Luftfuktighet

Luftfuktighet er et mål på hvor mye vanndamp det er i luften og kan angis enten som absolutt luftfuktighet, relativ luftfuktighet, spesifikk luftfuktighet eller som forskjell mellom temperatur og duggpunktstemperatur. Relativ fuktighet er den mest brukte måten innen værvarsling. Fuktighet spiller en viktig rolle i dannelse av nedbør, dugg, tåke og ising som kan være alvorlig for fly og skip. Høy relativ fuktighet gjør at temperaturen kan føles høyere enn den er. Når det er mye fuktighet i luften vil dette redusere fordampningsevnen til svette på kroppen og avkjølingseffekten blir mindre. Luftfuktighet kan måles med et hygrometer.

Absolutt luftfuktighet

Absolutt luftfuktighet er et mål for hvor mye vanndamp det er innenfor et gitt volum og blir uttrykt som antall gram vanndamp per kubikkmeter luft.^[1] Denne størrelsen angis som AH (fra engelsk Absolute Humidity) eller ganske enkelt som f_v for fuktighet fra vann. Matematisk kan man da skrive

f_{v}={m_{v} \over V}

der m_v er massen av vanndamp i volumet V med fuktig luft. Med denne definisjonen er absolutt fuktighet ikke noe annet enn tettheten ρ_v til vanndampen i luften. For eksempel ved 30 °C vil den kunne variere fra 0 til 30 g/m³. Ved den høyeste verdien som tilsvarer metningstrykket for vanndamp, sier man at luften er «mettet» og man føler seg fuktig. Den absolutte fuktigheten betegnes da som $f_{*}$ .

Volumet til luften endrer seg i takt med lufttrykket, og dermed vil absolutt luftfuktighet også endre seg med lufttrykket. Dette kan være tungvint for utregninger innen kjemiteknikk, og som følge av dette blir absolutt fukt innen kjemiteknikk definert som massen av vann i forhold til massen av tørr luft. Dette er også kjent som blandingsforholdet (se under). Massen av vann per volum blir da definert som volumetrisk fukt.

Relativ luftfuktighet

Relativ luftfuktighet ved en bestemt temperatur er definert som forholdet mellom absolutt fuktighet og dens maksimale verdi ved denne temperaturen som tilsvarer metning. Dette mål for fuktighet tegnes som RH (fra engelsk Relative Humidity) eller mer vanlig med det greske bokstaven φ. Demed er

\phi ={f_{v} \over f_{*}}

og er en størrelse som kan variere mellom 0 og 1. Mest vanlig er det derfor å angi den i prosent %.

Vanndamp kan med god tilnærmelse beskrives som en ideell gass.^[2] Da er dens tetthet ρ_v = f_v direkte proporsjonal med dens partialtrykk p_v. En ekvivalent definisjon av relativ fuktighet er derfor

\phi ={p_{v} \over p_{*}}

hvor $p_{*}$ er metningstrykket til vanndampen ved den gjeldende temperatur. Innen meteorologien er det vanlig å betegne disse vanndamptrykkene som $e$ og $e_{*}$ som eventuelt også kalles E.

Da metningstrykket øker raskt med økende temperatur, vil den relative fuktigheten avta når luft med en gitt absolutt fuktighet varmes opp. Derfor sies det noen ganger at varm luft kan holde mer fuktighet. Avkjøles luft, vil den relative fuktigheten øke. For å få skyer og regn, må luften nå 100 % relativ fuktighet, men bare der skyene blir dannet eller der regnet oppstår. Dette skjer vanligvis ved at luften blir hevet og så avkjølt. Vanligvis faller regnet ned i luft med mindre relativ fuktighet. Noe av vannet i regnet kan fordampe inn i luften mens det faller, og på den måten øke fuktigheten, men sjelden nok til at fuktigheten blir 100 %. Faktisk kan regn som faller mot bakken være kaldt nok til å kondensere vanndamp fra varm og fuktig luft, og på den måten minke den relative fukten.

Spesifikk luftfuktighet

Spesifikk luftfuktighet q angir hvor stor del massen til vanndampen utgjør av den totale massen til fuktig luft i et bestemt volum. Med fuktig luft menes her en blanding av vanndamp og tørr luft. Kalles massen til den tørre delen av luften for m_d, er den spesifikke luftfuktigheten derfor gitt som^[1]

q={m_{v} \over m_{d}+m_{v}}

Dette kan skrives som

q={x \over 1+x}

når man innfører blandingsforholdet x = m_v/m_d. Når dette er lite, angir det derfor også den spesifikke fuktigheten.^[2]

I de fleste praktiske situasjoner kan man beskrive både vanndampen og den tørre luften som ideelle gasser med molare masser på henholdsvis M_v = 18.0 g/mol og M_d = 28.8 g/mol. Partialtrykket til den komponenten av luften som har molar masse M_i, kan da uttrykkes ved tettheten som p_i = ρ_iRT/M_i. Definisjonen av den spesifikke fuktigheten lar seg dermed omformes til

q={\rho _{v} \over \rho _{d}+\rho _{v}}={p_{v}M_{v} \over p_{d}M_{d}+p_{v}M_{v}}

Trykket til den tørre luften er nå via Daltons lov gitt ved totaltrykket p til den fuktige luften som p_d = p - p_v. Dermed blir

q={0.622\,p_{v}/p \over 1-0.378\,p_{v}/p}

etter å ha benyttet at M_v /M_d = 0.622. Vel under kokepunktet er p_v /p < 1 slik at man under slike forhold kan finne den spesifikke fuktighten med god nøyaktighet fra q = 0.622 p_v /p. Dette resultatet kan nå sammenlignes med uttrykket for den relative fuktigheten hvor metningstrykket til vanndampen inngår i stedet for det totale lufttrykket.^[2]

Duggpunktstemperatur

Duggpunktstemperatur er den temperaturen den aktuelle lufta må avkjøles til for at fuktigheten i lufta gir en mettet luftfuktighet. Forskjellen mellom temperaturen og duggpunktstemperaturen kan fortelle noe om hvor høyt over bakken skyenes underside, skybasen er. Grovt sett må man bevege seg 100 meter opp for hver grad temperaturforskjell. Ved store forskjeller på bakken vil naturen tørke fort og skogbrannfaren øker fort. Ved liten forskjell er det fare for at det plutselig danner seg skyer eller tåke.

Målemetode

Et hygrometer blir brukt til å måle relativ luftfuktighet.

Det fins forskjellige måleapparater for å måle fuktighet, som psykrometer eller hygrometer. Satellitter kan brukes til å måle fuktighet på global skala, og kan påvise vanndamp i troposfæren i høyder mellom 4 og 12 km. Disse satellittene har sensore som er sensitive for infrarød stråling. Vanndamp absorberer og sender ut stråling i dette spektralområdet. Slike satellittmålinger spiller en viktig rolle i overvåking av klima og i utviklingen av værvarsel for framtiden.

Fuktighet og lufttetthet

Fuktig luft er lettere, eller har mindre tetthet, enn tørr luft. Dette kommer av at vannmolekylene, H₂O, veier mindre enn nitrogen- (N₂) og oksygenmolekylene (O₂). Isaac Newton oppdaget dette fenomenet og skrev om det i boken Opticks.

Avogradros ideelle gasslov sier at et visst gassvolum ved en viss temperatur og et visst trykk alltid inneholder samme antall molekyler uansett hvilken gass det er. En kubikkmeter med helt tørr luft inneholder 78 % nitrogenmolekyler, som har en atomvekt på 28, mens 21 % av luften er oksygen, som har en atomvekt på 32. Den siste prosenten er en blanding av andre gasser. Hvis vannmolekylene erstatter nitrogen- og oksygenmolekyler, vil vekten til denne luften minke, og dermed også tettheten.

Dette kan virke rart siden vann blir sett på som tyngre enn luft. Det er sant at flytende vann er tyngre enn luft, men fuktig luft inneholder vanndamp og ikke flytende vann, og vanndamp er lettere enn nitrogen- eller oksygengass.

Effekt på kroppen

Menneskekroppen kvitter seg med varme i en kombinasjon av fordampning ved svette, konduksjon til den omkringliggende luften og varmestråling. Når fuktigheten er høy, vil fordampningsevnen til svetten fra huden minke, og kroppen må streve mer for å holde kroppstemperaturen nede.^[3] Hvis luften i tillegg er like varm eller varmere enn huden, vil ikke blodet klare å kvitte seg med varme til luften og en tilstand kalt hyperpyrexia kan oppstå. Når mye blod går til de ytre delene av kroppen for å kvitte seg med varme, vil mindre blod gå til aktive muskler, hjernen og andre indre organer. Den fysiske styrken blir raskt tappet og man blir utmattet mye raskere enn vanlig. Dette fører så til heteslag eller hypertermi.

Mennesket har ingen sans for å måle luftfuktighet. Såkalt tørr luft er en illusjon som vanligvis forårsakes av forurensning i lufta; dette kan være støv eller kjemikalier som lekker ut av bygningsmaterialene.^[4] En relativ fuktighet på mellom 30 og 60 % oppleves som komfortabel, mens 30-50 % regnes som optimalt for inneklimaet.^[5]

Er man utsatt for tørr luft over lengre tid kan man få plager som tørr hud, tørre slimhinner, tørt hår og tørre øyne. På grunn av tørre slimhinner kan man lettere bli utsatt for smitte av forkjølelse og influensa.

Se også

Referanser

^ ^a ^b Ø.G. Grøn, Termodynamikk for høgskole og universitet, Cappelen Damm, Oslo (2015). ISBN 978-8202420529.
^ ^a ^b ^c R. Müller, Thermodynamik: Vom Tautropfen zum Solarkraftwerk, Walter de Gruyther GmbH, Berlin (2014). ISBN 978-3-11-030198-4.
^ NEL, Arbeidsmedisin, Inneklima - luftkvalitet Arkivert 2. februar 2017 hos Wayback Machine., Norsk Elektronisk Legehåndbok.
^ B.R. Sørensen, Fuktig luft i innemiljøsammenheng Arkivert 2. februar 2017 hos Wayback Machine., forelesning ved UiT, Narvik.
^ «Riktig luftfuktighet angitt av Bedre Inneklima AS». Arkivert fra originalen 5. oktober 2021. Besøkt 5. oktober 2021.

Litteratur

E. Lillestøl, O. Hunderi og J.R. Lien, Generell Fysikk, Bind 2, Universitetsforlaget, Oslo (2001). ISBN 82-15-00006-1.

Eksterne lenker

UCSB, Water Vapor in the Atmosphere, forelesningsnotat.
TIS, Climate/Humidity Table, engelsk versjon.
The Engineering Toolbox, Water Vapor and Saturation Pressure in Humid Air.

[Grøn-1] Ø.G. Grøn, Termodynamikk for høgskole og universitet, Cappelen Damm, Oslo (2015). ISBN 978-8202420529.

[Müller-2] R. Müller, Thermodynamik: Vom Tautropfen zum Solarkraftwerk, Walter de Gruyther GmbH, Berlin (2014). ISBN 978-3-11-030198-4.

[3] NEL, Arbeidsmedisin, Inneklima - luftkvalitet Arkivert 2. februar 2017 hos Wayback Machine., Norsk Elektronisk Legehåndbok.

[4] B.R. Sørensen, Fuktig luft i innemiljøsammenheng Arkivert 2. februar 2017 hos Wayback Machine., forelesning ved UiT, Narvik.

[5] «Riktig luftfuktighet angitt av Bedre Inneklima AS». Arkivert fra originalen 5. oktober 2021. Besøkt 5. oktober 2021.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]