Лабораторная работа 4, страница 30 - гдз по физике 10 класс тетрадь для лабораторных работ Громыко, Зенькович

В связи с отсутствием данных измерений, необходимых для выполнения лабораторной работы, таких как показания сухого и влажного термометров, а также размеров помещения, для выполнения расчетов будут использованы условные (предполагаемые) значения.

Порядок выполнения работы

1. Измерьте температуру $t_1$ воздуха в кабинете (показание сухого термометра). Результат измерения занесите в таблицу.

Предполагаемые данные: Температура воздуха в кабинете (сухой термометр) $t_1 = 20^\circ \text{C}$.

Ответ: Температура сухого термометра: $t_1 = 20^\circ \text{C}$.

2. Оберните резервуар термометра влажным марлевым бинтом. Подождите (примерно 15 мин), пока температура установится, и снимите показания влажного термометра $t_2$. Результат измерения занесите в таблицу.

Предполагаемые данные: Температура влажного термометра $t_2 = 15^\circ \text{C}$.

Ответ: Температура влажного термометра: $t_2 = 15^\circ \text{C}$.

3. Определите разность показаний сухого и влажного термометров $t_1 - t_2$. Результат вычисления занесите в таблицу.

Разность показаний: $t_1 - t_2 = 20^\circ \text{C} - 15^\circ \text{C} = 5^\circ \text{C}$.

Ответ: Разность показаний: $5^\circ \text{C}$.

4. Используя психрометрическую таблицу, определите относительную влажность $\phi$ воздуха в кабинете. Результат занесите в таблицу.

Используя Таблицу 1 (психрометрическую таблицу) для показания сухого термометра $t_1 = 20^\circ \text{C}$ и разности показаний $t_1 - t_2 = 5^\circ \text{C}$, находим относительную влажность.

Из таблицы 1: $\phi = 59\%$.

Ответ: Относительная влажность: $\phi = 59\%$.

5. Вычислите абсолютную влажность $\rho_п$ воздуха. Результат вычисления занесите в таблицу.

Для вычисления абсолютной влажности $\rho_п$ используем формулу $\rho_п = \frac{\phi \cdot \rho_н}{100\%}$.

Из Таблицы 2 (зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры) для $t_1 = 20^\circ \text{C}$ находим плотность насыщенного водяного пара $\rho_н = 17.3 \, \text{г/м}^3$.

$\rho_п = \frac{59\% \cdot 17.3 \, \text{г/м}^3}{100\%} = 0.59 \cdot 17.3 \, \text{г/м}^3 \approx 10.2 \, \text{г/м}^3$.

Ответ: Абсолютная влажность: $\rho_п \approx 10.2 \, \text{г/м}^3$.

Сводные данные для кабинета (на основе предположений):

Температура сухого термометра $t_1 = 20^\circ \text{C}$

Температура влажного термометра $t_2 = 15^\circ \text{C}$

Разность показаний $t_1 - t_2 = 5^\circ \text{C}$

Относительная влажность $\phi = 59\%$

Абсолютная влажность $\rho_п = 10.2 \, \text{г/м}^3$

6. Вычислите абсолютную погрешность $\Delta t$ прямого измерения температуры (для одного из измерений)

Предполагаем, что используемый термометр имеет цену деления $0.2^\circ \text{C}$.

Тогда инструментальная погрешность $\Delta t_и$ (половина цены деления) $= 0.1^\circ \text{C}$.

Погрешность отсчета $\Delta t_о$ (также половина цены деления) $= 0.1^\circ \text{C}$.

Формула: $\Delta t = \Delta t_и + \Delta t_о$

Решение

$\Delta t = 0.1^\circ \text{C} + 0.1^\circ \text{C} = 0.2^\circ \text{C}$.

Ответ: Абсолютная погрешность: $\Delta t = 0.2^\circ \text{C}$.

7. Вычислите относительную погрешность $\varepsilon_t$ прямого измерения температуры

Для расчета относительной погрешности возьмем значение $t = t_1 = 20^\circ \text{C}$ и абсолютную погрешность $\Delta t = 0.2^\circ \text{C}$.

Формула: $\varepsilon_t = \frac{\Delta t}{t}$

Решение

$\varepsilon_t = \frac{0.2^\circ \text{C}}{20^\circ \text{C}} = 0.01$

В процентах: $\varepsilon_t = 0.01 \cdot 100\% = 1\%$.

Ответ: Относительная погрешность: $\varepsilon_t = 1\%$.

8. Запишите результат измерения температуры в виде: $t = (t \pm \Delta t)^\circ \text{C}$, $\varepsilon_t = \dots \%$.

Используя предполагаемое значение $t_1 = 20.0^\circ \text{C}$ и вычисленные погрешности.

$t = (20.0 \pm 0.2)^\circ \text{C}$, $\varepsilon_t = 1\%$.

Ответ: Результат измерения температуры: $t = (20.0 \pm 0.2)^\circ \text{C}$, $\varepsilon_t = 1\%$.

9. Определите относительную влажность воздуха в школьном коридоре (на улице). Сравните значения относительной влажности в кабинете и коридоре (на улице). Сделайте вывод.

Для определения относительной влажности воздуха в коридоре или на улице необходимо провести аналогичные измерения температуры сухого и влажного термометров, как и для кабинета. Затем, используя Таблицу 1, определить значение относительной влажности. После этого можно сравнить полученное значение с относительной влажностью в кабинете (которая в нашем случае принята за $59\%$).

Без фактических данных измерения невозможно дать конкретные значения. Однако, обычно влажность в помещении (кабинете) более стабильна и может быть ниже, чем на улице, особенно в дождливую или туманную погоду, или выше, если помещение не проветривается и происходит испарение. В холодное время года на улице абсолютная влажность воздуха часто ниже, чем в отапливаемом помещении, даже если относительная влажность на улице выше (например, при тумане). В жаркое время года на улице может быть как выше, так и ниже влажность, чем в помещении с кондиционированием воздуха.

Ответ: Процедура включает измерение $t_1$ и $t_2$ вне кабинета, вычисление $t_1-t_2$ и использование психрометрической таблицы (Таблица 1). Сравнение покажет, как влажность зависит от условий окружающей среды и микроклимата помещения.

Контрольные вопросы

1. Какова относительная влажность воздуха, если показания сухого и влажного термометров одинаковы?

Если показания сухого и влажного термометров одинаковы ($t_1 = t_2$), это означает, что разность показаний $t_1 - t_2 = 0$. Согласно Таблице 1, при любой температуре сухого термометра и нулевой разности показаний, относительная влажность воздуха составляет $100\%$. Это свидетельствует о том, что воздух насыщен водяным паром.

Ответ: Относительная влажность воздуха составляет $100\%$.

2. Как изменится абсолютная и относительная влажность воздуха в помещении при понижении температуры?

Абсолютная влажность воздуха $\rho_п$ — это масса водяного пара в единице объема воздуха. Если в помещении не происходит добавления или удаления водяного пара (т.е. нет источника испарения или конденсации), то при понижении температуры абсолютная влажность воздуха остается практически неизменной, пока не будет достигнута точка росы (температура, при которой воздух станет насыщенным).

Относительная влажность воздуха $\phi$ определяется по формуле $\phi = \frac{\rho_п}{\rho_н} \cdot 100\%$, где $\rho_н$ — плотность насыщенного водяного пара при данной температуре. Из Таблицы 2 видно, что с понижением температуры плотность насыщенного пара $\rho_н$ уменьшается. Поскольку $\rho_п$ остается постоянной (до точки росы), а $\rho_н$ уменьшается, то относительная влажность $\phi$ будет увеличиваться. При дальнейшем понижении температуры $\phi$ может достичь $100\%$, после чего начнется конденсация водяного пара (например, в виде росы на окнах).

Ответ: Абсолютная влажность воздуха останется практически постоянной (при отсутствии конденсации), а относительная влажность воздуха увеличится.

3. Как будет изменяться разность показаний сухого и влажного термометров при понижении температуры воздуха, если его абсолютная влажность остается постоянной?

Как было указано в ответе на контрольный вопрос 2, при понижении температуры и постоянной абсолютной влажности относительная влажность воздуха будет увеличиваться. Психрометрическая таблица (Таблица 1) показывает, что для заданной температуры сухого термометра $t_1$, с увеличением относительной влажности $\phi$, разность показаний сухого и влажного термометров $(t_1 - t_2)$ уменьшается. Следовательно, при понижении температуры воздуха (то есть уменьшении $t_1$) и одновременном увеличении относительной влажности, разность показаний сухого и влажного термометров будет уменьшаться. Влажный термометр будет показывать температуру, более близкую к температуре сухого термометра.

Ответ: Разность показаний сухого и влажного термометров будет уменьшаться.

Выводы:

В ходе данной лабораторной работы было изучено измерение относительной и абсолютной влажности воздуха с использованием психрометра и табличных данных. Было показано, что относительная влажность отражает степень насыщения воздуха водяным паром, в то время как абсолютная влажность характеризует фактическое содержание водяного пара. Температура воздуха является ключевым фактором, влияющим на влажностные характеристики. Понижение температуры при постоянной абсолютной влажности приводит к увеличению относительной влажности и уменьшению разности показаний сухого и влажного термометров.

Суперзадание

Определите массу воды, которую надо испарить в вашем кабинете, чтобы относительная влажность воздуха повысилась на $\Delta\phi = 10\%$.

Дано

Начальная температура сухого термометра (из п.1): $t_1 = 20^\circ \text{C}$

Начальная относительная влажность (из п.4): $\phi_1 = 59\%$

Требуемое изменение относительной влажности: $\Delta\phi = 10\%$

Предполагаемые размеры кабинета (длина $\times$ ширина $\times$ высота): $L=8.0 \, \text{м}$, $W=6.0 \, \text{м}$, $H=3.0 \, \text{м}$

Перевод в СИ:

Все величины уже представлены в единицах СИ или совместимых для расчетов. Плотность насыщенного пара $\rho_н$ из таблицы 2 дается в г/м$^3$. Для перевода массы в кг потребуется в конце разделить на 1000.

Найти:

Масса воды, которую нужно испарить $m$.

Решение

1. Вычислим объем кабинета $V$:

$V = L \cdot W \cdot H = 8.0 \, \text{м} \cdot 6.0 \, \text{м} \cdot 3.0 \, \text{м} = 144 \, \text{м}^3$.

2. Определим плотность насыщенного водяного пара $\rho_н$ при температуре $t_1 = 20^\circ \text{C}$ из Таблицы 2:

$\rho_н = 17.3 \, \text{г/м}^3$.

3. Вычислим начальную абсолютную влажность воздуха $\rho_{п1}$ в кабинете, используя формулу $\rho_п = \frac{\phi \cdot \rho_н}{100\%}$:

$\rho_{п1} = \frac{\phi_1 \cdot \rho_н}{100\%} = \frac{59\% \cdot 17.3 \, \text{г/м}^3}{100\%} = 0.59 \cdot 17.3 \, \text{г/м}^3 \approx 10.207 \, \text{г/м}^3$.

4. Определим требуемую конечную относительную влажность $\phi_2$:

$\phi_2 = \phi_1 + \Delta\phi = 59\% + 10\% = 69\%$.

5. Вычислим конечную абсолютную влажность воздуха $\rho_{п2}$, соответствующую $\phi_2$ при той же температуре $t_1 = 20^\circ \text{C}$:

$\rho_{п2} = \frac{\phi_2 \cdot \rho_н}{100\%} = \frac{69\% \cdot 17.3 \, \text{г/м}^3}{100\%} = 0.69 \cdot 17.3 \, \text{г/м}^3 \approx 11.937 \, \text{г/м}^3$.

6. Найдем требуемое изменение абсолютной влажности $\Delta\rho_п$:

$\Delta\rho_п = \rho_{п2} - \rho_{п1} = 11.937 \, \text{г/м}^3 - 10.207 \, \text{г/м}^3 = 1.73 \, \text{г/м}^3$.

7. Вычислим массу воды $m$, которую необходимо испарить:

$m = \Delta\rho_п \cdot V = 1.73 \, \text{г/м}^3 \cdot 144 \, \text{м}^3 = 249.12 \, \text{г}$.

8. Переведем массу в килограммы:

$m = 249.12 \, \text{г} \cdot \frac{1 \, \text{кг}}{1000 \, \text{г}} \approx 0.249 \, \text{кг}$.

Ответ: Необходимо испарить приблизительно $0.249 \, \text{кг}$ воды.