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如何理解空气湿度对干球温度和湿球温度的影响?

2020-08-03科学

要理解这个,首先得明确干球温度和湿球温度的概念,其学术定义通常如下:

干球温度: 在不受辐射(通常来自太阳)及水分影响的场景下,温度计直接暴露在空气中所测得的温度。
湿球温度: 在绝热条件下,大量的水与有限湿空气接触,当系统中空气达到饱和湿度(相对湿度100%),且系统达到热平衡时,温度计测量得到的系统温度。

严谨的定义听起来多少有些晦涩,可以直接用下面的图帮助理解。简单说, 干球温度 就是我们常说的 气温 或者 热力学温度 ,与空气湿度无关;而 湿球温度是由实际空气温度(干球温度)和湿度共同决定的

干球温度&湿球温度的测量方法(网图,侵删)

所以, 题主的第一个问题 回答如下:在空气温度不变的前提下,空气湿度的变化不会对干球温度造成影响,但会影响湿球温度。

那为什么会存在这样的现象呢,还是从湿球温度的测量方法说起。

在工程中测试湿球温度时,通常使用的一个简便方法,是用一块 浸满水的棉球将温度计探头充分包裹 后,等待一段时间 达到热平衡后 ,读取温度计的读数作为 湿球温度 。严格来说,这里读取的温度与真实的热力学湿球温度有一定差别,但在数值上是非常接近的。

在测量湿球温度的过程中,只要空气湿度不饱和,棉球中的水,必然会不断蒸发,而水的蒸发会吸收热量,导致附近的温度降低。也就是说, 在空气湿度不饱和时,湿球温度会低于干球温度。

到这里就可以回答 题主的第二个问题 了,为什么空气湿度的增大会使干球温度和湿球温度的差值变小?

湿度表征的是空气中水蒸气的含量。如果我们将干空气看作溶剂,将水蒸汽看作溶质,棉球就可以认为是一个可以无限提供溶质的「大矿山」。当空气相对湿度达到100%时,我们认为空气已经是饱和溶液了,无法再容纳更多的水蒸气溶质了。

那么,当空气相对湿度越低,说明「溶剂」的浓度越低,棉球中的水就会更快地蒸发成水蒸气「溶质」,溶解到空气中。水分蒸发越快,吸收热量越快,相应的湿球温度也会更低点。

而当空气相对湿度本身就是100%时,棉球中水的净蒸发量为0,那湿球温度就会和干球温度相等了。