Министерство образования и науки Челябинской области

МОУ «Тимирязевская средняя общеобразовательная школа»

Исследовательская работа

Определение влажности воздуха в кабинетах школы

Выполнили: Ахметова Анжела и

Кузин Егор,

обучающиеся 7 класса

Руководитель: Мигранова

Елена Маратовна,

Учитель физики и математики

Чебаркульский муниципальный район п. Тимирязевский

2016

ВВЕДЕНИЕ 3

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОНЯТИЯ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА 5

1.Определение и характеристики влажности воздуха 5

Парциальное давление водяного пара 5

Абсолютная влажность 5

2 Приборы для измерения относительной влажности воздуха 7

3. Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека 8

ΙΙ. ОПЫТНАЯ РАБОТА ПО ИЗМЕРЕНИЮ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ В ПОМЕЩЕНИИ ШКОЛЫ 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14

ЛИТЕРАТУРА 15

ВВЕДЕНИЕ

Воздух - неотъемлемая часть в жизни каждого человека - это один из источников жизни. Человек не может жить без воздуха. Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Важное значение для человека наряду с температурой и давлением атмосферы имеет количество в ней водяных паров. Относительная влажность воздуха - важный экологический показатель среды. От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для терморегуляции организма. При слишком низкой или слишком высокой влажности наблюдается быстрая утомляемость человека, ухудшение восприятия и памяти.[11]

Влажность влияет не только непосредственно на самого человека, но на окружающий его мир. Хранение произведений искусство и книги требуют поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Поэтому в музеях на стенах вы можете видеть психрометры (прибор для измерения влажности). Продукты питания, строительные материалы и даже многие электронные компоненты допускается хранить в строго определённом диапазоне относительной влажности воздуха. Многие технологические процессы возможны только при строгом контроле содержания паров воды в воздухе производственного помещения. [12] Хотя количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико, роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков, что приводит к выравниванию климатических условий в достаточно удаленных друг от друга районах Земли. Известно, что большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. В сухом воздухе, имеющем малую относительную влажность, испарение (и связанное с ним охлаждение) происходит быстро. В воздухе с большой относительной влажностью испарение замедляется и охлаждение незначительно. [2]

Таким образом, возникает проблема: соответствует ли относительная влажность воздуха, который нас окружает, санитарным нормам.

Целью исследования является:

• измерение относительной влажности воздуха в помещении школы;

• изучение влажности воздуха и ее влияния на жизнедеятельность человека.

Для достижения цели решались следующие задачи:

• изучить понятие влажность воздуха;

• выяснить, каким образом влажность воздуха влияет на жизнедеятельность человека;

• измерить влажность воздуха в разных помещениях нашей школы: в предметных кабинетах, в компьютерном классе, в столовой и соотнести его с санитарными нормами;

• изучить недельный прогноз погоды.

Объект исследования - помещение школы.

Предмет исследования - относительная влажность воздуха.

Методы исследования: измерение, сравнение, анализ, синтез.

Гипотеза: Если человек - дитя природы, то колебания влажности воздуха, атмосферного давления и температуры влияют на его трудоспособность и на самочувствие.

Новизна исследования заключается в том, что до настоящего времени в МОУ «Тимирязевская СОШ» не определялась относительная влажность воздуха и не рассматривалось ее соответствие нормам.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОНЯТИЯ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

1.Определение и характеристики влажности воздуха

Влажность воздуха - содержание в воздухе водяного пара.

Водяной пар в воздухе, несмотря на огромные поверхности океанов, морей, озер и рек, не является насыщенным: атмосфера - «открытый сосуд». Перемещение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация.[3]

Содержание водяного пара в воздухе - его влажность - характеризуется рядом величин.

Парциальное давление водяного пара

Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, производимое воздухом на находящиеся в нем тела. Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением (или упругостью) водяного пара. Парциальное давление p водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления - паскалях или миллиметрах ртутного столба.[10]

Абсолютная влажность

За характеристику влажности воздуха может быть принята плотность водяного пара , содержащегося в воздухе. Эту величину называют абсолютной влажностью и из-за ее малости выражают в граммах на кубический метр. Абсолютная влажность, таким образом, показывает, сколько водяного пара в граммах содержится в 1 кубическом метре воздуха.[8]

Относительная влажность

Знание парциального давления водяного пара или абсолютной влажности ничего не говорит о том, насколько водяной пар в данных условиях далек от насыщения. А именно от этого зависит интенсивность испарения воды и, следовательно, потеря влаги живыми организмами. От этого же зависит быстрота высыхания тканей, почвы, увядание растений и многое другое. Вот почему вводят величину, показывающую, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению, - относительную влажность.[7]

Относительной влажностью воздуха  называют выраженное в процентах отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре:

 = p/р0*100%.

Воспользовавшись уравнением, можно для относительной влажности получить еще одну формулу:  = /0*100%, где  - абсолютная влажность, а 0 - плотность насыщенного водяного пара при данной температуре.[6]

Итак, для вычисления относительной влажности надо знать парциальное давление или плотность пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, и давление или плотность насыщенного водяного пара при этой же температуре. Давление и плотность насыщенного водяного пара при разных температурах можно найти, воспользовавшись специальными таблицами, которые имеются в справочниках.[12]

Точка росы

При охлаждении влажного воздуха при постоянном давлении его относительная влажность повышается, так как чем ниже температура, тем ближе парциальное давление пара в воздухе к давлению насыщенного пара. В конце концов, пар становится насыщенным. Это легко понять, если посмотреть на график зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры.

0

Температура tr, до которой должен охладиться воздух, чтобы находящийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения (при данной влажности воздуха и неизменном давлении), называется точкой росы.

При охлаждении воздуха до точки росы начинается конденсация паров: появляется туман, выпадает роса.

Точка росы также характеризует влажность воздуха, так как она позволяет определить парциальное давление водяного пара и абсолютную влажность с помощью таблиц, в которых представлена зависимость давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры.[1]

2 Приборы для измерения относительной влажности воздуха

Гигрометр

Точку росы определяют с помощью прибора, называемого конденсационным гигрометром. Гигрометр представляет собой металлическую коробку, передняя стенка которой хорошо отполирована. Коробка окружена полированным кольцом, отделенным от нее теплоизолирующей прокладкой. Коробка соединена с резиновой грушей. Внутрь коробки наливают легко испаряющуюся жидкость - эфир и вставляют термометр. Продувая через коробку воздух с помощью груши, вызывают сильное испарение эфира и быстрое охлаждение коробки. По термометру замечают температуру, при которой появляются капельки росы на полированной поверхности стенки. Это и есть точка росы, так как появление росы указывает, что водяной пар стал насыщенным.

Определение точки росы - наиболее точный способ измерения относительной влажности.[5]

Психрометр

Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остается сухим, и термометр показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идет испарение и тем меньше разность показаний термометра. При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур термометров с помощью специальных таблиц, называемых психрометрическими (приложение), можно определить относительную влажность воздуха. Психрометрами обычно пользуются в тех случаях, когда требуется достаточно точное и быстрое определение влажности воздуха.[8]

3. Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека

Люди обычно чувствуют себя лучше во влажном воздухе. Оптимальной для нас является относительная влажность воздуха от 45 до 55% при температуре 18 - 24°С. Знаете что общего между пустыней Сахара и обычной квартирой с центральным отоплением? Влажность воздуха! Всего 20-25 %! У человека появляется першение в горле, сухость кожи, насморк и общая усталость. Но дело не только в комфорте.

Пересушенный воздух - это еще и прямая угроза здоровью:

организму остро не хватает кислорода, а отсюда - утомляемость, невозможность сосредоточиться, повышенная нагрузка на сердце. Быстрее стареет кожа. На пересушенных слизистых носа и горла легко поселяются микробы, а значит, вы чаще простужаетесь. Зависит от воздуха не только наше с вами здоровье, но и психологический настрой. В некоторых помещениях мы чувствуем себя не очень хорошо, хотя и не можем понять причины этого. При этом человек в среднем больше 20 часов в сутки проводит в закрытых помещениях.[2]

Относительная влажность воздуха в комнатах и школьных помещениях должна составлять 40 - 60%.

О недостаточной влажности в помещении может свидетельствовать внешний вид комнатных растений. В сухом воздухе растения начинают испарять через устьица на листьях больше воды, и их водный баланс нарушается:

• Листья сморщиваются или скручиваются.

• Кончики листьев становятся коричневыми и засыхают. Молодые листья развиваются не полностью.

• Бутоны не раскрываются или опадают.

• Некоторые вредители особенно часто поражают растения, если воздух слишком сухой.

Существует несколько способов повышения влажности воздуха в комнате.

Одним из способов повышения влажности воздуха в комнате является опрыскивание. С помощью этого простого и действенного метода можно увеличить влажность воздуха в непосредственной близости от растения. Лучше всего опрыскивать растение утром, чтобы за день листья обсохли.[1] Для повышения влажности применяются увлажнители: ульразвуковой увлажнитель воздуха, холодный увлажнитель вентилятор (прогоняет воздух через влажный фильтр), паровые увлажнители по принципу действия похожи на электрические чайники. Растения прекрасно могут и сами помочь себе, если их сгруппировать так, чтобы растения, испаряющие много влаги, оказались рядом с теми, которые предпочитают высокую влажность воздуха.[3]

Высокая влажность также при любой температуре плохо влияет на здоровье человека. Она может возникнуть из - за больших комнатных растений или нерегулярного проветривания. При более высокой температуре предпочтительна влажность около 20% [9].

В ткацком, кондитерском и других производствах для нормального течения процесса необходима определенная влажность (см.таблицу 1).

Таблица 1.

Несколько процессов и производств, требующих контроль влажности воздуха.

Хранение произведений искусства и книги требуют поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Поэтому в музеях на стенах вы можете видеть психрометры.

На любом продукте питания указывают допустимое для хранения значение относительной влажности[1].

Оптимальные и допустимые параметры температуры и относительной влажностью воздуха в помещениях учебных и дошкольных учреждений представлены в таблице 2.

Таблица 2.Примечание: скорость движения воздуха - не более 0,1 м/с.

Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды.

ΙΙ. ОПЫТНАЯ РАБОТА ПО ИЗМЕРЕНИЮ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ В ПОМЕЩЕНИИ ШКОЛЫ

Так как в течение учебного года ученикам приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние влажности в учебных кабинетах. Исходя из этого, мы решили узнать, отвечает ли санитарным нормам условия наших кабинетов. Измерения проводились в предметных кабинетах и в компьютерном классе, кухне, столовой.

Основным методом измерения влажности воздуха при положительной температуре является психрометрический. Для измерения относительной влажности использовался самодельный психрометр, собранный из пластиковой бутылки. Определение влажности осуществлялось по показаниям двух термометров с точностью 1градус Цельсия. Один термометр измеряет температуру воздуха, а второй термометр обертывают смоченной тканью, таким образом он показывает свою собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности. Чем меньше водяного пара в воздухе, тем сильнее испарение с поверхности второго термометра, и тем ниже его показания. Для определения относительной влажности воздуха использовалась психрометрическая таблица, которую можно взять в любой справочной литературе. Мы воспользовались справочными данными сборника задач. Замеры проводились в течении нескольких месяцев, ежедневно по 2 измерения, затем данные усреднялись. Результаты измерений показаны в таблице 3,4.

Таблица 3.Место опре-

деления относительной влажности (t=20º C)

φ,%

Время измерения

Место опре-

деления влажности (t=23º C)

φ,%

13.10.14-13.11.14

Кабинет № 11

64

14.11.14-14.12.14

Кабинет № 21

56

Кабинет № 21

64

Кабинет № 2

45

Кабинет №22

80

Кабинет №22

71

Школьная столовая

85

Школьная столовая

85

Кабинет информатики

59

Кабинет информатики

45

Таблица 4Место опре-

деления относительной влажности (t=20º C)

φ,%

15.01.15-15.02.15

Кабинет № 11

67

Кабинет № 21

62

Кабинет №22

78

Школьная столовая

87

Кабинет информатики

62

Действительно, с наступлением отопительного сезона, влажность воздуха понизилась, но в кабинете информатики отлична от оптимальных параметров. В кабинетах с большим количеством цветов, влажность имеет оптимальные значения (кабинет № 21), а значит, благоприятна для здоровья учащихся и педагогов.

Так же проведен ряд опытов по изменению влажности в помещении ( кабинет 11).

Опыт 1. Определение относительной влажности воздуха.Показание сухого термометра, t˚C

Показание мокрого термометра, t˚C

Относительная влажность воздуха, %

26

18

46

Вывод: Относительная влажность воздуха отвечает санитарным нормам.

Для человека наиболее благоприятная относительная влажность воздуха 50%. Попробуем изменить эту характеристику способами упомянутыми выше.

Опыт 2. Определение относительной влажности воздуха после обильного полива цветов.

Накануне измерений, вечером, мы занесли в класс комнатные растения из других помещений и обильно полили их. Класс закрыли, а утром перед первым уроком произвели измерения. Результаты измерений в таблице.

Показание сухого термометра, t˚C

Показание мокрого термометра, t˚C

Относительная влажность воздуха, %

26

20

58

Вывод: количество комнатных растений в классе и их полив влияют на значение относительной влажности воздуха.

Опыт 3. Определение относительной влажности воздуха после проветривания класса.

Согласно данным GISMETEO температура за окном - 19˚C. Мы измерили относительную влажность воздуха в классе до проветривания и после. Результаты измерений в таблице.Показание сухого термометра, t˚C

Показание мокрого термометра, t˚C

Относительная влажность воздуха, %

До

25

18

50

После

23

16

48

Вывод: проветривание класса изменяет относительную влажность воздуха в классе. Опытным путем мы убедились в том, что холодный воздух имеет более низкую влажность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в ходе исследования была определена проблема: соответствует ли относительная влажность воздуха, который нас окружает, санитарным нормам.

В связи с поставленной проблемой, сформулировали следующую тему исследования: «Влажность воздуха и её влияние на жизнедеятельность человека».

Выделили цель исследования:

• изучение влажности воздуха и ее влияния на жизнедеятельность человека;

• измерение относительной влажности воздуха в помещении школы и на улице.

Для достижения цели решали следующие задачи:

• изучить понятие влажность воздуха;

• выяснить, каким образом влажность воздуха влияет на жизнедеятельность человека;

• измерить влажность воздуха в разных помещениях нашей школы: в предметных кабинетах, в компьютерном классе, в столовой, в районе с.Новоуральск и соотнести его с санитарными нормами;

• изучить недельный прогноз погоды.

В результате исследования установлено, что относительная влажность воздуха - важный экологический показатель среды. От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для терморегуляции организма. При слишком низкой или слишком высокой влажности наблюдается быстрая утомляемость человека, ухудшение восприятия и памяти. Влажность влияет не только непосредственно на самого человека, но на окружающий его мир. Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды.

В ходе опытной исследования мы выяснили, что в кабинетах школы значение относительной влажности, в основном, соответствует санитарным нормам. Имеет оптимальные значения в кабинетах с большим количеством цветов. В школьной столовой значение относительной влажности несколько выше нормы.

В итоге наша гипотеза была подтверждена.

</

ЛИТЕРАТУРА

1. Брилев Д.В. Физика. ООО «ТД «Издательство Мир книги» 2006г

2. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. Издательство «Просвещение» 1974г.

3. Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебн. для общеобразоват. учеб. заведений. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2003.

4. Куприн М.Я. Физика в сельском хозяйстве. Издательство «Просвещение» 1985г

5. Книга для чтения по физике 6-7-е кл., И.Г. Кириллова, Издательство "Просвещение", 1986 г.

6. Методический справочник учителя физики" - основная документация учителя физики.

7. Перельман Я.И. Занимательная физика. Издательство «Наука» 1986г.

8. Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. Издательство «Просвещение» 1996г

9. Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях

10. Физика и экология. 7-11 классы. Материалы для проведения урочной и внеурочной работы по экологическому воспитанию / Сост. Г.А.Фадеева, В.А.Попова. - Волгоград: Учитель, 2005. - 74 с.

11. Физика 10 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профильный уровни / Г.Я.Мякишев и др. - 18-е изд. - М.: Просвещение, 2009.

12. Физика. 8-й кл., А.В. Перышкин, 2010 г.

13. Физика юным, М.Н. Алексеева. Издательство "Просвещение", 1980 г.

14. Я познаю мир. О.Г. Хинина, "Издательство АСТ-ЛТД", 1997 г.

15. Перекрестки физики, химии и биологии. В.Р.Ильченко, Москва, "Просвещение", 1986 г.