ما هي الرطوبة النوعية؟
الرطوبة النوعية (\(q\)) هي نسبة كتلة بخار الماء إلى الكتلة الكلية للهواء الرطب في حجم معيّن من الهواء. وعلى خلاف الرطوبة النسبية، فإنها لا تتغير عند تسخين الهواء أو تبريده (طالما لم يحدث تكاثف)، وهذا ما يجعلها كمية ثابتة وموثوقة في علم الأرصاد الجوية، وهندسة التكييف والتبريد (HVAC)، وعلوم الغلاف الجوي. وعادةً ما يُعبَّر عنها بكيلوغرام من البخار لكل كيلوغرام من الهواء الرطب (kg/kg)، أو بصورة أكثر عملية بالغرام لكل كيلوغرام (g/kg).
كيفية استخدام الحاسبة
أدخِل ضغط بخار الماء e وضغط الهواء الكلي p باستخدام الوحدة نفسها (تعتمد هذه الأداة الهكتوباسكال hPa، وهو مساوٍ للمليبار). تعرض الحاسبة الرطوبة النوعية بوحدتي g/kg وkg/kg معًا. ولإيجاد قيمة e، يمكنك ضرب ضغط البخار المُشبَع عند درجة حرارة الهواء في كسر الرطوبة النسبية.
شرح المعادلة
المعادلة المُستخدَمة هي:
$$q = \frac{0.622 \cdot \text{Vapor Pressure (hPa)}}{\text{Total Pressure (hPa)} - 0.378 \cdot \text{Vapor Pressure (hPa)}}$$
الثابت \(0.622\) هو نسبة الكتلة المولية للماء (≈18.02 غ/مول) إلى الكتلة المولية للهواء الجاف (≈28.96 غ/مول). أما الحدّ \(0.378 = 1 - 0.622\) في المقام فيأخذ في الحسبان أن بخار الماء يزيح الهواء الجاف، وبذلك يصحّح التقريب الأبسط الخاص بنسبة الخلط، لتكون النتيجة هي الرطوبة النوعية الحقيقية لا نسبة الخلط.
مثال محلول
لنفترض أن ضغط البخار هو \(e = 20 \text{ hPa}\) وأن الضغط الكلي هو \(p = 1013.25 \text{ hPa}\). عندئذٍ يكون المقام: $$1013.25 - 0.378 \times 20 = 1013.25 - 7.56 = 1005.69$$ ويكون البسط: $$0.622 \times 20 = 12.44$$ ومن ثَمّ فإن \(q = 12.44 / 1005.69 \approx 0.012370 \text{ kg/kg}\)، أي نحو 12.37 g/kg.
الأسئلة الشائعة
هل الرطوبة النوعية هي نفسها نسبة الخلط؟ لا. نسبة الخلط هي كتلة البخار لكل كتلة من الهواء الجاف، بينما الرطوبة النوعية هي كتلة البخار لكل كتلة من الهواء الرطب. وهما متقاربتان في القيمة ضمن الظروف الجوية المعتادة، لكنهما معرَّفتان على نحو مختلف.
أي الوحدات ينبغي أن أستخدم؟ استخدِم وحدة الضغط نفسها لكلٍّ من e وp، فالنسبة عديمة الأبعاد. وبذلك تكون الرطوبة النوعية الناتجة مستقلة عن الوحدة (kg/kg)، وتُحوَّل عادةً إلى g/kg.
لماذا تبقى q ثابتة مع تغيّر درجة الحرارة؟ لأنها نسبة كتلية. فتسخين الهواء دون إضافة ماء أو إزالته يغيّر الحجم والرطوبة النسبية، لكن كتلتي البخار والهواء تبقيان ثابتتين، ومن ثَمّ لا تتغير q.
