Исследовательская работа по физике в 8 классе по теме Влажность воздуха

Содержание

1.Введение……………………………………………………2

2. Теоретическая часть

1. Что такое влажность воздуха……………………………3

2. Значение влажности в жизни человека………….……..5

3. Влажность и растения…………………………………..7

4. Испарение и животные……………………………….….9

5. Приборы для измерения влажности……………….........9.

3. Практическая часть……………………………………10

4. Заключение………………………………………...……..12

5. Список литературы……………………………………14.

Введение

Вода является составной частью тела живых существ. Тело человека на 70 % состоит из воды. Для организма человека необходима влажность 40-60%. Потеря большей части воды - обезвоживание, приводит к гибели представителей разных видов животных, растений и человека. Влажность воздуха является одним из важнейших параметров для нормального самочувствия человека. Я заметила, что повышенная влажность приводит к образованию плесени, к ржавлению металлических предметов, в помещении, где повышенная влажность всегда кажется холоднее и т.д. Влажность влияет не только непосредственно на самого человека, но на окружающий его мир. Хранение произведений искусства и книги требуют поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Для разных продуктов питания тоже существует определенная влажность, при которой они сохранятся намного дольше. Я решила найти ответы на свои вопросы, поэтому выбрала для исследования эту тему.

Основная цель моей работы: изучение и измерение влажности воздуха, и влияние ее на жизнедеятельность человека

Задачи:

1) Изучить теорию по теме «Влажность воздуха»;

2) Спланировать эксперимент по измерению относительной влажности воздуха в помещении

3) Провести эксперимент по измерению относительной влажности воздуха

4) Проанализировать результаты эксперимента;

5) Составить памятку по регулированию относительной влажности в помещении.

Актуальность: Каждый человек должен знать, каким воздухом он дышит и соответствует ли его влажность для хорошего самочувствия и здоровья.

Методы исследования: анализ, синтез, систематизация, мысленный эксперимент, моделирование, эксперимент.

Теоретическая часть

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.

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.

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.

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

 = 100%.

Можно получить еще одну формулу для расчета относительной влажности воздуха  = 100%.

Где  - абсолютная влажность, а ₀ - плотность насыщенного водяного пара при данной температуре

Давление и плотность насыщенного водяного пара при разных температурах можно найти, воспользовавшись специальными таблицами, которые имеются

в справочниках или задачниках по физике.

При одной и той же температуре воздуха содержание водяного пара в нем может колебаться в широких пределах: от максимально возможного (полное насыщение) до нуля (абсолютно сухой воздух).

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. Температура, 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.

Водяной пар поступает в атмосферу в результате процесса испарения с поверхности. Испарение зависит от температуры испаряющей поверхности и от относительной влажности воздуха. Насыщенный воздух не может вместить больше пара, если температура его не повысится. При повышении температуры, он удаляется от насыщения, при понижении, наоборот, в нем может начаться конденсация. Так происходит, например, летней ночью при ясной погоде, соприкасаясь с холодной поверхностью, оставляет на ней капельки росы. При отрицательной температуре выпадает иней. В воздухе, охлаждающемся от поверхности или от пришедшего холодного воздуха, образуется туман. Он состоит из мелких капелек или кристалликов, взвешенных в воздухе. В сильно загрязненном воздухе образуется густой туман с примесью дыма - смог.

Облака образуются при конденсации водяного пара в поднимающемся воздухе вследствие его охлаждения. Высота их образования зависит от температуры относительной влажности воздуха. При достижении им высоты, на которой насыщение станет полным (100%) начинается конденсация и облакообразование. Облака находятся в постоянном движении, опускаясь ниже границы конденсации. Они испаряются («тают»). Облака могут состоять из мелких капелек или кристалликов, чаще всего они смешанные.

Значение влажности в жизни человека.

Влажность воздуха, существенно влияя на теплообмен организма с окружающей средой, имеет большое значение для жизнедеятельности человека.

Люди весьма восприимчивы к влажности. От нее зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи. При высокой влажности, особенно в жаркий день, испарение влаги с поверхности кожи уменьшается и поэтому затрудняется терморегуляция человеческого организма. В сухом воздухе, напротив, происходит быстрое испарение влаги с поверхности кожи, что приводит к высыханию слизистых оболочек дыхательных путей.

В воздухе с большой относительной влажностью испарение замедляется и охлаждение незначительно. Жара труднее переносится при высокой влажности воздуха. В этих условиях затруднен отвод тепла за счет испарения влаги. Поэтому возможен перегрев тела, нарушающий жизнедеятельность организма. Для оптимального теплообмена человеческого организма при температуре 20-25С наиболее благоприятна относительная влажность порядка 50%.

При высокой температуре и высокой влажности воздуха теплоотдача резко сокращается, что ведёт к перегреванию организма, особенно при выполнении физической работы. Высокая температура легче переносится, когда влажность воздуха понижена. Так, при работе в горячих цехах оптимальное влияние на теплообмен и самочувствие оказывает относительная влажность воздуха 20%. Наиболее благоприятной для человека в средних климатических условиях является относительная влажность воздуха 40-60%. Такая влажности, например, поддерживается в космических кораблях. Для устранения неблагоприятного влияния влажности воздуха в помещениях применяют вентиляцию, кондиционирование воздуха и др.

Температура в жилых помещениях должна быть не ниже 18^◦С, а в угловых комнатах - не ниже 20^◦С. Температура для учебных помещений не должна быть ниже 16 - 18 ^◦С для спортивного зала - 16^◦С; для рекреаций, коридоров, лестничных пролетов, столовых - 14^◦С. Относительная влажность воздуха в комнатах и школьных помещениях должна составлять 40 - 60%, а его подвижность - от 0,1 до 0,15 м/с.

Для хорошего самочувствия и здоровья необходимо, чтобы относительная влажность была в пределах от 40 до 60%. Оптимальная влажность составляет 45%.Однако в наших домах и школах в зимние месяцы она часто не превышает 10 или 20%. С началом отопительного сезона влажность воздуха в помещениях значительно снижается. Для ее поддержания в это время в комнате площадью 15 - 18 кв. м. должно испариться в сутки не менее 1 литра воды. Высокая влажность также при любой температуре плохо влияет на здоровье человека.

Биометеорологические исследования показали, что сами осадки благоприятно воздействуют на человека: понижается смертность, уменьшаются инфекционные заболевания, жалобы, вызванные метеорологическими явлениями. Здоровый человек во время выпадения осадков ощущает комфортные условия, бодрость.

В некоторых помещениях мы чувствуем себя не очень хорошо, хотя и не можем понять причины этого. Человек в среднем больше 20 часов в сутки проводит в закрытых помещениях. Комнатные растения не только могут очищать воздух от вредных примесей. Листья растений испаряют воду и способствуют повышению влажности воздуха, а это улучшает самочувствие людей. Конечно, для улучшения климата в помещении используют, прежде всего, такие растения, которые испаряют большое количество влаги. Еще больше повысится влажность воздуха в квартире, если вы устроите комнатный садик с крошечным водоемом. Для этого посадите несколько красивых растений в небольшую чашу и поместите туда, например, какой-нибудь причудливый камень, к которому присоединен насос. Благодаря этому фонтанчику климат в комнате значительно улучшится. Кроме того, журчание воды действует успокаивающе и создает уютную атмосферу. Современное производство предлагает для повышения влажности зимой использовать специальные увлажнители воздуха, которые можно купить практически в любом магазине.

Влажность и растения

Растения извлекают нужную им влагу из почвы с помощью корней. Лишайники могут адсорбировать водяной пар, находящийся в воздухе. Количество воды, расходуемое растением в течение своей жизни, в большей степени зависит от климата. В жарком сухом климате растения потребляют не меньше, а иногда и больше воды, чем во влажном климате.

У растений засушливых мест лучше развита корневая система и меньше площадь листовой пластинки. Очень немногие растения могут переносить длительные перерывы в водоснабжении. У растений засушливых местностей, где воды в почве очень мало, а воздух горяч и сух, наблюдаются разнообразные приспособительные приемы.

Например, кактусы, растущие в пустынях, имеют толстые мясистые зеленые стволы и колючки вместо листьев. У них незначительная поверхность при большом объеме, толстые, покрытые восковым налетом покровы, плохо пропускающие водяной пар. В связи с этим даже в сильную жару кактусы мало испаряют воды.

Чтобы представить, сколько воды испаряется растением, приведем пример, одно растение подсолнечника за вегетационный период испаряет воду массой 200 кг!

При таком энергичном расходовании воды требуется интенсивное добывание воды корневой системой. Точные подсчеты числа корней и корневых волосков озимой ржи показали, что корней оказалось почти 14 миллионов, общая длина всех корней 600 км, общая площадь поверхности около 225 квадратных метра.

На этих корнях было около 15 миллиардов корневых волосков общей площадью 400 квадратных метра.

Родиной многих наших комнатных растений являются влажные тропические леса, поэтому часто им приходится очень трудно в сухом воздухе наших квартир с центральным отоплением. Если мы обратим внимание на то, в каких условиях растут у себя на родине наши комнатные растения, то поймем, что, например, тропические виды больше всего нуждаются в тепле и относительно высокой влажности воздуха - около 90%. Правда, в комнате они успешно растут и при несколько меньшей влажности - от 55 до 60%. К сожалению, обычно воздух в наших квартирах еще суше. От недостатка воды в воздухе такие растения страдают гораздо чаще, чем от ее избытка. 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. Это часто можно наблюдать, например, у фикуса, нефролеписа, а также циперуса. Молодые листья развиваются не полностью. Бутоны не раскрываются или опадают. Некоторые вредители особенно часто поражают растения, если воздух слишком сухой. К ним относятся, в первую очередь, паутинные клещики, трипсы и белокрылка. С помощью опрыскивания можно увеличить влажность воздуха в непосредственной близости от растения. Лучше всего опрыскивать растение утром, чтобы за день листья обсохли. Для этого используют теплую мягкую воду, чтобы на листьях не оставалось известкового налета. Избегайте опрыскивания, если на листья попадают прямые солнечные лучи: капельки воды на них могут сыграть роль линзы, и растение пострадает от ожога.

Испарение и животные

Известно, что верблюд может две недели не пить. Объясняется это тем, что он экономно расходует воду. Верблюд почти не потеет даже в сорокоградусную жару.

Его тело покрыто густой и плотной шерстью. Шерсть спасает от перегрева и испарения влаги. Верблюд никогда, даже в сильный зной, не раскрывает рта: ведь со слизистой оболочки ротовой полости, если открыть рот испаряется много воды. Частота дыхания верблюда очень низкая- 8 раз в минуту. За счет этого меньше воды уходит из организма. В жару частота дыхания увеличивается до 16 раз в минуту. А теперь сравним: бык при тех же условиях дышит 250 раз в минуту, а собака 300-400 раз. Для компенсации неизбежной потери влаги за счет испарения многие животные всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии (амфибии, насекомые, клещи). Влажный воздух обладает большой теплопроводностью по сравнению с сухим воздухом. Повышенная влажность воздуха настоящий бич животноводства. Во влажном воздухе животные легко переохлаждаются из-за потери тепла за счёт увеличения теплопроводности воздуха. Так, при увеличении влажности на 10% потеря тепла животных возрастает настолько, что требует увеличения кормового рациона на 12%.

Приборы для измерения влажности воздуха:

Гигрометр: волосной и пленочный

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса, способного изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы.

Плёночный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны передаётся стрелке. Волосной и плёночный гигрометр в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора - психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха.

Простейший психрометр состоит из двух спиртовых термометров. Один термометр - сухой, а второй имеет устройство увлажнения. Спиртовая колба влажного термометра обёрнута батистовой лентой, конец который находится в сосуде с водой. Вследствие испарения влаги, увлажнённый термометр охлаждается. Для определения относительной влажности</<font size="4">, снимают показания с сухого и влажного термометров, а далее используют психрометрическую таблицу, входными величинами в которой являются показания сухого термометра и разница температур сухого и влажного термометров.

Практическая часть:

1. Измерение влажности в учебных кабинетах на разных этажах в разное время суток. Такие наблюдения я проводила в течение недели. В таблице представлены результаты измерений в понедельник 12 января.

Из таблицы видно, что к вечеру влажность повышается. В кабинетах работает центральное отопление, поэтому влажность соответствует минимальной норме.

2. Я решила экспериментально исследовать свойства древесины, по влиянию на нее влажности воздуха в помещении. Измерения проводились в ванной комнате.

Масса бруска m₁₌ 80г.

Влажность 40%Влажность 80%

Исходя из этих наблюдений, я сделала индикатор влажности

Подвесила на длинном рычаге деревянный брусочек. Когда влажность повышается, брусочек перевешивает, когда влажность понижается, перевешивает грузик.

3. Выяснила, в каких производствах необходимо поддерживать определенную влажность воздуха.

4. Навела справки в поликлинике, когда заболеваемость учащихся выше. Оказалось, что длительное пребывание ребенка в помещении с сухим воздухом способствует возникновению респираторных заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем. Дело в том, что защитная слизь, выделяемая особыми железами эпителия верхних дыхательных путей, обладает бактерицидным действием и не только препятствует попаданию бактерий, вирусов и микроскопических грибков в организм, но и убивает их. Когда воздух в помещении сухой эта слизь неравномерно испаряется, образуя в носу сухие корочки, и перестает выполнять свои функции. Именно поэтому осень и зима - традиционные сезоны простудных заболеваний.

При повышенной влажности в воздухе помещения складываются благоприятные условия для размножения множества гнилостных бактерий, плесени и грибка, которые выбрасывают в воздух огромное количество мельчайших спор, и в итоге они оказываются в дыхательных органах у человека и могут способствовать развитию огромного количества всевозможных заболеваний. У людей, долгое время проживающих в условиях повышенной влажности, наблюдаются негативные изменения в органах дыхания, со временем возможно развитие таких опасных и трудно лечащихся заболеваний, как бронхиальная астма и туберкулез.

Заключение

Рассмотрев поставленные мною вопросы, я пришла к выводу, что невидимый нами воздух (содержание в нем водяного пара) которым мы дышим и к которому мы привыкли, может влиять не только на самого человека, но и на все, что его окружает. В этой научно-исследовательской работе был изучен вопрос о влиянии влажности воздуха на жизнедеятельность человека.

Люди весьма восприимчивы к влажности. Для устранения неблагоприятного влияния влажности воздуха в помещениях применяют вентиляцию, кондиционирование воздуха и др. Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. Хотя количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1%), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. В ткацком, кондитерском и других производствах для нормального течения процесса необходима определенная влажность. Хранение произведений искусства и книги также требуют поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Поэтому в музеях на стенах можно видеть психрометры.

Так как в течение учебного года нам, ученикам, приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние влажности в учебных кабинетах. Исходя из этого, я выяснила, отвечает ли санитарным нормам условия наших кабинетов. Измерения проводились в предметных кабинетах. Оказалось, что в большинстве кабинетов влажность воздуха ниже нормы, а это приводит к раздражению слизистых органов дыхания и, следовательно, к кашлю и нарушению работы легких. Данная работа имеет практическое значение и может быть использована на уроках физики или факультативных занятиях, а также для самообразования учащихся.

Моя исследовательская работа показала, что физика живая наука, она дает ответы на многие вопросы, поставленные самой жизнью. Знания, полученные мной в процессе работы над темой, нашли практическое применение. Для себя же я обнаружила еще множество вопросов, связанных с этой темой, которые не нашли отражения в этой работе, но очень меня заинтересовали. Например, какие по виду образуются облака, на какой высоте.

Список литературы:

1.В.А.Буров. Практикум по физике. -М .Просвещение.1973.

2. Г.С.Ландсберг. Элементарный учебник по физике. -М. Наука.1985.

3. Детская энциклопедия. Погода. -Дмитров.2003.

4. Методическая газета. Физика.№18. -М.Перовое сентября,2009.

5. Научно-методический журнал. Физика в школе. -М.Школьная пресса.2007.

6. Н.М.Шахмаев. Физика 10 класс. -М.Просвещение.1994.

7. Ц.Б.Кац. Биофизика на уроках физики. -М.Просвещение.1988.

8. Перельман Я.И. Занимательная физика. Издательство «Наука» 2008г.

14