دليلك الشامل عن الرطوبة الجوية

ما هي الرطوبة؟

يشير مصطلح رطوبة الجو إلى وجود بخار الماء في الهواء، ففي الغرفة الاعتيادية توجد نسبة 1% من بخار الماء في الهواء إلا أن هذه النسبة يمكن أن تزداد أو تنقص بشكل كبير في غرفٍ أو أوساط أخرى. يبرز دور رطوبة الجو في الأيام الحارة على وجه الخصوص حيث تعمل الرطوبة المرتفعة على بعث إحساس بحرارة أعلى، أما الرطوبة المنخفضة فقد تجعل الإنسان يشعر بجفاف في الحلق ويتم قياسها بواسطة الهيجروميتر أو مقياس الرطوبة الجوية.

لماذا تعتبر الرطوبة مهمة؟

تؤثر رطوبة الجو بخواص الهواء والمواد التي يلامسها. ويعتبر بخار الماء عاملا أساسيا في الطقس والمناخ وهو غاز مهم من غازات الغلاف الجوي. تعتمد الكثير من عمليات التصنيع والتخزين والاختبار على مستوى الرطوبة ولذلك يتم قياس الرطوبة للتأكد من الحاجة إلى منع التكاثف والتآكل والعفن والتغليف وغيرها من الإجراءات وخصوصا في الصناعات الغذائية والدوائية والكيماوية وصناعات الوقود والخشب والورق وغير ذلك من المجالات.

عادة ما تتحكم أنظمة التبريد في المباني الضخمة بمستوى الرطوبة ويمكن صرف كمية لا بأس بها من الطاقة بهدف تبريد الهواء وإزالة بخار الماء منه. وهنا يأتي دور أجهزة قياس الرطوبة التي تعمل على تحقيق الظروف الهوائية المطلوبة وعلى تقليل الطاقة التي يتم صرفها لهذه الغاية عبر معرفة كمية التبريد والتنقية المطلوبة وعدم تجاوزها.

أجهزة قياس الرطوبة

بالرغم من أن الطبيعة مجهزة بمقاييس رطوبة بسيطة وطبيعية مثل ثمار شجرة الصنوبر ذات الطبيعة الخشبية والتي تفتح أجزاءها عند انخفاض الرطوبة على سبيل المثال، فقد توصل الإنسان إلى أدوات وأجهزة خاصة لقياس الرطوبة الجوية وذلك بسبب الحاجة إلى معرفة مستوى الرطوبة بشكل محدد لتأثيرها الكبير على حياة الإنسان ونشاطاته.

مقياس رطوبة الجو الكهربائي

إن مقياس الرطوبة (hygrometer) يعتمد في تصميمه على المكونات الكهربائية التي تمتص بخار الماء وفقا لرطوبة الجو ثم تغير مقاومة الكهرباء كنتيجة لذلك. عادة ما يكون الجهاز على هيئة مقياس أو حساس يتصل مباشرة أو عبر سلك بوحدة كهربائية لعرض قراءات الرطوبة التي تم التوصل إليها.

مقياس الرطوبة المعتمد على التكاثف

يعتمد هذا النوع من مقاييس الرطوبة على خلق تبريد يعمل على تكثيف بخار الماء الموجود في الهواء. يتم عند ذلك قياس درجة الحرارة الثابتة التي يحصل عندها التكاثف لتحديد درجة التندي (التكاثف) أو التجمد وعادة ما يتم استخدام مرآة مبردة مع حساس مرئي للتكاثف لإعطاء التعليمات بخصوص درجة تبريد المرآة.

السيكوميتر (مقياس الرطوبة الجاف والرطب)

يمكن قياس الرطوبة في الجو عن طريق الترطيب المتبخر وذلك عبر مقارنة درجة حرارة مقياس حرارة جاف مع مقياس مغلف بمادة رطبة في الهواء الطلق. بعد جمع القراءتين عن مقياسي الحرارة يمكن تحديد درجة الرطوبة عبر الاطلاع على جداول خاصة أو عبر الحساب (كما تتوفر درجة الرطوبة النهائية بشكل جاهز في بعض الأجهزة التي تقوم بحسابها بناء على درجتي الحرارة).

مقياس الرطوبة الميكانيكي

يطلق على هذا المقياس في بعض الأحيان مقياس الشعرة لأنه يعتمد على قياس التغير في طول الشعرة أو أي مادة عضوية أخرى لقياس مستوى الرطوبة. في بعض طرازات هذا النوع من المقاييس يمكن تسجيل النتائج على جدول وذلك بتغذية من بطارية أو ساعة أما الطرازات الأولية فليست بحاجة لتغذية بالطاقة أبدا. ومع أن الوقت الحالي يفضل مقاييس الرطوبة الإلكترونية التي تحتوي على حساسات فإن المقياس الميكانيكي يبقى في الاستخدام لقياس درجة رطوبة الغرف الداخلية.

ملاحظات لقياس رطوبة الجو

ماهي خواص بخار الماء؟

عادة ما يكون بخار الماء شفافا وغير قابل للرؤية وله خواص الغاز إلا عندما يتكاثف ليشكل مياها أو جليدا. وحتى بدون التكاثف يمكن أن يتفاعل بخار الماء مع الأسطح ويخترق المواد والأجسام. وتعتمد قدرة الغاز أو الفراغ أو الهواء على الاحتفاظ ببخار الماء على حرارته فكلما ارتفعت الحرارة كلما استطاع الغاز احتواء كمية أكبر من بخار الماء.

مفاهيم علمية تتعلق بالرطوبة وبخار الماء

الإشباع

عندما يحتوي الغاز أو الهواء على أكبر كمية ممكنة من بخار الماء في درجة حرارة معينة يعتبر قد وصل لحالة أو نقطة الإشباع. بمجرد إضافة أي كمية من البخار إلى هذا الوسط أو الغاز المشبع أو بمجرد إنقاص درجة حرارته، يبدأ بخار الماء بالتكاثف.

الضغط الجزئي

يتألف الهواء أو خليط الغازات من مجموعة من مكونات الغازات النقية (مثل الأكسجين والنيتروجين وغير ذلك من غازات). ويعتبر الضغط الجزئي لوسط غازي ما هو مجموع الضغط الجزئي لمكونات الغازات هذه. ففي هواء الغرفة العادي قد يصل الضغط الجزئي لبخار الماء إلى 1000 باسكال أما الضغط الجوي فقط يصل إلى 100000 باسكال.

ضغط إشباع الماء

هو الضغط الجزئي الأقصى لبخار الماء الذي يمكن ملاحظته على أرض الواقع. على أية درجة حرارة هناك حد أعلى لكمية بخار الماء التي يمكن للغاز أو الهواء أن يحتويها. على سبيل المثال، على درجة 20 درجة سيلسيوس يمكن أن يبلغ ضغط إشباع الماء 2500 باسكال.

الماء فائق البرودة

وهو الماء في حالته السائلة قبل بلوغ درجة حرارة التجمد الاعتيادية. عادة ما يظهر التكاثف عند الماء فائق البرودة على درجة 0 مئوية، أي أنها حالة الماء قبل التجمد مباشرة.