Luftfugtighed under frysepunktet

Hej Spørg om Fysik
På DMI's hjemmeside kan vi se, at temperaturen er -3,5 grader celsius og den relative fugtighed er 75%. Hvordan kan man måle den relative eller absolutte fugtighed i luften, når dele af vandet er bundet som is...

Med venlig hilsen
P F

Atmosfæren består af luftarterne Ilt (oxygen) og kvælstof (nitrogen), og nogle meget små mængder af andre luftarter samt vanddamp.

En vis mængde vanddamp kan altså "opløses" i almindelig luft. Mængden afhænger af luftens temperatur. Se kurven nedenfor. Når vanddamp koncentrationen når en bestemt størrelse ved en given temperatur, kondenseres vandet ud som dråber. Når det begynder at ske, siger vi, at der er mættet vanddamp. Indtil da er der tale om umættet vanddamp.

Den absolutte luftfugtighed er den mængde vanddamp luften indeholder målt som antal kilogram vandamp pr. m² luft.

Den relative luftfugtighed er forholdet imellem det aktuelle vanddampindhold i luftenk, og den maksimale mængde luften kan indeholde ved den pågældende temperatur. Dem angives i reglen i procent.

Der kan være vanddamp i luften både over og under 0 ⁰C, forskellen er kun at des højere temperatur, des mere vanddamp kan der være, så der er luftfugtighed og relativ luftfugtighed uafhængigt af om det fryser eller ikke. I disse dage vil man kunne iagttage, at selv ved -5 til -10 ⁰C vil sneen fordampe fra overfladen i solen (den forsvinder), uden at der dannes synligt vand ind imellem. Desuden ved de fleste at man godt kan tørre vasketøj i frostvejr. Det bedste instrument til måling af luftfugtigheden er et dugpunktsinstrument, se nedenfor.

Som eksempler:

Målinger viser, at ved to termometermetoden (se nedenfor) ved 20 ⁰C, vil det våde termometer have en temperatur der er 5 K lavere ved en fugtighedsgrad på 59 %, og 10 grader lavere ved en fugtighedsgrad på 24 %. Ved 20 ⁰C vil der være 17,3 g vanddamp pr. m³, hvis luften er mættet. Ved 35 ⁰C 39,55 g vanddamp pr. m³. Ved 0  ⁰C er der 4,85 g vanddamp pr. m³. Som det ses på kurven herved er der vanddamp i luften også for temperaturer mindre end -20 ⁰C så både den absolutte- og relative luftfugtighed er veldefinerede og kan måles (bedst med et elektronisk eller dugpunktsinstrument, se nedenfor). Fra grafen fås i spørgerens eksempel ca. 2,5 g vand pr. m³.

Måleapparater

Fugtigheden måles med en række apparater. Det billigste historiske er et affedtet hår forbundet med passende udveksling til en viser. Håret ændrer længde når luftfugtigheden ændres, og man kan så lave en skala til viseren, der viser den relative luftfugtighed, sådanne instrumenter er almindelige til hjemmebrug. Der findes en række kunststoffer, der kan anvendes i stedet for håret. Disse fugtighedsmålere er ikke specielt præcise. Man kan også lave elektroniske målere, hvor modstanden i en særlig type polymer membranmodstand ændres med fugtighedsgraden, idet den er i ligevægt med fugtighedsgraden og optager mere eller mindre vand. Det kan også være en vekselstrømsbro som måler capacitansen af en kondensator, som så kan måle vandmængden imellem pladerne.

Til gamle vejrstationer brugtes en fugtighedsmåler med to termometre (psychrometer), et almindeligt termometer og et helt magen til, hvor der rundt om beholderen forneden er bundet et "tøj strømpe" eller gaze, som er stukket ned i en skål med vand se billede. Vandet suges op og fordamper omkring termometerbeholderen og fordampningen afkøler termometeret, des tørrere, des mere fordampning. Man kan så gå ind i en dertil indrettet tabel og finde fugtighedsgraden ud fra de to termometer visninger.

Skal man gøre noget meget præcist plejer man at bruge et dugpunktsinstrument. Man laver et metalspejl, som kan køles og termostateres (det sker i dag ofte med en halvlederkøler der kaldes Peltierkøler). Derefter afkøler men spejlet og luften lige foran indtil der lige akkurat dannes dug på spejlet, man måler lokaletemperaturen og spejlets temperatur, og kan så finde luftfugtigheden. Instrumentet er i reglen i dag automatiseret så en lysdiode, der sidder overfor spejlet, belyser det, og en fotodiode opdager dug på spejlet, den luft man måler på suges så langsomt forbi spejlet.

Sådanne fugtighedsmålere bruges i en lang række industrielle produktioner herunder biologiske for at optimere resultaterne. Vores egen fornemmelse for luftfugtighed er ikke præcis, stort set kan de fleste ikke mærke nogen særlig ændring fra lidt over 20 til 60 eller 70% relativ luftfugtighed, Ved anstrengende adfærd (sport, arbejde) samt i meget varme omgivelser, bliver vores toleranse ofte noget mindre. Meget tør luft observeres ved tørre slimhinder i næse og mund samt tørre læber. Det sker oftest her i landet om vinteren, hvor der er meget lidt vand i luften udenfor når det er koldt. Luften bliver tør, når den kommer ind ved stuetemperatur.

Med venlig hilsen
Malte Olsen