Исследовательские работа по физике

федеральная научно-образовательная программа творческого и научно-технического развития детей и молодёжи

«юность, наука, культура»

региональный этап viii всероссийского конкурса научно-исследовательских и творческих работ «первые шаги в науке»

Секция: ФИЗИКА

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА КАБИНЕТОВ НАСОНОВСКОЙ СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ.

Автор: САВИНА АННА ВИКТОРОВНА

МОУ «НАСОНОВСКАЯ СОШ»,  8 класс

Научный руководитель:

ГЕРАСИМОВА ЕКАТЕРИНА ДМИТРИЕВНА

учитель математики и физики МОУ «НАСОНОВСКАЯ СОШ»

Место выполнения работы: МОУ «НАСОНОВСКАЯ СОШ».

насоново, 2012

Оглавление:

Введение………………………………...…………………………………………………………..3

Часть1. Микроклимат помещений

§1. Значение микроклимата помещений………………………………………………………...4

§2. Основные параметры микроклимата и их характеристики……………………………….5

§3. Измерение параметров микроклимата............................................................................7

Часть2. Измерение основных параметров микроклимата кабинетов МОУ «Насоновской СОШ»……………………………………………………………………………………………..…8

Заключение…………………………………………………………………………….……………9

Список литературы…………………………………………………………………………….....10

Приложение

Введение

 Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение в помещениях нормальных метеорологических условий, оказывающих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия в помещениях, или их микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий вентиляции и отопления.   

 Цель работы: исследовать основные параметры микроклимата кабинетов Насоновской СОШ.

         Задачи: 1. Изучить материал по основным условиям микроклимата в помещениях.

                       2. Провести измерения основных параметров микроклимата кабинетов Насоновской СОШ.

               3. Изменить некоторые условия в кабинетах для улучшения микроклимата. 

 Объект исследования  –  микроклимат учебных помещений.

 Предмет исследования – условия улучшения микроклимата учебных помещений.

 Методы исследования: изучение и анализ литературы, проведение эксперимента, анализ полученных данных.

 Структура работы: работа состоит из введения, трех параграфов, заключения, списка литературы.

Часть 1. Микроклимат помещений

§1. Значение микроклимата помещений

Микроклимат – это комплекс физических факторов внутренней среды помещений, оказывающий влияние на тепловой обмен организма и здоровье человека. Параметрами микроклимата, при которых выполняет работу человек и от которых зависит теплообмен между организмом человека и окружающей средой, являются температура окружающей среды, скорость движения воздуха и влажность (относительная) воздуха.

Условия микроклимата в помещениях зависят от ряда факторов: 

• климатического пояса и сезона года;
• характера технологического процесса и вида используемого оборудования; 
• условий воздухообмена;
• размеров помещения; 
• числа работающих людей и т.п.

Микроклимат в помещении может меняться на протяжении всего рабочего дня, быть различным на отдельных участках одного и того же цеха.

Человек  постоянно находится в состоянии обмена теплотой с окружающей средой. Наилучшее тепловое самочувствие человека будет тогда, когда тепловыделения организма человека полностью отдаются окружающей среде, т. е. имеет место тепловой баланс. Превышение тепловыделения организма над теплоотдачей в окружающую среду приводит к нагреву организма и к повышению его температуры - человеку становится жарко. Наоборот, превышение теплоотдачи над тепловыделением приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры - человеку становится холодно.

Средняя температура тела человека - 36,5 °С. Даже незначительные отклонения от этой температуры в ту или другую сторону приводят к ухудшению самочувствия человека.

Тепловыделения организма определяются прежде всего тяжестью и напряженностью выполняемой человеком работы, в основном величиной мышечной нагрузки.

Чтобы понять, почему именно эти параметры определяют теплообмен человека с окружающей средой, рассмотрим механизмы, за счет которых теплота передается от одного предмета к другому (в частности, от человека к окружающей его среде и наоборот). Передача теплоты от человека к окружающей среде и наоборот осуществляется за счет теплопроводности, конвективного теплообмена, излучения, испарения и с выдыхаемым воздухом.

Теплота может передаваться только от тела с более высокой температурой к телу с менее высокой температурой. Интенсивность отдачи теплоты зависит от разности температур тел (в нашем случае - это температура тела человека и температура окружающих человека предметов и воздуха) и теплоизолирующих свойств одежды.

Так как температура тела человека относительно величины 36,5 C° варьируется в небольшом диапазоне, то изменение отдачи теплоты от человека происходит в основном за счет изменения температуры окружающей человека среды.

Если температура воздуха или окружающих человека предметов выше температуры 36,5 C°, происходит не отдача теплоты от человека, а наоборот его нагрев. Поэтому при нахождении человека у нагревательных приборов или горячего производственного оборудования теплота от них передается человеку, и происходит нагрев тела.

Одежда человека обладает теплоизолирующими свойствами: чем более теплая одежда, тем меньше теплоты отдается от человека окружающей среде.

Передача теплоты осуществляется также за счет конвективного теплообмена. Воздух, находящийся вблизи теплого предмета, нагревается. Нагретый воздух имеет меньшую плотность и, как более легкий, поднимается вверх, а его место занимает более холодный воздух окружающей среды.

Явление обмена порций воздуха за счет разности плотностей теплого и холодного воздуха называется естественной конвекцией.

Если теплый предмет обдувать холодным воздухом, то процесс замены более теплых слоев воздуха у предмета на более холодные ускоряется. В этом случае у нагретого предмета будет находиться более холодный воздух, разность температур между нагретым предметом и окружающим воздухом будет больше, и, как мы уже выяснили раньше, интенсивность отдачи тепла от предмета окружающему воздуху возрастет. Это явление называется вынужденной конвекцией.

Еще одним механизмом передачи теплоты от человека окружающей среде является испарение. Если человек потеет, на его коже появляются капельки воды, которые испаряются, и вода из жидкого состояния переходит в парообразное. Этот процесс сопровождается затратами энергии на испарение и в результате охлаждением организма.

§2. Основные параметры микроклимата и их характеристики

К микроклиматическим показателям относятся температура, влажность и скорость движения воздуха, температура поверхностей ограждающих конструкций, предметов, оборудования, а также некоторые их производные: градиент температуры воздуха по вертикали и горизонтали помещения, интенсивность теплового излучения от внутренних поверхностей.

В соответствии с СанПиН 2.2.4.548 – 96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» параметрами, характеризующими микроклимат являются:

• температура воздуха;
• температура поверхностей (учитывается температура поверхностей ограждающих   конструкций (стены, потолок, пол), устройств (экраны и т.п.), а также технологического оборудования или ограждающих его устройств);  
• относительная влажность воздуха;
• скорость движения воздуха;
• интенсивность теплового облучения.

Температура и влажность воздуха не должны превышать 18–22 градусов и 50–70% соответственно.

 Влажность воздуха - содержание в воздухе водяного пара. Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность.  

Абсолютная влажность (А) - упругость водяных паров, находящихся в момент исследования в воздухе, выраженная  в мм ртутного столба, или массовое количество водяных паров, находящихся в 1 м3  воздуха, выражаемое в граммах.

Максимальная влажность (F) - упругость или масса водяных паров, которые могут насытить 1 м3 воздуха при данной температуре. 

       Относительная влажность - это отношение массы водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха, к массе водяного пара, содержащегося в насыщенном водяными парами воздухе (предельной массе водяного пара, которая может содержаться в воздухе при данной температуре).

φ = (абсолютная влажность)/(максимальная влажность)

Относительная влажность обычно выражается в процентах. Эти величины связаны между собой следующим отношением:

φ = (f×100)/fmax

Например, относительная влажность 70 % означает, что в воздухе воды в парообразном состоянии находится 70 % от максимально возможного количества. Относительная влажность 100 % означает, что воздух насыщен водяными парами и в такой среде испарение происходить не может.

φ = (абсолютная влажность)/(максимальная влажность)

Относительная влажность очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85 % и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы. Низкие значения относительной влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50 % и ниже).

С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5-2 км упругость пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности. На тропосферу приходится 99 % водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится около 28,5 кг водяного пара.

Температура воздуха, измеряемая в 0С, является одним из основных параметров, характеризующих тепловое состояние микроклимата.  Температура поверхностей и интенсивность теплового облучения учитываются только при наличии соответствующих источников тепловыделений.

Температура (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — скалярная физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

Для измерения термодинамической температуры выбирается некоторый термодинамический параметр термометрического вещества. Изменение этого параметра однозначно связывается с изменением температуры. Классическим примером термодинамического термометра может служить газовый термометр, в котором температуру определяют методом измерения давления газа в баллоне постоянного объема. Известны также термометры абсолютные радиационные, шумовые, акустические.

Скорость движения воздуха – осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха. Скорость движения воздуха  влияет на ощущение тепла или холода, испытываемое человеком. Измеряется в м/с.

§3. Измерение параметров микроклимата

В обычных условиях для измерения температуры воздуха используются термометры (ртутные или спиртовые), термографы (регистрирующие изменение температуры за определенное время) и сухие термометры психрометров.

Термометр (греч. θέρμη — тепло; μετρέω — измеряю) — прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров:

• жидкостные
• механические
• электрические
• оптические
• газовые

Для определения влажности воздуха применяются переносные аспирационные психрометры (Ассмана), реже стационарные психрометры (Августа) и гигрометры. При использовании психрометров дополнительно измеряют атмосферное давление  с помощью барометров – анероидов.

Скорость движения воздуха измеряется крыльчатыми и чашечными анемометрами.

Рассмотрим примеры приборов, традиционно используемых для измерения параметров микроклимата.

Аспирационный психрометр МВ-4М

Аспирационный психрометр МВ - 4М предназначен для определения относительной влажности воздуха в диапазоне от 10 до 100 % при температуре от -30 до +500 С. Цена деления шкал термометров не более 0,20 С. Принцип его работы основан на разности показаний сухого и смоченного термометров в зависимости от влажности окружающего воздуха. Он состоит из двух одинаковых ртутных термометров, резервуары которых помещены в металлические трубки защиты. Эти трубки соединены с воздухопроводными трубками, на верхнем конце которых укреплен аспирационный блок с крыльчаткой, заводимой ключом и предназначенной для прогона воздуха через трубки с целью сделать более интенсивным испарение воды со смоченного термометра.

Анемометр крыльчатый АСО-3

Крыльчатый анемометр применяется для измерения скоростей движения воздуха в диапазоне от 0,3 до 5 м/с. Ветроприемником анемометра служит крыльчатка, насаженная на ось, один конец которой закреплен на неподвижной опоре, а второй  через червячную передачу передает вращение редуктору счетного механизма. Его циферблат имеет три шкалы: тысяч, сотен и единиц. Включение и выключение механизма производится арретиром. Чувствительность прибора не более 0,2 м/с.

В последнее время для определения параметров микроклимата производственных помещений успешно применяются аналого-цифровые приборы.

Портативный измеритель влажности и температуры ИВТМ – 7

Прибор предназначен для измерения относительной влажности и температуры, а также для определения других температуро-влажностных характеристик воздуха. В качестве чувствительного элемента  измерителя температуры  используется пленочный терморезистор, выполненный из никеля. Чувствительным элементом измерителя относительной влажности является емкостной датчик с изменяющейся диэлектрической проницаемостью. Принцип работы прибора основан на преобразовании емкости датчика влажности и сопротивления датчика температуры в частоту с дальнейшей обработкой ее с помощью микроконтроллера. Микроконтроллер обрабатывает информацию, отображает ее на жидкокристаллическом индикаторе и одновременно выдает с помощью интерфейса RS – 232  на компьютер.

Часть 2. Измерение основных параметров микроклимата кабинетов

Для определения основных параметров микроклимата кабинетов Насоновской СОШ были произведены следующие измерения: температура воздуха. (Приложение №1)

Заключение

        Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое состояние человека. Например, понижение температуры и повышение скорости движения воздуха, способствует усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. При повышении температуры воздуха возникают обратные явления.

        К основным параметрам микроклимата относятся: температура, относительная влажность и скорость движения воздуха. В соответствии с СанПиН 2.2.4.548 – 96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» температура и относительная влажность не должны превышать 18–22 градусов и 50–70% соответственно.

       На основании измерений температуры можно сделать следующий вывод: кабинеты гимназии имеют различный температурный режим, на который воздействуют разные условия.

       Например, этажность кабинета, наличие пластиковых окон, расположение кабинетов и т. д.

       Из таблицы 1 видно, что в кабинетах химии и 4 класс температура воздуха ниже гигиенических норм, поэтому следует утеплить окна, в кабинетах истории, русского языка и математики температура воздуха превышает гигиенические нормы, поэтому следует проветривать кабинеты перед уроками на 5 минут.

       В дальнейшем мы хотим разработать рекомендации для улучшения состояния кабинетов, изучить относительную влажность и измерить температуру воздуха в разные времена года.

Список литературы

1. Алисов Б. П., Дроздов О. А., Рубинштейн Е. С./ «Курс климатологии»/ 1952г.
2. Гейгер Р./ «Микроклимат»/ 1960г.
3. Голод В. М./ «Методика исследования микроклимата»/ 1974г.
4. Голод М. П./ «Проблематика и методика микроклиматических наблюдений»/ 1978г.
5. Дублянский В. М., Соцкова Л. М./ «Микроклимат»/ 1977г.
6. Дублянский В. М., Соцкова Л. М./ «Методики микроклиматических исследований»/ 1981г.
7. Сапожникова С. А./ «Микроклимат и местный климат»/ 1950г.

Приложение №1

Средняя температура воздуха в кабинетах