الرطوبة
يشير مصطلح الرطوبة إلى مقدار الماء أو بخار الماء في الهواء، وينقسم إلى نوعين، وهما الرطوبة المطلقة والرطوبة النسبية، حيث يتم تصنيف الهواء وفقا لكمية بخار الماء فيه، وذلك على النحو التالي
الهواء الجاف: يتميز الهواء الجاف بعدم وجود بخار الماء فيه.
الهواء الرطب: الهواء الرطب هو الهواء الذي يحتوي على كمية قليلة من بخار الماء.
الهواء المشبع: يعني المصطلح `الهواء المشبع` الهواء الذي لم يعد يمتص المزيد من بخار الماء.
درجة الحرارة
الحرارة هي مقياس لقياس درجة البرودة أو الحرارة أو الطاقة الحرارية التي تتدفق في جسم ما من الجسم الأكثر دفئا إلى الجسم الأكثر برودة بشكل تلقائي، وتجدر الإشارة إلى أن درجة حرارة نظام معين لا تكون بالضرورة مساوية للطاقة المخزنة فيه، فعلى سبيل المثال، يكون متوسط درجة حرارة مباراة محترقة أعلى بكثير من متوسط درجة حرارة جبل جليدي، ولكن إجمالي الطاقة الحرارية الموجودة في جبل جليدي أعلى بكثير من الطاقة الحرارية الموجودة في عود الثقاب.
يمكن قياس درجة الحرارة باستخدام الأجهزة التي تقيس الطاقة الحرارية لجزيئات المواد مع ارتفاع درجة الحرارة، وتزداد سرعة الجزيئات مما يؤدي إلى زيادة حجم أو مساحة سطح تلك المادة بسبب تمددها، كما تستخدم الأجهزة لقياس درجة الحرارة بطريقة غير مباشرة من انتشار المواد، وتعرف هذه الأجهزة باسم “موازين الحرارة” بما في ذلك موازين الحرارة السائلة وهو عبارة عن أنبوب زجاجي رقيق مملوء بكمية قليلة من الزئبق.
تعتمد موازين الحرارة على خصائص التمدد الحراري للسائل، حيث يزداد حجم الزئبق عند ارتفاع درجة الحرارة مما يؤدي إلى ظهور قيم أكبر على الميزان. وتنقسم وحدات قياس درجة الحرارة إلى ثلاث وحدات أساسية وهي: مقياس سيلسيوس ومقياس كلفن.
العلاقة بين الرطوبة ودرجة الحرارة
تتفاعل الرطوبة ودرجة الحرارة مع بعضهما البعض، حيث يؤثر أحدهما على الآخر عند تغير درجة الحرارة. كما تتغير كمية التبخر والرطوبة في الهواء. لذا فإن درجة الحرارة والتبخر والرطوبة هي ظواهر بيئية مترابطة. تزداد الرطوبة عندما تنخفض درجات الحرارة ويقترب الهواء من نقطة الندى. نقطة الندى هي درجة الحرارة التي يصبح فيها الغلاف الجوي مشبعا. من الضروري أن تكون قادرا على قياس الرطوبة.
عندما يشبع الهواء بالرطوبة، يمكن التعبير عنها على أنها ضغط بخار، ولذلك من المهم فهم طبيعة بخار الماء الغازي، ويمكن حساب ضغط بخار الماء الناتج عن الرطوبة المطلقة عن طريق معادلة الغاز، وذلك باستخدام R لثابت الغاز، و T لدرجة الحرارة المطلقة، و M للوزن الجزيئي للماء، و e لضغط بخار الماء بالمليبار (MB).
يمكن تعريف الرطوبة النسبية على أنها نسبة ضغط بخار عينة الهواء إلى ضغط التشبع عند درجة الحرارة الحالية، وبالإضافة إلى ذلك يمكن عرض سعة البخار وتأثير درجة الحرارة في ظل ظروف ضغط البخار المشبع العادي، كما يتم تحرير بعض الجزيئات باستمرار من السائل إلى الفضاء العلوي داخل تجمع من الماء السائل، في حين يعود المزيد والمزيد من جزيئات البخار إلى السائل مع زيادة تركيز البخار.
تتهرب أعداد متساوية وتعود ثم يتشبع البخار ويحدد ضغطه بضغط بخار التشبع. وعندما يتم تسخين السائل والبخار، يخرج المزيد من الجسيمات النسبية من الخلف وترتفع. ويوجد أيضا ضغط تشبع متعلق بالجليد، حيث يتم تحديد موقعه بنقطة الغليان التي تبلغ 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) على شكل منحنيات ضغط بخار الماء مثل العديد من المواد الأخرى.
ضغط بخار الماء المشبع يصل إلى 1013 ميجاباسكال (1 جو قياسي)، وهو الضغط الجوي القياسي عند سطح البحر. يمكن حساب انخفاض نقطة الغليان مع الارتفاع، فمثلا، ضغط بخار الماء المشبع عند 40 درجة مئوية (104 درجة فهرنهايت) يصل إلى 74 ميجاباسكال (0.07 أجواء قياسية)، والضغط الجوي القياسي بالقرب من ارتفاع 18000 متر (59000 قدم) هو 74 ميجاباسكال أيضا. وبالتالي، يغلي الماء عند درجة حرارة 40 درجة مئوية.
يمكن بسهولة توضيح الاستجابة اليومية لنسبة الرطوبة لدرجة الحرارة في صباح الصيف، حيث يمكن أن تكون درجة الحرارة 15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت)، ونسبة الرطوبة تكون 100 في المائة. وفي هذا الوقت، سيكون ضغط البخار 17 ميغاباسكال (0.02 أجواء قياسية)، ونسبة الخلط ستكون حوالي 11 جراما من الماء لكل كيلوجرام من الهواء بالوزن. وبالتالي، يمكن أن يرتفع الهواء إلى درجة حرارة 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت) خلال الظهيرة.
بينما يمكن أن يضيف التبخر القليل من الماء عند 25 درجة مئوية، ويكون ضغط التشبع 32 ميجا بايت (0.03 أجواء قياسية) ومع ذلك، وإذا تمت إضافة القليل من الماء إلى الهواء، فسوف يظل ضغط البخار حوالي 17 ميغا بايت، وبالتالي بدون تغيير محتوى البخار، انخفضت الرطوبة النسبية من 100 إلى 53 بالمائة فقط، وهو ما يفسر سبب عدم تحديد الرطوبة النسبية للكتل الهوائية.
نقطة الندى هي مؤشر أدق للرطوبة واشباع الهواء بالرطوبة النسبية. وتعتبر النقطة الندى قياسا مطلقا بالمقارنة مع الرطوبة النسبية. عندما يكون النقطة الندى متساوية مع درجة الحرارة والرطوبة النسبية 100٪، يحدث التكثيف وتتشكل الماء السائل. ومثال على ذلك هو عندما تكون درجة التكثيف ودرجة الحرارة هما نفس القيمة، فذلك لا يعني بالضرورة حدوث هطول قطرة ماء في الجو.
النسبة المثالية للرطوبة
تؤثر الرطوبة بشكل كبير على الصحة العامة، وربما يتساءل البعض عن النسبة المثالية للرطوبة في الجو، وتشير وكالة حماية البيئة الأمريكية إلى أن النسبة المثالية للرطوبة يجب أن تتراوح بين 30٪ و 50٪، حيث تسبب الرطوبة العالية (أكثر من 50٪) أو الرطوبة المنخفضة (أقل من 30٪) العديد من المشاكل، بما في ذلك
- يتسبب ارتفاع نسبة الرطوبة في العديد من المشاكل، حيث يؤثر على جودة الهواء داخل المنازل ويتسبب في ظهور العفن وتقشر ورق الحائط، مما يؤثر بشكل كبير على الصحة.
- ومن بين العديد من المشاكل الأخرى، يمكن أن يحدث ظهور طفح جلدي نتيجة انسداد المسام، وذلك لأنها لا تستطيع التعرق، ويحدث تهيج في الأنف والعينين والحلق، وزيادة انبعاث المركبات العضوية، مما يؤدي إلى مخاطر صحية أخرى مثل الإكزيما والسرطان وتلف الجهاز العصبي.
- المشاكل المصاحبة لانخفاض الرطوبة بما أنّ الرطوبة العالية تؤثر على الصحة، فإن الرطوبة المنخفضة لها أيضًا آثارها، بما في ذلك: زيادة التعرض لنزلات البرد وأمراض الجهاز التنفسي، والشعور بالرهبة في الجسد، والإصابة بجلد جاف ومتشقق ومثير للحكة، وتشقق الشفاه، وعيون جافة، ونزيف في الأنف.
طرق للمحافظة على نسبة الرطوبة في الجو المغلق
هناك عدة طرق بسيطة للحفاظ على رطوبة الغرفة المثالية (30 إلى 50٪) وتشمل ما يلي:
- استخدم مزيلات الرطوبة: تهدف مزيلات الرطوبة إلى تقليل الرطوبة الزائدة في المنزل للتخلص من مسببات الحساسية مثل العفن والغبار، وتتوفر مزيلات الرطوبة على شكل أجهزة محمولة أو مثبتة، وتتميز الأجهزة المحمولة بأسعار مناسبة وسهولة الاستخدام، بينما تتطلب الأجهزة المثبتة تركيب احترافي مما يجعلها أكثر تكلفة.
- استخدام المرطبات: حيث أنّ أجهزة الترطيب هي أجهزة تطلق بخار الماء في الغلاف الجوي للحفاظ على الرطوبة في الغرفة، حيث يساعد استخدام المرطبات عندما تكون الرطوبة منخفضة جدًا على التخفيف من العديد من الأعراض الصحية المرتبطة بالهواء الجاف، وتتوفر المرطبات كمرطب بارد أو دافئ، ولكل منها مزاياها وعيوبها.