Влажность воздуха и вода

Важной характеристикой состояния атмосферы является влажность воздуха или, что то же самое, степень насыщения воздуха водяными парами. Она выражается отношением содержания водяных паров в воздухе к их содержанию при насыщении воздуха при данной температуре. Поэтому правильнее говорить не просто о влажности, а об относительной влажности. При насыщении воздуха водяными парами вода в нем больше не испаряется. Для человека наиболее благоприятная влажность воздуха 50%. На влажность, как и на многое другое, распространяется правило: слишком много и слишком мало – одинаково нехорошо. Действительно, при повышенной влажности человек острее ощущает низкие температуры. Многие могли убедиться, что сильные морозы при низкой влажности воздуха переносятся легче, чем не столь сильные, но при высокой влажности. Дело в том, что пары воды, так же как и жидкая вода, обладают гораздо большей теплоемкостью, чем воздух. Поэтому во влажном воздухе тело отдает в окружающее пространство больше теплоты, чем в сухом. В жаркую погоду высокая влажность опять же вызывает дискомфорт. В этих условиях уменьшается испарение влаги с поверхности тела (человек потеет), а значит, тело хуже охлаждается и, следовательно, перегревается. В очень сухом воздухе тело теряет слишком много влаги и, если не удается ее восполнить, это сказывается на самочувствии человека.

Влажность воздуха влияет на сохранность вещей и изделий из различных материалов. Для музеев, картинных галерей и книгохранилищ абсолютно сухая атмосфера столь же опасна, как и переувлажненная. Поддержание необходимой концентрации водяных паров (определенной влажности) обеспечивается с помощью кондиционеров воздуха или помещением экспонатов в витрины.

Для изделий из металла рекомендуется низкая относительная влажность. Считают, что железо лучше сохраняется при 20%-ной влажности, а медь и бронза – при 30%-ной.

Наилучшая сохранность изделий из дерева достигается при 50...55%-ной влажности, т.е. в условиях наиболее комфортных для человека.

Абсолютно сухого воздуха практически не бывает. В нем всегда присутствует влага хотя бы в следовых количествах. Оказывается, что ничтожные количества воды иногда могут сильно влиять на химические свойства многих веществ. В 1913 г. английским химиком Бейкером было установлено, что жидкости, осушенные в течение девяти лет в запаянных ампулах, кипят при гораздо более высоких температурах, чем указано в справочниках. Например, бензол начинает кипеть при температуре на 26° выше обычной, а этиловый спирт – на 60, бром – на 59, а ртуть – без малого на 100°. Температура замерзания этих жидкостей повысилась. Влияние следов воды на эти физические характеристики до сих пор не нашли удовлетворительного объяснения. В настоящее время известно, что тщательно высушенные газы NH3 и HCl не образуют хлорида аммония, а сухой NH4Cl в газовой фазе не диссоциирует на NH3 и HCl при нагревании. Кислотный триоксид серы в сухих условиях не взаимодействует с основными оксидами CaО, BaO, CuO, а щелочные металлы не реагируют ни с безводной серной кислотой, ни с безводными галогенами.

В хорошо высушенном кислороде уголь, сера, фосфор горят при температуре, на много превышающей температуру их горения в неосушенном воздухе. Считают, что влага играет каталитическую роль в этих химических реакциях.

Влажность воздуха измеряют при помощи психрометра и волосяного гигрометра. Первый состоит из двух термометров. Рабочий баллон одного из них обернут батистовой тканью, смоченной водой. Влажность определяется по разности показаний сухого и смоченного термометров. При большой влажности разность температур небольшая, а при малой влажности разность температур высокая. Чем меньше влажность воздуха, тем больше испарение воды и тем сильнее охлаждение баллона этого термометра. Рабочей частью гигрометра является человеческий волос, имеющий на своей поверхности многочисленные микроскопические поры. Если волос обезжирить, то в его порах может конденсироваться вода. При увеличении влажности поры полнее заполняются водой. Это приводит к расширению пор, увеличению их объема и волос растягивается. Когда влажность воздуха уменьшается, происходит испарение влаги и волос сжимается.

Из пересыщенного водяными парами воздуха образуется туман. Он состоит из мельчайших капелек воды размером от 0,0001 до 0,1 мм. Капельки воды легче конденсируются на твердых частичках, находящихся в воздухе в виде пыли. Особенно хорошими центрами конденсации являются частицы углерода, содержащиеся в дыме. Знаменитые лондонские туманы были обязаны влажному морскому воздуху и многочисленным фабрикам и заводам, выделявшим в атмосферу много дыма. Туман иногда оказывает важную услугу сельскохозяйственным культурам, уберегая их от заморозков. Для защиты садов во время цветения от заморозков иногда создают искусственные туманы. Хлорид кальция CaСl2 обладает большой способностью притягивать влагу. Его распылением в воздухе и создают искусственные туманы.

На данном принципе основаны процессы образования искусственного дождя. Для этого в тучи вводят затравки, на которых происходит конденсация воды или кристаллизация льда. Крупные градины получаются в том случае, если кристаллизация происходит на малом количестве центров. Если в тучу будет введено много затравок, то получатся мелкие кристаллы льда (они не могут вырасти, так как вся вода будет закристаллизована), которые при падении на землю часто успевают расплавиться и превратиться в дождь. В качестве широко распространенных затравок служат иодид серебра AgI, иодид свинца PbI2 и другие вещества. Для широкого применения эти соли довольно дороги. Однако град может привести к гораздо большим экономическим потерям.

В республиках Средней Азии батареи градобойных зенитных пушек – картина весьма обычная. Из них в прямом смысле расстреливают грозовые тучи и таким образом спасают урожай от гибели.

Кроме дождя и града атмосферные осадки также выпадают в виде снега. Причудливые формы снежинок издавна привлекали внимание человека. Оказалось, что их форма, размер и характер зависят от вида и высоты облаков, в которых они образовались, от температуры тех слоев атмосферы, которые снежинкам пришлось пересечь при падении на землю. По виду снежинок метеорологи судят о погоде в верхних слоях атмосферы в дни, когда снегопад не позволяет вести наблюдения.

Ю.Н.Кукушкин