رطوبت چیست؟ – به زبان ساده

به مقدار آب موجود در اتمسفر رطوبت یا نم گفته می‌شود. رطوبت و اندازه‌گیری آن نقش مهمی در زندگی انسان ایفا می‌کند. برای مثال، کاهش تراکم هوا، بهبود آلرژی و خواب بهتر از جمله مزایای وجود رطوبت در هواست. به همین دلیل در این مطلب از مجله فرادرس ابتدا توضیح می‌دهیم رطوبت چیست. سپس با چرخه آب، انواع رطوبت و مفهوم نقطه شبنم آشنا می‌شویم. در بخش‌های بعد روش‌های اندازه‌گیری رطوبت و آثار رطوبت بر آب و هوا از جمله تشکیل ابرها، بارش، اثر گلخانه‌ای و ... را مطالعه خواهیم کرد.

رطوبت چیست؟

رطوبت همان بخار آب موجود در هوا یا آبی است که تبخیر شده و بین مولکول‌های هوا قرار گرفته است. رطوبت را نمی‌توان با چشم مشاهده کرد، اما وقتی زیاد باشد (برای مثال در شمال کشور) سنگینی و شرجی بودن آن را روی پوست حس می‌کنیم. مقدار رطوبت محیط نقش مهمی در زندگی ما انسان‌ها دارد و اگر از یک حد مشخصی بیشتر یا کمتر شود، ممکن است دچار مشکل شویم.

رطوبت معیاری است برای سنجش بخار آب موجود در هوا. هواشناسان معمولا بخار آب موجود در جو را به دو روش مختلف توصیف می‌کنند: رطوبت مطلق و رطوبت نسبی. همچنین نقطه شبنم نیز یک معیار مطلق است و به ما کمک می‌کند تا درک کنیم هوای بیرون چقدر شرجی و سنگین به نظر می‌رسد. به هوایی که در آن هیچ رطوبت یا بخار آبی وجود ندارد، هوای خشک گفته می‌شود. البته باید دقت کنیم که این نوع هوا در جو زمین وجود ندارد، حتی در بیابان‌ها. در مقابل این نوع هوا، هوای مرطوب را داریم که هوای جو جزء این دسته است.

تصور کنید یک دوش آب گرم و طولانی گرفته‌اید. زمانی که از حمام بیرون می‌آیید، حس می‌کنید فضای حمام کاملا گرم و شرجی شده و آینه نیز کاملا بخار کرده است. دستتان را روی آینه می‌کشید و مشاهده می‌کنید که دستتان کاملا خیس شد. این پدیده دقیقا به خاطر رطوبت موجود در حمام است و دلیل آن این است که آن بخار روی آینه، در واقع قطرات بسیار ریز آبی هستند که روی سطح آینه شکل گرفته‌اند.

وقتی دوش آب گرم می‌گیرید، به دلیل تبخیر آب دوش، مقدار بخار آب در فضای حمام افزایش می‌یابد. وقتی این بخار آب به سطح سرد آینه برخورد می‌کند، دوباره به آب تبدیل می‌شود (تغییر فاز می‌دهد) و به شکل قطرات ریز، روی آینه ظاهر می‌شود. به این پدیده میعان می‌گوییم.

چرخه آب و ارتباط آن با مفهوم رطوبت چیست؟

بخار آب به دلیل پدیده تبخیر در جو یا اتمسفر زمین وجود دارد. تبخیر زمانی رخ می‌دهد که آب از حالت مایع خود تغییر فاز داده و به گاز تبدیل شود. آب مایع از منابع مختلفی تبخیر می‌شود، از جمله اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها و رودخانه‌ها یا گیاهان (از طریق فرآیند تعرق)، آب‌های روی سطح زمین و خاک و همچنین بارانی که روی زمین باریده است.

تصویر بالا چرخه آب را نشان می‌دهد که در آن آب از طریق فرآیندهایی مانند تبخیر، میعان، بارش، تعریق و بسیاری فرآیندهای دیگر بین خاک زمین، جو یا اتمسفر و پهنه‌های آبی مانند دریاها و اقیانوس‌ها در حرکت است. چهار فرآیند اصلی در چرخه آب عبارت‌اند از:

• تبخیر: تبدیل آب مایع (دریاها و دریاچه‌ها) به بخار آب بر اثر گرمای خورشید
• تعرق: خروج بخار آب از منافذ برگ گیاهان (شبیه به عرق کردن انسان)
• میعان: تبدیل بخار آب به قطرات مایع (تشکیل ابرها) در لایه‌های سردتر جو
• بارش: بازگشت آب به سطح زمین به شکل باران، برف یا تگرگ

فیلم چرخه آب چیست؟ + تعریف و مراحل (فیلم آموزش رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

رطوبت به بخش بخار آب در این چرخه مربوط است که بین مرحله تبخیر/تعرق و میعان قرار دارد. بدون رطوبت، نه ابری شکل می‌گرفت و نه بارانی می‌بارید. برای اینکه ارتباط این سه مفهوم یعنی رطوبت، بخار آب و چرخه آب را بهتر درک کنید، می‌توانیم مجموع این سه را به یک سفر تشبیه کنیم:

• بخار آب: مسافر این سفر و همان آب اما در حالت گاز است. برخلاف ابرها که دیده می‌شوند، بخار آب کاملا نامرئی است. در چرخه آب، این مسافر با جذب انرژی خورشید از دریاها، دریاچه‌ها و حتی تعرق گیاهان جدا شده و به آسمان می‌رود.
• رطوبت: گزارش وضعیت این مسافر یعنی بخار آب را به عهده دارد. رطوبت در واقع ابزاری است که ما با آن می‌سنجیم چه مقدار از آن بخار آب در یک لحظه خاص در هوا حضور دارد. اگر بگوییم رطوبت بالا است، یعنی تعداد مسافران (بخار آب) در واگن‌های هوا زیاد است، در حالی که اگر بگوییم رطوبت پایین است، یعنی هوا خشک است و فضای خالی زیادی برای پذیرش مسافران جدید وجود دارد.
• چرخه آب: همان مسیر حرکت در این سفر است. چرخه آب، کل فرآیندی است که نشان می‌دهد بخار آب چطور جابجا می‌شود.

پس رطوبت در این چرخه نقش مرحله میانی را بازی می‌کند:

1. در مرحله اول افزایش رطوبت را داریم که در آن خورشید به اقیانوس‌ها می‌تابد، آب تبخیر می‌شود و رطوبت لایه‌های پایینی جو بالا می‌رود.
2. مرحله دوم انتقال است که طی آن باد این هوای مرطوب (پر از بخار آب) را جابجا می‌کند. در این مرحله، رطوبت مثل یک انبار انرژی عمل می‌کند.
3. در نهایت مرحله سوم یا میعان و کاهش رطوبت را داریم. وقتی این هوای مرطوب به کوه می‌رسد یا بالا می‌رود و سرد می‌شود، بخار آب دیگر نمی‌تواند به شکل گاز باقی بماند (چون به دمای نقطه شبنم رسیده است). پس به قطرات ریز تبدیل شده و ابرها را می‌سازد. در این لحظه، رطوبت توده هوا کم می‌شود، چون بخار آب به شکل باران به زمین بازمی‌گردد.

رطوبت ایده‌ آل چقدر است؟

مقادیر توصیه‌ شده برای رطوبت ایده‌آل در یک فضای داخلی بین $$40 \%$$ تا $$60 \%$$ است. رطوبت مفهومی است که هر روز با آن مواجه می‌شویم. برای مثال لباس‌های خیس خشک می‌شوند و رطوبت خود را در هوا آزاد می‌کنند یا زمانی که از سرمای بیرون به یک اتاق گرم وارد می‌شوید، شیشه عینک شما بخار می‌کند.

بنابراین بررسی اینکه چه سطحی از رطوبت در فضاهای نشیمن و اتاق خواب، خوشایند و برای بدن یا غشاهای مخاطی مناسب است، اهمیت زیادی دارد. همچنین وجود رطوبت در ایجاد و رشد کپک و سفیدک نقشی مهمی دارد. سطوح بالای رطوبت می‌تواند باعث رشد این‌ها شود که ممکن است پیامدهای جدی برای سلامتی انسان داشته باشد.

یادگیری رطوبت و مفاهیم مرتبط با آن با فرادرس

یکی از روش‌های یادگیری عمیق و پایه‌ای مبحث رطوبت و مفاهیم مرتبط با آن مانند دما و گرما یا چرخه آب این است که از فیلم‌های آموزشی تهیه شده در این زمینه استفاده کنید. با مشاهده این دوره‌ها و بهره‌گیری از مزایای آموزش تصویری به ویژه‌ در حل مسائل، یادگیری بهتری را تجربه خواهید کرد و بهتر متوجه خواهید شد که رطوبت چیست. لیست زیر مجموعه‌‌ای از فیلم‌های فرادرس است که با توجه به سرفصل‌های کتاب‌های درسی دبیرستان و با پوشش مباحث مرتبط با رطوبت تهیه شده است:

1. فیلم آموزش علوم تجربی پایه هفتم فرادرس
2. فیلم آموزش فیزیک پایه دهم فرادرس

همچنین در میان دروس فیزیک پایه دانشگاهی، درس فیزیک پایه ۳ شامل مباحث مرتبط با موضوع این نوشته است که لینک‌ فیلم‌های آموزشی آن نیز در ادامه برای شما قرار داده شده است:

1. فیلم آموزش فیزیک پایه ۳ فرادرس
2. فیلم آموزش فیزیک ۳ – حل تمرین فرادرس

انواع رطوبت چیست؟

برای اینکه دقیق‌تر به پرسش رطوبت چیست پاسخ دهیم، ابتدا بهتر است انواع رطوبت را بشناسیم که به شکل زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• رطوبت مطلق: وزن واقعی آب
• رطوبت نسبی: درصد پر بودن هوا از آب (نسبت به ظرفیت‌اش)
• نقطه شبنم: دمای اشباع بخار آب در هوا

فرض کنید یک اتاق یا یک جعبه بزرگ از هوا دارید. اگر تمام بخار آب داخل این جعبه را جمع کرده و روی ترازو بگذارید، وزنی که به دست می‌آید همان رطوبت مطلق است. پس رطوبت مطلق یعنی دقیقا چند گرم آب در هوا وجود دارد. این عدد با میزان سردی یا گرمی هوا ارتباطی ندارد و فقط وزن خود آب را نشان می‌دهد.

در مقابل رطوبت نسبی همان عددی است که در اخبار هواشناسی می‌شنویم (برای مثال رطوبت $$60 \%$$). رطوبت نسبی به ما می‌گوید که چه مقدار از ظرفیت هوا پر شده است. دقت کنید هوای گرم شبیه یک اسفنج بزرگ و هوای سرد مانند یک اسفنج کوچک عمل می‌کند و رطوبت نسبی نشان می‌دهد این مقدار آبی که الان در هوا هست، چند درصد از ظرفیت کل هوا را پر کرده است. پس رطوبت نسبی معیاری است برای سنجش بخار آب موجود در هوا، در مقایسه با حداکثر مقدار بخار آبی که هوا در یک دمای مشخص می‌تواند در خود نگه دارد.

رطوبت مطلق چیست؟

با اینکه رطوبت نسبی رایج‌ترین روش اندازه‌گیری رطوبت است، اما برای درک بهتر این مفهوم ابتدا باید بدانیم رطوبت مطلق یا به اختصار AH چیست. رطوبت مطلق در واقع همان مقدار آب موجود در هواست. به عبارت دیگر، جرم بخار آب تقسیم بر جرم هوای خشک در حجم مشخصی از هوا را رطوبت مطلق می‌نامیم. رابطه زیر نشان می‌دهد فرمول این نوع از رطوبت چیست:

• $$m_w$$: جرم بخار آب
• $$m_d$$: جرم هوای خشک

رطوبت مطلق با واحدهایی مانند $$\frac{gr}{kg}$$ (گرم بر کیلوگرم) یا $$\frac{gr}{m^3}$$ (گرم بر متر مکعب) سنجیده می‌شود. این نوع رطوبت در جو از نزدیکی صفر شروع شده و تا حدود $$30 \ \frac{gr}{m^3}$$ (زمانی که هوا در دمای $$30 ^ \circ \ C$$ کاملا اشباع شده باشد) متغیر است. در واقع هر چه هوا گرم‌تر باشد، پتانسیل بیشتری برای نگه داشتن آب در خود دارد و در نتیجه رطوبت مطلق نیز بیشتر است.

نکته: دقت کنید در محاسبه رطوبت مطلق پارامتر دما در نظر گرفته نمی‌شود.

همان‌طور که گفتیم به علت پدیده تبخیر در جو ما بخار آب وجود دارد. تبخیر زمانی رخ می‌دهد که آب از حالت مایع به گاز تبدیل شود. آب مایع از اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها، گیاهان، زمین و بارانی که بر خاک نشسته، تبخیر می‌شود. رطوبت مطلق، مقدار واقعی بخار آب موجود در هوا است. هرچه مقدار بخار آب بیشتر باشد، میزان رطوبت مطلق نیز بالاتر خواهد بود.

رطوبت نسبی چیست؟

رطوبت نسبی یا RH که بر حسب درصد (%) نشان داده می‌شود، میزان رطوبت مطلق فعلی را نسبت به حداکثر رطوبتی که هوا در آن دمای خاص می‌تواند در خود نگه دارد، اندازه‌گیری می‌کند. دقت کنید ظرفیت هوا برای نگهداری بخار آب مستقیما به دمای آن بستگی دارد. در ادامه ملاحظه می‌کنید که فرمول این نوع رطوبت چیست:

$$RH = \left( \frac{\rho_w}{\rho_s} \right) \times 100$$

• $$\rho_w$$: چگالی بخار آب فعلی
• $$\rho_s$$: چگالی بخار آب در حالت اشباع و در همان دما

شکل دیگر فرمول محاسبه رطوبت نسبی به صورت زیر است:

 ۱۰۰ × بیشینه رطوبت / رطوبت مطلق = رطوبت نسبی

در تصویر بالا هر لیوان نشان دهنده ظرفیت هوا برای نگه داشتن بخار آب در یک دمای مشخص است:

• رطوبت نسبی $$0 \%$$: لیوان کاملا خالی است، یعنی هوا کاملا خشک است و هیچ بخار آبی در آن وجود ندارد.
• رطوبت نسبی $$50 \%$$: لیوان تا نیمه پر است، یعنی هوا نیمی از حداکثر ظرفیت خود را با بخار آب پر کرده است.
• رطوبت نسبی $$75 \%$$: لیوان به مرز پر شدن نزدیک است و در این حالت هوا سنگین‌تر و مرطوب‌تر حس می‌شود.
• رطوبت نسبی $$100 \%$$: لیوان کاملا پر (اشباع) است. هوا دیگر ذره‌ای فضای خالی برای بخار آب بیشتر ندارد. در این حالت معمولا شاهد بارش، تشکیل مه یا شبنم هستیم.

همچنین نکته مهمی که در این تصویر باید به آن دقت کرد این است که اندازه لیوان‌ها یکسان است، یعنی فرض شده که دما ثابت است. اگر دما تغییر کند، در واقع اندازه لیوان بزرگ یا کوچک می‌شود. اگر هوا گرم شود، انگار لیوان بزرگتر می‌شود (پس همان مقدار آب، درصد کمتری از لیوان را پر می‌کند). اما اگر هوا سرد شود، در حقیقت لیوان کوچکتر می‌شود. پس همان مقدار آب، درصد بیشتری را پر کرده و زودتر لبریز می‌شود.

به این ترتیب وقتی رطوبت نسبی به $$100 \%$$ می‌رسد، به این معنا است که هوا کاملا از بخار آب اشباع شده و دیگر گنجایش ذره‌ای رطوبت اضافی را ندارد. البته در صورتی که رطوبت نسبی به $$100 \%$$ برسد، احتمال بارش باران یا ایجاد مه در جو بسیار بالا است. در محیط‌های صنعتی و انبارها نیز رطوبت $$100 \%$$ باعث ایجاد میعان یا همان نشستن قطرات آب روی سطوح می‌شود که می‌توانند به کالاها یا دستگاه‌ها آسیب بزند.

همچنین اگر دمای اتاق را بالا ببرید، بدون اینکه آبی به هوا اضافه شود، درصد رطوبت نسبی کم می‌شود، چون هوای گرم‌تر در واقع ظرف بزرگتری برای نگه داشتن آب دارد. پس رطوبت نسبی فقط به مقدار آب بستگی ندارد، بلکه به گنجایش هوا هم بستگی دارد که این گنجایش هوا را دما تعیین می‌کند:

• هوای گرم مانند ظرف بزرگتر است.
• هوای سرد مانند ظرف کوچکتر است.

در همین راستا پیشنهاد می‌کنیم مطلب «باران چگونه تشکیل می شود؟ – به زبان ساده» از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

رابطه رطوبت نسبی با دما چیست؟

دقت کنید زمانی که مقدار رطوبت یا همان محتوای آب ثابت بماند، اما دما افزایش یابد، رطوبت نسبی کاهش پیدا می‌کند. علت این مسئله این است که هوای گرم‌تر فضای بیشتری برای نگه داشتن رطوبت دارد. برای مثال، اگر هوایی با دمای $$22 ^ \circ \ C$$ و رطوبت نسبی $$55 \%$$ داشته باشیم، میزان رطوبت مطلق آن $$9 \ \frac{gr}{kg}$$ است. حالا اگر افزایش دما داشته باشیم و دما را به $$30 ^ \circ \ C$$ افزایش دهیم، در حالی که رطوبت مطلق در $$9 \ \frac{gr}{kg}$$ ثابت بماند، رطوبت نسبی به $$34 \%$$ کاهش پیدا می‌کند.

در مقابل اگر دما را از $$22 ^ \circ \ C$$ به $$12 ^ \circ \ C$$ کاهش دهیم و رطوبت مطلق همچنان $$9 \ \frac{gr}{kg}$$ باشد، رطوبت نسبی به $$100 \%$$ می‌رسد. این مثال به خوبی نشان می‌دهد که چرا وقتی در زمستان بخاری را روشن می‌کنید، هوای خانه خشک می‌شود. علت این است که در این شرایط رطوبت یا آب موجود در هوا تغییری نکرده، اما چون هوا گرم شده، ظرفیت آن برای پذیرش رطوبت بالا رفته و در نتیجه رطوبت نسبی افت می‌کند.

بنابراین نقش دما در رطوبت نسبی این است که هوای گرمتر می‌تواند بخار آب یا رطوبت بیشتری را نسبت به هوای سرد در خود نگه دارد. بنابراین، اگر رطوبت مطلق (مقدار واقعی آب) ثابت بماند، در هوای سرد رطوبت نسبی بالاتر خواهد بود در حالی که در هوای گرم، رطوبت نسبی پایین‌تر خواهد بود. زمانی که هوا کاملا از بخار آب پر شده باشد، رطوبت نسبی $$100 \%$$ است.

حداکثر رطوبت چگونه اتفاق می‌ افتد؟

بسته به اندازه دما، همواره حداکثر مقدار بخار آبی وجود دارد که هوا می‌تواند آن را جذب کند. به این مقدار، «مقدار اشباع» می‌گوییم. نحوه وابستگی مقدار اشباع به دما جالب است:

• در دمای $$5 ^ \circ \ C$$ هوا می‌تواند حدود $$6.8$$ گرم بر متر مکعب رطوبت نگه دارد.
• در دمای $$32 ^ \circ \ C$$ این ظرفیت به حدود $$33.8$$ گرم بر متر مکعب افزایش می‌یابد.

وقتی رطوبت نسبی به $$100 \%$$ افزایش می‌یابد، هوا کاملا اشباع شده و دیگر نمی‌تواند بخار آب بیشتری جذب کند. اگر از این نقطه اشباع فراتر رویم، رطوبت اضافی به صورت میعان (شبنم) یا مه ته‌نشین می‌شود. بنابراین دمای هوا که با استفاده از دماسنج‌ها اندازه‌گیری می‌شود، تعیین می‌کند هوا چه مقدار بخار آب را می‌تواند جذب کند.

تفاوت رطوبت مطلق و نسبی چیست؟

برای اینکه بهتر متوجه شوید تفاوت این دو نوع رطوبت چیست، فرض کنید یک ظرف داریم که ظرفیت آن نسبت به دما تغییر می‌کند. در سه حالت زیر این دو نوع رطوبت به شکل زیر تغییر می‌کنند:

• در دمای معمولی: فرض کنید هوا مانند یک ظرف یک لیتری است. اگر نیم لیتر آب در آن باشد، رطوبت مطلق نیز نیم لیتر است و رطوبت نسبی $$50 \%$$ (چون نصف ظرف پر است).
• افزایش دمای هوا: در این حالت ظرف ما بزرگتر و برای مثال تبدیل به یک سطل پنج لیتری شده است. چون هنوز همان نیم لیتر آب داخل آن است، پس رطوبت مطلق فرقی نمی‌کند. اما رطوبت نسبی $$10 \%$$ می‌شود، چون نیم لیتر نسبت به پنج لیتر درصد خیلی کمی است. به همین دلیل است که وقتی بخاری روشن می‌کنیم، هوا خشک به نظر می‌رسد، در حالی که آب موجود در هوا کم نشده و فقط ظرفیت هوا زیاد شده است.
• کاهش دمای هوا: در این شرایط ظرف ما کوچک‌تر و برای مثال تبدیل به یک لیوان نیم لیتری شده است. پس نیم لیتر آب تمام ظرف را پر می‌کند و رطوبت مطلق باز هم ثابت است. اما رطوبت نسبی می‌شود $$100 \%$$. در چنین شرایطی معمولا باران می‌بارد یا شیشه‌ها بخار می‌کنند.

بنابراین رطوبت مطلق با اضافه یا کم شدن آب تغییر می‌کند، اما رطوبت نسبی هم با مقدار آب و هم با تغییرات دما بالا و پایین می‌شود.

نقطه شبنم چیست؟

نقطه شبنم یا Dew Point دمایی را نشان می‌دهد که در آن بخار آب به قطرات آب مایع تبدیل می‌شود. می‌دانیم این فرآیند همان میعان است. میعان عاملی است که باعث تشکیل ابرها می‌شود و می‌تواند منجر به بارش‌هایی مانند باران، برف و تگرگ شود. دمای نقطه شبنم همیشه یا با دمای واقعی هوای بیرون برابر است و یا از آن پایین‌تر است. به عبارت دیگر، دمای شبنم دمای اشباع بخار آب در هوا است. این مفهوم کاملا با رطوبت نسبی مرتبط است، به این معنا که رطوبت نسبی بالا یعنی نقطه شبنم به دمای فعلی هوا بسیار نزدیک است. بنابراین زمانی که رطوبت نسبی $$100 \%$$ است، نقطه شبنم دقیقا با دمای فعلی هوا برابر است و هوا تا حداکثر ظرفیت خود از آب اشباع شده است.

فیلم آموزش فیزیک – پایه دهم – مرور و حل تمرین در فرادرس

کلیک کنید

برای مثال، در دمای $$22 ^ \circ \ C$$ و رطوبت نسبی $$100 \%$$ دمای نقطه شبنم نیز همان $$22 ^ \circ \ C$$ خواهد بود. اما اگر هوایی با دمای $$22 ^ \circ \ C$$ و رطوبت نسبی $$55 \%$$ داشته باشیم، نقطه شبنم آن $$12 ^ \circ \ C$$ است، به این معنا که اگر شما این هوا را خنک کنید و دمای آن را به $$12 ^ \circ \ C$$ برسانید، هوا دیگر نمی‌تواند رطوبت را در خود نگه دارد. در این لحظه رطوبت از هوا آزاد شده و به صورت قطرات آب روی سطوح اطراف می‌نشیند (میعان).

این تصویر نشان می‌دهد که وقتی دمای هوا و نقطه شبنم با هم برابر شوند، بخار آب میعان شده و به ابر تبدیل می‌شود. هرچه نقطه شبنم بالاتر رود، مقدار رطوبت موجود در هوا بیشتر است. این موضوع مستقیما بر میزان احساس راحتی ما در محیط بیرون تاثیر می‌گذارد. بنابراین تنها در نظر گرفتن عدد رطوبت نسبی درست نیست، بلکه دانستن نقطه شبنم نیز برای سنجش میزان مناسب یا نامناسب بودن رطوبت هوا ضروری است، چرا که در نظر گرفتن رطوبت نسبی همراه با تغییرات دما گاهی پیچیده بنظر می‌رسد و این نقطه شبنم است که مستقیما به ما می‌گوید چقدر آب در هوا وجود دارد. زمانی که نقطه شبنم بالای $$20 ^ \circ \ C$$ شود، احساس شرجی بودن و خفگی به ما دست می‌دهد.

نکته: نقطه شبنم هرگز نمی‌تواند از دمای فعلی هوا بالاتر باشد و هر چه این دو عدد به هم نزدیک‌تر باشند، هوا شرجی‌تر است.

حالا بنظر شما کدام ترکیب زیر احساس شرجی بودن بیشتری ایجاد می‌کند؟

1. روزی با دمای $$30 ^ \circ \ F$$ و رطوبت نسبی $$100 \%$$
2. روزی با دمای $$80 ^ \circ \ F$$ و رطوبت نسبی $$50 \%$$

احساس رطوبت و شرجی بودن در روزی که دما $$80 ^ \circ \ F$$ و رطوبت نسبی $$50 \%$$ است، بسیار بیشتر از روز دیگر است، چون نقطه شبنم در حالت اول بیشتر است. در واقع همان‌طور که قبلا اشاره شد، هوای گرم ظرفیت بسیار بیشتری برای نگه داشتن بخار آب دارد. بنابراین $$50 \%$$ از ظرفیت یک هوای گرم، مقدار آب بسیار بیشتری را نسبت به $$100 \%$$ از ظرفیت یک هوای سرد در خود جای می‌دهد. به همین دلیل است که نقطه شبنم مقیاس بهتری برای سنجش میزان نمناک بودن واقعی هواست.

بنابراین اگر می‌خواهید بدانید هوای بیرون از خانه واقعا چقدر خشک یا شرجی بنظر می‌رسد، به جای رطوبت نسبی به نقطه شبنم توجه کنید. هرچه نقطه شبنم بالاتر باشد، هوا شرجی‌تر است. همچنین برای اینکه بدانید در ماه‌های تابستان بر اساس دمای نقطه شبنم چه سطحی از راحتی انتظار می‌رود، به جدول زیر نگاهی بیندازید:

پس در روزهای گرمی که عرق روی پوست ما بطور کامل تبخیر نمی‌شود، احتمالا نقطه شبنم بالا است، چون وقتی نقطه شبنم بالا و دمای بیرون بسیار گرم باشد، عرق روی پوست ما جمع شده و به سختی تبخیر می‌شود. علت این پدیده این است که هوا از قبل تقریبا از مولکول‌های بخار آب اشباع شده است. در حقیقت تبخیر عرق روش اصلی بدن ما برای خنک شدن است. وقتی آب یا عرق بدن از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شود، گرما را از پوست ما می‌گیرد. در هوای شرجی (نقطه شبنم بالا)، چون هوا جایی برای پذیرش بخار آب بیشتر ندارد، این فرآیند مختل شده و ما احساس گرمای بسیار بیشتری می‌کنیم.

روش های اندازه‌ گیری رطوبت چیست؟

در ادامه بررسی این موضوع که رطوبت چیست، یکی از مهم‌ترین مباحث مربوط می‌شود به روش‌های اندازه‌گیری رطوبت. تصور کنید در یک اتاق رطوبت مطلق ثابتی مانند $$10$$ گرم آب در هر متر مکعب داریم. اگر بخاری را روشن کنید و اتاق گرم شود، طبق آنچه که توضیح دادیم، می‌توان تغییرات رطوبت را به شکل زیر پیش‌بینی کرد:

• رطوبت مطلق تغییر نمی‌کند، چون هنوز همان $$10$$ گرم آب وجود دارد.
• رطوبت نسبی کاهش می‌یابد، چون هوای گرم ظرفیت بیشتری پیدا کرده و آن $$10$$ گرم آب حالا درصد کمتری از ظرفیت جدید را پر می‌کند.

اما برای اینکه بتوانیم به صورتی دقیق رطوبت را مانند هر کمیت دیگری مثل دما و گرما اندازه‌گیری کنیم، نیازمند استفاده از ابزارهای مناسب هستیم. در زمینه بررسی دما و گرما، پیشنهاد ما این است که فیلم آموزش رایگان دما و گرما در فیزیک پایه دهم فرادرس را مشاهده کنید که لینک آن در ادامه برای شما قرار داده شده است:

فیلم آموزش دما و گرما در فیزیک پایه دهم (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

رطوبت نسبی را می‌توان با استفاده از دستگاه‌هایی به نام «رطوبت‌سنج» (Hygrometer) اندازه‌گیری کرد که انواع مختلفی دارند:

• رطوبت‌سنج دیجیتال (ترموهیگرومتر): رایج‌ترین ابزار امروزی که از حسگرهای الکترونیکی (خازنی یا مقاومتی) استفاده می‌کند. با تغییر رطوبت، خواص الکتریکی‌ این وسیله تغییر می‌کند. معمولا دما را نیز همزمان نشان می‌دهد.
• ایستگاه‌های هواشناسی خانگی: دستگاه‌های همه‌کاره‌ای که علاوه بر رطوبت داخلی و خارجی، فشار هوا و پیش‌بینی وضعیت جوی را هم نمایش می‌دهند.
• سایکومتر (Psychrometer): یک ابزار کلاسیک شامل دو دماسنج یکی خشک و دیگری مرطوب (با یک پارچه خیس) است. با چرخاندن آن یا عبور جریان هوا، آب روی دماسنج مرطوب تبخیر شده و دمای آن کاهش می‌یابد. اختلاف دمای این دو دماسنج نشان‌دهنده میزان رطوبت است.
• رطوبت‌سنج مویی (Mechanical Hygrometer): از روش‌های قدیمی که هنوز در برخی دستگاه‌های آنالوگ استفاده می‌شود. در این ابزار از موی انسان یا حیوان استفاده می‌شود، زیرا مو با جذب رطوبت منبسط و با خشکی منقبض می‌شود و عقربه را حرکت می‌دهد.

اثر رطوبت بر آب‌ و هوا

در آخرین بخش این مطلب از مجله فرادرس، به بررسی نقش رطوبت در پدیده‌های جوی می‌پردازیم. رطوبت و بخار آب نقش مهمی در شکل‌گیری الگوهای آب و هوایی زمین دارند. اثرات رطوبت بر آب و هوا را می‌توان در سه بخش کلیدی زیر خلاصه کرد:

• تشکیل ابرها و بارش
• تنظیم دمای زمین (اثر گلخانه‌ای)
• انتقال انرژی در چرخه آب
• احساس دما و پایداری هوا

رطوبت و تشکیل ابرها و بارش

هرچه بخار آب در جو زمین بیشتر باشد، احتمال بارش نیز بیشتر است. بارش زمانی رخ می‌دهد که هوا به سمت بالا حرکت کرده و باعث میعان بخار آب به قطرات آب مایع شود. این قطرات کوچک از طریق نوعی فرآیند برخورد و همگرا شدن رشد می‌کنند. طی این فرآیند، قطرات به هم می‌پیوندند و قطره‌های بزرگتری را شکل می‌دهند. زمانی که این قطره‌ها به اندازه مشخصی رسیدند، برای معلق ماندن در هوا بیش از حد سنگین شده و به صورت باران، برف یا تگرگ سقوط می‌کنند.

فیلم آموزش ویژگی های فیزیکی مواد در فیزیک پایه دهم – مرور و حل تمرین (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

دقت کنید یک قطره باران معمولی حدود یک میلیون برابر بزرگتر از یک قطره ریز داخل ابر است. در داخل ابر تلاطم هوا باعث می‌شود قطرات ریز مدام به هم برخورد کنند. قطره‌های بزرگتر در مسیر حرکت خود به سمت پایین، قطره‌های کوچکتر را می‌بلعند و بزرگتر می‌شوند. زمانی که سرعت سقوط قطره از سرعت جریان‌های هوایی که آن را بالا نگه داشته‌اند بیشتر شود، به سمت زمین سقوط می‌کند. اینکه بخار آب به چه شکلی به زمین بازگردد، کاملا به دمای لایه‌های مختلف جو بستگی دارد:

• باران: اگر تمام مسیر تا زمین دمای بالای صفر داشته باشد.
• برف: اگر بخار آب مستقیما به کریستال‌های یخ تبدیل شود و تا زمین یخ‌زده بماند.
• تگرگ: زمانی که جریان‌های هوایی شدید، قطرات آب را چندین بار به لایه‌های بسیار سرد بالای جو می‌برند تا لایه لایه یخ دور آن‌ها شکل گرفته و سنگین شوند.

رطوبت و اثر گلخانه ای

بخار آب مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای طبیعی زمین است. رطوبت موجود در هوا مانند یک پتو عمل می‌کند، به این شکل که بخار آب گرمای خورشید را که از سطح زمین بازتاب می‌شود، جذب کرده و در جو نگه می‌دارد. بدون رطوبت، دمای زمین در شب‌ها به شدت افت می‌کرد و حیات با مشکل روبرو می‌شد.

رطوبت و انتقال انرژی در چرخه آب

رطوبت در چرخه آب به عنوان یک حامل انرژی عمل می‌کند، به این شکل که زمانی که آب از اقیانوس‌ها یا گیاهان تبخیر می‌شود، انرژی خورشید را به صورت گرمای نهان در خود ذخیره می‌کند. این انرژی همراه با بخار آب توسط باد به مناطق دیگر منتقل می‌شود. هنگامی که رطوبت در یک منطقه سردتر به باران تبدیل می‌شود (میعان)، آن انرژی ذخیره شده آزاد شده و می‌تواند باعث تقویت طوفان‌ها و سیستم‌های جوی شود.

اثر رطوبت روی احساس دما

رطوبت تعیین می‌کند که ما دما را چگونه حس کنیم. برای مثال زمانی که نقطه شبنم بالاتر باشد، هوا شرجی‌تر و ناخوشایندتر حس می‌شود. در رطوبت نسبی بالا نزدیک به $$100 \%$$، عرق به خوبی تبخیر نمی‌شود و بدن نمی‌تواند خود را خنک کند.