موسوعة الكيمياء : الرطوبة النسبية

الرطوبة النسبية

الرطوبة النسبية هي مصطلح يستخدم لتقدير كتلة بخار الماء الموجودة في كتلة معينة من المزيج الغازي أو الهواء بالنسبة إلى كتلة بخار الماء اللازم لتشبع كتلة الهواء نفسها وعند درجة الحرارة نفسها.

التعريف

تعرف الرطوبة النسبية (Φ) لمزيج من الهواء مع الماء بأنها نسبة الضغظ الجزئي لبخار الماء (ew) في مزيج إلى ضغط البخار المشبع للماء عند درجة الحرارة المحددة.

يعبر عن الرطوبة النسبية عادة كنسبة مئوية وتحسب باستخدام المعادلة التالية

Φ =

قياس الرطوبة النسبية

يمكن تحديد الرطوبة النسبية لمزيج من الهواء مع بخار الماء باستخدام مخططات الرطوبة (بالإنجليزية: psychrometric charts) إذا كنا نعلم درجة حرارة البصيلة الجافة (dry bulb temperature) (T) ودرجة حرارة البصيلة المبتلة (Tw) للمزيج. وهذه الكميات تقدر بسهولة باستخدام المرطاب.

ويوجد عدة علاقات تجريبية يمكن استخدامها لتقدير ضغط البخار المشبع لبخار الماء. معادلة أنطوان (Antoine equation) هي أحدى هذه الصيغ الأقل تعقيدا، وهي ذات ثلاث قيم وسيطة (A و B و C). وهناك تعابير أخرى، مثل معادلة گوف-گراتش (Goff–Gratch equation) ومعادلة ماگنوس تيتن، وهي أكثر تعقيدا ولكنها أكثر دقة. والصيغة التي قدمها أردن بك (Arden Buck Equation) سنة 1996 تقدم حلا وسطا بين التعقيد والدقة

حيث (T) هي درجة حرارة البصيلة الجافة بالدرجة المئوية و هو ضغط البخار المشبع بـ hPa.

معتقد خاطئ

يستخدم مفهوم الهواء الحامل لبخار الماء في كثير من الأحيان لوصف مفهوم الرطوبة النسبية. إلا أن الهواء يعمل كمجرد وسيلة نقل لبخار الماء وليس حاملا له. ولذلك، فإن الرطوبة النسبية تفهم تماما من الخصائص الفيزيائية للماء وحده، وبالتالي لا علاقة لها بهذا المفهوم[2][3]. في الواقع، يمكن لبخار الماء أن يكون موجودا في الفضاء الخالي من الهواء وبذلك يمكن تحديد الرطوبة النسبية لهذا الفضاء بسهولة.

الاعتقاد الخاطئ بأن الهواء يحمل الماء هو نتيجة لاستخدام كلمة الإشباع التي يساء استخدامها في كثير من الأحيان في وصف الرطوبة النسبية. في السياق الحالي، تشير كلمة إشباع إلى حالة من حالات بخار الماء[4]، وليس إلى ذوبان مادة ما في أخرى.

إن الخصائص الحرارية الفيزيائية لمزيج الماء مع الهواء في الظروف الجوية هي تقريبية وذلك بافتراض أنها تتصرف كمزيج من الغازات المثالية. وبسبب أهداف عملية كثيرة، فإن الافتراض أن كلا من المكونات (الهواء والماء) تتصرف تصرفا مستقلا عن بعضها البعض هو افتراض معقول. وبذلك يمكن تقدير الخصائص الفيزيائية لمزيج الهواء والماء باعتبار الخصائص الفيزيائية للكل مكون على حدة.

دلالة الرطوبة النسبية

ضبط المناخ

يعني ضبط المناخ التحكم بدرجة الحرارة والرطوبة النسبية من أجل توفير الراحة والجو الصحي والآمن للبشر، وتوفير الاحتياجات التقنية للآلات والعمليات الإنتاجية، وفي الأبنية، والمركبات والأماكن المغلقة الأخرى.

راحة

البشر حساسون للهواء الرطب لأن الجسم البشري يبرد نفسه بالتبخر كوسيلة أولية لضبط درجة حرارته. في ظروف الجو الرطب، ينخفض معدل التبخر من الجلد مقارنة مع ظروف الجو الجاف. ولأن الجسم البشري يشعر بمعدل انتقال الحرارة من الجسم أكثر من شعوره بالحرارة ذاتها[5]، فإننا نشعر بالحر عندما تكون الرطوبة النسبية أعلى من معدلاتها.

مثلا، إذا كانت درجة حرارة الهواء 24 °م والرطوبة النسبية مساوية للصفر، فإننا سنشعر بدرجة الحرارة مساوية لـ 21°م[6]. وإذا كانت الرطوبة النسبية مساوية لـ 100 بالمئة عند درجة الحرارة نفسها، فإننا نشعر بأنها 27°م[6]. إذا كانت درجة حرارة الهواء 24°م وكان يحتوي على بخار الماء المشبع، فإن الجسم البشري يبرد ذاته بنفس المعدل كما لو كانت درجة الحرارة 27°م وكان الجو جافا[6]. إن مؤشر الحرارة (Heat index) و مؤشر الرطوبة (humidex) هما مؤشران للتأثير المشترك لدرجة الحرارة والرطوبة على حادثة تبريد الجو وتأثيره على الجسم البشري.

الأبنية

عند ضبط الجو في المباني باستخدام أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، يكون الهدف ضبط الرطوبة النسبية ضمن المجال المريح، أي أن تكون منخفضة على نحو كاف لتكون مريحة ولكن عالية على نحو كاف لتجنب المشاكل المرافقة للهواء الجاف جدا.

عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة والرطوبة النسبية منخفضة، يكون تبخر الماء سريعا، وتجف التربة، وتجف الملابس الرطبة المعلقة على حبل الغسيل بسرعة، ويتبخر العرق من الجلد بسهولة. ويمكن للأثاث المنزلي الخشبي أن يجف وينكمش مؤديا إلى تشقق الطلاء على سطحه.

عندما تكون درجة الحرارة والرطوبة النسبية مرتفعين، ينخفض تبخر الماء. وعندما تكون الرطوبة النسبية قريبة من 100%، يمكن أن تتكاثف الرطوبة على الجدران والسطوح مؤدية إلى مشاكل التعفن، والتآكل، ومشاكل أخرى.

فالأماكن المختلفة مثل المعامل والمخابر والمستشفيات تتطلب مستويات محددة من الرطوبة النسبية يجب الحفاظ عليها باستخدام المرطبات، أو المجففات، أو أنظمة التحكم الأخرى.

المركبات

الأمر سيان كما في المباني، كما يوجد بعض اعتبارات السلامة الإضافية. الرطوبة العالية داخل المركبة يؤدي إلى مشكلة التكاثف التي تغطي الزجاج الأمامي للسيارة كما تزيد من احتمال حدوث تماس كهربائي.

وفي العربات محكمة الإغلاق مثل الطائرات، والغواصات والمركبات الفضائية، هذه الاعتبارات تكون مهمة للسلامة، وتحتاج إلى أنظمة معقدة لضبط الجو تتضمن تجهيزات ضبط الضغط أيضا. مثلا، يتعرض جسم الطائرة إلى الصدأ نتيجة الرطوبة، والمعدات الإلكترونية تتعرض إلى تكاثف البخار عليها، ولأن إخفاق إي منهما يشكل كارثة حقيقية، فإن الرطوبة النسبية تكون تحت 10% داخل الطائرة، وخصوصا في الرحلات الطويلة.

الرطوبة المنخفضة هي نتيجة سحب الهواء البارد جدا عند رطوبة مطلقة منخفضة وهذا موجود في الأجواء التي تقطعها الطائرات. ويقوم التسخين اللاحق للهواء بإنقاص رطوبته النسبية. وهذا يسبب عدم الراحة، مثل تقرح العيون، وجفاف الجلد، وجفاف الأغشية المخاطية، ولكن لا تستخدم المرطبات لزيادة الرطوبة والوصول إلى المستويات المريحة بسبب المشاكل المذكورة سابقا

الإعتماد على الضغط

اضغط على الصورة للتكبير