大氣參數(shù)的測定

大氣參數(shù)的測定［實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x］熟悉測量大氣壓力、溫度和相對(duì)濕度的各種儀器設(shè)備的使用方法，掌握測定大氣壓力、溫度、相對(duì)濕度的方法和技能；熟練掌握用所測參數(shù)求得大氣密度的原理和方法。［實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備］JFY-1-1型礦井多參數(shù)測試儀，通風(fēng)溫濕計(jì)。［實(shí)驗(yàn)原理］大氣壓力地球表面一層很厚的空氣層對(duì)地面所形成的壓力，稱為大氣壓力或空氣壓力。在地球引力（重力）場中的大氣層由于重力影響，空氣的壓力隨著離地面高度的增加而減小。大氣層的存在和大氣壓力隨高度而變化的規(guī)律是分子熱運(yùn)動(dòng)和地球引力作用兩者協(xié)調(diào)的結(jié)果?？諝獾膲毫κ桥c空氣分子數(shù)成正比的，其隨高度的變化規(guī)律可用物理學(xué)中的波茲曼公式表示，即P=Pexp（— ） （1—1）0式中P——為標(biāo)高Z（m）處，單位體積空氣的大氣壓力，Pa；Po——為海平面（Z=0）處，單位體積空氣的大氣壓力；H——空氣的摩爾質(zhì)量（即空氣的分子量），28.97kg/kmol；T——空氣溫度，K；Ro——摩爾氣體恒量（普氏氣體常數(shù)），8314J/kmol-K；g 重力加速度，取9.8m/s2。將各數(shù)值代入上式，則P=P0exp（——-—） （1—2）濕空氣壓力我們平常所見到的空氣都是濕空氣，按照道爾頓定律，濕空氣壓力P應(yīng)為十空氣的分壓力Pd與水蒸汽分壓力Pv之和。即P=p+p （1—3）式中P——濕空氣壓力，即大氣壓力，Pa；Pd——干空氣分壓力，Pa；P 水蒸汽分壓力，Pa。3「濕度3.1絕對(duì)濕度單位體積濕空氣中，所含水蒸汽的質(zhì)量稱為絕對(duì)濕度（p）。因?yàn)闈窨諝庵兴羝梢暈槔硐霘怏w，故有

VM0mVVP= VR0TMVmPV=—RTP=―L （1—4）V式中P——濕空氣中的水蒸汽分壓力，Pa；V——濕空氣中的水蒸汽體積，m3；m——濕空氣中的水蒸汽質(zhì)量，kg；mV——濕空氣中的水蒸汽分子量；R0 摩爾氣體恒量（普氏氣體常數(shù)）；T——濕空氣的溫度，K；Rv——水蒸汽的氣體常數(shù)。飽和濕空氣的絕對(duì)濕度稱為飽和絕對(duì)濕度（p）。3.2相對(duì)濕度（9）空氣中水蒸汽的實(shí)際含量和同溫度下最大可能含水蒸汽量的比值即為相對(duì)濕度。相對(duì)濕度用未飽和濕空氣的絕對(duì)濕度（p）與同溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度（p）之比表達(dá)。即9=土x100% （1—5）P

s相對(duì)濕度反映了濕空氣中水蒸汽含量接近飽和的程度，故也稱飽和度。9值越小，濕空氣吸收水蒸汽的能力越強(qiáng)；9值越大，濕空氣吸收水蒸汽的能力越弱。上面已得出:同理9=—^x100%9=—^x100%Ps（1—6）單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣密度。（1—7）式中空氣的密度，kg/m式中空氣的密度，kg/m3；m——空氣的質(zhì)量，kg；v——質(zhì)量為m的空氣所占的體積，m3。由這個(gè)公式可見，要測定空氣的密度，只需測出一定空氣的質(zhì)量和體積即可。其體積很容易測量，但一定空氣的質(zhì)量是不怎么好測量的，這種看似簡單的方法在實(shí)際操作時(shí)會(huì)有一定難度。(1—8)我們知道，空氣通常都是含有水蒸氣的濕空氣，故其密度可用單位體積濕空氣中含干空氣的質(zhì)量和水蒸氣的質(zhì)量總和來表示。即(1—8)p=p+p,kg/m3式中p——濕空氣的密度，kg/m3；式中p——濕空氣的密度，kg/m3；干空氣的密度，kg/m3；p——水蒸氣的密度，由氣體狀態(tài)方程可得kg/m3；1PP=_=vRT(1——9)式中p、p、p——分別為濕空氣、干空氣、水蒸氣的密度，kg/m3；P、 Pd、P分別為濕空氣、十空氣、水蒸氣的壓力，Pa；分別為濕空氣、干空氣、水蒸氣的氣體常數(shù)，J/kg-K；熱力學(xué)溫度，TP、 Pd、P分別為濕空氣、十空氣、水蒸氣的壓力，Pa；分別為濕空氣、干空氣、水蒸氣的氣體常數(shù)，J/kg-K；熱力學(xué)溫度，T=273+t，K。將（1—9）式代入（1—8）式，則p=。+二RdT RvT(1—10)因十空氣的氣體常數(shù)Rd=287.041J/（kg?K），水蒸氣的氣體常數(shù)R=461.393J/（kg?K）。故得干空氣的密度為Pp= d d287.041T(1—11)水蒸氣的密度為E37 （1—12）椐道爾頓定律可知p=p+p式中P——濕空氣壓力，即大氣壓力，Pa；Pd——干空氣分壓力，Pa；P 水蒸汽分壓力，Pa。若已知濕空氣的相對(duì)濕度9（%），飽和水蒸汽的絕對(duì)分壓為P（Pa）（可根據(jù)十溫度查表得到），則在相對(duì)濕度為9（%）的濕空氣中，水蒸汽的絕對(duì)分壓為P=9XP，代入（1—3）式得P=P-9P，Pa將上二式分別代入（1—11）式和（1—12）式，再代入（1—10）式，并化簡得p=3.484（p-0.37799P）乂10-…kg/m3 （1273.15+t—13）［測定方法］一、 氣溫測定用水銀或酒精溫度計(jì)。注意應(yīng)在沒有輻射熱情況下使用。掛于測理地點(diǎn)待溫度穩(wěn)定后再讀數(shù)。二、 氣濕測定氣濕測定采用通風(fēng)溫濕度計(jì)（aspirationhygrometer）進(jìn)行測定。原理：利用并列兩溫度計(jì)，在一支的球部用濕潤紗布包裹，由于濕紗布上水分蒸發(fā)散熱，使?jié)袂蛏蠝囟缺仁虻臏囟鹊停湎嗖疃葦?shù)與空氣中相對(duì)濕度成一定比例。將兩并列溫度計(jì)分別將須鍍竦的雙層金屬風(fēng)筒中（圖1-1），儀器上端有一帶發(fā)條的小風(fēng)扇，開動(dòng)發(fā)條時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，從溫度計(jì)球部旁邊吸入空氣，因此造成溫度計(jì)球部的固定風(fēng)速（一般為4m/s），同時(shí)，因金屬筒的反射，使輻射熱影響被抵消，故可測得較準(zhǔn)確的結(jié)果。圖1-1通風(fēng)溫濕度計(jì)使用方法：先將濕球紗布濕潤。用鑰匙旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇發(fā)條，風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)。將儀器懸掛在測定地點(diǎn)。經(jīng)3?5分鐘，讀取濕球及十球溫度的讀數(shù)，查表得到相對(duì)濕度。三、氣壓測定（一）水銀氣壓計(jì)原理：水銀氣壓計(jì)是一個(gè)上端封閉，下端開口的真空玻璃管，其下端浸在盛有水銀的杯中（圖1-2），大氣壓力作用于水銀杯中的水銀面上，使水銀升入真空玻璃管中，水銀柱就能隨大氣壓的高低而上升或下降，其水銀柱的高低，可借玻璃管外面的一個(gè)金屬套管上的標(biāo)尺及游標(biāo)尺讀出mmHg的數(shù)值（圖1-3），測量單位為mmHg。再換算為kPa，1mmHg=0.133kPa使用方法：轉(zhuǎn)動(dòng)水銀槽底部的螺旋，使水銀面與指未刻度零點(diǎn)的指標(biāo)尖端剛剛接觸，校正零點(diǎn)。使用游標(biāo)尺，讀出氣壓讀數(shù)。a號(hào)T尺-----務(wù)一球隘度民—金昭供taro?-呼制閔