Методическая разработка урока-видеоконференции по теме Влажность воздуха. Точка росы. Приборы для определения влажности воздуха

Урок - видеоконференция по теме: " Влажность воздуха. Точка росы. Приборы для определения влажности воздуха"
Тема: Влажность воздуха. Точка росы. Приборы для определения влажности воздуха.
Цель:
Образовательная: обеспечить усвоение студентами основных понятий: абсолютной и относительной влажности воздуха, точка росы; добиться понимания принципа действия конденсационного, волосного гигрометров, психрометра отработка навыков определения влажности с помощью этих приборов.
Развивающая: развитие познавательного интереса к предмету
Воспитательная: обогатить студентов знаниями о нормах комфортных условий для высокопроизводительного труда, и требованиями законодательство по охране труда
Основные знания и умения:
Знать формулу, определение и единицы абсолютной и относительной влажности воздуха, а также точку росы; строение земной атмосферы.
Уметь пользоваться гигрометром и психрометром, психрометрическими таблицами и таблицами плотности насыщенных водяных паров.
Уметь решать задачи по определению абсолютной и относительной влажности воздуха.
Подготовительный этап:
Организация видеоконференций хотя и является достаточно сложной с технической точки зрения, но в последнее время оснащение образовательных учреждений является вполне достаточной для обеспечения достаточного качества общения. Большую помощь в технической поддержке видеоконференции могут оказать сами учащиеся (студенты), т.к. практически все слышали о возможности общения в сети Интернет с помощью программы Skype, а многие даже имеют опыт общения. Поэтому большую часть подготовительной работы может на себя взять инициативная группа «технической поддержки», из числа наиболее «продвинутых юзеров».
Два содокладчика готовят информацию по темам «Влияние влажности воздуха на здоровье человека; её значение в производственных процессах и способах ее изменения», « Приборы для определения влажности воздуха».
Два человека, из числа наиболее подготовленных учащихся, заранее подготовившись по данной теме выступают в качестве «экспертной группы», находящейся вне кабинета – на другом «конце» линии связи
Оборудование:
Интерактивное оборудование
компьютер в кабинете физики с проектором, подключенный к локальной сети или сети Интернет, две Web- камеры, два микрофона, две акустические системы, удаленный компьютер (компьютерный класс), с подключением к локальной сети учреждения или сети Интернет, программное обеспечение Skype версии 4.0 и выше.

Для организации видеоконференции с достаточным качеством передачи изображения и звука необходим канал связи со скоростью передачи данных не менее 128 кБит/с. При наличии в ОУ локальной сети, объединяющей компьютеры со скоростью 100 Мбит/с, качество связи будет определять разрешающая способность вебкамер, при этом внутренний трафик неограничен и является бесплатным для образовательного учрежденияЛабораторное оборудование
конденсационный гигрометр, термометр, эфир, психрометр, волосной гигрометр, в/ф, плакаты,
таблицы: психрометрическая таблица;
давление насыщающих водяных паров и их плотность при различных температурах.
Демонстрации: устройство и принцип действия конденсационного и волосного гигрометров, психрометра; опытное определение относительной влажности при помощи психрометра.
Этапы
урока Деятельность преподавателя Деятельность студентов
(учащихся)
На экране проецируется заставка DVD фильма «ВОДА» телекомпании «Россия doc» (40 секунд), далее звук делается умереннее (фоновым).
С чего начинается в любом кинотеатре фильм……..
Это фильм о самом привычном, но вместе с тем самом необходимом для жизни на Земле. Это что дало ЖИЗНЬ, и то что в одночасье может в одночасье стереть с лица Земли города, уничтожив то, что человек так долго возводил, строил, создавал…Вода которая дарит нам радость, но к которой мы иногда относимся бесхозяйственно, загрязняя продуктами свой жизнедеятельности….. Вода «помнит» об этом, она может отомстить человечеству…. Об этом, и многом другом рассказывает этот фильм, который сейчас есть в свободной продаже, который вы можете посмотреть и который мы в дальнейшем можем обсудить. но речь сегодня пойдет не о совсем привычной воде, а о «невидимой воде» которая существует в атмосфере. и которая определяет климат на планете, влияя на самочувствие и здоровье людей. Об этом пойдет речь на сегодняшнем уроке. Как вы наверное уже догадались это водяные пары, содержащиеся в атмосфере.
Тема урока записана на доске
Влажность воздуха. Точка росы. Приборы для определения влажности воздуха
Учащиеся отвечают «реклама»
Учащиеся записывают тему урока
Мотивация познавательной деятельности учащихся:
– Влажность воздуха является одним из основных факторов, определяющих состояние погоды и климата, а поэтому знания о влажности воздуха необходимы в прогнозировании погоды. Большое практическое значение имеет умение измерять и регулировать содержание в воздухе водяных паров, т.е. влажность воздуха.
Эти знания необходимы в металлургии, различных технологических процессах, архивах, книгохранилищах, при сушке зерна, фруктов и т.п.
В атмосфере в среднем содержится 24.1016 м3 водяного пара. И хотя его доля составляет меньше 1% от общей массы атмосферы, его влияние на погоду, климат, самочувствие людей очень велико.
Главный источник водяного пара в атмосфере – испарение воды с поверхности океанов, морей, водоемов, влажной почвы, растений, поэтому в атмосфере Земли всегда содержится водяной пар.
В течение года в атмосферу Земли испаряется около 500000 км3 воды, т.е. количество воды, почти равное количеству воды в Черном море, и около 1/4 этой воды выпадает в виде осадков на сушу. При этом образуются облака, туман, осадки, роса.
При конденсации влаги выделяется количество теплоты, равное количеству теплоты, затраченному на испарение. Этот процесс приводит к смягчению климатических условий в холодных районах. Конечно, количество водяных паров в воздухе не везде одинаково. Воздух может быть сухой и влажный.
При одной и той же температуре содержание в нем водяного пара (влажность воздуха) может изменяться в широких пределах: от максимально возможного (насыщенный пар) до нуля (абсолютно сухой воздух). Вблизи водоемов воздух более влажный, чем в глубине материков.
Величина, характеризующая содержание водяных паров в различных частях атмосферы Земли, называется влажностью воздуха.
Для количественной оценки влажности воздуха используют абсолютную и относительную влажность воздуха.
Абсолютную влажность воздуха измеряют плотностью водяного пара , находящегося в воздухе, или его давлением .
Демонстрируется слайд с фрагментом таблицы, например из сборника задач Рымкевич А.П.
Если температура низка, то данное количество водяного пара в воздухе может оказаться близким к насыщению, воздух будет сырым. При более высокой температуре то же количество водяного пара далеко от насыщения, воздух – сухой.
Для суждения о степени влажности важно знать, близок или далек водяной пар, находящийся в воздухе от состояния насыщения.
Для этого вводят понятие относительной влажности – ведь она дает более ясное представление о степени влажности воздуха.
Относительная влажность воздуха измеряется числом, показывающим, сколько процентов составляет абсолютная влажность от давления водяного пара, насыщающего воздух при имеющейся у него температуре.
Далее демонстрируется анимированный слайд, на котором показывается пример определения относительной влажности воздуха по формуле с применением таблицы зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры. Далее слово предоставляется первому содокладчику, который рассказывает о значении влажности воздуха на здоровье и самочувствие человека, нормах ГОСТ значения влажности воздуха в производственных помещениях и комфортных для человека. Задается вопрос учащимся как можно увеличить или уменьшить влажность воздуха… Учащиеся дают ответы на вопросы содокладчика.
Слово передается второму содокладчику, который расскажет о приборах для измерения влажности воздуха, подробно останавливаясь на устройстве и принципе действия волосного гигрометра и психрометре.
В качестве примера WEB-камера направляется на шкалу и учащиеся убеждаются в том, что показания увлажненного термометра несколько ниже сухого; определяют показания сухого и увлажненного термометров. Далее содокладчик демонстрируя на слайде психрометрическую таблицу с помощью виртуального маркера показывает значение относительной влажности воздуха; учащиеся делают заключение о соответствии полученного значения влажности воздуха комфортному диапазону.. Учащиеся определяют показания термометров, изображения которых проецируются на экран, определяют относ. влажность воздуха
В заключительной части урока у нас запланировано прямое включение «экспертной группы» которая задаст несколько вопросов, чтобы определить насколько хорошо вы усвоили материал и оценят ваши ответы
Техническая группа делает вызов «экспертной группы».
Эксперты задают вопросы:
Какова роль влажности воздуха для самочувствия человека?
Какое значение влажности воздуха комфортно для человека, и какой диапазон влажности считается допустимым в производственных помещениях?
В чем заключается принцип работы волосного гигрометра?
Почему нельзя включать бытовую технику в сеть, если её внесли в теплое помещение при хранении или транспортировке в морозные дни?
Какие способы защиты металлических поверхностей от коррозирующего воздействия атмосферы вы можете назвать?.Каким способом можно увлажнить (осушить) воздух в помещении?
Учащиеся вызываются к микрофону и называя свое имя отвечают на поставленные вопросы. Если мнения отвечающих, экспертов или аудитории не совпадают можно организовать диалог с членами «экспертной группы» В заключение нужно поблагодарить содокладчиков, членов экспертной группы, группу технической поддержки, назвав всех по именам, активных участников из числа аудитории и выставить оценки
Выдать домашнее задание Степень влажности воздуха имеет большое влияние на многие процессы, протекающие на Земле, например на развитие флоры и фауны.
Существенное влияние оказывает влажность на урожай с/х культур, на урожайность животноводства. Важную роль играет влажность воздуха и во многих отраслях современной техники, например, в процессах сушки изделий, при хранении готовых изделий, а также в книгохранилищах, музеях и т.д. Следовательно, измерение и регулирование влажности имеет большое практическое значение.
или
При вычислении относительной влажности значения PН и rН надо брать из таблицы VIII стр. 313. Задачник под редакцией Гладковой Р.А.
Пусть абсолютная влажность воздуха в нашей ситуации при t0 = 220.
t0 = 220 упала t0 до 100 t0 = 100 если t0 = 60 (ночью)


пар далек от насыщения пар насыщен водяным парами

0,110-3 кг/м3 сконденсируется, т.е. выпадет роса.
Из примеров видно, что ненасыщенный пар превращается в насыщенный при понижении температуры.Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, называется точкой росы.
В нашем примере чему равна точка росы?
Верно! 100С
Оказывается, по известной точке росы абсолютную влажность воздуха r А можно найти по этой же таблице, т.к. она равна плотности насыщающего пара r Н при точке росы.
Найдя затем по этой же таблице r Н для данной температуры воздуха, можно по формуле найти абсолютную влажность.
Напоминаю, что при отсутствии центров конденсации, пар может стать пересыщенным. Поэтому чистый воздух может охлаждаться ниже точки росы, а находящийся в нем пар конденсироваться не будет.
Вставка:
Относительная влажность влияет не только на условия погоды, но также и на здоровье и самочувствие.
Так, например, можно чувствовать себя вполне хорошо при t0 = 25–300C и относительной влажности 25%.
С другой стороны, при той же температуре можно иметь плохое самочувствие, ощущая жару и чувствуя подавленность, при B = 80% или
B = 90%.
Или например, если температура воздуха 180С, а B = 25%, можно ощущать холод, хотя при той же температуре и влажности в 60% можно иметь вполне хорошее самочувствие.
Как объяснить различное самочувствие вследствие различия относительной влажности при одинаковой температуре?
Если воздух сухой и B мала – испарение, а потому и охлаждение, происходят быстро. Но если воздух влажен, т.е. B высока – испарение происходит очень медленно, так что охлаждение незначительно.
Экспериментами установлено, что для хорошего самочувствия и здоровья необходимо, чтобы относительная влажность была в пределах от 40% до 60%.
Порою в зимние месяцы в наших домах, техникумах B часто не превышает 10% или 20%. Такие условия вызывают быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, горла и легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям органов дыхания.
– Как поддерживать в жилом помещении достаточную для хорошего самочувствия относительную влажность? (Чаще делать влажную уборку)
Если воздух сухой (B мала), то испарение, а, следовательно, и охлаждение происходят быстро. Если воздух влажный (B велика), то испарение происходит медленно и охлаждение незначительно.
Тема урока: “Влажность воздуха”.
Под влажностью воздуха понимается содержание водяных паров в воздухе. (За 1 год на Земле испаряется 4,25·1014 т воды).
1. Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяных паров, содержащихся в единице объема воздуха (1м3), т.е. плотность паров воды, содержащихся в воздухе.

2. Относительной влажностью воздуха называется отношение абсолютной влажности к тому количеству водяного пара, которое необходимо для насыщения 1 м3 воздуха при данной температуре.
или
(В метеорологии влажность оценивается по давлению водяного пара в мм.рт.ст.)
3. Температура, при которой ненасыщенный ранее воздух становится насыщенным, называется точкой росы (tp).
Днем температура воздуха 200С, к вечеру при температуре 170С на почве появилась роса, так как при 170С абсолютная влажность воздуха стала равной плотности насыщенности пара (), а относительная влажность стала равна 100%.
4. Приборы для определения влажности и точки росы:
а) гигрометры: волосяной (); конденсационный (tр и р),
б) психрометр (;р).
5. Субъективное ощущение влажности воздуха человеком

6. Использование и учет:
а) в метеорологии;
б) при хранении продуктов и материалов;
в) в хранении произведений искусств;
г) в проектировании строительных сооружений, машин, механизмов, подвергающихся воздействию влаги.
Приборы для определения влажности воздуха
Большинство приборов для определения влажности воздуха называется гигрометрами (от греческого “гигрос” – влажный)
1. Конденсационный гигрометр состоит из укрепленной на подставке металлической круглой коробочки с отполированной плоской поверхностью.
2. Волосяной гигрометр состоит из обезжиренного человеческого волоса, один конец которого закреплен на стойке, а другой перекинут через небольшой блок.
3. Психрометр (от греческого прихриа – холод) сделан из двух одинаковых термометров.
Фронтальный опрос Приложение 1
Решение задач Приложение 2
Башкирские приметы и физика Приложение 3
Задание на дом Приложение 4
Зачем нужен увлажнитель воздуха?Прочитайте рекламу увлажнителя воздуха. Какая информация вызывает у вас доверие, что следует проверить?
Организм человека почти на 80% состоит из воды, которая обеспечивает жизнедеятельность как внутренних органов, так и поверхностного слоя кожи и слизистых оболочек. Недостаток влаги чреват старением и дряблостью кожи, снижением сопротивляемости организма инфекции. Болезнетворные организмы в большей или в меньшей степени присутствуют в воздухе постоянно. Их влияние на здоровье человека ограничивается иммунной способностью организма, испытание которой начинается именно со слизистых оболочек дыхательных путей. Увлажнитель воздуха поможет оградить от болезней Вас и ваших детей.
Рассмотрим один из факторов риска. Почему зимой воздух в помещении слишком сухой? Чем ниже температура воздуха, тем меньше он способен удерживать в себе влагу. Проветривая комнату в зимнее время, мы подаем в помещение холодный и сухой воздух с улицы. Здесь его температура повышается, но в отсутствие увлажнителя воздуха уровень влажности остается низким.
Сохранность таких предметов, как мебель, паркет, музыкальные инструменты, картины, книги, также во многом зависит от влажности воздуха, недостаточный уровень которой может обернуться безвозвратным снижением ценности этих предметов.Приборы для увлажнения воздуха незаменимы в быту – они поддерживают оптимальный уровень влажности воздуха для здоровья людей и для сохранности имущества.
Насыщенный пар и влажность воздухаВ атмосферном воздухе всегда находится некоторое количество водяных паров. Присутствие этих паров имеет существенно значение для органической жизни на земле. Например, для человека вреден как слишком сухой воздух, в котором очень мало водяных паров, так и слишком влажный, который близок к насыщению. Насыщением называют такое состояние воздуха, при котором дополнительное испарение воды не приводит к увеличению количества влаги в воздухе.
Насыщенный водяной пар получить очень просто в домашних условиях. Налейте в банку немного воды и герметично закройте ее. Сначала количество воды будет уменьшаться (правда, на глаз это заметить вряд ли удастся), но через некоторое время процесс испарения как будто остановится. На самом деле возросла концентрация водяного пара, процессы конденсации и испарения уравновесили друг друга, и под крышкой возникло динамическое равновесие воды и пара.
В цилиндре, закрытом поршнем, заключены жидкость и ее насыщенный пар. Опишите изменения, которые будут сопровождать следующие процессы: 1) нагреваем жидкость при фиксированном положении поршня; 2) вдвигаем поршень в цилиндр при постоянной температуре; 3) выдвигаем поршень из цилиндра при постоянной температуре; 4) вдвигаем поршень и одновременно охлаждаем жидкость.
Воспользуйтесь таблицами в разделе «Справочные материалы» и найдите количество воды, которое необходимо налить в трехлитровую банку, чтобы достичь насыщения, если: а) в банке был сухой воздух; б) воздух был на полпути к насыщению.
Для того чтобы судить о том, насколько воздух в данный момент близок или далек от состояния насыщения, определяют так называемую абсолютную и относительную влажность. Абсолютной влажностью воздуха называется то количество паров, выраженное в граммах, которое содержится в данный момент в одном кубическом метре воздуха (плотность водяного пара).
cabА
K
Относительная влажность показывает, насколько близок или далек водяной пар от насыщения. Относительную влажность измеряют в процентах: 0% соответствует абсолютно сухому воздуху, 100% – воздуху, содержащему насыщенный пар. Для того чтобы найти относительную влажность, надо найти отношение абсолютной влажности, которую имеет воздух в данный момент времени, к абсолютной влажности, которая насытит воздух при той же температуре.
Для того чтобы на опыте найти абсолютную влажность, поступают следующим образом. В том пространстве, в котором желают найти абсолютную влажность, помещают ряд сушилок a, b, c (см. рис.). Сушилки представляют собой трубки, наполненные веществом, способным поглощать водяные пары (например, фосфорно-кислым кальцием, серной кислотой и т.п.), и соединяют с сосудом А известной емкости V, наполненным водой. Открыв кран K, выпускают воду, атмосферный воздух входит через сушилки в пространство, освобождаемое водою, и по дороге оставляет в них содержащиеся пары. Зная массу сушилок до опыта и по окончании его, легко вычислить абсолютную влажность.
А
С
В
D
E
Для нахождения относительной влажности надо уметь определять плотность паров, насыщающих пространство. Рассмотрим один из способов. Сосуд А (см. рис.), содержащий испытуемую жидкость, соединен с баллоном В известной емкости. Закрыв кран С и открыв D, выкачиваем из В воздух. После этого, закрыв D и открыв С, погружаем весь снаряд в сосуд, содержащий, например, масло определенной температуры. Часть испытуемой жидкости испаряется в В и насыщает пространство. Теперь осталось отделить эти пары и взвесить их. Для этого закрывают кран С, открывают кран D и прокачивают пары через вещество, которое способно хорошо их поглощать. Определив прибавку в весе этого вещества и разделив на объем сосуда A, находим абсолютную влажность насыщенных паров, а, затем и относительную влажность. Такой прибор называется весовым гигрометром.
Опытные исследования показали, что пары всех жидкостей, насыщающих пространство, имеют тем большую плотность, чем выше температура. Так, например, при температуре воздуха 14 C в каждом кубическом метре воздуха может содержаться до 12 г водяных паров, а при температуре 11 C – не более 10 г.
Сколько сконденсируется водяного пара в комнате 483 м, если температура воздуха понизится с 14 C до 11 C?
Конденсационный гигрометр
Прибор предназначен для измерения влажности воздуха. Он состоит из устройства для охлаждения металлического зеркальца. Часто это делают, заливая в специальный резервуар быстро испаряющуюся жидкость – эфир. Чтобы ускорить испарение, продувают через устройство воздух. Температура зеркальца падает, и на нем появляются следы воды, конденсирующейся из окружающего воздуха. В этот момент оптическим или электрическим устройством фиксируется температура в момент конденсации. Затем по специальным таблицам находят абсолютную влажность воздуха и рассчитывают относительную.
Температура, при которой пары воды, содержащиеся в воздухе, становятся насыщенными, называется точкой росы. Это максимальная масса пара, которая может содержаться в воздухе данной температуры.Волосной гигрометр4331335111760Волосной гигрометр – гигрометр, измеряющий относительную влажность воздуха по изменению длины человеческого волоса. Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса удлиняться при увеличении относительной влажности воздуха. Волосной гигрометр в зимнее время является основными прибором для измерения влажности воздуха. Показания волосного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора – психрометра.Психрометр
От греч. psychros – «холодный» и metreo – «измеряю».
Психрометр – прибор для измерения температуры и влажности воздуха, состоящий из двух одинаковых жидкостных термометров, у одного из которых (смоченного) резервуар с жидкостью обернут ленточкой ткани (батиста), конец которой опущен в воду, так что ткань остается влажной в течение периода наблюдений. Температура воздуха определяется по сухому термометру, влажность воздуха (абсолютная и относительная) – по разности показаний сухого и смоченного термометров (при помощи специальных таблиц).
Загадки простой воды
Всеволод АРАБАДЖИ
Влажность и звук
В конце прошлого века в Англии производились длительные наблюдения слышимости вестминстерского часового колокола. Было установлено, что колокол вечером слышен лучше у. дальше, чем днем. Уже тогда это объясняли высокой влажностью и стабильностью приземного слоя воздуха в вечернее время.
В дореволюционном киевском Подоле существовало выражение «Лавра гудит» (особенная густота и явственность колокольного звона Лавры).
Эта примета была связана с надвигающимся ненастьем, т.е. с повышенной влажностью воздуха. В США также было отмечено значительное влияние влажности на распространение звуков разной тональности. В концертной чаше Голливуда, например, при исполнении музыкальных произведений, в задних рядах для публики, на расстоянии 165 м от оркестра, во влажную погоду высокие тона воспринимались в несколько раз громче, чем в сухую. Подобное влияние влажности на распространение звука было установлено и для закрытых помещений. Специальные наблюдения над слышимостью сирен плавучих маяков в Англии показали, что изменения слышимости сигналов во многих случаях почти в точности следовали за изменениями относительной влажности воздуха. Эти наблюдения обратили внимание исследователей на явную связь между влажностью и поглощением звука. Большое значение звуковых сигналов для навигации явилось стимулом к изучению явления не только в естественных, но и в лабораторных условиях.
Акустические колебания проходят среду как последовательность адиабатических разрежений и сжатий. При адиабатическом сжатии газа часть энергии сжатия переходит в энергию внутримолекулярных движений, при адиабатическом разрежении она возвращается обратно. Если время, необходимое для осуществления разрежения и сжатия, будет одного порядка со временем, требующимся для установления термического равновесия (релаксации), то известная доля звуковой энергии, превратившись во внутреннюю энергию молекул в процессе сжатия, по окончании расширения не успеет превратиться во внешнюю. В этом случае произойдет наиболее значительное поглощение звука молекулами газа.
Энергия, затрачиваемая на сжатие, превращается прежде всего в поступательную энергию молекул, движущихся параллельно направлению сжатия. Определенная часть поступательной энергии переходит затем во вращательную и колебательную энергию атомов в молекулах, но может быть затрачена и на осуществление перехода атомных и молекулярных электронов на более высокие уровни энергии.
В сухом, чистом и неподвижном воздухе поглощение акустических колебаний имеет наименьшую величину и осуществляется молекулами кислорода. Во влажном воздухе поглощение возрастает, но остается меньшим по величине, чем в турбулентном воздушном потоке. Поглощение звука во влажном воздухе происходит за счет взаимодействия молекул кислорода и водяного пара. Часть звуковой энергии при неупругих столкновениях молекул переходит в колебательную энергию атомов в молекулах. Для всех частот с увеличением относительной влажности поглощение звука сначала возрастает, при влажности 10...20% достигает максимума и при дальнейшем увеличении влажности монотонно уменьшается.
При температуре ниже или около 0°C столкновения между молекулами энергетически недостаточны для возбуждения колебательных движений атомов в молекулах кислорода. Зато при увеличении температуры воздуха от 20 до 55°C молекулярное поглощение звука благодаря возбуждению колебательных движений в молекулах кислорода возрастает примерно в 2 раза. В Калифорнии, например, при температуре около 55°C и влажности в 2,5% во время штиля на частоте 3 кГц поглощение звука составляет 0,13 дБ/м.
В зоне умеренного климата на той же частоте при влажности 40% и отсутствии ветра оно равняется лишь 0,02 дБ/м.
Внутренняя энергия молекул азота слишком мала, чтобы влиять на поглощение звука. В углекислом газе поглощение звука становится значительным, начиная с частоты в 3 кГц, и в дальнейшем быстро растет.
Воздух, наполненный туманом, не может не вызывать добавочного поглощения и рассеяния звука. Затухание звука в тумане происходит благодаря его рассеиванию на каплях, так как капли участвуют в колебательном движении и испаряются при сжатиях звуковых волн. Наблюдаемое иногда при редких туманах улучшение слышимости можно объяснить влиянием свойственной туману высокой влажности, наличием температурных инверсий, отклоняющих звуковые лучи к земле, и почти полным отсутствием ветра.
Обычно при подъеме над земной поверхностью температура атмосферного воздуха падает, при инверсиях наблюдается обратный ход температуры.
Английские аэронавты, поднимавшиеся во время тумана над Лондоном, наблюдали следующие любопытные явления. Во время поднятия шара в тумане ничего не было видно и все идущие от земли звуки были сильно ослаблены, благодаря чему казались очень отдаленными. Сразу после поднятия над слоем приземного тумана все звуки города были вновь хорошо слышны. Из-за отсутствия перспективы при обзоре окружающего пространства и довольно сильного поглощения звука в облаках аэронавты ощущали изолированность от земли. Лишь иногда ее нарушали слабые звуки земли: гудки поездов, пенье петухов, лай собак. Опознавание земных звуков затруднялось благодаря изменению их тембра в результате преимущественного поглощения в облаках высоких частот.
В практике мореплавания известны случаи, когда звуковые сигналы в тумане слышны на далеких расстояниях и одновременно не слышны на более близких. Если звуковой маяк и корабль не находятся в зоне тумана одновременно, то в зависимости от угла падения звуковых лучей на границу чистого воздуха и тумана возможно и сильное поглощение сигнала, и образование эха.
Лабораторные измерения показали, что в тумане с водностью 2·10–6 г/см3 при радиусе капель 6,25 10–4 см затухание звука на частоте 0,5 кГц составляет 0,016 дБ/м, на частоте 8 кГц оно значительно больше и достигает 0,04 дБ/м.
При изменении влажности и содержания в атмосфере пыли и ядер конденсации могут возникнуть условия, при которых распространение мощных ударных волн благодаря фазовым превращениям на их фронтальных границах становится видимым. В чистом воздухе, не насыщенном водяным паром, взрывные волны могут быть видимы за счет изменения показателя преломления на фронте волны в результате сильного сжатия.
В лабораторных условиях на фронте ударной волны в аргоне удавалось получать температуру до 30 000°C. При этом газ сильно ионизировался, и за продвижением фронта волны можно было следить по исходившему от него яркому свечению. В принципе подобные явления возможны и при мощных взрывах в атмосфере.
Видимые волны звука отмечались неоднократно. В 1906 году их наблюдали во время извержения Везувия, в 1910 году – при извержении Этны. Во время войны 1914 года в низких облаках над стреляющими гаубицами нередко можно было видеть темные и светлые круги толщиной 4...6 угловых минут, быстро удалявшиеся в облаке, расположенном непосредственно над стреляющим орудием. Однажды бегущие по небу темные и светлые полосы наблюдались в ясный летний день с высокой влажностью после взрыва у земной поверхности 30 кг взрывчатого вещества. Во время Великой Отечественной войны в ясное и тихое утро без росы в одном из районов Западной Украины над местом разрыва бомб весом до 300 кг возникали маленькие темно-пепельного цвета дуги шириной в 4 угловые минуты. Сначала медленно, а затем все быстрее дуги приближались к зениту. Перемещение дуг от горизонта к зениту занимало по времени 15 секунд. У горизонта расстояние между дугами составляло 0,5...1°, в зените оно доходило до 5...8°. При каждом взрыве возникало от 2 до 4 концентрических дуг. Быстро пройдя через зенит, дуги уменьшались в размерах и исчезали на фоне неба. Грохот взрыва был слышен во время прохождения дуг через зенит.
Иногда на фоне светлых перистых облаков можно видеть и баллистическую волну, возникающую в передней части летящего со сверхзвуковой скоростью самолета, Волна имеет вид темной полудуги с резко очерченным передним краем. Тыльная часть волны постепенно сливается с фоном облаков. За первой волной может следовать более слабая вторая. Длительность наблюдения явления достигает 10 сек. При пролете через атмосферу крупных метеоритов видимые баллистические волны пока отмечены не были.
В головах комет нередко наблюдаются равномерно расширяющиеся круговые полосы (галосы). Скорость их распространения в верхнем пределе достигает нескольких километров в секунду. Наблюдениями установлено образование следующих друг за другом концентрических галосов с центром чаще всего (но не всегда) в ядре кометы. Расположенные в плоскости галактического экватора, рукава Галактики также состоят из последовательности сгущений и разрежений, но уже в межзвездной среде – нейтральном водороде. Оба явления возникают в результате распространения в космическом пространстве ударных волн и имеют общие черты с развитием ударных волн в земной атмосфере.
По книге П. Лакур, Я. Аппель. Историческая физика, том 2. Одесса, 1908. – 432 стр.
Волосной гигрометр
Влажность воздуха можно найти различными способами. Существуют известные животные и растительные ткани, обладающие свойством сжиматься или расширяться в зависимости от степени влажности. К таким так называемым гигроскопическим веществам принадлежат, например, волосы, струны из кишок и клювы некоторых пород аистов. Существует много дешевых, но и достаточно неудовлетворительных «предсказателей погоды», которые основаны на свойствах гигроскопических веществ. Наилучшим из такого рода приборов является волосной гигрометр, изобретенный женевским профессором Соссюром (1740–1799). Гигроскопическую часть прибора составляет человеческий волос, закрепленный вверху и перекинутый вокруг оси внизу. При помощи маленького груза, действующего на ось, волос удерживается в натянутом положении. Стрелка, прикрепленная к той же оси, показывает соответственно степени влажности воздуха различные градусы на особой шкале. Эту шкалу получают помещая прибор сначала в совершенно сухом воздухе, а затем в совершенно насыщенном парами и разделяя расстояние между двумя соответственными положениями стрелки на 100 частей.
Может ли этот прибор служить для определения абсолютной влажности?
Почему волос в этом приборе должен быть обезжиренным?
Что, кроме влажности, измеряет прибор, изображенный на рисунке?