Абсолютная влажность воздуха

Абсолютная влажность воздуха
${\displaystyle f={\frac {m}{V}}}$
Размерность	L^−3M
Единицы измерения
СИ	кг/м³
СГС	г/см³
Примечания
скалярная величина

Абсолютная влажность воздуха (лат. absolutus — полный) — физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1 м³ воздуха[1]. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе. Обычно обозначается буквой ${\displaystyle f}$.

Согласно РМГ 75-2014 термины абсолютная влажность и парциальная плотность влаги отнесены к не рекомендуемым к применению синонимам термина массовая концентрация влаги[2].

Определение

Абсолютная влажность воздуха рассчитывается по следующей формуле:

${\displaystyle f={\frac {m}{V}}={\rho }_{H_{2}O},}$

где ${\displaystyle m}$ — масса воды в объёме ${\displaystyle V}$ влажного воздуха. Таким образом, абсолютная влажность воздуха равна плотности водяного пара.

Обычно используемая единица абсолютной влажности: ${\displaystyle [f]=1}$ г/м³.

Абсолютная влажность воздуха зависит от температурного режима и переноса (адвекции) влаги с океаническими массами воздуха. При одной и той же температуре воздух может поглотить вполне определённое количество водяного пара и достичь состояния полного насыщения. В спокойном состоянии воздух может достичь и перенасыщения (параметр влажности становится выше 100%), но поскольку атмосфера редко когда равновесна, лишняя влага или осаждается (роса, изморозь, иней) или, реже, конвектирует в более высокие слои атмосферы, а в прогнозах погоды перенасыщение не отображается.

Водяной пар как идеальный газ

С помощью уравнения Клапейрона — Менделеева получают соотношение, связывающее плотность и парциальное давление водяного пара[3]:

${\displaystyle {\rho }_{H_{2}O}={\frac {M\cdot {p}_{H_{2}O}}{R\cdot T}}}$,

где ${\displaystyle M}$ — молярная масса воды (18,01528 г/моль); ${\displaystyle {p}_{H_{2}O}}$ — парциальное давление паров воды в воздухе; ${\displaystyle R}$ — универсальная газовая постоянная (R = 8,3144598(48) Дж⁄(моль∙К)); ${\displaystyle T}$ — температура воздуха, К.

Переход к относительной влажности

Согласно следствию закона Бойля — Мариотта, при изотермическом процессе давление газа изменяется прямо пропорционально его плотности. Отсюда формулу для расчёта относительной влажности воздуха можно представить в следующем виде:

${\displaystyle \varphi ={\frac {{p}_{H_{2}O}}{p_{H_{2}O}^{*}}}\cdot 100\%={\frac {{\rho }_{H_{2}O}}{\rho _{H_{2}O}^{*}}}\cdot 100\%,}$

откуда следует, что

${\displaystyle f={\rho }_{H_{2}O}={\frac {\varphi \cdot {\rho }_{H_{2}O}^{*}}{100\%}},}$

где

${\displaystyle \varphi }$ — относительная влажность воздуха;

${\displaystyle {p}_{H_{2}O}}$, ${\displaystyle {p}_{H_{2}O}^{*}}$ — парциальное давление паров воды в исследуемом воздухе и в насыщенном паре (при одинаковой температуре);

${\displaystyle {\rho }_{H_{2}O}}$, ${\displaystyle {\rho }_{H_{2}O}^{*}}$ — плотность водяного пара в исследуемом и насыщенном воздухе соответственно. Значение последнего можно найти из психрометрических таблиц Всемирной метеорологической организации[4]:

Зависимость плотности насыщенного пара от температуры воздуха

Температура ${\displaystyle t,{}^{\circ }C}$	Плотность насыщенного водяного пара ${\displaystyle {\rho }_{(H_{2}O)}^{*}}$, г/м³
0,0	4,9
5,0	6,8
10,0	9,4
15,0	12,8
20,0	17,3
25,0	23,0
30,0	30,4
35,0	39,6
40,0	51,2
45,0	65,4
50,0	82,8
55,0	104,0
60,0	129,5
65,0	160,1
70,0	196,4
75,0	239,3
80,0	289,7
85,0	348,7
90,0	417,3
95,0	496,8
100,0	588,5

См. также

• Влажность
• Насыщенный пар
• Относительная влажность
• Психрометр

Примечания

1. Влажность воздуха Архивная копия от 22 ноября 2012 на Wayback Machine — Статья в Физической энциклопедии
2. РМГ 75-2014. Измерения влажности веществ. Термины и определения, 2015, с. 3.
3. Кирьянов А. П., Коршунов С. М., Термодинамика и молекулярная физика, 1977, с. 117.
4. PWMU. CIMO-WMO Guide to meteorological instruments and methods of observation. WMO-No. 8 (2014 edition, Updated in 2017) (англ.). www.wmo.int. Дата обращения: 4 мая 2018. Архивировано 4 мая 2018 года.

Литература

• Кирьянов А. П., Коршунов С. М. Термодинамика и молекулярная физика. Пособие для учащихся. — М.: Просвещение, 1977. — 160 с.
• Рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 75-2014. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения влажности веществ. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2015. — iv + 16 с.

Ссылки

• Абсолютная влажность воздуха и относительная влажность воздуха. Онлайн-калькулятор.