250. Відносна вологість. Точка роси. Частина 2.

Урок №250. Відносна вологість. Точка роси. Частина 2.

---

Мета уроку:

• формувати в учнів уявлення про способи вимірювання та контролю вологості повітря;
• розкрити практичне значення вологості в повсякденному житті, техніці та здоров’ї людини;
• навчити аналізувати побутові ситуації, пов’язані зі зміною вологості повітря. 

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• 17. Партнерство заради сталого розвитку
• 9. Промисловість, інновації та інфраструктура
• 12. Відповідальне споживання та виробництво

Ключові слова: гігрометри, волосяний гігрометр, психрометр, психрометрична таблиця, електронний гігрометр, осушувач повітря, зволожувач повітря.

План уроку:

1. Мотивація
2. Теоретичний блок
   • 2.1. Волосяний гігрометр
   • 2.2. Психрометр
   • 2.3. Електронний гігрометр
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

Очікувані результати для учнівства:

Очікувані результати для вчителя:

---

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хв.

Шишку можна використовувати як природний індикатор вологості повітря (рис.1). Як саме?

---

Посилання на відео джерела:

---

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 12 хв.
Продемонструй різні гігрометри (або їх зображення) Важлива наочність!
Якщо можливо, принеси справжній психрометр або електронний гігрометр.
Якщо приладів немає — використай якісні фото/відео або навіть 3D-моделі онлайн.

Вологість повітря впливає на наше самопочуття, збереження речей, погоду та навіть здоров’я.
У приміщеннях надмірна вологість сприяє появі цвілі та псуванню меблів, а занадто сухе повітря — висушує шкіру й подразнює дихальні шляхи. Для збереження музейних експонатів, книжок або електроніки важливо підтримувати стабільний рівень вологості.
Також її вимірюють у сільському господарстві, будівництві та метеорології.

Гігрометри — загальний термін для всіх приладів, які вимірюють вологість.

Види гігрометрів:

2.1. Волосяний гігрометр

Волосяний гігрометр — це прилад для вимірювання відносної вологості повітря, у якому чутливим елементом виступає людське або тваринне волосся.
Принцип роботи
Волосся має властивість змінювати свою довжину залежно від рівня вологості:

• При підвищенні вологості — волосся вкорочується
• При зниженні вологості — волосся подовжується

Зміни довжини невеликі, тому волосся:

• Кріпиться до важеля або системи шківів
• Який у свою чергу переміщує стрілку по шкалі
• Таким чином відображається поточне значення відносної вологості (%)

Переваги

• Простота конструкції
• Не потребує електроживлення (автономність)
• Досить висока чутливість до змін вологості
• Придатний для довготривалого моніторингу

Недоліки

• Потребує регулярного калібрування
• Менш точний, ніж сучасні цифрові аналоги
• Покази можуть залежати від зовнішніх чинників (температури, стану волосся)

2.2. Психрометр

Психрометр — це прилад для вимірювання відносної вологості повітря, який працює на основі випаровування води. Його конструкція дуже проста і водночас ефективна.
Він складається з двох однакових термометрів:

• Сухий термометр — показує температуру навколишнього повітря.
• Вологий термометр — має резервуар з водою, до якого прикріплений вологий гніт (тканинна стрічка або марля), що охоплює його резервуар.

Як працює психрометр?

• Волога з гніта випаровується, охолоджуючи вологий термометр.
• Чим нижча вологість повітря, тим інтенсивніше випаровування, і нижча температура вологого термометра.
• Якщо повітря дуже вологе, випаровування майже не відбувається — і показники обох термометрів майже однакові.

Як розрахувати вологість?
Різниця між температурами сухого і вологого термометрів називається психрометричною різницею. Щоб знайти відносну вологість, використовують: психрометричну таблицю.

Табл.1 Психрометрична таблиця

Показ сухого термометра t, ℃	Різниця показів сухого і вологого термометрів ∆t, ℃
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Відносна вологість , %
13	100	89	79	69	59	49	40	31	23	14	6
14	100	89	79	70	60	51	42	34	25	17	9
15	100	90	80	71	61	52	44	36	27	20	12
16	100	90	81	71	62	54	46	37	30	22	15
17	100	90	81	72	64	55	47	39	32	24	17
18	100	91	82	73	65	56	49	41	34	27	20
19	100	91	82	74	65	58	50	43	35	29	22
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37	30	24
21	100	91	83	75	67	60	52	46	39	32	26
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40	34	28
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42	36	30
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44	38	33

Наприклад, сухий термометр показує 20 °С, а вологий 16 °С; різниця температур ∆t=20℃-16℃=4℃ . Із таблиці бачимо, що =66 %.

2.3. Електронний гігрометр

Електронний гігрометр — це пристрій, що використовує цифрові датчики вологості (сенсори), щоб миттєво визначати:

• Відносну вологість повітря (%),
• часто також температуру (°C/°F),
• а іноді — точку роси, атмосферний тиск чи навіть рівень CO₂.

Принцип роботи
Усередині електронного гігрометра зазвичай використовується один із типів сенсорів вологості:

1. Ємнісний сенсор
   • Основа — конденсатор, в якому діелектрик реагує на вологість повітря.
   • Коли волога змінює діелектричну проникність, змінюється ємність — і це фіксує електроніка.
2. Резистивний сенсор
   • Волога змінює електропровідність спеціального матеріалу (полімеру або солі).
   • Зміна опору сигналізує про зміну вологості.
3. Термокондуктивний сенсор (рідше)
   • Вимірює різницю теплопровідності між сухим і вологим повітрям.

Переваги електронних гігрометрів:

• Висока точність і швидкість вимірювання
• Цифрове відображення даних на екрані
• Можливість запису та збереження показників у пам’ять або на комп’ютер (через USB, Wi-Fi, Bluetooth)
• Часто поєднуються з іншими приладами (термометрами, барометрами, логерами тощо)

---

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 17хв.

Завдання № 1.

У 1783 році Орас Бенедикт де Соссюр створив перший гігрометр, пристрій для вимірювання вологості, і він створив його з людського волосся (рис.2).

1. Чому вологість повітря впливає на розміри волосся?
   Відповідь: Волосся складається переважно з білка кератину. У його структурі є хімічні зв’язки (в тому числі водневі), які можуть змінюватися при зміні вологості. Коли вологість підвищується, волосся вбирає воду з повітря, і молекули води проникають між волокнами, змушуючи волосся розбухати й видовжуватись.
2. Чому волосся починає завиватися при підвищеній вологості повітря
   Відповідь: Через поглинання вологи руйнуються деякі тимчасові зв’язки між білками кератину. Волога «переписує» форму волосяного волокна, і воно починає згинатися чи закручуватись, особливо якщо в ньому вже є природні нерівності чи кучерявість.
3. Чому волосся перед використанням у гігрометрі іноді занурюють у спирт?
   Відповідь:  Спирт знежирює та очищує волосся, видаляючи бруд, жир і шкірне сало. Це покращує його здатність вбирати вологу з повітря та робить реакцію на зміни вологості точнішою і стабільнішою.
4. Як би змінилася точність гігрометра, якби ви використали штучне волосся або нитку?
   Відповідь:  Штучне волосся часто не має таких водочутливих властивостей, як натуральне. Воно не поглинає вологу або робить це значно менше, тому не змінює довжини — а отже, точність приладу знижується або він зовсім не реагує.
5. Які ще біологічні матеріали, крім волосся, могли б реагувати на вологість? Обґрунтуйте.
   Відповідь: Пір’я — складаються з білка, можуть злегка деформуватись при змінах вологості.
   Шкіра тварин (наприклад, сухожилля) — також чутлива до вологи.
   Кора дерев, деревина — змінює розміри, коли поглинає вологу.
   Нігті— як і волосся, містять кератин і реагують на зміну вологості (розм’якшуються).
   Ці матеріали мають пористу або білкову структуру, що дозволяє їм поглинати воду.
6. Чому в суху погоду волосся на голові людини може електризуватися?
   Відповідь: У сухому повітрі волосся легше втрачає вологу, стає легшим і більш ламким, втрачає провідність. Тертя між волосинками або з предметами (шапка, гребінець) викликає накопичення статичної електрики — волосся відштовхується одне від одного.
7. Чому волосся краще укладається після миття у вологому кліматі, ніж у сухому?
   Відповідь:  У вологому кліматі волосся зберігає природну вологість і еластичність, краще піддається формуванню. У сухому — швидко висихає, стає ламким, легше розпадається і гірше тримає форму.
8. Навіщо використовують зволожувальні засоби для догляду за волоссям у сухому кліматі?
   Відповідь:  Щоб компенсувати втрату вологи з волосся, зробити його м’яким, еластичним і захистити від ламкості, електризації та пошкоджень. Зволожувальні засоби утримують воду в структурі волосся або створюють захисну плівку.
9. Який ефект матиме постійне перебування в умовах з високою вологістю (наприклад, у тропіках) на здоров’я волосся? Відповідь:  Плюси:
   • Менше ламкості, волосся залишається зволоженим
   • Може виглядати блискучішим та м’якшим
   • Мінуси:
   • Надмірна вологість може призводити до надмірного набрякання волосся
   • Можливе часте завивання (особливо для кучерявого волосся)
   • Підвищений ризик розвитку грибкових інфекцій шкіри голови (при поганому догляді)

---

Завдання № 2.

Перший психрометр був створений у XVIII столітті німецьким вченим Ернестом Фердинандом Августом (Ernst Ferdinand August). Він запропонував використовувати два термометри — один сухий, а інший вологий (обгорнутий мокрою тканиною). Завдяки випаровуванню води з вологого термометра, його показники були нижчими, ніж у сухого. Різниця температур дозволяла обчислювати відносну вологість повітря за спеціальними таблицями (рис.3).

1. Якби ти хотів виміряти вологість повітря в горах, чи підійде психрометр? Які є ризики похибок?
2. Заповни пропуски (використай таблицю з теоретичного блоку)
   • а) Сухий термометр 24 °C
     Вологий термометр 16°C
     Різниця показників термометрів ___°C 8°C 
     Вологість повітря ___% 43°C 
   • б) Сухий термометр 22 °C
     Вологий термометр ___ °C 18°C
     Різниця показників термометрів 4 °C
     Вологість повітря ___% 68°C
   • в) Сухий термометр 18 °C
     Вологий термометр __°C  14°C
     Різниця показників термометрів ___ °C 4°C
     Вологість повітря 65%
   • г) Сухий термометр ___ °C 14°C
     Вологий термометр ___°C  11°C
     Різниця показників термометрів 3°C
     Вологість повітря 70%

---

Завдання № 3.

Із морозильної камери дістали герметично закритий пластиковий контейнер із кубиками льоду. Зовнішня поверхня контейнера була сухою. Його залишили на кухонному столі при кімнатній температурі. Через приблизно 30 хвилин лід усередині повністю розтанув, і контейнер заповнився водою. На стільниці навколо контейнера з’явилася невелика калюжа. Контейнер залишався закритим увесь час (рис.4).

1. Звідки з’явилася вода навколо контейнера, якщо він був герметично закритий?
   Відповідь: Вода навколо контейнера не витекла зсередини, бо контейнер був герметично закритий. Насправді, ця вода — це водяна пара з повітря, яка сконденсувалась на холодній поверхні контейнера, а потім стекла вниз, утворивши калюжу.
2. Чому краплі води утворилися лише через деякий час, а не одразу?
   Відповідь: Одразу після того, як контейнер дістають із морозилки, його поверхня ще дуже холодна — нижче точки роси повітря в кімнаті. Але конденсація не починається миттєво, бо:
   • Потрібен час, щоб водяна пара з повітря дісталася до поверхні.
   • Поверхня має охолонути до температури, нижчої за точку роси, щоб пара почала перетворюватися на рідину.
3. Чому схожий ефект можна спостерігати, коли на вулиці спекотно, а з холодильника дістають пляшку з напоєм? Або після занесення взимку пляшку води в тепле приміщення?
   Відповідь: У обох випадках пляшка холодна, а повітря довкола — тепле і вологе. Водяна пара з повітря:
   • Стикається з холодною пляшкою, охолоджується,
   • Досягає температури нижчої за точку роси,
   • І конденсується на поверхні пляшки у вигляді крапель.
4. Назвіть місця або ситуації в побуті, де ви бачили, як вода з’являється на зовнішній поверхні предметів, які залишаються закритими. Чому це відбувається?
   Відповідь: Пляшка з соком/водою з холодильника — краплі утворюються з повітря, не з напою. Металевий чайник, в якому зберігається холодна вода — зовнішня стінка може запотіти.
   Вікна взимку — на холодному склі зсередини осідає волога з теплого вологого повітря в кімнаті.\Зовнішня поверхня кондиціонера або вентиляційної труби влітку — особливо коли охолоджується повітря або вода.
   Холодна банка консервів або морозиво в упаковці, щойно з холодильника — запотівають так само.
   Причина одна: поверхня тіла холодніша за температуру точки роси, і водяна пара конденсується в рідку воду.

---

Завдання № 4.

Під час приготування вечері в невеликій кухні на плиті кипить каструля з супом і одночасно смажиться овочева страва. Через кілька хвилин на вікнах і кухонних стінах з’являються краплі вологи.
Дзеркало, яке висить неподалік, також запотіває (рис.5).

1. Чому на вікнах і стінах з’являються краплі під час приготування їжі?
   Відповідь: Під час варіння й смаження в повітря потрапляє велика кількість водяної пари. Якщо ця пара стикається з холодними поверхнями (вікнами, плиткою, стінами), вона охолоджується і досягає точки роси — температури, за якої пара перетворюється на рідку воду. У результаті — на поверхні з’являються краплі: це явище називається конденсацією.
2. Як температура поверхонь (наприклад, стін чи скла) впливає на появу конденсату?
   Відповідь: Чим нижча температура поверхні, тим легше водяній парі на ній конденсуватися. Наприклад:
   • Скло вікна взимку — дуже холодне → краплі з’являються швидко.
   • Тепла плитка над плитою — не така холодна → менше конденсату.
   • Різниця температур між повітрям і поверхнею — головний чинник появи вологи.
3. Яку роль у цій ситуації могла б відіграти витяжка або вентиляція?
   Відповідь: Витяжка та вентиляція:
   • Видаляють насичене вологою повітря з кухні,
   • Запобігають накопиченню пари,
   • Зменшують різницю між вологістю повітря та температурою поверхонь.
     Увімкнена витяжка значно знижує ризик запотівання вікон, стін і дзеркал.
4. Які можуть бути наслідки надмірної вологості на кухні для здоров’я та меблів?
   Відповідь: Для здоров’я:
   • Створюються умови для розвитку плісняви та грибків,
   • Може виникати алергія, респіраторні проблеми, особливо в дітей.
     Для меблів:
   • Дерев’яні шафи можуть набухати, розбухати, тріскати.
   • МДФ та ДСП розшаровуються.
   • Може з’являтися неприємний запах, корозія на металевих деталях.
5. Що можна зробити, щоб зменшити кількість вологи в повітрі під час готування?
   Відповідь: Увімкнути витяжку або відкрити кватирку / вікно під час готування
   Накривати каструлі кришками, щоб менше пари виходило
   Не кип’ятити рідину надто довго
   Використовувати посуд із високими бортами, щоб пара не розліталася
   Встановити осушувач повітря (за потреби в закритих кухнях)
   Провітрювати кухню після приготування

---

Завдання № 5.

Осушувач повітря — це пристрій, який допомагає знизити рівень вологості в приміщенні.
Його використовують у кімнатах, де вологість перевищує норму, наприклад у ванних, кухнях, підвалах або архівах. Надмірна вологість може спричиняти появу цвілі, неприємних запахів, пошкодження меблів чи книжок, а також погіршення самопочуття людей (рис.6).

1. Як ви думаєте, що відбувається з водяною парою, коли вона потрапляє в осушувач? Завдяки чому відбувається процес конденсації?
   Відповідь: Осушувач збирає водяну пару з повітря та перетворює її на воду — цей процес називається конденсацією. Усередині приладу:
   • Вологе повітря проходить через холодний елемент (теплообмінник),
   • Водяна пара охолоджується й перетворюється на рідину, яка стікає в спеціальний резервуар.
     Причина конденсації — охолодження повітря нижче точки роси, тобто температури, за якої пара починає перетворюватися на воду.
2. В яких умовах осушувач буде працювати інтенсивніше — у спекотному вологому приміщенні чи у прохолодному сухому?
   Відповідь: Осушувач буде працювати інтенсивніше у спекотному вологому приміщенні, бо:
   • Температура вища → повітря може утримувати більше водяної пари.
   • Вологість вища → осушувач має більше пари, яку треба зібрати.
     У прохолодному сухому приміщенні водяної пари небагато → осушувач майже не має що конденсувати.
3. Який параметр вказує на продуктивність осушувача повітря?
   Відповідь: Основний параметр — це продуктивність (або потужність осушення), яка вимірюється як: літри води на добу (л/доба)
   Наприклад, напис “20 л/доба” означає, що за 24 години осушувач може видалити до 20 літрів вологи з повітря (за певних умов — температури й вологості).
   Інші важливі параметри:
   • Рекомендована площа приміщення
   • Споживання електроенергії
   • Рівень шуму
4. Чи потрібен осушувач у кімнаті, де працює кондиціонер?
   Поясни різницю між їхньою дією.
   Відповідь: Може й не знадобитися, але це залежить від ситуації:
   • Кондиціонер охолоджує повітря, і під час цього частково видаляє вологу (особливо в режимі охолодження). Проте:
     • Його осушення — побічне, і не завжди достатнє.
     • У режимі обігріву більшість кондиціонерів не осушують повітря.
   • Осушувач спеціально створений для зменшення вологості, не змінюючи суттєво температуру.
     У приміщеннях з дуже високою вологістю (ванна, підвал) навіть за наявності кондиціонера осушувач може бути необхідним.
5. Осушувач працює в кімнаті з відчиненим вікном у дощову погоду.
   Як це вплине на його ефективність?
   Відповідь: Це значно знизить ефективність роботи:
   • Через відчинене вікно до кімнати постійно потрапляє **свіже вологе повітря ззовні**.
   • Осушувач буде постійно конденсувати нову порцію вологи, але рівень вологості в кімнаті не знижуватиметься.

---

Завдання №6.

Зволожувач повітря — це прилад, який підвищує рівень вологості в приміщенні. Його використовують у місцях, де повітря занадто сухе, що може спричиняти дискомфорт, сухість шкіри, подразнення слизових оболонок, тріщини в дерев’яних меблях або підлогах. Особливо корисний зволожувач у зимовий період, коли опалення пересушує повітря в оселях (рис.7).

1. Які ознаки вказують на те, що повітря в кімнаті пересушене?
   Відповідь: Ознаки сухого повітря:
   • Сухість шкіри, тріщини на губах або руках
   • Першіння в горлі, подразнення носа або очей
   • Статична електрика — волосся електризується, речі “б’ють струмом”
   • Кашель уночі без хвороби, особливо у дітей
   • Розсихання дерев’яних меблів або тріщини в паркеті
   • Кімнатні рослини в’януть або сохнуть по краях, навіть при поливі
   • Розтріскування музичних інструментів, наприклад скрипки
   • Індикаторно: відносна вологість < 40% вважається зниженою.
2. Як ти думаєш чим відрізняється зволоження повітря шляхом нагрівання води від зволоження за допомогою ультразвуку?
   Відповідь: Зволоження нагріванням (парові зволожувачі):
   • Вода закипає → у повітря потрапляє гаряча пара
   • Ефективно знищуються бактерії
   • Споживає більше електроенергії
   • Може підвищити температуру в кімнаті
   • Підходить для хворих на ГРВІ (як інгалятор)
     
     Ультразвукові зволожувачі:
   • Ультразвук розпилює воду на дрібні холодні краплі (туман)
   • Працюють тихо, енергоефективні
   • Не нагрівають повітря, безпечні для дітей
   • Чутливі до якості води — потрібна фільтрована або дистильована вода
   • Часто оснащені гігростатом для контролю вологості
3. Які ризики можуть виникнути, якщо в зволожувачі використовувати брудну воду?
   Відповідь: Наслідки використання забрудненої води:
   • Розпилення бактерій, грибків, мікроорганізмів у повітря
   • Утворення білястого нальоту на меблях (особливо при жорсткій воді)
   • Запах цвілі в кімнаті
   • Поява алергічних реакцій, кашлю або подразнень
4. Чому зволожувачі не рекомендують ставити поруч із дерев’яними меблями або технікою?
   Відповідь: Причини:
   • Волога пара чи мікрокраплі можуть осідати на меблях → викривлення, розшарування, тріщини
   • Дерево чутливе до перепадів вологості
   • Пара може потрапити всередину електроприладів, спричиняючи корозію або замикання
   • Ультразвуковий туман може залишати білі плями на поверхнях при використанні жорсткої води
5. Чи знаєш ти, чому в деяких кімнатних рослин сохнуть краї листків, навіть якщо їх поливають регулярно? Як може допомогти зволожувач?
   Відповідь: Причина:
   Полив зволожує ґрунт, але повітря може залишатися сухим. Через це:
   • Рослина втрачає вологу через листя швидше, ніж встигає її отримати
   • Виникає пересихання кінчиків листків, особливо у вологолюбних видів (папороті, калатеї, фікуси)
     
     Зволожувач підвищує вологість повітря, і:
   • Зменшує втрати вологи через листя
   • Покращує фотосинтез і загальний стан рослин
   • Може попередити захворювання, пов’язані з пересушуванням

---

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 10 хв.

Рівень А: 1-6
Рівень В:1-8
Рівень С:1-10

1. Процес пароутворення, який відбувається по всьому об’єму рідини та супроводжується утворенням і збільшенням бульбашок пари.  Відповідь: г

• а) Пароутворення         
• б) Випаровування         
• в) Конденсація         
• г) Кипіння

2. Яку величину вимірюють за допомогою психрометра? Відповідь: г 

• а) Точку роси         
• б) Абсолютну вологість        
• в) Температуру        
• г) Відносну вологість

3. Яким символом позначають відносну вологість повітря і якою є її одиниця в СІ?
 Відповідь: г 

4. Який прилад використовують для вимірювання відносної вологості повітря?
Відповідь: в 

• а) Термометр          
• б) барометр       
• в) гігрометр       
• г) манометр

5. Відносна вологість повітря в приміщенні 100 %. Яке співвідношення виконується для показань сухого термометра (T₁) і вологого термометра (T₂)? 
Відповідь: б 

• а) T₁<T₂             
• б) T₁=T₂                
• в) T₁>T₂                
• г) T₁=100T₂

6. Яким символом позначають абсолютну вологість повітря і якою є її одиниця в СІ? 
Відповідь: б 

7. Відносна вологість повітря в приміщенні 60 %. Яке співвідношення виконується для показань сухого термометра (T₁) і вологого термометра (T₂)? 
Відповідь: в 

• а) T₁<T₂             
• б) T₁=T₂                
• в) T₁>T₂                
• г) T₁=60T₂

8. Коли покази сухого і вологого термометрів психрометра збігаються, це означає, що відносна вологість повітря дорівнює… Відповідь: а 

• а) 100%               
• б) 50%                
• в) 10 %                 
• г) 0 %

9. Визначте відносну вологість повітря за температури 16 °С, якщо парціальний тиск водяної пари становить 1,1 кПа.
Відповідь:

10. На рисунку зображений психрометр, установлений у басейні. Скориставшись даними рисунка та необхідними таблицями, визначте відносну вологість і абсолютну вологість повітря в басейні.

Відповідь:

---

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хв.

У яких побутових або професійних ситуаціях тобі можуть знадобитися знання про відносну вологість та точку роси?

Урок №250. Відносна вологість. Точка роси. Частина 2.

---

Мета уроку:

• формувати в учнів уявлення про способи вимірювання та контролю вологості повітря;
• розкрити практичне значення вологості в повсякденному житті, техніці та здоров’ї людини;
• навчити аналізувати побутові ситуації, пов’язані зі зміною вологості повітря. 

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• 17. Партнерство заради сталого розвитку
• 9. Промисловість, інновації та інфраструктура
• 12. Відповідальне споживання та виробництво

Ключові слова: гігрометри, волосяний гігрометр, психрометр, психрометрична таблиця, електронний гігрометр, осушувач повітря, зволожувач повітря.

План уроку:

1. Мотивація
2. Теоретичний блок
   • 2.1. Волосяний гігрометр
   • 2.2. Психрометр
   • 2.3. Електронний гігрометр
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

Очікувані результати для учнівства:

---

Шишку можна використовувати як природний індикатор вологості повітря (рис.1). Як саме?

---

Посилання на відео джерела:

---

Вологість повітря впливає на наше самопочуття, збереження речей, погоду та навіть здоров’я.
У приміщеннях надмірна вологість сприяє появі цвілі та псуванню меблів, а занадто сухе повітря — висушує шкіру й подразнює дихальні шляхи. Для збереження музейних експонатів, книжок або електроніки важливо підтримувати стабільний рівень вологості.
Також її вимірюють у сільському господарстві, будівництві та метеорології.

Гігрометри — загальний термін для всіх приладів, які вимірюють вологість.

Види гігрометрів:

2.1. Волосяний гігрометр

Волосяний гігрометр — це прилад для вимірювання відносної вологості повітря, у якому чутливим елементом виступає людське або тваринне волосся.
Принцип роботи
Волосся має властивість змінювати свою довжину залежно від рівня вологості:

• При підвищенні вологості — волосся вкорочується
• При зниженні вологості — волосся подовжується

Зміни довжини невеликі, тому волосся:

• Кріпиться до важеля або системи шківів
• Який у свою чергу переміщує стрілку по шкалі
• Таким чином відображається поточне значення відносної вологості (%)

Переваги

• Простота конструкції
• Не потребує електроживлення (автономність)
• Досить висока чутливість до змін вологості
• Придатний для довготривалого моніторингу

Недоліки

• Потребує регулярного калібрування
• Менш точний, ніж сучасні цифрові аналоги
• Покази можуть залежати від зовнішніх чинників (температури, стану волосся)

2.2. Психрометр

Психрометр — це прилад для вимірювання відносної вологості повітря, який працює на основі випаровування води. Його конструкція дуже проста і водночас ефективна.
Він складається з двох однакових термометрів:

• Сухий термометр — показує температуру навколишнього повітря.
• Вологий термометр — має резервуар з водою, до якого прикріплений вологий гніт (тканинна стрічка або марля), що охоплює його резервуар.

Як працює психрометр?

• Волога з гніта випаровується, охолоджуючи вологий термометр.
• Чим нижча вологість повітря, тим інтенсивніше випаровування, і нижча температура вологого термометра.
• Якщо повітря дуже вологе, випаровування майже не відбувається — і показники обох термометрів майже однакові.

Як розрахувати вологість?
Різниця між температурами сухого і вологого термометрів називається психрометричною різницею. Щоб знайти відносну вологість, використовують: психрометричну таблицю.

Табл.1 Психрометрична таблиця

Показ сухого термометра t, ℃	Різниця показів сухого і вологого термометрів ∆t, ℃
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Відносна вологість , %
13	100	89	79	69	59	49	40	31	23	14	6
14	100	89	79	70	60	51	42	34	25	17	9
15	100	90	80	71	61	52	44	36	27	20	12
16	100	90	81	71	62	54	46	37	30	22	15
17	100	90	81	72	64	55	47	39	32	24	17
18	100	91	82	73	65	56	49	41	34	27	20
19	100	91	82	74	65	58	50	43	35	29	22
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37	30	24
21	100	91	83	75	67	60	52	46	39	32	26
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40	34	28
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42	36	30
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44	38	33

Наприклад, сухий термометр показує 20 °С, а вологий 16 °С; різниця температур ∆t=20℃-16℃=4℃ . Із таблиці бачимо, що =66 %.

2.3. Електронний гігрометр

Електронний гігрометр — це пристрій, що використовує цифрові датчики вологості (сенсори), щоб миттєво визначати:

• Відносну вологість повітря (%),
• часто також температуру (°C/°F),
• а іноді — точку роси, атмосферний тиск чи навіть рівень CO₂.

Принцип роботи
Усередині електронного гігрометра зазвичай використовується один із типів сенсорів вологості:

1. Ємнісний сенсор
   • Основа — конденсатор, в якому діелектрик реагує на вологість повітря.
   • Коли волога змінює діелектричну проникність, змінюється ємність — і це фіксує електроніка.
2. Резистивний сенсор
   • Волога змінює електропровідність спеціального матеріалу (полімеру або солі).
   • Зміна опору сигналізує про зміну вологості.
3. Термокондуктивний сенсор (рідше)
   • Вимірює різницю теплопровідності між сухим і вологим повітрям.

Переваги електронних гігрометрів:

• Висока точність і швидкість вимірювання
• Цифрове відображення даних на екрані
• Можливість запису та збереження показників у пам’ять або на комп’ютер (через USB, Wi-Fi, Bluetooth)
• Часто поєднуються з іншими приладами (термометрами, барометрами, логерами тощо)

---

Завдання № 1.

У 1783 році Орас Бенедикт де Соссюр створив перший гігрометр, пристрій для вимірювання вологості, і він створив його з людського волосся (рис.2).

1. Чому вологість повітря впливає на розміри волосся?
2. Чому волосся починає завиватися при підвищеній вологості повітря
3. Чому волосся перед використанням у гігрометрі іноді занурюють у спирт?
4. Як би змінилася точність гігрометра, якби ви використали штучне волосся або нитку?
5. Які ще біологічні матеріали, крім волосся, могли б реагувати на вологість? Обґрунтуйте.
6. Чому в суху погоду волосся на голові людини може електризуватися?
7. Чому волосся краще укладається після миття у вологому кліматі, ніж у сухому?
8. Навіщо використовують зволожувальні засоби для догляду за волоссям у сухому кліматі?
9. Який ефект матиме постійне перебування в умовах з високою вологістю (наприклад, у тропіках) на здоров’я волосся?

---

Завдання № 2.

Перший психрометр був створений у XVIII столітті німецьким вченим Ернестом Фердинандом Августом (Ernst Ferdinand August). Він запропонував використовувати два термометри — один сухий, а інший вологий (обгорнутий мокрою тканиною). Завдяки випаровуванню води з вологого термометра, його показники були нижчими, ніж у сухого. Різниця температур дозволяла обчислювати відносну вологість повітря за спеціальними таблицями (рис.3).

1. Якби ти хотів виміряти вологість повітря в горах, чи підійде психрометр? Які є ризики похибок?
2. Заповни пропуски (використай таблицю з теоретичного блоку)
   • а) Сухий термометр 24 °C
     Вологий термометр 16°C
     Різниця показників термометрів ___°C  
     Вологість повітря ___%  
   • б) Сухий термометр 22 °C
     Вологий термометр ___ °C
     Різниця показників термометрів 4 °C
     Вологість повітря ___%
   • в) Сухий термометр 18 °C
     Вологий термометр __°C 
     Різниця показників термометрів ___ °C
     Вологість повітря 65%
   • г) Сухий термометр ___ °C
     Вологий термометр ___°C 
     Різниця показників термометрів 3°C
     Вологість повітря 70%

---

Завдання № 3.

Із морозильної камери дістали герметично закритий пластиковий контейнер із кубиками льоду. Зовнішня поверхня контейнера була сухою. Його залишили на кухонному столі при кімнатній температурі. Через приблизно 30 хвилин лід усередині повністю розтанув, і контейнер заповнився водою. На стільниці навколо контейнера з’явилася невелика калюжа. Контейнер залишався закритим увесь час (рис.4).

1. Звідки з’явилася вода навколо контейнера, якщо він був герметично закритий?
2. Чому краплі води утворилися лише через деякий час, а не одразу?
3. Чому схожий ефект можна спостерігати, коли на вулиці спекотно, а з холодильника дістають пляшку з напоєм? Або після занесення взимку пляшку води в тепле приміщення?
4. Назвіть місця або ситуації в побуті, де ви бачили, як вода з’являється на зовнішній поверхні предметів, які залишаються закритими. Чому це відбувається?

---

Завдання № 4.

Під час приготування вечері в невеликій кухні на плиті кипить каструля з супом і одночасно смажиться овочева страва. Через кілька хвилин на вікнах і кухонних стінах з’являються краплі вологи.
Дзеркало, яке висить неподалік, також запотіває (рис.5).

1. Чому на вікнах і стінах з’являються краплі під час приготування їжі?
2. Як температура поверхонь (наприклад, стін чи скла) впливає на появу конденсату?
3. Яку роль у цій ситуації могла б відіграти витяжка або вентиляція?
4. Які можуть бути наслідки надмірної вологості на кухні для здоров’я та меблів?
5. Що можна зробити, щоб зменшити кількість вологи в повітрі під час готування?

---

Завдання № 5.

Осушувач повітря — це пристрій, який допомагає знизити рівень вологості в приміщенні.
Його використовують у кімнатах, де вологість перевищує норму, наприклад у ванних, кухнях, підвалах або архівах. Надмірна вологість може спричиняти появу цвілі, неприємних запахів, пошкодження меблів чи книжок, а також погіршення самопочуття людей (рис.6).

1. Як ви думаєте, що відбувається з водяною парою, коли вона потрапляє в осушувач? Завдяки чому відбувається процес конденсації?
2. В яких умовах осушувач буде працювати інтенсивніше — у спекотному вологому приміщенні чи у прохолодному сухому?
3. Який параметр вказує на продуктивність осушувача повітря?
4. Чи потрібен осушувач у кімнаті, де працює кондиціонер?
   Поясни різницю між їхньою дією.
5. Осушувач працює в кімнаті з відчиненим вікном у дощову погоду.
   Як це вплине на його ефективність?

---

Завдання №6.

Зволожувач повітря — це прилад, який підвищує рівень вологості в приміщенні. Його використовують у місцях, де повітря занадто сухе, що може спричиняти дискомфорт, сухість шкіри, подразнення слизових оболонок, тріщини в дерев’яних меблях або підлогах. Особливо корисний зволожувач у зимовий період, коли опалення пересушує повітря в оселях (рис.7).

1. Які ознаки вказують на те, що повітря в кімнаті пересушене?
2. Як ти думаєш чим відрізняється зволоження повітря шляхом нагрівання води від зволоження за допомогою ультразвуку?
3. Які ризики можуть виникнути, якщо в зволожувачі використовувати брудну воду?
4. Чому зволожувачі не рекомендують ставити поруч із дерев’яними меблями або технікою?
5. Чи знаєш ти, чому в деяких кімнатних рослин сохнуть краї листків, навіть якщо їх поливають регулярно? Як може допомогти зволожувач?

---

Рівень А: 1-6
Рівень В:1-8
Рівень С:1-10

1. Процес пароутворення, який відбувається по всьому об’єму рідини та супроводжується утворенням і збільшенням бульбашок пари. 

• а) Пароутворення         
• б) Випаровування         
• в) Конденсація         
• г) Кипіння

2. Яку величину вимірюють за допомогою психрометра?

• а) Точку роси         
• б) Абсолютну вологість        
• в) Температуру        
• г) Відносну вологість

3.Яким символом позначають відносну вологість повітря і якою є її одиниця в СІ?

4.Який прилад використовують для вимірювання відносної вологості повітря?

• а) Термометр          
• б) барометр       
• в) гігрометр       
• г) манометр

5. Відносна вологість повітря в приміщенні 100 %. Яке співвідношення виконується для показань сухого термометра (T₁) і вологого термометра (T₂)? 

• а) T₁<T₂             
• б) T₁=T₂                
• в) T₁>T₂                
• г) T₁=100T₂

6. Яким символом позначають абсолютну вологість повітря і якою є її одиниця в СІ? 

7. Відносна вологість повітря в приміщенні 60 %. Яке співвідношення виконується для показань сухого термометра (T₁) і вологого термометра (T₂)? 

• а) T₁<T₂             
• б) T₁=T₂                
• в) T₁>T₂                
• г) T₁=60T₂

8. Коли покази сухого і вологого термометрів психрометра збігаються, це означає, що відносна вологість повітря дорівнює…

• а) 100%               
• б) 50%                
• в) 10 %                 
• г) 0 %

9. Визначте відносну вологість повітря за температури 16 °С, якщо парціальний тиск водяної пари становить 1,1 кПа.

10. На рисунку зображений психрометр, установлений у басейні. Скориставшись даними рисунка та необхідними таблицями, визначте відносну вологість і абсолютну вологість повітря в басейні.

---

У яких побутових або професійних ситуаціях тобі можуть знадобитися знання про відносну вологість та точку роси?