Čo je vlhkosť vzduchu?
Vlhkosť vzduchu je obsah vody vo vzduchu (atmosfére), respektíve množstvo vodnej pary obsiahnuté vo vzduchu v danom okamihu. Množstvo vodnej pary, ktorá je obsadená vo vzduchu, označujeme ako vlhkosť vzduchu. Vzduch, ktorý neobsahuje žiadnu vodnú paru, sa nazýva suchý vzduch, zatiaľ čo vzduch s obsahom vodnej pary je vlhký vzduch.
Vzduch môže byť suchý, ale na druhej strane môže obsahovať až 4% vody v podobe vodnej pary. Množstvo vodnej pary vo vzduchu sa mení miestom a časom. Množstvo vodnej pary v ovzduší môže byť veľmi rozdielne. Aj keď je vo vzduchu pomerne malé percento vodnej pary, je jednou z najdôležitejších súčastí ovzdušia a má veľký význam pre tvorbu počasia. Vodné pary obsadené vo vzduchu sú podmienkou pre vznik oblačnosti a zrážok.
Vlhkosť vzduchu je veľmi premenlivá a závisí aj od teploty vzduchu. Čím je vyššia teplota, tým je potreba väčšieho množstva pary k jeho nasýteniu. V atmosfére sa voda nachádza vo všetkých troch skupenstvách. Medzi aktívnym povrchom a atmosférou prebieha neustála výmena vlahy, ktorá sa uskutočňuje prostredníctvom turbulentného prúdenia a molekulárnou difúziou.
Vlhkosť vzduchu patrí medzi najdôležitejšie vlastnosti zemskej atmosféry, pretože ovplyvňuje povahu počasia. Rosa, hmla alebo zrážky, to všetko súvisí s vlhkosťou. Vo vzduchu ju ale neuvidíme ako kvapôčky vody, pretože sa vyskytuje vo forme odparenej pary, je tak priehľadná a pre naše oči takmer neviditeľná.
Humidita má okrem počasia taktiež vplyv na naše zdravie alebo na stavebné materiály. Nadmerná alebo naopak príliš nízka vlhkosť môže spôsobovať celý rad problémov - od plesní na stenách, zvýšeného výskytu roztočov, skrútených dvierok od skrinky v kúpeľni, až po vznik alergií alebo problémov s dýchaním. Je preto vhodné udržiavať optimálnu vlhkosť vzduchu v interiéri. Najpríjemnejšia vlhkosť vzduchu pre človeka je pri hodnote relatívnej vlhkosti 50-60 %.
Druhy vlhkosti vzduchu
Ak hovoríme o vzdušnej vlhkosti, môžeme sa stretnúť s tromi hlavnými typmi merania vlhkosti: absolútnou, relatívnou a špecifickou vlhkosťou.
Absolútna vlhkosť
Absolútna vlhkosť, niekedy tiež označovaná ako vlhkostný pomer, predstavuje celkový obsah vodnej pary v atmosfére. Je to hmotnosť vodných pár v objeme vlhkého vzduchu. Absolútna vlhkosť vzduchu sa určuje hmotnosťou vodnej pary obsiahnutej v 1 m3 vzduchu. Ide o najdôležitejší ukazovateľ, pretože nám poskytuje predstavu o stave a vlastnostiach vzdušných hmôt. Absolútna vlhkosť tak zobrazuje skutočné množstvo vodnej pary, ktorým je schopné nasýtiť vzduch. Odvodzuje sa od mernej vlhkosti a hustoty vzduchu a je potrebné túto hodnotu odlíšiť najmä od relatívnej vlhkosti.
Relatívna vlhkosť
Relatívna vlhkosť je pomer množstva vlhkosti k maximálnemu možnému množstvu pri rovnakej teplote. Je to miera nasýtenia vzduchu vodnou parou, vyjadrená ako percentuálny pomer medzi skutočným obsahom vodnej pary a maximálnym množstvom vodnej pary, ktorú môže vzduch obsahovať pri danej teplote. Relatívna vlhkosť je teda pomer tlaku pár k tlaku nasýtených pár, udávaný spravidla v percentách.
Dokonale suchý vzduch, t. j. vzduch, z ktorého boli odstránené všetky vodné pary, má relatívnu vlhkosť 0 %. Ak je vzduch nasýtený vodnou parou, jeho relatívna vlhkosť je 100 %. Ak dôjde k zvýšeniu teploty, relatívna vlhkosť klesá, a naopak. Je to zapríčinené tým, že pri vyššej teplote dokáže vzduch pohltiť väčšie množstvo vodných pár.
Relatívna vlhkosť vzduchu má veľký význam pre zdravotný stav a pracovný výkon človeka, rovnako ako pri skladovaní ovocia, potravín a nábytku. Odparovanie vody z pokožky závisí od vlhkosti okolitého vzduchu: čím je väčšia relatívna vlhkosť vzduchu, tým pomalšie sa voda z povrchu tela odparuje.
Špecifická vlhkosť
Špecifická vlhkosť je hmotnosť vodných pár pripadajúcich na jednotku hmotnosti suchého vzduchu. Ide o pomer hmotnosti vodnej pary k celkovej hmotnosti vlhkého vzduchu. Merná vlhkosť sa tak vzťahuje na množstvo vzduchu nasýteného vodnou parou oproti suchému vzduchu v stanovenom objeme. Od relatívnej vlhkosti sa líši špecifická vlhkosť najmä tým, že zostáva spravidla konštantná, teda je nemenná bez ohľadu na tlak či teplotu.
Kľúčové javy spojené s vlhkosťou
Rosný bod
Keď hovoríme o rosnom bode, myslíme tým predovšetkým teplotu rosného bodu. To je teplota, pri ktorej je vzduch vodnou parou nasýtený (relatívna vlhkosť dosiahne 100 %) a vodná para, ktorá sa v ňom nachádza, sa začína zrážať. Vzduch totiž môže za určitej teploty prijať len určité množstvo vodnej pary. Pri ochladení pod rosný bod začína prebytočná vodná para kondenzovať - skvapalňovať a chladné predmety sa vylúčenou vodou zo vzduchu zarosia. Takto vznikol názov teploty rosného bodu.
Čím viac je vodnej pary vo vzduchu, tým vyššia je teplota rosného bodu - aby nedošlo ku kondenzácii, musí mať vzduch vyššiu teplotu. Príkladom môže byť sprchovanie, kedy stúpa teplota aj vzdušná vlhkosť v kúpeľni, a tým sa zvyšuje hodnota rosného bodu. Akonáhle rosný bod dosiahne teplotu povrchu nejakého predmetu v miestnosti, začne na ňom kondenzovať voda.
Kondenzácia
Kondenzácia je vlastne prechod z plynného stavu vody vo vzduchu do kvapalného skupenstva. Dochádza k nej v tom prípade, keď je vzduch nasýtený vodnou parou a relatívna vlhkosť je 100 %. V takom prípade dochádza ku kondenzácii prebytočnej vlhkosti a vzniká hmla, mraky alebo sa zráža voda na oknách či iných chladných povrchoch.
Keď sa teplota nasýteného vzduchu zníži, časť vodných pár v ňom obsiahnutých skvapalnie. Takto vzniká rosa, hmla a oblaky. S hornou hranicou relatívnej vlhkosti atmosférického vzduchu sa stretávame pri hmle.
Princípy a metódy merania vlhkosti vzduchu
Vlhkomer (hygrometer) je prístroj na meranie vlhkosti vzduchu. Existuje niekoľko druhov vlhkomerov, ktoré pracujú na rôznych fyzikálnych princípoch.
Hygroskopická metóda (Vlasový vlhkomer)
Azda najstarším spôsobom merania vlhkosti je hygroskopická metóda, pri ktorej sa využíva rozťažnosť látok v dôsledku pohlcovania vzdušnej vlhkosti. Najstarším používaným sorpčným materiálom je ľudský vlas, ktorý mení svoju dĺžku v závislosti od relatívnej vlhkosti až o 2,5 % (0 - 100 % RH).
Vlasový vlhkomer používa ako hygroskopickú látku zväzok odmastených ľudských vlasov. Vo vlasovom vlhkomere je napnutý zväzok vlasov, z ktorých je odstránený tuk. Keď sa vlhkosť vzduchu zväčšuje, vlasy sa predĺžia, keď sa zmenšuje, vlasy sa skrátia. Podľa zmeny ich dĺžky sa prístrojom meria priamo relatívna vzdušná vlhkosť. Zväčšovanie dĺžky nie je však rovnomerné, preto majú nižšie relatívne vlhkosti väčšie dieliky na stupnici.
Ak je prístroj dlhšiu dobu v suchom prostredí, zle reaguje na zmeny vlhkosti vzduchu. Potom ho treba regenerovať. Regenerácia spočíva v tom, že sa prístroj obalí asi na 24 hodín do navlhčenej látky. Po tejto dobe má ukazovať hodnotu 95 - 97 %. Ak sa tak nestalo, posunieme ručičku na hodnotu 96 %. Prístroj sa umiestňuje v meteorologickej žalúziovej búdke vedľa psychrometra.
Hygrograf je prístroj, ktorý meria a súčasne registruje relatívnu vlhkosť vzduchu. Princíp merania je zhodný s vlasovým vlhkomerom. Konštrukčne je prístroj až na senzorickú časť zhodný s termografom. Najnovšie sa konštruujú hygrografy, u ktorých sa ako hygroskopické látky používajú namiesto odmastených vlasov preparované črevné blany a blany z umelých hmôt.
Psychrometrická metóda (Psychrometer)
Psychrometrická metóda je najrozšírenejšou metódou merania vlhkosti. Vlhkosť sa stanovuje z tzv. psychrometrickej depresie, t.j. rozdielu údajov dvoch teplomerov. Ide o prístroj tvorený dvoma teplomernými receptormi, z ktorých jeden je upravený ako „vlhký“ s trvalým prívodom vody a druhý je „suchý“.
Štandardný psychrometer je tvorený dvoma staničnými teplomermi, ktoré sú umiestnené na spoločnom stojane v meteorologickej búdke vo výške 2 m nad zemou. Pančuška vlhkého teplomera je ponorená do nádobky s destilovanou vodou, takže neustále navlhčuje teplomer. Suchý teplomer meria teplotu meraného vzduchu, zatiaľ čo voda z povrchu vlhkého teplomera sa odparuje a tým ho ochladzuje. Čím menšia je relatívna vlhkosť, tým väčší je rozdiel medzi údajmi oboch teplomerov, pretože odparovanie je intenzívnejšie. Rozdiel sa vyhodnocuje obvykle z tabuliek, alebo výpočtom.
Pre presnejšie merania vlhkosti sa používa aspiračný psychrometer. Jeden z teplomerov (mokrý teplomer) je trvalo vlhčený napr. prostredníctvom prúžku savej textílie (punčošky), zatiaľ čo druhý (tzv. suchý teplomer) meria teplotu meraného vzduchu. Pre rýchlosti prúdenia nad 2 m·s-1 sa zmeny už neprejavujú. K vyjadreniu veličín sa používajú zostavené tabuľky pre suchý (Ts) a vlhký (Tv) teplomer. Ak je v zime na pančuške ľad, musí sa určovať vlhkosť podľa tabuliek s označením „ľad“. Tieto prístroje pracujú iba pri kladných teplotách, pretože pri záporných teplotách sa zastavuje pohyb vody.
Elektrické prístroje na meranie vlhkosti vzduchu môžu byť založené na rôznych princípoch. Najobvyklejším je psychrometrický spôsob. Podobne ako u uvedených psychrometrov sa aj tu meria psychrometrická diferencia, iba s tým rozdielom, že sa namiesto teplomerov používajú termočlánky. Teplé spoje termočlánkovej batérie zastupujú suchý teplomer, studené spoje obalené pančuškou vlhký teplomer. K zisteniu psychrometrickej diferencie je ešte potrebné merať teplotu vzduchu.
Absorpčná metóda
Pri absorpčnej metóde sa využíva vlastnosť látok, napríklad LiCl (chloridu lítneho), ktoré mu umožňujú intenzívne absorbovať vodu a tak sa stať elektricky vodivým. Vlákno s LiCl je elektricky vyhrievané, až kým sa absorbovaná voda neodparí a vodivosť neklesne. Meria sa množstvo energie potrebné na vysušenie absorbovanej vlhkosti.
Metóda polymérového filmu
Štvrtým spôsobom merania vlhkosti je použitie polymérového filmu, ktorý je nanesený na stabilnej sklenej platni. Absorpciou vodnej pary sa mení jeho kapacita, čo sa prejaví na zmene elektrického signálu.
Vplyv vlhkosti na atmosféru a počasie
Obsah vodnej pary vo vzduchu má vplyv na priebeh rôznych procesov v atmosfére. Výkyvy charakteristík vlhkosti vzduchu vo všeobecnosti súvisia s periodickými zmenami teploty vzduchu. Ak zohrejeme v zime chladný vzduch na príjemnú teplotu, aj pri konštantnom množstve vodných pár vo vzduchu, klesne jeho relatívna vlhkosť. Je to zapríčinené tým, že pri vyššej teplote dokáže vzduch pohltiť väčšie množstvo vodných pár.
Nad povrchom Zeme sa nachádza atmosféra, ktorá sa delí na vrstvy. Troposféra je najnižšia a pre nás najvýznamnejšia vrstva atmosféry. Na póloch siaha do výšky okolo 8 km, v miernych zemepisných šírkach do výšky 10 km, ale v trópoch až do výšky 18 km. V troposfére sa nachádza podstatná časť atmosférického vzduchu (až 80 % hmotnosti atmosféry) a takmer všetka vodná para. Preto sa tu odohráva väčšina poveternostných javov.
Vznik a zánik oblakov
Slnko zohrieva pevniny, oceány a moria, čo spôsobuje vyparovanie vody a vznik vodných pár, ktoré sa miešajú s atmosférickým vzduchom. Od ohriateho povrchu Zeme sa ohrieva vzduch. Teplejší vzduch má menšiu hustotu ako studený, preto stúpa nahor. Vo vyšších chladnejších vrstvách ovzdušia vlhkosť vzduchu narastá, vzduch sa stáva nasýtený vodnými parami. Časť vodných pár sa preto skvapalňuje, utvárajú sa drobné kvapôčky vody. Pri teplote nižšej ako 0 °C vznikajú ľadové kryštáliky. Tieto sú také malé a ľahké, že ich prúdiaci vzduch unáša so sebou smerom nahor, čím vznikajú oblaky.
Skvapalňovanie vodných pár obsiahnutých vo vzduchu môže prebiehať aj pri zemskom povrchu. Po západe Slnka, keď sa vzduch ochladí, vzniká niekedy na tráve, či na listoch rastlín rosa. Hmla je vlastne oblak, ktorý leží pri zemi. Vzniká vtedy, keď má vzduch pri povrchu zeme veľkú relatívnu vlhkosť a prudko sa ochladí. Hmla preto vzniká najčastejšie nad mokrou zemou (jesenné a jarné hmly), nad vodnými plochami, prípadne v blízkosti riek, v podvečer alebo v noci.
Oblak tvorí veľké množstvo drobných kvapiek vody alebo ľadových kryštálikov. Ak sú malé, aj slabé výstupné prúdy vzduchu ich vynášajú nahor. Kvapky alebo kryštáliky sa však v oblaku postupne spájajú, čím sa zväčšuje ich objem a hmotnosť. Pri určitej veľkosti ich prúdiaci vzduch už nemôže unášať a preto padajú smerom dolu ako dážď, snehové krúpky, krúpy, ľadovec, či sneh. Spoločne ich označujeme ako ovzdušné zrážky, krátko len zrážky.
Sledovanie relatívnej vlhkosti vzduchu má význam aj pre predpovedanie počasia, ktoré stojí na meraniach a pozorovaniach základných parametrov, medzi ktoré patrí teplota, tlak a vlhkosť vzduchu.