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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » 关于水的相对湿度问题
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sp2286770

至尊木虫 (职业作家)

坚忍的完美主义者

[求助] 关于水的相对湿度问题

俺不是学物理学的，但是遇到一个这方面的问题。俺们需要用高压反应釜获得50%的相对湿度。如果已知，加入1升水可以获得100%的相对湿度，请问需要加多少水才能维持50%的相对湿度？这个有没有可以套用的公式，可以把釜容积、温度、相对湿度和加水量之间的关系表达出来？当然，事实上我们需要获得一系列温度下50%的相对湿度，所以升温需要加水，如果有公式可以准确计算初始和后续加水量的话，就轻松多了。如果靠温度探头和压力表，一方面探头不是很准，另一方面不易控制。希望高手不吝赐教！
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1楼 2015-12-11 16:36:54
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霁雪

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
sp2286770: 金币+5, ★★★很有帮助 2015-12-12 08:54:02
1. 在物理计量上用一定温度的干空气（一般是瓶装的液态氮降压得到的）加上同一温度下100%湿度的纯饱和气，按一比一的体积比混合就能得到50%相对湿度的环境。
2. 另外，有一些标准的盐溶液“号称”也可以得到一个恒定的相对湿度环境。

但是这样的两个环境是完全不一样的。不知道你究竟是想研究什么用。
用高压釜你不可能得到一个不是100%相对湿度之外的任何相对湿度环境。
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黑暗是光明的缺乏，但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样，什么也看不到！
2楼2015-12-11 21:15:03
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淙淙2000

新虫 (正式写手)
用仪器测

发自小木虫Android客户端
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3楼2015-12-11 21:18:49
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sp2286770

至尊木虫 (职业作家)

坚忍的完美主义者
引用回帖:
2楼: Originally posted by 霁雪 at 2015-12-11 21:15:03
1. 在物理计量上用一定温度的干空气（一般是瓶装的液态氮降压得到的）加上同一温度下100%湿度的纯饱和气，按一比一的体积比混合就能得到50%相对湿度的环境。
2. 另外，有一些标准的盐溶液“号称”也可以得到一个恒 ...

我们是做功能材料，要测定材料电导率，比如说在100%相对湿度下，不同温度的电导率，以及50%相对湿度下不同温度的。盐溶液的做法我见过，但是我怀疑是不是改变了温度就不能维持同样的相对湿度？我们的釜里本来就是水加空气，难道不能控制加水量来得到100%以外的相对湿度吗？
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4楼2015-12-12 08:56:43
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
不可能用充分供应的方式，水要是充分的，那湿度就会趋于饱和。先查水的蒸汽压随温度变化的曲线，或者表格，根据你的容器的体积，温度，计算需要的水的绝对量。如果需要降低水汽含量，你得有办法吸水。如果这不是你担心的问题，那就没问题了。关键词，水的饱和蒸汽压vs温度。
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5楼2015-12-12 16:45:59
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霁雪

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
sp2286770: 金币+10, ★★★★★最佳答案, 行家啊！ 2015-12-14 08:24:19
引用回帖:
4楼: Originally posted by sp2286770 at 2015-12-12 08:56:43
我们是做功能材料，要测定材料电导率，比如说在100%相对湿度下，不同温度的电导率，以及50%相对湿度下不同温度的。盐溶液的做法我见过，但是我怀疑是不是改变了温度就不能维持同样的相对湿度？我们的釜里本来就是水 ...

很高兴看到你说的：“盐溶液的做法我见过，但是我怀疑是不是改变了温度就不能维持同样的相对湿度？”的确是这样的。
严格的讲，要得到一定的湿度的气氛，在常温下（0度-40度）只有用前面我所提到的用两份等温的气体混合的办法。其他的什么方法都不行。包括，用100%的饱和气加热的办法。

只要有游离态的纯水在相对封闭的空间里的存在。那么这个相对封闭的空间，不管温度和压力状况如何，都只能是100%的相对湿度。
但是，许多时候通过现代的相对湿度仪，有时从这些空间会测量得到不足100%的测定值。那么这时可以肯定，得到这些测定值的相对湿度仪，是一个不准的仪器。
原因是：现代的前沿科学已经确定水蒸气不是单一的分子结构，而是由多种不同分字数的水蒸气分子络合而成的团簇系列混合而成的。因为是混合气体。所以，目前的大部分的市售湿度仪的读数都是错误的，不准的！
前面3楼说的用仪器测，那是他对于水蒸气在这方面的特性一知半解的缘故。

通过加水量来控制相对湿度，听起来是可以的。但是事实上，在地球上（包括火星和月亮上）你几乎无法找到0相对湿度的干空气源。即使使用液态氮气的挥发物也还是会含有十几帕的含水量。用扩散泵抽真空到负7次方的的方法也还是有那么十几帕到几十帕的含水量在其中。如果你的实验条件是零下20度，那么这十几帕的水分大致地相当于这个温度下的饱和气压。你还加什么水啊？
5楼的说法是对的，但是你无法得到可信的测定结果，
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黑暗是光明的缺乏，但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样，什么也看不到！
6楼2015-12-13 19:45:22
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sp2286770

至尊木虫 (职业作家)

坚忍的完美主义者
引用回帖:
6楼: Originally posted by 霁雪 at 2015-12-13 19:45:22
很高兴看到你说的：“盐溶液的做法我见过，但是我怀疑是不是改变了温度就不能维持同样的相对湿度？”的确是这样的。
严格的讲，要得到一定的湿度的气氛，在常温下（0度-40度）只有用前面我所提到的用两份等温的气 ...

这么说超过40度的话，用饱和水蒸汽与空气混合也不能得到50%的相对湿度吗？
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7楼2015-12-14 08:25:10
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霁雪

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
sp2286770: 金币+50, ★★★★★最佳答案, 感谢分享！ 2015-12-16 18:35:58
引用回帖:
7楼: Originally posted by sp2286770 at 2015-12-14 08:25:10
这么说超过40度的话，用饱和水蒸汽与空气混合也不能得到50%的相对湿度吗？...

首先谢谢你个金币。
水蒸气的问题的复杂性，远远超过我们目前能想象到的程度。我只能这样说。
问题的实况是：前沿科学已经确定了水蒸气分子不是单一的单分子结构。但是在应用科学中却还没有对这个信息有相关的反应或纠正。特别是在对于水蒸气的特性最为严重相关的气象学中。气象学没有互动，其他的应用科学就无法单独行动。
于是单一分子到多种分子团簇的混合物的概念变革中，许多已有的理论都面临严肃的挑战。应用科学没有跟进（或抵制跟进）所以现在的好多和水蒸气有关的问题都处于扑簌迷离之中。
简单到最现实的相对湿度的概念。既然水蒸气本身是一种混合气体，那么其中的各种成分就不可能同时在接触到冷源的时候发生“结露”。于是，现代的所有的相对湿度仪，无可奈何地只能得到一些数值远低于真实相对湿度的测定值。因为有一大部分的混合水蒸气中的成员，没有也无法被这些湿度仪测量得到。
事实上，在地球的任何表面，因为地球有70%以上的表面是水面，所以地球到处，真实的相对湿度都应该在95%以上（接近饱和）。但是由于现代湿度仪本身的缺陷，只能测量出混合气体其中的一种成分，结果例如在沙漠地区，就往2往能测量得到低于30%的相对湿度。
水蒸气混合气体是一种动态平衡状态的混合气体。分子量较大的成分会在外界能量变动的推动下发生裂化变成小的水蒸气混合成分。而小分子量的成分也会在一定的条件下聚合成大分子成分。由于这种动态平衡的存在，我们甚至无法用现代的错误的相对湿度仪的错误读数通过某种计算过程推导出真实的相对湿度来。
目前没有办法，因为应用科学在这方面还没有跟进。所以我告诉你只能用干空气和饱和气体混合的方法才能制造出要求的气氛来。
其实，对于你而言，问题反而变得简单了。
第一，在地球表面的自然环境中，你想要制造的50%湿度的空间是不存在的。即使70%、80%、90%的相对湿度的气氛都是不存在的。所以你们只需要对接近100%湿度的环境进行测定就可以了。
第二，既然水蒸气是混合气体，于是水蒸气对于各种事物的影响程度往往不是全部成分的共同效果或贡献，更可能的是某一种成分的贡献最大。例如，有的时候我们人体感到很爽，但是相对湿度仪却测定出一个90%左右的值来。有的时候（通俗一点）我们发现窗帘伸长了，纸张变软了。但是相对湿度仪却测定得到一个并不很高的值来。这说明对于水蒸气中的各种成分，人体、物体、布料、电器等是有各自对应的敏感成分的。
第三， 既然自然的地球大气几乎都是接近饱和，于是像你们需要测试的项目，其实只要在普通的环境中的自然大气通过升温或降温的办法就会导致水蒸气混合成分中平衡的偏移或移动。找到和你们的功能材料最为敏感的温度和压力条件组合。就可以了，这个归根到底还是，因为50%的湿度环境在自然条件中并不存在。存在的是水蒸气各种成分的平衡移动所导致的对功能材料导电性能的影响。

应用科学没有跟进，这也是没有办法的，因为，一旦跟进。许多现有的理论甚至许多科学常识都变为谬误了。这个阻力有多大啊。
最简单的例子，我们都知道湿热的空气遇冷会结雾会下雨，但是你去做做实验看。你绝对无法对一个装有饱和水蒸气的容器在受冷的条件下使其中的空间中发生结雾。这样的空间里只会发生在容器壁上的结露，而不可能发生结雾。但是如果对这个空间突然强制加热却立刻就会发生在容器空间中的烟雾绕绕的现象。
这是最简单的常识了，但是现在却要纠正。
我以上的理论，目前尚只有我自己和很少数的朋友在宣传。
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黑暗是光明的缺乏，但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样，什么也看不到！
8楼2015-12-14 16:48:18
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