Kelembapan

Istilah kelembapan biasanya digunakan dalam bahasa seharian untuk merujuk pada kelembapan bandingan. Kelembapan bandingan ditakrifkan sebagai jumlah wap air dalam satu sampel udara yang dibandingkan dengan jumlah maksimum wap air udara yang dapat dikandungkan pada sebarang suhu tertentu. Kelembapan juga dapat diungkapkan sebagai kelembapan mutlak dan kelembapan tentu. Kelembapan bandingan adalah metrik penting yang digunakan dalam ramalan cuaca. Kelembapan menunjukkan besar kemungkinan kerpasan, embun atau kabus. Kelembapan tinggi membuatkan orang berasa lebih panas di luar pada musim panas kerana ia mengurangkan keberkesanan perpeluhan untuk menyejukkan tubuh badan dengan mencegah penyejatan peluh daripada kulit. Kesan ini dihitung dalam jadual indeks haba. Wap air yang panas mempunyai lebih tenaga haba berbanding wap air yang sejuk dan oleh itu lebih banyak wap air menyejat ke dalam udara panas berbanding udara sejuk dan suam.

Kelembapan mutlak

Kelembapan mutlak ialah kuantiti air dalam isipadu tertentu udara. Unit paling biasa adalah gram per meter padu, walaupun sebarang unit jisim dan unit isipadu dapat digunakan. Pound per kaki padu adalah biasa di AS, dan malahan kadang kala unit-unit lain yang mencampur baurkan sistem British dan metrik digunakan.

Jika semua air dalam satu meter padu udara dipemeluapkan ke dalam sebuah bekas, bekas itu dapat ditimbang untuk menentukan kelembapan mutlak. Jumlah wap dalam kubus udara itu adalah kelembapan mutlak bagi meter padu udara itu. Lebih teknikal: Kelembapan mutlak $AH$ sama dengan jisim wap air $m_{w}$, per meter padu udara, $V_{a}$ .

$AH={m_{w} \over V_{a}}$

Bagaimana pun, kelembapan mutlak berubah apabila tekanan udara berubah. Ini sangat menyukarkan pengiraan kejuruteraan kimia, misalnya bagi pengering pakaian yang suhu dapat sangat berubah-ubah. Akibatnya, kelembapan mutlak pada umumnya ditakrifkan dalam kejuruteraan kimia sebagai jisim wap air per seunit jisim udara kering, juga dikenali sebagai jisim nisbah campuran, yang lebih rapi bagi pengiraan keseimbangan haba dan jisim. Jadi jisim air per seunit isipadu seperti dalam persamaan di atas dapat ditakrifkan sebagai kelembapan isipadu metrik. Disebabkan kekeliruan yang mungkin, Standard British BS 1339 (semakan 2002) mencadangkan penghindaran istilah "kelembapan mutlak". Unit-unit seharusnya selalu diperiksa. Kebanyakan carta-carta kelembapan diberikan dalam g/kg atau kg/kg, tetapi sebarang unit jisim dapat digunakan.

Nisbah campuran / Nisbah kelembapan

Nisbah campuran atau nisbah kelembapan diungkapkan sebagai nisbah kilogram bagi wap air, $m_{w}$, per nisbah kilogram bagi udara kering, $m_{d}$, pada suhu yang diberi. Istilah percakapan "kandungan lembapan" (moisture content) juga digunakan bagi menggantikan nisbah campuran/kelembapan. Nisbah kelembapan adalah paksi standard dalam carta-carta psikrometrik, dan adalah parameter berguna dalam pengiraan psikrometrik kerana ia tidak berubah dengan suhu kecuali apabila udara menyejuk pada tahap bawah takat embun.

Nisbah itu dapat diberi sebagai:

$MRi={m_{w} \over m_{d}}$

Tekanan separa wap air dan udara juga dapat digunakan untuk mengungkapkan nisbah ini.

Kelembapan bandingan

Rencana utama: Kelembapan bandingan

Kelembapan bandingan ditakrifkan sebagai nisbah tekanan separa wap air dalam satu campuran gas antara udara dan wap air terhadap tekanan wap tepu air pada satu suhu yang diberi. Kelembapan bandingan diungkapkan dalam bentuk peratusan dan dikira seperti berikut:

$RH={p_{(H_{2}O)} \over p_{(H_{2}O)}^{*}}\times 100\%$

dengan

${p_{(H_{2}O)}}$ ialah tekanan separa wap air dalam campuran gas itu;

${p_{(H_{2}O)}^{*}}$ ialah tekanan wap tepu air pada suhu campuran gas; dan

$RH_{\,_{\,}}$ ialah kelembapan bandingan campuran gas yang dipertimbangkan.

Kelembapan tentu

Kelembapan tentu ialah nisbah wap air terhadap `udara kering tambah wap air` dalam satu isipadu tertentu. Nisbah kelembapan tentu diungkapkan sebagai nisbah kilogram wap air, $m_{w}$, per sekilogram campuran, $m_{t}$ .

Nisbah itu dapat ditunjukkan sebagai:

$SH={m_{w} \over m_{t}}={m_{w} \over m_{a}+m_{w}}$

Kelembapan tentu berhubung kait dengan nisbah campuran (dan begitu juga sebaliknya):

$SH={MR \over 1+MR}$

$MR={SH \over 1-SH}$

Pengukuran dan Pelarasan Kelembapan

Higrometer ialah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur kelembapan udara

Terdapat pelbagai alat yang digunakan untuk mengukur dan melaras kelembapan. Alat yang digunakan untuk mengukur kelembapan dipanggil psikrometer atau higrometer. Humidistat digunakan untuk melaras kelembapan bagi sebuah bangunan dengan satu de-humidifier. Semua ini beranalog dengan termometer dan termostat bagi kawalan suhu.

Kelembapan juga diukur mengikut skala global dengan menggunakan satelit-satelit yang ditempatkan secara berasingan. Sate;it-satelit ini mampu mengesan ketertumpuan air dalam troposfera pada altitud antara 4 dan 12km. Satelit-satelit itu yang dapat mengukur wap air mempunyai sensor yang sensitif terhadap sinaran inframerah. Wap air secara khusus menyerap dan memancarkan radiasi dalam jalur spektrum ini. Imejan wap air satelit memainkan peranan penting dalam pengawasan keadaan iklim (seperti pembentukan ribut petir) dan dalam pembangunan ramalan cuaca pada masa akan datang.

Mengapa kelembapan kurang daripada 100% apabila hujan

Kelembapan adalah ukuran jumlah wap air yang larut dalam udara, tidak termasuk sebarang air atau ais yang jatuh melalui udara. Bagi awan untuk terbentuk dan hujan untuk turun, udara perlu mencapai kelembapan bandingan 100%, tetapi hanya pada tempat awan terbentuk atau hujan turun. Ini biasanya berlaku apabila udara naik dan menyejuk. Kebiasaannya, hujan turun ke dalam udara yang kurang daripada kelembapan tepu. Sebahagian air daripada hujan itu mungkin menyejat ke dalam udara sebaik sahaja ia turun, lalu meningkatkan kelembapan, tetapi tidak semestinya cukup untuk menaikkan kelembapan kepada 100%. Malahan adalah mungkin bagi hujan yang turun melalui udara yang panas dan lembap untuk sejuk cukup untuk merendahkan suhu udara kepada takat embun, dengan itu memeluwapkan wap air di udara. Walaupun itu akan menaikkan kelembapan bandingan kepada 100%, air yang hilang daripada udara (sebagai embun) juga akan merendahkan kelembapan mutlak.

Kelembapan dan ketumpatan udara

Udara lembap kurang tumpat berbanding udara kering kerana molekul air lebih ringan daripada molekul nitrogen dan oksigen. Isaac Newton menemui fenomena ini dan telah menulis mengenainya dalam bukunya Opticks. Hukum gas ideal Avogadro menyatakan bahawa satu isipadu gas yang tetap pada suhu dan tekanan yang tertentu sentiasa mengandungi bilangan molekul yang sama tanpa mengira apa pun jenis gas itu. Pertimbangkan satu meter padu udara kering. Lebih kurang 78% molekul adalah nitrogen (N₂), dengan berat molekul sebanyak 28. 21% molekul lagi adalah oksigen (O₂), dengan berat molekul sebanyak 32. 1% terakhir adalah campuran gas-gas lain. Gabungan berat-berat ini dalam perkadaran yang betul akan memberikan berat molekul purata bagi udara lebih kurang sebanyak 29. Jika molekul wap air (H₂O), yang berat molekulnya sebanyak 18, menggantikan molekul nitrogen atau oksigen diatomik dalam isipadu yang tetap ini maka berat udara akan berkurangan, dan oleh itu ketumpatan pun berkurangan. Jadi, udara lembap mempunyai ketumpatan yang lebih rendah berbanding udara kering pada suhu dan tekanan yang sama.

Takat embun dan takat ibun

Tempat-tempat yang paling lembap di dunia

Bandar-bandar yang paling lembap di dunia biasanya terletak berhampiran dengan khatulistiwa, dekat dengan kawasan pantai. Bandar-bandar di Asia Selatan dan Tenggara nampaknya antara yang paling lembap. Kolkata dan Kerala di India; serta Bangkok di Thailand mengalami kelembapan melampau semasa musim hujan ditambah dengan kehangatan yang memberikan rasa sauna suam-suam kuku. Darwin di Australia mengalami musim basah lembap yang melampau dari Disember hingga April. Kuala Lumpur dan Singapura mempunyai kelembapan yang amat tinggi sepanjang tahun kerana hampir dengan kawasan air dan khatulistiwa dan cuaca mendung; meskipun terdapat pancaran sinar matahari, hari cerah sepenuhnya agak jarang di lokasi-lokasi ini dan ia kerap kali berkabus. Di tempat-tempat yang lebih sejuk seperti Tasmania Utara di Australia, kelembapan tinggi dialami sepanjang tahun berpunca daripada lautan antara tanah besar Australia dan Tasmania. Pada musim panas, udara yang kering dan panas diserap oleh lautan ini dan suhu jarang-jarang mencapai lebih daripada 30℃.

Di Amerika Syarikat, bandar-bandar yang paling lembap, tegasnya dari segi kelembapan bandingan, ialah Forks dan Olympia, Washington. Hakikat ini mungkin mengejutkan ramai orang, kerana iklim kawasan ini jarang-jarang memperlihatkan ketidakselesaan yang biasanya dikaitkan dengan kelembapan tinggi. Takat embun lazimnya lebih rendah di Pantai Barat berbanding di Pantai Timur. Kerana takat embun yang tinggi memainkan peranan yang bererti berbanding kelembapan bandingan dalam ketidakselesaan yang terhasil semasa hari-hari lembap, udara di bandar-bandar barat ini biasanya tidak berasa "lembap".

Takat embun tertinggi dicatatkan di kawasan berpantai Florida dan Texas. Apabila dibandingkan dengan Key West dan Houston, dua buah bandar paling lembap di negeri-negeri tersebut, kawasan berpantai Florida kelihatan mempunyai takat embun yang lebih tinggi di atas purata. Namun, seperti yang disebutkan oleh Jack Williams dalam USA Today, Houston kekurangan bayu pantai yang wujud di Key West.

Kesan terhadap tubuh badan manusia

Tubuh badan manusia membuang haba dengan gabungan penyejatan peluh, perolakan haba dalam udara sekeliling, dan sinaran haba. Dalam keadaan kelembapan yang tinggi, penyejatan peluh daripada kulit berkurangan dan usaha badan untuk mengekalkan suhu badan yang dapat diterima mungkin terganggu dengan nyata sekali. Juga, sekiranya atmosfera adalah panas sepanas atau lebih panas daripada kulit sepanjang masa kelembapan yang tinggi, darah yang dibawa ke permukaan badan tidak dapat membuang haba melalui pengkonduksian ke udara, dan satu keadaan yang dipanggil hyperpyrexia terhasil. Dengan sebegitu banyak darah diangkut ke permukaan luar badan, secara relatif akan kurang pergi kepada otot-otot aktif, otak dan organ-organ dalaman lain. Kekuatan fizikal akan berkurangan dan keletihan akan terjadi tidak lama kemudian atau sebaliknya. Tahap kepekaan dan kapasiti mental juga mungkin akan terganggu. Ini mengakibatkan keadaan yang dipanggil strok haba atau hipertermia.

Kesan terhadap peralatan elektronik

Banyak peralatan elektronik mempunyai spesifikasi kelembapan, sebagai contoh, 5 hingga 95%. Pada bahagian atas akhir julat ini, lembapan mungkin meningkatkan kekonduksian penebat telap lalu membawa kepada pincang tugas. Kelembapan yang terlalu rendah mungkin membuatkan bahan-bahan menjadi rapuh. Satu bahaya yang khusus bagi barang-barang elektronik, tidak mengambil kira julat kelembapan kendalian yang dimalarkan, adalah wap. Apabila sebuah barangan elektronik dipindahkan dari tempat yang sejuk (contohnya garaj) ke tempat yang panas dan lembap (umpamanya rumah), wap mungkin menyelubungi papan litar dan penebat yang lain, lalu membawa kepada litar pintas di dalam kelengkapan itu. Litar pintas sebegitu mungkin menyebabkan kerosakan kekal yang cukup besar sekiranya kelengkapan itu dihidupkan sebelum sempat wap itu menyejat. Kesan wap yang sama kerap kali dapat diperhatikan apabila seseorang yang memakai kaca mata datang dari tempat yang sejuk. Dinasihatkan agar membiarkan kelengkapan elektronik untuk menyesuaiiklim selama beberapa jam setelah dibawa dari tempat sejuk, sebelum menghidupkannya.

Begitu juga dengan perkara sebaliknya. Di tempat yang mempunyai kelembapan yang amat rendah, perubahan elektrik statik yang terhasil adalah tinggi. Peralatan elektronik, dan lebih khusus peralatan teknologi TTL, tidak mampu menanggung voltan yang melebihi voltan bekalan oleh margin kecil sebelum ia akan meletup dan menyebabkannya pincang tugas. Jadi kelembapan adalah ukuran penting dalam pengawalan pusat-pusat data

Syor-syor bagi keselesaan

Manusia mengawal suhu tubuh badan dengan perpeluhan dan gigilan. Agensi Perlindungan Alam Sekitar Amerika Syarikat (United States Environmental Protection Agency) memetik Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy Standard 55-1992 ASHRAE yang mengesyorkan penetapan kelembapan bandingan antara 30% dan 60%, dengan kelembapan kurang daripada 50% diutamakan untuk mengawal hama habuk (dust mite). Pada kelembapan yang tinggi perpeluhan menjadi kurang berkesan, oleh sebab itu kita berasa lebih panas; jadi orang akan berkeinginan untuk menyingkirkan kelembapan daripada udara dengan penyaman udara pada musim panas. Pada musim sejuk, pemanasan udara luar bilik yang sejuk dapat mengurangkan kelembapan bandingan dalam bilik ke tahap bawah 30% yang membawa kepada ketidakselesaan seperti kulit kering dan rasa dahaga yang berlebihan.

Rujukan

• United States Environmental Protection Agency, "IAQ in Large Buildings". Dicapai pada Jan. 9, 2006.

Pautan luar

• Glossary definition of absolute humidity Diarkibkan 2005-04-20 di Wayback Machine - National Science Digital Library
• Glossary definition of psychrometric tables Diarkibkan 2005-01-22 di Wayback Machine - National Snow and Ice Data Center
• Glossary definition of specific humidity Diarkibkan 2005-08-11 di Wayback Machine - National Snow and Ice Data Center