濕度

在大氣中水蒸氣的重量僅佔非常微小的比例,當空氣較冷時小於1%到溫暖潮濕空氣時約5%。
雖然水蒸氣對於可見光而言是透明的,但是卻吸收大量更長波長的熱波(紅外線)。
它比空氣輕,在相同溫度與壓力下飽和水蒸氣的密度約是空氣密度的0.62倍。
大部份在離地表8公里的範圍內,所有存在於地表的生物或非生物都受到大氣中水蒸氣的影響。

濕度用來標示大氣中的水蒸氣含量。絕對濕度標示大氣中單位體積水蒸氣的質量。
相對濕度則是當時大氣中水蒸氣含量與大氣中濕度飽和時水蒸氣含量的比值,通常以百分比表示。
濕度50%表示當時單位體積大氣所含水蒸氣的質量是相同溫度下所含水蒸氣質量的一半。
由於飽和時水蒸氣含量和溫度有關,未飽和的大氣在降溫後可能達到飽和的情況。
當大氣飽和時的溫度稱為露點。
例如桌上放置一杯水,通常大氣濕度未達飽和而使得杯中的水逐漸蒸發。

杯中的水分子有的動能較大,有的動能較小。(平均動能則顯示水的溫度)
當動能較大的水分子跑到水面時有可能脫離水的束縛而成為水蒸氣。(蒸發過程)
部份大氣中水蒸氣的分子跑到水面時,也有可能會被拉入水中。
以上兩種過程均會受到溫度的影響。
溫度高(相對濕度低於100%)則蒸發過程大於反向過程,於是杯中的水逐漸蒸發。
溫度低(相對濕度高於100%)則蒸發過程弱於反向過程,於是大氣中的水逐漸凝結。
但是若丟入冰塊或其他方式使得杯中水溫度降低,則杯子四周因為溫度降低達到過飽和而凝結出小水滴。當杯子開始凝結出小水滴時的溫度便是當時大氣絕對濕度所對應的露點。(大氣中絕對濕度越高或水蒸氣含量越多,則露點也會較高。)*

如何測量相對濕度:利用兩根溫度計,一根溫度計量當時的室溫。
另一根則底部浸於水中讓水藉由毛細現象沿著溫度計上昇,依照當時不同的相對濕度則水蒸發的速率不相同。當水蒸發時需要吸熱而使得溫度降低。
因此若當時相對濕度越低(越乾燥)則蒸發的速率越高,則浸水的溫度計所量得的溫度比當時大氣實際的溫度降低越多。*

所浸的水最好用蒸餾水避免水中雜質附著於溫度計表面影響水的蒸發,而影響正確的量度。
另外清潔乾淨的頭髮當置於飽和的大氣中長度會增加約 2.5%。
羊腸線放在潮濕的空氣中會扭曲的更厲害。頭髮比羊腸線反應更靈敏。
羊毛、棉花等任何受濕度會影響長度、形狀或顏色的都可以用作濕度計的材料。
只是這些材料製成的濕度計通常沒有乾濕度計(乾濕溫度計所製的濕度計)在時間上反應靈敏。
且由於非線性的影響在不同溫度區間時,需要重新校正。

頭髮的長度改變只有2.5%,如何設計才比較容易觀察呢?
氯化亞鈷 遇水會由藍色變為粉紅色。因此塗有氯化亞鈷的紙張藉由顏色的改變程度可以判斷相對濕度的高低。
通常對人們感覺較舒適的相對濕度約40%-50%。
以下圖表取自 http://en.wikipedia.org/wiki/Humidity 顯示不同溫度時 1公斤空氣內所含水的克數

物理教學示範實驗教室

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作者:國立台灣師範大學物理系 黃福坤
最後修訂時間: 10/13/98 15:05:28 since 2011/06/20