Rosný bod - Dew point

Rosný bod je teplota , na kterou vzduchu musí být chlazen, aby se stal nasycen vodní parou . Předpokládá se, že tlak vzduchu a obsah vody je konstantní. Při dalším ochlazení vzduchem přenášená vodní pára kondenzuje za vzniku kapalné vody ( rosy ). Když se vzduch ochlazuje na rosný bod kontaktem s povrchem, který je chladnější než vzduch, voda na povrchu kondenzuje.

Měření rosného bodu souvisí s vlhkostí . Vyšší rosný bod znamená, že je ve vzduchu více vlhkosti.

Když je teplota pod bodem mrazu vody, rosný bod se nazývá bod mrazu , protože mráz vzniká spíše depozicí než kondenzací za vzniku rosy .

V kapalinách je bod zákalu ekvivalentní termín.

Vlhkost vzduchu

Pokud všechny ostatní faktory ovlivňující vlhkost zůstávají konstantní, na úrovni země relativní vlhkost stoupá s poklesem teploty; je to proto, že k nasycení vzduchu je zapotřebí méně páry. Za normálních podmínek nebude teplota rosného bodu vyšší než teplota vzduchu, protože relativní vlhkost obvykle nepřesahuje 100%.

Z technického hlediska je rosný bod teplota, při které vodní pára ve vzorku vzduchu při konstantním barometrickém tlaku kondenzuje do kapalné vody stejnou rychlostí, jakou se odpařuje. Při teplotách pod rosným bodem bude rychlost kondenzace větší než při odpařování, čímž se vytvoří více kapalné vody. Kondenzované vodě se říká rosa, když se tvoří na pevném povrchu, nebo mráz, pokud zmrzne. Kondenzované vodě se ve vzduchu říká buď mlha, nebo oblak , v závislosti na její nadmořské výšce, kdy se tvoří. Pokud je teplota pod rosným bodem a netvoří se rosa ani mlha, pára se nazývá přesycená . To se může stát, pokud ve vzduchu není dostatek částic, které by fungovaly jako kondenzační jádra .

Vysoká relativní vlhkost znamená, že rosný bod je blízký aktuální teplotě vzduchu. Relativní vlhkost 100% znamená, že rosný bod se rovná aktuální teplotě a že vzduch je maximálně nasycen vodou. Když obsah vlhkosti zůstává konstantní a teplota se zvyšuje, relativní vlhkost klesá, ale rosný bod zůstává konstantní.

Piloti obecného letectví používají data rosného bodu k výpočtu pravděpodobnosti námrazy a mlhy karburátoru a k odhadu výšky základny kumuliformního mraku .

Tento graf ukazuje maximální hmotnostní procento vodní páry, které může vzduch při tlaku hladiny moře v celém rozsahu teplot obsahovat. Pro nižší okolní tlak musí být křivka nakreslena nad aktuální křivku. Vyšší okolní tlak poskytne křivku pod aktuální křivkou.

Zvýšení barometrického tlaku zvyšuje rosný bod. To znamená, že pokud se tlak zvýší, musí být hmotnost vodní páry na jednotku objemu vzduchu snížena, aby byl zachován stejný rosný bod. Zvažte například New York City (33 ft nebo 10 m nadmořská výška) a Denver (5,280 ft nebo 1610 m nadmořská výška). Protože je Denver ve vyšší nadmořské výšce než New York, bude mít tendenci mít nižší barometrický tlak. To znamená, že pokud jsou rosný bod a teplota v obou městech stejné, množství vodní páry ve vzduchu bude v Denveru větší.

Vztah k lidskému pohodlí

Když je teplota vzduchu vysoká, lidské tělo využívá odpařování potu k ochlazení, přičemž chladivý účinek přímo souvisí s tím, jak rychle se pot odpařuje. Rychlost, jakou se pot může odpařovat, závisí na tom, kolik vlhkosti je ve vzduchu a kolik vlhkosti může vzduch pojmout. Pokud je vzduch již nasycen vlhkostí (vlhkostí), pot se neodpaří. Termoregulace těla bude produkovat pot ve snaze udržet tělo na normální teplotě, i když rychlost, při které produkuje pot, překračuje rychlost odpařování, takže se člověk může potit potem ve vlhkých dnech i bez generování dalšího tělesného tepla (např. jako při cvičení).

Jak se vzduch obklopující tělo ohřívá tělesným teplem, bude stoupat a bude nahrazen jiným vzduchem. Pokud je vzduch od těla odváděn přirozeným vánkem nebo ventilátorem, pot se bude odpařovat rychleji, takže pot bude při ochlazování těla účinnější. Čím více neodpařeného potu, tím větší nepohodlí.

A mokrého teploměru teploměru také používá chlazení odpařováním , tak, že poskytuje dobré měřítko pro použití při hodnocení úrovně pohodlí.

Nepohodlí také existuje, když je rosný bod velmi nízký (pod přibližně -5 ° C nebo 23 ° F). Sušší vzduch může způsobit popraskání kůže a snadnější podráždění. Vysuší také dýchací cesty. Americká správa bezpečnosti a ochrany zdraví doporučuje udržovat vnitřní vzduch na 20–24,5 ° C (68–76 ° F) s relativní vlhkostí 20–60%, což odpovídá rosnému bodu přibližně 4,0 až 16,5 ° C (39 až 62 ° F) (výpočtem jednoduchého pravidla níže).

Nižší rosné body, méně než 10 ° C (50 ° F), korelují s nižšími okolními teplotami a způsobují, že tělo vyžaduje menší chlazení. Nižší rosný bod může jít spolu s vysokou teplotou pouze při extrémně nízké relativní vlhkosti, což umožňuje relativně účinné chlazení.

Lidé obývající tropické a subtropické podnebí se poněkud aklimatizují na vyšší rosné body. Například obyvatel Singapuru nebo Miami by mohl mít vyšší práh pro nepohodlí než obyvatel mírného klimatu, jako je Londýn nebo Chicago . Lidé zvyklí na mírné podnebí se často začínají cítit nepříjemně, když se rosný bod dostane nad 15 ° C (59 ° F), zatímco jiným může být příjemné rosné body až do 18 ° C (64 ° F). Většina obyvatel mírných oblastí bude považovat rosné body nad 21 ° C za represivní a tropické, zatímco obyvatelům horkých a vlhkých oblastí to nemusí připadat nepohodlné. Tepelný komfort závisí nejen na faktorech fyzického prostředí, ale také na faktorech psychologických.

rosný bod Relativní vlhkost při 32 ° C (90 ° F)
Přes 26 ° C Přes 80 ° F 73% a výše
24–26 ° C 75–80 ° F 62–72%
21–24 ° C 70–74 ° F 52–61%
18–21 ° C 65–69 ° F 44–51%
16–18 ° C 60–64 ° F 37–43%
13–16 ° C 55–59 ° F 31–36%
10–12 ° C 50–54 ° F 26–30%
Pod 10 ° C Méně než 50 ° F 25% a nižší

Měření

Zařízení nazývaná vlhkoměry se používají k měření rosného bodu v širokém rozsahu teplot. Tato zařízení se skládají z leštěného kovového zrcadla, které se ochlazuje, když přes něj proudí vzduch. Teplota, při které se tvoří rosa, je podle definice rosný bod. Manuální zařízení tohoto druhu lze použít ke kalibraci jiných typů snímačů vlhkosti a automatické snímače lze použít v regulační smyčce se zvlhčovačem nebo odvlhčovačem k ovládání rosného bodu vzduchu v budově nebo v menším prostoru pro výrobu proces.

Výpočet rosného bodu

Graf závislosti rosného bodu na teplotě vzduchu pro několik úrovní relativní vlhkosti.

Známá aproximace použitá pro výpočet rosného bodu, T dp , daná právě skutečnou teplotou vzduchu („suchá žárovka“), T (ve stupních Celsia) a relativní vlhkostí (v procentech), RH, je Magnusův vzorec:

Úplnější formulace a původ této aproximace zahrnuje vzájemně související tlak nasycené vodní páry (v jednotkách milibarů , také nazývaný hektopascaly ) při T , P s ( T ) a skutečný tlak par (také v jednotkách milibarů), P a ( T ), který může být buď nalezeny RH nebo aproximovány pomocí atmosférického tlaku (v milibarech), BP mbar , a „ vlhkého teploměru “ teplota T w je (není-li stanoveno jinak, všechny teploty jsou vyjádřeny ve stupních Celsia ):

Pro větší přesnost lze P s ( T ) (a tedy γ ( T , RH)) vylepšit pomocí části Bögelovy modifikace , známé také jako rovnice Arden Buck , která přidává čtvrtou konstantu d :

kde
  • a = 6,1121 mbar, b = 18,678, c = 257,14 ° C, d = 234,5 ° C.

Používá se několik různých konstantních sad. Ty, které byly použity v prezentaci NOAA, jsou převzaty z článku Davida Boltona z Měsíčního přehledu počasí z roku 1980 :

  • a = 6,112 mbar, b = 17,67, c = 243,5 ° C.

Tato ocenění poskytují maximální chybu 0,1% pro −30 ° C ≤ T ≤ 35 ° C a 1% <RH <100% . Za zmínku stojí také Sonntag1990,

  • a = 6,112 mbar, b = 17,62, c = 243,12 ° C; pro −45 ° C ≤ T ≤ 60 ° C (chyba ± 0,35 ° C).

Další společný soubor hodnot pochází z Psychrometrie a psychrometrických grafů z roku 1974 , jak je uvádí Paroscientific ,

  • a = 6,105 mbar, b = 17,27, c = 237,7 ° C; pro 0 ° C ≤ T ≤ 60 ° C (chyba ± 0,4 ° C).

V časopise Journal of Applied Meteorology and Climatology uvádí Arden Buck několik různých sad ocenění s různými maximálními chybami pro různá teplotní rozmezí. Dvě konkrétní sady poskytují mezi nimi rozsah −40 ° C až +50 ° C, s ještě nižší maximální chybou v uvedeném rozsahu než všechny sady výše:

  • a = 6,1121 mbar, b = 17,368, c = 238,88 ° C; pro 0 ° C ≤ T ≤ 50 ° C (chyba ≤ 0,05%).
  • a = 6,1121 mbar, b = 17,966, c = 247,15 ° C; pro −40 ° C ≤ T ≤ 0 ° C (chyba ≤ 0,06%).

Jednoduchá aproximace

Existuje také velmi jednoduchá aproximace, která umožňuje převod mezi rosným bodem, teplotou a relativní vlhkostí. Tento přístup je přesný do ± 1 ° C, pokud je relativní vlhkost vyšší než 50%:

To lze vyjádřit jako jednoduché pravidlo:

Při každém rozdílu teploty rosného bodu a suchého teploměru o 1 ° C se relativní vlhkost sníží o 5%, počínaje relativní vlhkostí = 100%, když se rosný bod rovná teplotě suchého teploměru.

Odvození tohoto přístupu, diskuzi o jeho přesnosti, srovnání s jinými aproximacemi a další informace o historii a aplikacích rosného bodu najdete v článku publikovaném v Bulletinu Americké meteorologické společnosti .

Pro teploty ve stupních Fahrenheita tyto aproximace fungují

Například relativní vlhkost 100% znamená, že rosný bod je stejný jako teplota vzduchu. Při 90% relativní vlhkosti je rosný bod o 3 ° F nižší než teplota vzduchu. Na každých 10 procent níže rosného bodu klesne o 3 ° F.

Bod mrazu

Bod mrazu je podobný bodu rosného bodu v tom, že je to teplota, na kterou musí být daný kus vlhkého vzduchu ochlazen při konstantním atmosférickém tlaku , aby se vodní pára mohla ukládat na povrch jako krystaly ledu, aniž by prošla kapalnou fází ( porovnat se sublimací ). Bod mrazu pro daný kus vzduchu je vždy vyšší než rosný bod, protože porušení silnější vazby mezi molekulami vody na povrchu ledu ve srovnání s povrchem kapalné vody vyžaduje vyšší teplotu.

Viz také

Reference

externí odkazy