Definicje wilgotności materiałów

Wstęp

Najbardziej powszechnymi po pomiarach temperatury są pomiary wilgotności. W większości przypadków pomiary wilgotności odnoszą się do wilgotności powietrza (czyli gazu). W poniższym artykule skupimy się głównie na definicji wilgotności materiałów stałych typu ciała stałe i ciecze. Dla gazów wilgotność jest definiowana w odmienny sposób.

Nazewnictwo

Jak to zostało zasygnalizowane we wstępie termin wilgotność (ang. humidity) najczęściej odnosi się do wilgotności powietrza. W języku angielskim bardziej powszechne jest odróżnienie wilgotności powietrza (ang. air humdity) od wilgotności materiału (ang. material moisture). Moisture tłumaczmy jako wilgoć. W języku polskim polskim nazwa „wilgoć materiału” raczej nie funkcjonuje – już bardziej „zawartość wilgoci w materiale” ale jest to wielowyrazowe określenie i w języku mówionym się nie przyjęło (tzw. zasada oszczędzania wysiłku – dążenie do zmniejszania ilości słów/wyrazów). Przyjęły się za to określenia mierniki wilgoci (dotyczą materiału) w odróżnieniu od mierników wilgotności (na ogół dotyczą wilgotności powietrza). Dodatkowo sprawę nazewnictwa komplikuje możliwość określenia wilgoci materiału (dla materiałów higroskopijnych tzn.takich, które chłoną parę wodną z powietrza np. drewno, papier) na podstawie pomiaru wilgotności powietrza, którym materiał jest otoczony – tzw. metoda równowagowa pomiaru wilgoci. Podsumowując – dla pewności przy pomiarach wilgotności trzeba zwrócić uwagę czy chodzi o wilgotność powietrza czy materiału, bo inaczej definiuje się wilgotności dla ciał stałych a inaczej dla gazów (np. powietrza).

Definicje wilgotności materiałów stałych

Wilgotność materiału informuje o ilości wody materiale. Są różne definicje wilgotności materiałów. Niestety nie ma jednolitych symboli literowych przyjętych dla wilgotności materiału ani w języku polskim ani w angielskim. W artykule przyjęty został dla wilgotności materiałów symbol literowy M (od ang. Moisture).

Wilgotność bezwzględna (Moisture absolute)
- Czyli jak wynika ze wzoru wilgotność bezwzględna jest to stosunek masy wody zawartej w materiale do masy suchego materiału pomnożony razy 100 aby uzyskać wynik w procentach
- W wilgotności bezwzględnej masa wody jest odniesiona do masy materiału suchego – dlatego często jest ta wilgotność określana jako wilgotność sucha (ang. dry)
- Cechą tej wilgotności jest to, że może przekroczyć 100% co nie jest możliwe dla wilgotności względnej materiału
- Wilgotność bezwzględna jest stosowana np. przy pomiarach wilgotności drewna, papieru
- Inne nazwy dla wilgotności bezwzględnej to wilgotność masowa, ang. Gravitmetric Water Content (GWC)
Wilgotność względna (Moisture relative)
- Czyli jak wynika ze wzoru wilgotność względna jest to stosunek masy wody zawartej w materiale do masy wilgotnego materiału (masa wody + masa suchego materiału) pomnożony razy 100 aby uzyskać wynik w procentach
- W wilgotności względnej masa wody jest odniesiona do masy materiału mokrego – dlatego często jest ta wilgotność określana jako wilgotność mokra (ang. wet)
- Cechą tej wilgotności jest to, że nie przekracza 100%
- Wilgotność względna jest stosowana np. przy pomiarach wilgotności zbóż, trocin.
Wilgotność objętościowa (Moisture volumetric)
- Cechą tej wilgotności jest to, że nie przekracza 100%
- Inne nazwy dla wilgotności objętościowej ang. Volumetric Water Content (VWC)
- Wilgotność objętościowa oznaczana jest często literą grecką θ
- Wilgotność objętościowa jest najczęściej używana do pomiarów wilgotności gleby

Przeliczenia wilgotności materiałów

Wilgotności materiałów różnie zdefiniowane powyżej można przeliczać między sobą w razie potrzeby wg poniższych wzorów:

Przykład obliczania wilgotności materiałów

Materiałem wzorcowym do przeliczeń będzie porowata gąbka.

Założenia i wstępne wyliczenia:

Masa mokrej gąbki = 110 gramów
Masa suchej gąbki = 53 gramy
Masa wody w gąbce = 110-53 = 57 gramów
Objętość wody w gąbce – ok. 57cm³
- Gęstość wody wynosi ok. 1g/cm³ -> objętość wody 57g/(1g/cm³)=57cm³
Objętość gąbki = 8x20x5cm = 800cm³

Obliczenia:

Podsumowanie

Powyższy przykład pokazuje duże różnice wilgotności materiału w zależności od definicji według której jest wyliczana. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę w danych technicznych czujnika/miernika wilgoci na typ wilgotności na wyjściu czujnika.