在濕熱試驗中,溫度和濕度共同作用,會形成一些物理現象并使樣品表面或內部受潮。
1、吸附現象:
氣體分子(在濕熱試驗中指水蒸氣分子)在空間運動時可能碰撞固體物質(樣品)的表面,當一定數量的分子連續碰在固體表面,在它重新回到空間之前,要在固體(樣品)表面“停留”一定長的時間。這時,氣體在表面上的濃度高于它在空間中的濃度,從而產生凝結。這種氣體在固體表面上“停留”的現象稱之為吸附。因此,吸附也可以說是氣體在固體表面上凝結和蒸發的一個中間過程。根據實驗結果,氣體吸附量與固體物質的性質、溫度及平衡時氣體的壓力三者有關。溫度愈低、壓力愈高,則吸附量就愈大。(感興趣的同學可以去研究一下函數關系式)
物理吸附是由范德華引力引起的,吸附層一般為多分子層。吸附速度較快,吸附時所需能量也較小,一般在低溫下便能進行。在濕熱試驗中以物理吸附現象居多。
2、凝露現象:
凝露實際上也是水分子在樣品上的吸附現象,但它是在試驗溫度上升時產生的。在升溫階段,樣品表面溫度低于周圍空氣露點溫度時,水蒸氣便會在樣品表面凝結成液體形成水珠。在交變濕熱試驗的升溫階段,由于樣品的熱慣性,使它的溫度上升滯后于試驗箱的溫度。因此,表面便產生了凝露現象。這種表面凝露量的多少,取決于樣品本身的熱容量大小,以及升溫速度和升溫階段的相對濕度,在交變濕熱試驗的降溫階段,封閉外殼的內壁也會出現凝露現象。
3、擴散現象:
擴散是分子運動的一種物理現象。在擴散過程中,分子總是從濃度大的地方遷移到濃度小的地方。濕熱試驗時,空氣中水蒸氣向濃度較低的材料內部擴散的速度可以用菲克定律表示出來。所以,濕熱試驗中由擴散引起的潮氣侵入,除了取決于試驗條件中的絕對濕度與溫度,還與樣品的材質有關。
4、吸收現象(也稱為流通現象)。
水蒸氣進入材料內,一般都是通過空隙。水蒸氣通過間隙的速度取決于孔的尺寸。如果孔隙的尺寸小于水分子的直徑,水蒸氣便不能進入。由于水蒸氣在空間是與空氣混合存在的,所以它的進入速度與水蒸氣和空氣的混合比例也有很大關系。將水蒸氣和空氣比例為1:1時,相當于80℃空氣飽和狀態下的水氣量作為界限。高于這個界限的稱為高蒸氣壓力,低于這個界限的稱為低蒸氣壓力,然后將水蒸氣進入空隙的機理分別進行討論:
①低蒸氣壓力下水氣進入機理:在溫度和水蒸氣壓力都不變的情況下(相當于恒定濕熱試驗),水蒸氣進入空隙主要是由于擴散作用,其速度主要取決于空隙中的空氣阻力(滲透系數)和空隙尺寸(空隙的大小雖然也影響進入速率,但并不嚴重)。當溫度變化(相當于交變濕熱試驗)時,空隙兩邊的水蒸氣壓力差強迫含有水蒸氣的空氣通過。這時進入速率不但與空隙阻力和空隙尺寸有關,還與空隙兩端的水蒸氣壓力差也有關。由此可見,恒定濕熱試驗與交變濕熱試驗的作用機理是不一樣的。
②高蒸氣壓力條件下,水蒸氣進入速度與空隙直徑有關,當空隙直徑小于水分子的平均自由路程時,水蒸氣進入為分子流;當空隙直徑大于平均自由路程時,進入速度為粘性流,空隙直徑處于上述二者之間時為過渡流。在高蒸氣壓力下,水蒸氣進入速度隨空隙大小變化說明,如果提高溫度來加速潮氣進入,對不同空隙尺寸將會有不同的速率,其加速倍數將是不一樣的。
綜上所述,水蒸氣通過吸收現象的進入,取決于溫度和水蒸氣壓力(絕對濕度)及材料的材質。
武漢金測恒定濕熱曲線圖
5、呼吸作用:
我們將封閉樣品內空腔中溫度變化引起的內外空氣交流,稱之為呼吸作用。在交變濕熱試驗的降溫階段,由于溫度急劇下降,引起封閉空腔內的空氣溫度下降或空腔內壁的凝露都會使腔內壓力降低,形成抽吸現象,吸入外界的潮濕空氣,因此,降溫階段的呼吸作用吸入潮氣量的多少,與溫度變化速率和絕對濕度有關。這種呼吸現象不僅僅發生在試驗溫度交變時,當具有封閉外殼的樣品,如封閉型旋轉電機在間歇運動過程中,殼內線圈發熱或冷卻的反復交替變化,也會發生呼吸作用。在潮濕條件下使用的電機產品,由于這種呼吸作用吸入潮氣,長期凝結成水在殼內積聚起來,也是屢見不鮮的。