大气参数的测定

大气参数的测定［实验目的和意义］熟悉测量大气压力、温度和相对湿度的各种仪器设备的使用方法，掌握测定大气压力、温度、相对湿度的方法和技能；熟练掌握用所测参数求得大气密度的原理和方法。［实验仪器设备］JFY-1-1型矿井多参数测试仪，通风温湿计。［实验原理］大气压力地球表面一层很厚的空气层对地面所形成的压力，称为大气压力或空气压力。在地球引力（重力）场中的大气层由于重力影响，空气的压力随着离地面高度的增加而减小。大气层的存在和大气压力随高度而变化的规律是分子热运动和地球引力作用两者协调的结果。空气的压力是与空气分子数成正比的，其随高度的变化规律可用物理学中的波兹曼公式表示，即P=Pexp（— ） （1—1）0式中P——为标高Z（m）处，单位体积空气的大气压力，Pa；Po——为海平面（Z=0）处，单位体积空气的大气压力；H——空气的摩尔质量（即空气的分子量），28.97kg/kmol；T——空气温度，K；Ro——摩尔气体恒量（普氏气体常数），8314J/kmol-K；g 重力加速度，取9.8m/s2。将各数值代入上式，则P=P0exp（——-—） （1—2）湿空气压力我们平常所见到的空气都是湿空气，按照道尔顿定律，湿空气压力P应为十空气的分压力Pd与水蒸汽分压力Pv之和。即P=p+p （1—3）式中P——湿空气压力，即大气压力，Pa；Pd——干空气分压力，Pa；P 水蒸汽分压力，Pa。3「湿度3.1绝对湿度单位体积湿空气中，所含水蒸汽的质量称为绝对湿度（p）。因为湿空气中水蒸汽可视为理想气体，故有

VM0mVVP= VR0TMVmPV=—RTP=―L （1—4）V式中P——湿空气中的水蒸汽分压力，Pa；V——湿空气中的水蒸汽体积，m3；m——湿空气中的水蒸汽质量，kg；mV——湿空气中的水蒸汽分子量；R0 摩尔气体恒量（普氏气体常数）；T——湿空气的温度，K；Rv——水蒸汽的气体常数。饱和湿空气的绝对湿度称为饱和绝对湿度（p）。3.2相对湿度（9）空气中水蒸汽的实际含量和同温度下最大可能含水蒸汽量的比值即为相对湿度。相对湿度用未饱和湿空气的绝对湿度（p）与同温度下饱和湿空气的绝对湿度（p）之比表达。即9=土x100% （1—5）P

s相对湿度反映了湿空气中水蒸汽含量接近饱和的程度，故也称饱和度。9值越小，湿空气吸收水蒸汽的能力越强；9值越大，湿空气吸收水蒸汽的能力越弱。上面已得出:同理9=—^x100%9=—^x100%Ps（1—6）单位体积空气所具有的质量称为空气密度。（1—7）式中空气的密度，kg/m式中空气的密度，kg/m3；m——空气的质量，kg；v——质量为m的空气所占的体积，m3。由这个公式可见，要测定空气的密度，只需测出一定空气的质量和体积即可。其体积很容易测量，但一定空气的质量是不怎么好测量的，这种看似简单的方法在实际操作时会有一定难度。(1—8)我们知道，空气通常都是含有水蒸气的湿空气，故其密度可用单位体积湿空气中含干空气的质量和水蒸气的质量总和来表示。即(1—8)p=p+p,kg/m3式中p——湿空气的密度，kg/m3；式中p——湿空气的密度，kg/m3；干空气的密度，kg/m3；p——水蒸气的密度，由气体状态方程可得kg/m3；1PP=_=vRT(1——9)式中p、p、p——分别为湿空气、干空气、水蒸气的密度，kg/m3；P、 Pd、P分别为湿空气、十空气、水蒸气的压力，Pa；分别为湿空气、干空气、水蒸气的气体常数，J/kg-K；热力学温度，TP、 Pd、P分别为湿空气、十空气、水蒸气的压力，Pa；分别为湿空气、干空气、水蒸气的气体常数，J/kg-K；热力学温度，T=273+t，K。将（1—9）式代入（1—8）式，则p=。+二RdT RvT(1—10)因十空气的气体常数Rd=287.041J/（kg•K），水蒸气的气体常数R=461.393J/（kg・K）。故得干空气的密度为Pp= d d287.041T(1—11)水蒸气的密度为E37 （1—12）椐道尔顿定律可知p=p+p式中P——湿空气压力，即大气压力，Pa；Pd——干空气分压力，Pa；P 水蒸汽分压力，Pa。若已知湿空气的相对湿度9（%），饱和水蒸汽的绝对分压为P（Pa）（可根据十温度查表得到），则在相对湿度为9（%）的湿空气中，水蒸汽的绝对分压为P=9XP，代入（1—3）式得P=P-9P，Pa将上二式分别代入（1—11）式和（1—12）式，再代入（1—10）式，并化简得p=3.484（p-0.37799P）乂10-…kg/m3 （1273.15+t—13）［测定方法］一、 气温测定用水银或酒精温度计。注意应在没有辐射热情况下使用。挂于测理地点待温度稳定后再读数。二、 气湿测定气湿测定采用通风温湿度计（aspirationhygrometer）进行测定。原理：利用并列两温度计，在一支的球部用湿润纱布包裹，由于湿纱布上水分蒸发散热，使湿球上温度比十球的温度低，其相差度数与空气中相对湿度成一定比例。将两并列温度计分别将须镀竦的双层金属风筒中（图1-1），仪器上端有一带发条的小风扇，开动发条时风扇转动，从温度计球部旁边吸入空气，因此造成温度计球部的固定风速（一般为4m/s），同时，因金属筒的反射，使辐射热影响被抵消，故可测得较准确的结果。图1-1通风温湿度计使用方法：先将湿球纱布湿润。用钥匙旋转风扇发条，风扇开始转动。将仪器悬挂在测定地点。经3〜5分钟，读取湿球及十球温度的读数，查表得到相对湿度。三、气压测定（一）水银气压计原理：水银气压计是一个上端封闭，下端开口的真空玻璃管，其下端浸在盛有水银的杯中（图1-2），大气压力作用于水银杯中的水银面上，使水银升入真空玻璃管中，水银柱就能随大气压的高低而上升或下降，其水银柱的高低，可借玻璃管外面的一个金属套管上的标尺及游标尺读出mmHg的数值（图1-3），测量单位为mmHg。再换算为kPa，1mmHg=0.133kPa使用方法：转动水银槽底部的螺旋，使水银面与指未刻度零点的指标尖端刚刚接触，校正零点。使用游标尺，读出气压读数。a号T尺-----务一球隘度民—金昭供taro?-呼制闵