Come calcolare l'umidità relativa dell'aria

Il cosiddetto "ciclo dell'acqua", da cui dipende la vita stessa nel nostro pianeta, è legato a molti fenomeni complessi che a loro volta avvengono perché fino a circa 10 km di altezza nell'atmosfera terrestre è presente un certo quantitativo di vapore d'acqua. Per esempio quando andiamo a prendere una bottiglia in frigo, la troveremo spesso coperta di goccioline d'acqua, m che sono prodotte dalla condensazione del vapore comunemente presente in atmosfera, avvenuta ad opera della bassa temperatura. Spiegherò brevemente come calcolare questa "abbondanza". La presenza di vapor acqueo, in un determinato luogo, ad un istante fissato, è descritta da una grandezza fisica chiama umidità relativa dell'aria.

• Conoscenze base di fisica

Prima di andare a riportare l'enunciato che ci permette di calcolare l'umidità relativa è utile definire il concetto di "pressione di vapore saturo". Questa grandezza rappresenta la pressione esercitata dal vapore sulle pareti del recipiente che lo contiene quando l'evaporazione cessa, in poche parole è la massima permessa per un vapore ad una temperatura fissata, ed è espressa in pascal nel Sistema Internazionale. Possiamo immaginare un recipiente chiuso con un certo volume di acqua liquida che facciamo evaporare riscaldandolo. Si arriverà ad un punto in cui mantenendo costante la temperatura, l'evaporazione smetterà di presentarsi come un fenomeno che aggiunge molecole nell'aria. L'ambiente del recipiente si dice "saturo" di vapore ovverosia la quantità di vapore assorbito è mediamente la stessa di quello emesso. A questo punto si deve stimare con un manometro la pressione: per quella temperatura sarà la pressione del vapore saturo di acqua. Il manometro è uno strumento che misura la pressione esercitata su una membrana di riferimento da parte di un gas.

L'umidità relativa è semplicemente il rapporto tra la pressione del vapore dell'acqua misurato in un dato esperimento e la pressione del vapore saturo dell'acqua nelle stesse condizioni e quindi ovviamente anche stessa temperatura. In formula:
Hr=Pw/Ps
dove rispettivamente si ha
Hr che rappresenta appunto l'umidità relativa
Pw è la pressione dell'acqua espressa in pascal
Ps è pressione del vapore saturo espressa in pascal
Ovviamente la presenza del vapore acqueo, come già detto, esercita una pressione sull'acqua che è legata all'impatto continuo delle molecole in movimento che sono presenti nell'aria e alla tensione superficiale del liquido che gli impedisce di disperdersi a sua volta.
I calcoli restano validi anche se effettuati in atmosfere o in torr, dal nome dello studioso Torricelli, allievo di Galileo.

Adesso applichiamo la formula nel particolare. Per esempio, misuriamo che in una certa zona la pressione del vapore d'acqua è di Pw=1.4kPa e la temperatura è di 20° C. Ricerchiamo nelle tabelle rintracciabili in qualsiasi testo di fisica o su internet stesso il valore della pressione del vapore saturo di acqua a 20° C che troviamo essere 2.3kPa e calcoliamo l'umidità relativa. Hr=1.4kPa/2.3kPa 0,61=61% poiché lo abbiamo moltiplicato per 100.

Conoscendo la definizione specifica di umidità relativa, si può dedurre ad esempio il perché un valore alto della stessa comporti un rallentamento nel processo dell'evaporazione del sudore (pressione del vapore d'acqua vicino a quella del vapore saturo) mentre una bassa umidità la favorisca, rendendo il processo di termoregolazione più efficiente e procurandoci la sensazione di fresco.

Un utile esempio dell'impiego delle proprietà del vapore saturo è nelle comuni pentole a pressione, in cui si impedisce al vapore di allontanarsi dalla superficie spostando di fatto in alto la temperatura di ebollizione dell'acqua.