ณ
อุณหภูมิขีดหนึ่งอาหาศสามารถจะรับไอน้ำไว้ได้จนถึงขีดสูงจำกัดค่าหนึ่งเท่านั้น ถ้าเกินกว่าขีดสูงจำกัดค่านี้แล้วอากาศไม่สามารถรับไอน้ำไว้ได้อีกเลยจำนวนไอน้ำไว้ได้อีกเลยจำนวนไอน้ำนี้จะเพิ่มค่าได้ในเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
ณ
อุณหภูมิขีดหนึ่งเมื่ออากาศมีจำนวนไอน้ำสูงสุดตามขีดจำกัดนี้แล้ว
ไอน้ำจะทำให้ความกดอากาศขยายตัวออก และ ณ จุดนี้อากาศจะมีความกดสูงที่สุด
เมื่อเป็นเช่นนี้เรียกว่า “อากาศนั้นอิ่มตัว”
ถ้าอากาศยังไม่อิ่มตัว ไอน้ำจะเป็นเพียงก๊าซอิสระที่ผสมอยู่กับอากาศแห้ง
ไอน้ำนี้จะช่วยให้ความกดอากาศขยายตัวออกเช่นกับก๊าซอื่นๆ
ดังนั้นในการสร้างบาโรมิเตอร์ปรอทสำหรับวัดความกดอากาศจะต้องคิดเอาส่วนของความกดของไอน้ำรวมเข้ากับความกดของอากาศแห้งด้วย
การวัดความชื้น (Humidity measurement)
ตามปกติจำนวนไอน้ำจริงๆที่มีอยู่ในอากาศนั้นจะน้อยกว่าจำนวนไอน้ำเมื่ออากาศอิ่มตัว
เราจะหาค่าของจำนวนของไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศได้หลายวิธีด้วยกัน อาทิ เช่น
ความชื้นสัมพัทธ์ (Relative humidity)
คืออัตราส่วนระหว่างมวลของไอน้ำที่มีอยู่จริงกับมวลของไอน้ำอิ่มตัว ณ อุณหภูมินั้น
ความชื้นสัมพัทธ์ ความชื้นสัมพัทธ์สามารถคิดเป็นอัตราส่วนหรือร้อยละ
ความชื้นสัมพัทธ์ = มวลอากาศที่มีจริง x 100 / มวลไอน้ำอิ่มตัวที่ 25 o C
ตัวอย่าง เมื่ออุณหภูมิ 25 o
ปรากฏว่าอากาศซึ่งไอน้ำอยู่ลูกบาศก์เมตรละ 17.1
กรัม
แต่ความจริงแล้ว เมื่อ 25
o นั้น
อากาศอิ่มตัวมีไอน้ำอยู่ได้ลูกบาศก์เมตรละ 22.8 กรัม
ดังนั้น ความชื้นสัมพัทธ์ = มวลอากาศที่มีจริง x 100 / มวลไอน้ำอิ่มตัวที่ 25 o C
= 17.1 x 100 / 22.8
= 75 %
นั่นคือ อากาศมีเพียง 75 % ของไอน้ำซึ่งอากาศจะสามารถอุ้มไว้ได้เต็มที่
ความรู้สึกของมนุษย์ต่อความชื้น
คนเรามีความรู้สึกไวต่อความชื้นมาก หน้าที่หนึ่งของผิวของคนเราคือพยายามรักษาอุณหภูมิของร่างกายให้คงที่ ซึ่งทำได้โดยการ "ขับเหงื่อ" (Sweating) ออกมาจากร่างกาย ถ้าอากาศมีความชื้นสัมพัทธ์เป็น 100% แล้ว เหงื่อที่ผิวจะไม่สามารถระเหยได้ทำให้ไม่สามารถพาความร้อนออกจากร่างกาย (โดยการใช้พลังงานแฝงของการเปลี่ยนสถานะ) ได้และเราจะรู้สึกเหมือนว่าร้อนกว่าอุณหภูมินั้นมาก ในทางตรงกันข้าม ถ้าความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ เหงื่อที่ขับออกมาจะระเหยและพาความร้อนออกจากร่างกายไปด้วย จะทำให้เรารู้สึกเย็นกว่าที่เป็น
การวัดความชื้นสัมพัทธ์
วิธีที่แพร่หลายในการหาความชื้นสัมพัทธ์เรียกว่า "วิธีวัดอุณหภูมิกระเปาะเปียก-กระเปาะแห้ง"
เราใช้เทอร์โมมิเตอร์จำนวนสองตัว ตัวแรกสำหรับวัดอุณหภูมิของอากาศแห้งตามธรรมดา อีกตัวหนึ่งจะถูกหุ้มห่อด้วยวัสดุอุ้มน้ำ และหล่อไว้ด้วยน้ำ การทำงานจะอาศัยหลักการที่กล่าวมาแล้วในหัวข้อที่ผ่านมา เมื่ออากาศมีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ น้ำจะสามารถระเหยกลายเป็นไอได้มากและเร็ว (เนื่องจากว่ายังมี "ที่เหลือ" สำหรับไอน้ำในอากาศนั้นได้อีกมาก) ซึ่งอัตราการระเหยที่เร็ว (และสามารถพาความร้อนออกไปจากกระเปาะเปียกได้มาก) นี้ จะทำให้อุณหภูมิของกระเปาะเปียกต่ำมากกว่าอุณหภูมิของกระเปาะแห้งมาก ในขณะที่หากความชื้นในอากาศสูงมากขึ้น อัตราการระเหยการเป็นไอของน้ำในกระเปาะเปียกจะน้อยลง ทำให้นำพาความร้อนออกไปได้น้อยลง ผลก็คือความแตกต่างของอุณหภูมิของกระเปาะทั้งสองจะน้อยลง และเมื่อใดที่ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศเป็น 100% อัตราการระเหยของน้ำในกระเปาะเปียกจะเป็นศูนย์ด้วย ทำให้ไม่มีความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของกระเปาะเปียกและกระเปาะแห้งทั้งสอง
เมื่อเราทราบอุณหภูมิของกระเปาะเปียกและกระเปาะแห้งแล้ว เราสามารถหาความชื้นสัมพัทธ์ได้จากการเทียบกับชาร์ตที่เรียกว่า โนโมกราฟ (Nomograph) หรือ ไซโคเมตริกชาร์ต (Psychrometric chart) โดยที่การหาจากโนโมกราฟจะสะดวกรวดเร็วกว่าในกรณีนี้ (แต่ไซโคเมตริกชาร์ตจะให้รายละเอียดอย่างอื่นด้วย)
รูปที่ 1 โนโมกราฟและการใช้งาน
ทำไมความชื้นสัมพัทธ์ (ในอาคาร) จึงต่ำเมื่ออากาศ (ภายนอก) เย็น
ในประเทศที่มีอากาศหนาวเย็น เมื่อเราอยู่ภายในห้องหรืออาคารที่ทำการปรับอากาศ จะรู้สึกว่าอากาศ (ภายในอาคารนั้น) แห้งมาก ทั้งนี้เนื่องจากความสามารถในการเก็บกักไอน้ำของอากาศเย็น (ภายนอกอาคาร) ต่ำกว่าของอากาศร้อน เช่น อากาศเย็นปริมาตร 10,000 ลูกบาศก์ฟุตที่อุณหภูมิ 10 ฟาเรนไฮต์ สามารถเก็บไอน้ำได้ 7,700 grains สมมติว่าอากาศภายนอกอาคารมีความชื้นสัมพัทธ์สูงมากคือ 100% (อากาศมีไอน้ำอิ่มตัว) ต่อมาอากาศนี้ถูกทำให้อุ่นขึ้น (ภายในอาคาร) จนมีอุณหภูมิ 70 ฟาเรนไฮต์ ซึ่งอากาศที่อุณหภูมิ 70 ฟาเรนไฮต์ สามารถเก็บอุ้มไอน้ำไว้ได้ 80,500 grains (ในขณะที่มีปริมาณไอน้ำในอากาศคงที่เป็น 7,700 grains) ดังนั้นจะทำให้สัดส่วนของไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศจริงต่อไอน้ำที่อากาศที่ 70 ฟาเรนไฮต์ สามารถเก็บอุ้มไว้ได้ (ก็คือความชื้นสัมพัทธ์นั่นเอง) มีค่าต่ำมากเป็น 7,700/80,500 หรือต่ำกว่า 10% จึงเป็นเหตุผลที่ทำให้อากาศภายในอาคารที่ปรับอากาศให้อุ่นกว่าอากาศภายนอกอาคารมีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำมาก
