не может устойчиво иметь произвольно большую плотность: в равновесии с жидкостью он становится насыщенным. Насыщенный пар — пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, когда скорости испарения и конденсации равны.

Давление и плотность насыщенного пара быстро растут с температурой. Поэтому тёплый воздух при том же относительном показателе может содержать больше водяного пара, чем холодный. Само выражение «воздух удерживает воду» условно: предел задаётся равновесными свойствами водяного пара.

У сухого термометра показание выше, чем у термометра с влажной обёрткой; от влажной поверхности уходит пар.

Абсолютная и относительная влажность

Абсолютная влажность — масса водяного пара в единице объёма воздуха, обычно в ${\text{г/м}}^3$. Для самочувствия и погоды важнее, насколько текущий пар близок к насыщению. Относительная влажность $\phi$ — отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре.

При умеренных давлениях вместо давлений можно использовать отношение плотностей пара. Значение $50\%$ не означает, что половина объёма воздуха занята водой; оно означает, что парциальное давление составляет половину насыщенного при данной температуре.

Точка росы

Если воздух охлаждать без изменения количества пара, давление насыщенного пара уменьшается, а относительная влажность растёт. Температура, при которой она достигает $100\%$ и начинается конденсация, называется точкой росы. Роса на траве, запотевание стекла и облака возникают, когда поверхность или объём воздуха охлаждаются до этого состояния.

При дальнейшем охлаждении часть пара конденсируется, поддерживая состояние около насыщения. Поэтому по точке росы можно определить фактическое содержание водяного пара. Высокая точка росы означает много влаги в воздухе независимо от дневной температуры.

Измерение влажности

Психрометр использует сухой и смоченный термометры. Испарение охлаждает влажный резервуар; чем суше воздух, тем быстрее испарение и тем больше разность показаний. При относительной влажности $100\%$ испарение почти компенсировано конденсацией, поэтому термометры показывают одинаково.

Волосной гигрометр и электронные датчики используют изменение свойств чувствительного материала при поглощении воды. Показания всегда относятся к температуре прибора, поэтому холодный датчик после переноса в тёплое влажное помещение может покрыться конденсатом и временно ошибаться.

Связь влажности с испарением и конденсацией объясняет, почему проветривание зимой сушит комнату: холодный наружный воздух содержит мало пара, а после нагревания его $p_{\text{нас}}$ возрастает и относительная влажность падает. Увлажнение меняет количество пара, а нагрев без добавления воды меняет лишь степень насыщения.