Что такое массовая доля водяного пара?
Массовая доля водяного пара (англ. mixing ratio) — это отношение массы водяного пара в объёме воздуха к массе сухого воздуха, с которым он смешан. В отличие от относительной влажности, эта величина не меняется при нагреве или охлаждении воздуха (пока не происходит конденсация), поэтому она служит устойчивой, сохраняющейся характеристикой содержания влаги в метеорологии, инженерии систем вентиляции и кондиционирования (HVAC) и физике атмосферы. Калькулятор работает в любой точке мира — он зависит только от физических давлений и не привязан к нормам какой-либо страны.
Как пользоваться калькулятором
Введите парциальное давление водяного пара (\(e\)) и общее давление воздуха (\(P\)) — оба в гектопаскалях (гПа, равны миллибарам). Калькулятор выдаёт массовую долю как безразмерную величину (кг пара на кг сухого воздуха) и более привычное значение в граммах на килограмм (г/кг). Стандартное давление на уровне моря составляет около 1013,25 гПа.
Разбор формулы
Массовая доля рассчитывается по формуле:
$$w = 0{,}622 \cdot \frac{e}{P - e}$$
Коэффициент 0,622 — это отношение молярной массы водяного пара (≈18,02 г/моль) к молярной массе сухого воздуха (≈28,96 г/моль). Знаменатель \(P - e\) — это парциальное давление одного только сухого воздуха, поскольку по закону Дальтона общее давление равно сумме давления сухого воздуха и давления пара.
Пример расчёта
Пусть давление пара \(e = 12\) гПа, а общее давление \(P = 1013{,}25\) гПа. Тогда $$w = 0{,}622 \times \frac{12}{1013{,}25 - 12} = \frac{7{,}464}{1001{,}25} \approx 0{,}007455 \ \text{кг/кг},$$ то есть примерно 7,455 г/кг.
Частые вопросы
Какие единицы использовать? Значения \(e\) и \(P\) должны быть в одинаковых единицах давления (удобно брать гПа или мбар). Поскольку формула представляет собой отношение, единицы сокращаются, и результат получается безразмерным.
Чем это отличается от удельной влажности? Удельная влажность — это масса пара на единицу массы всего (влажного) воздуха, тогда как в массовой доле в знаменателе стоит масса сухого воздуха. При типичных атмосферных значениях обе величины очень близки.
Где взять давление пара? Давление \(e\) можно вычислить по точке росы либо по относительной влажности и давлению насыщенного пара, а затем подставить сюда.
