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測定パラメータ「湿度」の物理的原理

大気には、常にある程度の水蒸気が含まれています。その含有量は「気体湿度(湿度)」と呼ばれ、時間や場所に応じて変化します。あらゆる物質と同様、空気にも水分の含有量に限界があります。この限界になった状態が「飽和」です。飽和レベルを下回っている場合、湿度が高い空気と乾いた空気を肉眼で区別することはできません。飽和レベルを超えると、過剰な水分が凝縮されて細かい水滴の形になり、肉眼で確認できるようになります。これが霧です。

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空気中の水分量と湿度

空気中に存在できる水分の量は空気の温度によって変わり、空気の温度が高ければ高いほど、存在できる水分の量は増えます。

温度に応じて保持できる水分量が変わるスポンジをイメージしてみましょう。このスポンジは気温0°Cで4.8gの水を吸収できます(これが湿度100%に相当します)。4.8gを超えると、スポンジから水がしたたり始めます。スポンジに含まれる水分が2.4gの場合、これは0°Cでの相対湿度50%に相当します。

20°Cでは、このスポンジは17.3gの水分を保持できます(つまり20°Cの場合、17.3gの水分でスポンジの相対湿度が100%となります)。この20°Cの状態でスポンジが2.4gの水分を保持している場合、相対湿度約14%に相当します。

留意事項:

温度が下がると、相対湿度は上がります(水分の量は変わりません)

湿度のパラメータ

気体の絶対湿度

絶対湿度(fabs)は、空気中に含まれる水分の重量を、その水分を含む空気の体積で割ることで算出されます。絶対湿度の単位は通常、g/m³です。

absolute-humidity-1050x400px-EN.jpg

気体の相対湿度

相対湿度は、対象の空気の最大絶対湿度に対する、実際に空気中に含まれる水分量の割合を表します。相対湿度はパーセント単位で表されます。

relative-humidity-1050x400px-EN.jpg

気体湿度の最大値と露点温度

気体湿度の最大値

気体湿度の最大値は、対象の温度(fmax)での絶対湿度の最大値です。空気中の水蒸気分圧がその温度での水の飽和蒸気圧と同じになったときに、絶対湿度の最大値に達します。この状態での相対湿度は100%です。

最大湿度を超えると、過剰な水蒸気が凝結し、水滴となります。飽和湿度は絶対湿度で、g/m³単位で表されます。

maximum-humidity-1050x1200px-EN.jpg

露点温度

露点温度は、空気中の水蒸気含有量が最大レベル(気体湿度100%)である場合の温度です。つまり、水蒸気圧と飽和蒸気圧が同じであることを意味します。したがって、露点温度は、その時点の温度に依存するパラメータです。

露点温度は環境温度と相対湿度から求められます。同様に、相対湿度は環境温度と露点温度によって求められます。さらに、空気の絶対湿度も、このような値をもとに算出できます。

備考

自然界では、凝縮した水蒸気は、固体の表面に露となって現れます。低~中程度の活動をしている人間が最も快適と感じる相対湿度は30~65%です。