Archive for January, 2017

ventus001

У меня имеется цифровая метеостанция с беспроводным датчиком, расположенным вне помещения. На фотографии: в верхнем правом квадранте отображается температура и относительная влажность вне помещения (6,2°C/94%) и в помещении (21,6°C/55%).

Я считаю, что эта разница (в помещении и вне) очень важна для определенных целей. Давайте посмотрим на цифры. Когда я смотрю на показания, то всегда задаюсь вопросом о том, различается ли количество водяного пара в воздухе внутри и вне помещения? Простой вопрос, а ответ потребует некоторых рассуждений. За основание возьмем уравнение идеального газа; для вычисления абсолютной влажности по температуре и относительной влажности необходим еще специальный алгоритм расчета давления насыщенного пара как функции от температуры. А это не очень простая вещь.

Формула для вычисления абсолютной влажности

В формуле ниже, температура (Т) измерена в градусах Цельсия, относительная влажность (rh) — в %, а е — это основание натурального логарифма 2,71828 [возведенное в степень, указанную в скобках]:

Абсолютная влажность (г/м3) =
6,112 x e^[(17,67 x T)/(T+243,5)] x rh x 18,02
(273,15+T) x 100 x 0,08314

что упрощается до

Абсолютная влажность (г/м3) =
6,112 x e^[(17,67 x T)/(T+243,5)] x rh x 2,1674
(273,15+T)

Точность этой формулы в пределах 0,1% на диапазоне температур от –30°C до +35°C

– – – –

формат gif

ah3a

формат jpg

ah1a

– – – –

Дополнительные примечания для студентов

Стратегия вычисления абсолютной влажности, определяемой как плотность водяного пара (г/м3) по температуре (Т) и относительной влажности (rh):

1. Водяной пар — это газ, поведение которого при обычной температуре атмосферы приближено к поведению идеального газа.

2. Применимо уравнение идеального газа PV = nRT. Газовая постоянная R и переменные T и V в этом случае известны (Т измерена, V = 1 m3). Для вычисления n необходимо рассчитать Р.

3. Чтобы получить значение Р можно применить следующий вариант формулы [см. eq.10] Магнуса-Тетенса, которая дает давление насыщенного пара Psat (гектопаскали) как функцию от температуры Т (в градусах Цельсия):

Psat = 6,112 x e^[(17,67 x T)/(T+243,5)]

4. Psat — это давление при относительной влажности 100%. Для вычисления давления P при любом значении относительной влажности, выраженном в %, мы умножаем выражение для Psat на коэффициент (rh/100):

P = 6,112 x e^[(17,67 x T)/(T+243,5)] x (rh/100)

5. Теперь мы знаем P, V, R, T и можем вычислить n, а это и есть количество водяного пара в молях. Значение затем умножается на 18,02 — это молекулярный вес воды. Ответ получается в граммах.

6. Обобщение:
Формула абсолютной влажности получена из уравнения идеального газа. Она выражает n всего через две переменные: температуру (Т) и относительную влажность (rh). Давление вычисляется как функция от обеих этих переменных; объем указан (1 m3), а газовая постоянная R известна.

– – – –

ОБНОВЛЕНИЯ

– – – –

YouTube: Умный гараж, часть 3, Управление вытяжным вентилятором в подвале

– – – –

Игорь пользуется моей формулой, чтобы поддерживать ячейку погреба сухой.

igor01

Октябрь 2016: Я впечатлился системой управления влажностью основания здания, разработанной Игорем, и даже опубликовал отчет на форуме Amperka.ru.

Внутри короткой трубки установлен вентилятор с круговым уплотнением, распечатанным на 3D-принтере. Вентилятор замещает воздух, находящийся в основании, на воздух снаружи. Он включается, если абсолютная влажность в ячейке выше, чем на улице на 0,5 г/м3. Предполагается, что температура снаружи ниже. Это как раз и гарантирует, что вода в ячейке превращается в пар и вытягивается, а обратный процесс не может произойти.

igor02

Полное описание с набором отличных фотографий → здесь

– – – –

Формула позволяет измерять AH по данным от высокоточного датчика RH и T

sht75

Датчик SHT75 RH и T от SENSIRION

Апрель 2016: Проф. Антониетта Франи (Prof. Antonietta Frani) на основе моей формулы создала миниатюрный прибор для измерения абсолютной влажности. Миниатюрный микроконтроллер Arduino Uno оборудован датчиком SHT75 RH и T и подключается к компьютеру по кабелю USB. Системный интегратор Роберто Валголио (Roberto Valgolio) разработал интерфейс для передачи данных в листы Excel и отображения графиков.

– – – –

Формула позволила создать калькулятор RH←→AH

reckoner

Март 2016: Немецкий веб-сайт rechneronline.de использует мою формулу для своего онлайн-калькулятора RH/AH

– – – –

Формулу процитировали в академической исследовательской публикации

ahcitat

Январь 2016: Исследовательская публикация в Landscape Ecology (октябрь 2015) посвящена микроклиматическим образцам в городской среде США. Там для вычисления абсолютной влажности по температуре и относительной влажности использована моя формула.

– – – –

Формула нашла применение и в блоках управления влажностью

Август 2015: ПО с открытым исходным кодом (проект Arduino) также использует в микроконтроллере управления влажностью основания здания мою формулу для расчета абсолютной влажности:

arduino

«Вся идея состоит в том чтобы измерить температуру и относительную влажность в подвале и на улице, на основании температуры и относительной влажности рассчитать абсолютную влажность и принять решение о включении вытяжного вентилятора в подвале. Теория для расчета изложена здесь – carnotcycle.wordpress.com/2012/08/04/how-to-convert-relative-humidity-to-absolute-humidity/.»

Дополнительные фотографии по ссылке http://arduino.ru/forum/proekty/kontrol-vlazhnosti-podvala-arduino-pro-mini

– – – –

Advertisements

vol05

Sir Joseph Banks, President of the Royal Society in London, sat in the splendour of his office in Somerset House. It was an April morning in the year 1800. The clatter of horse-drawn carriages in the Strand rose to his window, but he did not notice; his attention was elsewhere. Staring into space, he clutched a letter that had been delivered to him that very morning. Dated March 20th and written in French, it had been sent from Como in Lombardy by an Italian professor of experimental physics named Alessandro Volta.

Professor Volta’s letter was clearly attended by some haste, since he had dispatched the first four pages in advance of the remainder, which was to follow. The subject matter was experiments on electricity, and the first pages of Volta’s letter to Banks described the invention of an apparatus “which will no doubt astonish you”.

vol02

Alessandro Volta (1745-1827) and his amazing invention

On that April morning in London, Banks read the letter and was duly astonished. Volta’s apparatus, consisting of a series of discs of two different metals in contact separated by brine-soaked pasteboard, was capable of generating a continuous current of electricity. This was a world apart from the static electricity of the celebrated Leyden jar and indeed a most astonishing discovery; no wonder Volta was so anxious to communicate it without delay to Banks and thereby to the Royal Society – of which Volta was also a fellow.

Still clutching the letter, Joseph Banks regained his composure and collected his thoughts. He must of course arrange for the letter to be read to the Society, after which it would duly appear in print in the Society’s Philosophical Transactions.

In the meantime, Banks was naturally obliged to keep Volta’s discovery confidential. But then again, with a such an astonishing discovery as this, it was sorely tempting to show Signor Volta’s letter – in the strictest confidence of course – to certain individuals in his large circle of scientific acquaintances, who would surely be fascinated by its contents. What could be the harm in that?

– – – –

Yielding to temptation

vol03

32 Soho Square (right), the London home of Sir Joseph Banks

The London home of Joseph Banks, in Soho Square, was the centre of bustling scientific activity and attracted all the leading members of the scientific establishment. Within a month of receiving Volta’s letter, Banks had yielded to temptation and shown it to a number of acquaintances.

Among them was Anthony Carlisle, a fashionable London surgeon who was shortly to display remarkable abilities in the realm of physical chemistry. Having perused the letter, Carlisle immediately arranged for his friend the chemist William Nicholson to look over the pages with him, after which Carlisle set about constructing the apparatus according to Volta’s instructions – the fabled instrument we now call the Voltaic Pile.

vol04

Sir Anthony Carlisle (1768-1840), painted by Henry Bone in 1827

So within a month of Volta’s hastened communication to Banks, the details of the construction of the Voltaic Pile had been leaked to, among others, Carlisle and Nicholson, enabling the latter to begin experiments with Volta’s apparatus that would lead to their privileged discovery of electrolysis, before Volta’s letter had even been read to – let alone published by – the Royal Society.

– – – –

The chronology of the case

1800

March 20th
Volta sends a letter (in French) from Como, Lombardy, to Sir Joseph Banks at the Royal Society in London, announcing his invention of the Voltaic pile.

April
Banks leaks the contents of Volta’s letter to several acquaintances, including Anthony Carlisle, who arranges for William Nicholson to view the letter.

May
Carlisle and Nicholson construct a Voltaic Pile according to Volta’s instructions. With this apparatus they discover the electrolysis of water into hydrogen and oxygen.

June 26th
Volta’s letter is read to the Royal Society.

July
William Nicholson publishes a paper in The Journal of Natural Philosophy, Chemistry & the Arts, announcing the discovery of electrolysis by Anthony Carlisle and himself, using the Voltaic Pile.

September
Volta’s letter announcing his invention of the Voltaic pile is published in French in the Philosophical Transactions of the Royal Society, and in English in The Philosophical Magazine.

– – – –

Mouse-over links to original papers mentioned in this post

Volta’s letter to Banks (begins on page 289)

Nicholson’s paper (begins on page 179)

– – – –

P Mander August 2015