Мы рассмотрели на молекулярном уровне, что происходит с водяным паром в воздухе. Чтобы численно описать все эти процессы, ввели следующие физические величины и термины.

1. Абсолютная влажность. Об этой величине мы уже говорили. Она показывает, какая масса пара находится в объеме воздуха.

2. Есть просто воздух, в котором содержится водяной пар, его мы описываем абсолютной влажностью. А нам бывает нужно знать, сколько в воздухе при данной температуре должно быть пара (то есть какая должна быть плотность водяного пара), чтобы он стал насыщенным. Для этого ввели плотность насыщенного пара – это абсолютная влажность воздуха, которая была бы, если бы пар был насыщенным. Это характеристика воздуха при данной температуре, равная максимальной массе водяного пара, который может находиться в 1 кубометре воздуха при данной температуре.

Значения плотности насыщенного пара для различных температур вычислены и занесены в таблицы:

Видим, что с ростом температуры эта величина увеличивается, и это можно объяснить. Поскольку с увеличением температуры больше вероятность, что связи между молекулами водяного пара не образуются, значит, в воздухе сможет содержаться больше водяного пара, который не будет конденсироваться.

3. Теперь мы можем сравнивать фактическое содержание пара в воздухе с максимально возможным.

Представьте себе лифт, в котором 400 кг груза. Это много или мало? Если он рассчитан на 500 кг, то это много, 80% от максимума, а если рассчитан на тонну, то еще можно грузить и грузить. Плотность насыщенного пара можно сравнить с максимальной грузоподъемностью лифта. И чтобы описать, насколько водяной пар близок к насыщенному, удобно ввести величину «относительная влажность». Это отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара, выраженное в процентах.

По сути, это отношение фактического количества водяного пара к максимально возможному. Если пар насыщенный, то его абсолютная влажность – это и есть плотность насыщенного пара . Тогда относительная влажность равна 100%:

Если пара меньше, то относительно влажность меньше 100%. Это как раз те проценты, которые мы слышим в прогнозе погоды и которыми чаще всего пользуемся в быту. Больше 100% относительная влажность быть не может, потому что в состоянии насыщенного пара по определению содержание воды в воздухе максимально, и любой избыточный пар конденсируется.

Если воздух абсолютно сухой, то есть он вообще не содержит водяных паров, то его относительная влажность равна 0%. Но в действительности это означает, что в данном объеме воздуха нет ни одной молекулы воды, что в обычных условиях недостижимо.

4. Мы связываем процессы конденсации, насыщения водяного пара со столкновением молекул. Чем чаще молекулы при данной температуре сталкиваются со стенкой сосуда, тем большее давление они на нее создают.

Значит, можно определить влажность воздуха и через давление водяных паров. Чем больше молекул водяного пара содержится в воздухе, тем больше относительная влажность. То есть относительная влажность пропорциональна количеству молекул водяного пара в воздухе:

Чем больше молекул, тем больше будет давление. Эти величины тоже пропорциональны:

То есть абсолютная влажность пропорциональна давлению паров воды при прочих равных условиях, а именно постоянном объеме и температуре.

Тогда относительную влажность можно определить как отношение давления водяных паров к давлению насыщенного пара при данной температуре:

Как и плотность, давление насыщенных паров определено для каждой температуры. Значения этой величины можно найти в таблице: