1. ما هو الهواء؟ ما هو الهواء العادي؟
الجواب: الغلاف الجوي المحيط بالأرض، ونحن معتادون على تسميته بالهواء.
الهواء تحت ضغط محدد قدره 0.1 ميجا باسكال، ودرجة حرارة 20 درجة مئوية، ورطوبة نسبية 36% هو هواء عادي. يختلف الهواء العادي عن الهواء القياسي في درجة الحرارة ويحتوي على رطوبة. عند وجود بخار ماء في الهواء، بمجرد انفصال بخار الماء، يقل حجم الهواء.
2. ما هو التعريف القياسي للهواء في الولاية؟
الجواب: تعريف الحالة القياسية هو: حالة الهواء عندما يكون ضغط سحب الهواء 0.1 ميجا باسكال ودرجة الحرارة 15.6 درجة مئوية (التعريف الصناعي المحلي هو 0 درجة مئوية) تسمى الحالة القياسية للهواء.
في الحالة القياسية، تبلغ كثافة الهواء 1.185 كجم/م3 (يتم تحديد سعة عادم ضاغط الهواء والمجفف والمرشح ومعدات المعالجة اللاحقة الأخرى من خلال معدل التدفق في حالة الهواء القياسية، وتكتب الوحدة بـ Nm3/min).
3. ما هو الهواء المشبع والهواء غير المشبع؟
الإجابة: عند درجة حرارة وضغط معينين، يكون لمحتوى بخار الماء في الهواء الرطب (أي كثافة بخار الماء) حدٌّ معين؛ فعندما تصل كمية بخار الماء الموجودة عند درجة حرارة معينة إلى أقصى حد ممكن، يُسمى الهواء في هذه الحالة بالهواء المشبع. أما الهواء الرطب الذي لا يحتوي على أقصى محتوى ممكن من بخار الماء فيُسمى بالهواء غير المشبع.
4. ما هي الظروف التي يتحول فيها الهواء غير المشبع إلى هواء مشبع؟ ما هو "التكثيف"؟
عندما يتحول الهواء غير المشبع إلى هواء مشبع، تتكثف قطرات الماء السائلة في الهواء الرطب، وهي ظاهرة تُعرف باسم "التكثيف". التكثيف ظاهرة شائعة. على سبيل المثال، تكون رطوبة الهواء في الصيف عالية جدًا، مما يُسهل تكوّن قطرات الماء على سطح أنابيب المياه. وفي صباح الشتاء، تظهر قطرات الماء على النوافذ الزجاجية للمنازل. هذه القطرات ناتجة عن تبريد الهواء الرطب تحت ضغط ثابت حتى يصل إلى نقطة الندى، أي التكثيف بسبب تغير درجة الحرارة.
5. ما هو الضغط الجوي، والضغط المطلق، والضغط النسبي؟ ما هي وحدات قياس الضغط الشائعة؟
الإجابة: يُطلق على الضغط الناتج عن طبقة سميكة جدًا من الغلاف الجوي المحيط بسطح الأرض، والذي يؤثر على سطح الأرض أو الأجسام السطحية، اسم "الضغط الجوي"، ويرمز له بالرمز Ρb. أما الضغط المؤثر مباشرةً على سطح الوعاء أو الجسم فيُسمى "الضغط المطلق"، وتبدأ قيمته من الفراغ المطلق، ويرمز له بالرمز Pa. ويُطلق على الضغط المقاس بواسطة مقاييس الضغط، ومقاييس الفراغ، والأنابيب على شكل حرف U، وغيرها من الأدوات، اسم "ضغط المقياس"، ويبدأ من الضغط الجوي، ويرمز له بالرمز Ρg. والعلاقة بين هذه الأنواع الثلاثة هي:
Pa=Pb+Pg
يشير الضغط إلى القوة المؤثرة على وحدة المساحة، ووحدة قياس الضغط هي نيوتن/مربع، ويرمز لها بـ Pa، وتسمى باسكال. ويُستخدم مصطلح ميجا باسكال (MPa) بشكل شائع في الهندسة.
1 ميجا باسكال = 10 أس 6 باسكال
1 ضغط جوي قياسي = 0.1013 ميجا باسكال
1 كيلو باسكال = 1000 باسكال = 0.01 كيلوغرام قوة/مربع
1 ميجا باسكال = 10 أس سداسي باسكال = 10.2 كجم/مربع
في النظام القديم للوحدات، يتم التعبير عن الضغط عادةً بوحدة كجم/سم2 (كيلوجرام قوة/سنتيمتر مربع).
6. ما هي درجة الحرارة؟ ما هي وحدات قياس درجة الحرارة الشائعة الاستخدام؟
ج: درجة الحرارة هي المتوسط الإحصائي للحركة الحرارية لجزيئات المادة.
درجة الحرارة المطلقة: هي درجة الحرارة التي تبدأ من أدنى درجة حرارة تتوقف عندها جزيئات الغاز عن الحركة، ويرمز لها بـ T. ووحدتها هي "كلفن" ورمز الوحدة هو K.
درجة الحرارة المئوية: هي درجة الحرارة التي تبدأ من نقطة انصهار الجليد، ووحدتها هي "الدرجة المئوية"، ورمزها ℃. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الدول البريطانية والأمريكية غالبًا "درجة الحرارة الفهرنهايتية"، ورمزها F.
العلاقة التحويلية بين وحدات درجة الحرارة الثلاث هي
T (كلفن) = t (درجة مئوية) + 273.16
t(F)=32+1.8t(℃)
7. ما هو الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء الرطب؟
الإجابة: الهواء الرطب هو خليط من بخار الماء والهواء الجاف. في حجم معين من الهواء الرطب، تكون كمية بخار الماء (بالكتلة) عادةً أقل بكثير من كمية بخار الماء في الهواء الجاف، ولكنه يشغل نفس حجم الهواء الجاف، وله نفس درجة الحرارة. ضغط الهواء الرطب هو مجموع الضغوط الجزئية للغازات المكونة له (أي الهواء الجاف وبخار الماء). يُسمى ضغط بخار الماء في الهواء الرطب بالضغط الجزئي لبخار الماء، ويُرمز له بـ Pso. تعكس قيمته كمية بخار الماء في الهواء الرطب؛ فكلما زاد محتوى بخار الماء، زاد الضغط الجزئي لبخار الماء. يُسمى الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء المشبع بالضغط الجزئي المشبع لبخار الماء، ويُرمز له بـ Pab.
8. ما هي نسبة رطوبة الهواء؟ ما مقدار الرطوبة؟
الإجابة: تُسمى الكمية الفيزيائية التي تعبر عن جفاف ورطوبة الهواء بالرطوبة. ومن التعبيرات الشائعة للرطوبة: الرطوبة المطلقة والرطوبة النسبية.
في الظروف القياسية، تُسمى كتلة بخار الماء الموجودة في الهواء الرطب في حجم 1 متر مكعب "الرطوبة المطلقة"، ووحدتها غرام/متر مكعب. تشير الرطوبة المطلقة فقط إلى كمية بخار الماء الموجودة في وحدة حجم من الهواء الرطب، ولكنها لا تُشير إلى قدرة الهواء الرطب على امتصاص بخار الماء، أي درجة رطوبته. الرطوبة المطلقة هي كثافة بخار الماء في الهواء الرطب.
نسبة كمية بخار الماء الفعلية الموجودة في الهواء الرطب إلى أقصى كمية ممكنة من بخار الماء عند نفس درجة الحرارة تُسمى "الرطوبة النسبية"، ويُرمز لها عادةً بالرمز φ. تتراوح قيمة الرطوبة النسبية φ بين 0 و100%. كلما انخفضت قيمة φ، كان الهواء أكثر جفافًا وزادت قدرته على امتصاص الماء؛ وكلما ارتفعت قيمة φ، كان الهواء أكثر رطوبة وقلّت قدرته على امتصاص الماء. كما ترتبط قدرة الهواء الرطب على امتصاص الرطوبة بدرجة حرارته. فمع ارتفاع درجة حرارة الهواء الرطب، يزداد ضغط التشبع تبعًا لذلك. إذا بقي محتوى بخار الماء ثابتًا عند هذه النقطة، فإن الرطوبة النسبية φ للهواء الرطب ستنخفض، أي أن قدرة الهواء الرطب على امتصاص الرطوبة ستزداد. لذلك، عند تركيب غرفة ضاغط الهواء، يجب الحرص على توفير التهوية الكافية، وخفض درجة الحرارة، ومنع تصريف المياه، وتجنب تراكمها في الغرفة لتقليل الرطوبة في الهواء.
9. ما هو محتوى الرطوبة؟ وكيف يتم حساب محتوى الرطوبة؟
الإجابة: في الهواء الرطب، تُسمى كتلة بخار الماء الموجودة في كيلوغرام واحد من الهواء الجاف "محتوى الرطوبة" في الهواء الرطب، وهو المصطلح الشائع الاستخدام. يُبين أن محتوى الرطوبة ω يتناسب طرديًا تقريبًا مع الضغط الجزئي لبخار الماء Pso، وعكسيًا مع الضغط الكلي للهواء p. يعكس ω بدقة كمية بخار الماء الموجودة في الهواء. إذا كان الضغط الجوي ثابتًا عمومًا، فإن Pso يكون ثابتًا أيضًا عند ثبات درجة حرارة الهواء الرطب. في هذه الحالة، تزداد الرطوبة النسبية، ويزداد محتوى الرطوبة، وتقل قدرة امتصاص الرطوبة.
10. على ماذا تعتمد كثافة بخار الماء في الهواء المشبع؟
الإجابة: محتوى بخار الماء (كثافة بخار الماء) في الهواء محدود. في نطاق الضغط الديناميكي الهوائي (2 ميجا باسكال)، يمكن اعتبار أن كثافة بخار الماء في الهواء المشبع تعتمد فقط على درجة الحرارة ولا علاقة لها بضغط الهواء. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت كثافة بخار الماء المشبع. على سبيل المثال، عند 40 درجة مئوية، يكون لمتر مكعب واحد من الهواء نفس كثافة بخار الماء المشبع بغض النظر عن ضغطه، سواء كان 0.1 ميجا باسكال أو 1.0 ميجا باسكال.
11. ما هو الهواء الرطب؟
الإجابة: يُطلق على الهواء الذي يحتوي على كمية معينة من بخار الماء اسم الهواء الرطب، بينما يُطلق على الهواء الخالي من بخار الماء اسم الهواء الجاف. الهواء المحيط بنا هو هواء رطب. عند ارتفاع معين، يكون تركيب ونسبة الهواء الجاف مستقرين بشكل أساسي، ولا يؤثر ذلك بشكل خاص على الأداء الحراري للهواء الرطب ككل. على الرغم من أن محتوى بخار الماء في الهواء الرطب ليس كبيرًا، إلا أن تغير هذا المحتوى له تأثير كبير على خصائصه الفيزيائية. تحدد كمية بخار الماء درجة جفاف ورطوبة الهواء. الهواء الرطب هو المادة التي يعمل عليها ضاغط الهواء.
12. ما هي الحرارة؟
الإجابة: الحرارة شكل من أشكال الطاقة. وحدات قياسها الشائعة: كيلوجول/(كيلوجرام·درجة مئوية)، كالوري/(كيلوجرام·درجة مئوية)، كيلوكالوري/(كيلوجرام·درجة مئوية)، إلخ. 1 كيلوكالوري = 4.186 كيلوجول، 1 كيلوجول = 0.24 كيلوكالوري.
وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية، يمكن أن تنتقل الحرارة تلقائيًا من الطرف ذي درجة الحرارة العالية إلى الطرف ذي درجة الحرارة المنخفضة عبر الحمل الحراري والتوصيل والإشعاع وغيرها من الطرق. وفي غياب أي مصدر طاقة خارجي، لا يمكن عكس اتجاه انتقال الحرارة.
13. ما هي الحرارة المحسوسة؟ ما هي الحرارة الكامنة؟
الإجابة: في عملية التسخين أو التبريد، تُسمى الحرارة التي يمتصها أو يطلقها جسم ما عند ارتفاع أو انخفاض درجة حرارته دون تغيير حالته الأصلية بالحرارة المحسوسة. وهي تُحدث تغيرات واضحة في إحساس الإنسان بالبرودة والحرارة، ويمكن قياسها عادةً باستخدام ميزان حرارة. على سبيل المثال، تُسمى الحرارة الممتصة عند رفع درجة حرارة الماء من 20 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية بالحرارة المحسوسة.
عندما يمتص جسم ما الحرارة أو يطلقها، تتغير حالته الفيزيائية (مثل تحول الغاز إلى سائل...)، لكن درجة حرارته لا تتغير. تُسمى هذه الحرارة الممتصة أو المنبعثة بالحرارة الكامنة. لا يمكن قياس الحرارة الكامنة باستخدام مقياس الحرارة، ولا يشعر بها جسم الإنسان، ولكن يمكن حسابها تجريبياً.
بعد أن يطلق الهواء المشبع الحرارة، سيتحول جزء من بخار الماء إلى ماء سائل، ولن تنخفض درجة حرارة الهواء المشبع في هذا الوقت، وهذا الجزء من الحرارة المنبعثة هو حرارة كامنة.
14. ما هي إنثالبي الهواء؟
الإجابة: تشير إنثالبي الهواء إلى إجمالي الحرارة الموجودة في الهواء، وعادةً ما تُحسب بناءً على وحدة كتلة الهواء الجاف. ويُرمز للإنثالبي بالرمز ι.
15. ما هي نقطة الندى؟ وما علاقتها؟
الإجابة: نقطة الندى هي درجة الحرارة التي تنخفض عندها درجة حرارة الهواء غير المشبع مع الحفاظ على الضغط الجزئي لبخار الماء ثابتًا (أي الحفاظ على محتوى الماء المطلق ثابتًا) حتى يصل إلى حالة التشبع. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى نقطة الندى، تتكاثف قطرات الماء في الهواء الرطب. لا ترتبط نقطة الندى للهواء الرطب بدرجة الحرارة فقط، بل ترتبط أيضًا بكمية الرطوبة فيه. تكون نقطة الندى مرتفعة مع ارتفاع محتوى الماء، ومنخفضة مع انخفاضه. عند درجة حرارة معينة للهواء الرطب، كلما ارتفعت نقطة الندى، زاد الضغط الجزئي لبخار الماء فيه، وزاد محتوى بخار الماء. تُستخدم درجة حرارة نقطة الندى بشكل مهم في هندسة الضواغط. على سبيل المثال، عندما تكون درجة حرارة مخرج ضاغط الهواء منخفضة جدًا، يتكثف خليط الزيت والغاز بسبب انخفاض درجة الحرارة في خزان الزيت والغاز، مما يؤدي إلى احتواء زيت التشحيم على الماء ويؤثر على فعاليته. لذلك، يجب تصميم درجة حرارة مخرج ضاغط الهواء لضمان ألا تكون أقل من درجة حرارة نقطة الندى تحت الضغط الجزئي المقابل.
تاريخ النشر: 17 يوليو 2023
