腐食概論:鋼の腐食

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            【相対湿度とは】

 相対湿度(RH:relative humidity)とは,ある温度( T)で計測された水蒸気圧( E)と,その温度での飽和水蒸気圧( Es (T))(Saturation Vapor Pressure) に対する百分率と定義されている。
 
   RH(%)=100×E/Es (T)
 
 相対湿度は,通風乾湿計を用いて精度よく計測できる。乾球温度(dry-bulb temperature)を気温とし,その時の水蒸気圧が飽和水蒸気圧(saturated water vapor pressure)に達していない場合は,湿球の表面から水が蒸発し,湿球温度(wet-bulb temperature)が下がる。
 湿球の水の蒸発が平衡状態になったとき,湿球の周りは水蒸気で飽和した状態となる。すなわち,湿球の温度での飽和蒸気圧が,その時の周りの空気の水蒸気圧と考えることができる。厳密には,スプルングの式(Sprung's equation)を用いて,計測した時点の気圧による補正が必要になる。
 水の飽和蒸気圧 Es( hPa)の温度 T(℃)に対する依存性は,近似的には,次のティテンの式(Tetens's equation)で求めることができる。
 
   Es (T)=6.1078・exp{ 17.27 T/ (T+237.3)}
 
 気温と飽和水蒸気圧の関係を下図に示す。温度と共に飽和蒸気圧が加速度的に増加しているのが分かる。

飽和水蒸気圧の温度依存性

飽和水蒸気圧の温度依存性

 飽和蒸気圧 Esと大気の水蒸気圧 E は,ある時点での乾球温度 Td(℃)湿球温度 Tw(℃),及び大気圧 P(hPa)を計測することで求められる。
 
 湿球温度 Twでの水の飽和水蒸気圧 Es (Tw)(hPa)は,ティテンの式を用いて,
     Es (Tw)=6.1078・exp{ 17.27 Tw/ (Tw+237.3)}
 となる。
 このときの水蒸気圧 E (hPa)は,スプルングの式を用いて,
     EEs (Tw)-A・P (Td-Tw)
   ここに,A:乾湿計係数(= 0.000662 K-1
 となる。
 
 乾球温度 Tdでの水の飽和水蒸気圧 Es (Td)(hPa)は,ティテンの式を用いて,
     Es (Td)=6.1078・exp{ 17.27 Td/ (Td+237.3)}
 となる。
 これによって,乾球温度 Td(℃)での相対湿度は,RH(%)=100×E/Es (Td) ={Es (Tw)-A・P (Td-Tw)}/Es (Td) となり,乾球温度 Td ,湿球温度 Tw ,及び大気圧 P(hPa)から求めることができる。
 
 【参考】
 相対湿度(relative humidity)
 相対湿度(RH)とは,ある温度(T)で計測された水蒸気圧(E)と,その温度での飽和水蒸気圧( Es (T))(saturated water vapor pressure) に対するの百分率と定義されている。
    RH(%)=100×E/Es (T)
 絶対湿度(absolute humidity)
 水蒸気量を直接示すために用いられる。一般的には,大気の一定体積(1m3)当たりの水蒸気の量(g)で表わす容量絶対湿度 VH(volumetric humidity ; g/m3)で表される。
 すなわち,容積 Va(m3)に含まれる水蒸気の質量を Mw(g)とすると,容量絶対湿度  VH=Mw/Va  で定義される。
 相対湿度 RH との関係は,T:温度(℃),E:水蒸気圧,Es(T):飽和水蒸気圧,とした場合に次式で与えられる。
    VH= (RH/100)・Es(T)・216.7/(T+273.15)
 蒸気圧(vapor pressure)
 気象学では,空気中の水蒸気分圧に対して用いられ,気液平衡の時の水蒸気分圧は飽和蒸気圧や平衡蒸気圧という。物理学一般では,蒸気圧を気液平衡の場合の平衡蒸気圧を指すことが多い。
 飽和水蒸気圧(saturated water vapor pressure , saturated steam pressure)
 気象学において,水蒸気が気液平衡にある場合の蒸気圧をいい,一般的には平衡蒸気圧という。
 なお,地表付近(一気圧),温度 T(℃)の飽和水蒸気圧は,Es(T) ≒ 6.1078・exp{ 17.27・T/(T+237.3)} で近似できる。
 平衡蒸気圧(equilibrium vapor pressure)
 液相,又は固相と相平衡になる気相の圧力で,温度に依存して決まる物質特有の物性値である。
 ちなみに, 液相にあるときの蒸気圧が外圧に等しくなる温度を沸点(boiling point),固相の蒸気圧が外圧に等しくなる温度を昇華点(sublimation point)という。
 スプルングルの式(Sprung's equation)
 乾球温度,または湿球温度と乾球・湿球間の温度差と気圧とから水蒸気圧を求める式。
 ティティンの式(Tetens's equation)
 湿球温度と乾球温度から飽和水蒸気圧を求める近似式。

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