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相对湿度 – 如何定义和计算?

Writing a square to the sand by the sea
Joni Partanen
Joni Partanen
Product Engineer
Published: Sep 7, 2020
工业制造和工艺
工业测量

掌握湿度参数的第一步是要理解水蒸气分压。我们将在海边的沙滩上画一个边长一米的正方形,并以此开始我们的旅程。现在,想象一下一个质量为 10,300 kg 的空气柱穿过大气层进入太空。这一气团会产生力量相当于 101,325 牛顿/平方米的静压。

这定义了压强单位帕斯卡 [Pa]:牛顿/平方米。这种方式计算出的是总的气体压强。 我们呼吸的空气是混合气体,主要成分为氮气 (N2)、氧气 (O2)、水蒸气 (H2O)、氩气 (Ar) 和二氧化碳 (CO2)等。这些成分可以通过道尔顿分压定律表示:

Use Dalton’s law of partial pressures

这些成分中,浓度变化最大的是水蒸气,它是影响天气和气候、众多工业过程和我们日常生活其他方面的重要因素。 

地球上自然界中水以三种不同的形式存在:冰、水和气体。气态水的最大值是受温度影响的:温度越高,水蒸气的分压越高,这意味着空气中溶解水的含量也越高。特定温度下的最大水蒸气压被称为饱和水蒸气压。水蒸气压不会超过这一限值,要证明此事实,最简单的方式就是看看天空中的云。达到饱和水蒸气压并且环境无法再将水维持在气态时,便会形成云,这意味着其中一些气态水凝结成了小水滴,这些小水滴可能最终会以雨水的形式落下。

相对湿度 (RH) 这一概念是指在相同的温度条件下,水蒸气的实际含量相对于水蒸气达到饱和时的含量的百分比。当出现降雨时,云中的相对湿度显然为 100 %RH,此时雨滴形成。尽管在过去几年中,可用的仪器仪表和技术得到了显著发展,但天气有时仍然会超出我们的预料。我们人类试图控制环境,这使得我们在技术侧面和工业领域取得了长足发展。我们可以按需创造出受控的环境,无论是用于干燥衣物还是用于通过高度敏感的原材料开发高端技术。

Relative humidity tells us how much water vapor is in the air

 

潮湿的棉衬衫、用于生产锂电池的导电盐和 HUMICAP® 薄膜聚合物传感器之间存在哪些共同点?答案是,它们都是吸湿材料,可吸收周围环境中的水分子,直至达到平衡状态。在这里,相对湿度发挥着重要作用,因为材料的平衡含水率与相对湿度水平密切相关。幸运的是,我可以相信我的手机电池是在受控环境下生产的,电池受到保护,可以耐受偶发的液体泼洒。在雨中变得潮湿的棉衬衫又是怎么一回事呢?下雨时,衬衫无法彻底干透,即使做好防雨措施也是如此。但如果我将衬衫放进干衣机,就可以显著提高干燥速度。为什么衬衫在高温下干得更快?干衣机内的湿度更低吗?简而言之,温度升高后,空气相对来说会更干燥。这意味着干衣机内的相对湿度降低了,棉衬衫会倾向于与周围环境达到平衡状态,最终会变得更加干燥。

相对湿度是特定温度下水蒸气压与饱和水蒸气压之比。如果您想深入了解相对湿度、关联量和众多其他湿度参数的计算方式,请下载我们的换算公式技术电子书