Исследовательская работа. Тема: «Влажность воздуха» 2014 г.

Научное общество учащихся                                                                658980  ул. Делегатская-3

МБОУ «Ключевская средняя                                                                с. Ключи  Ключевского     района

общеобразовательная школа №1»                                                        Алтайского края

_________________________________________________

т. 8(38578) 22-1-72, е-mail: iskatel-ksh1@rambler.ru

Тема: «Влажность воздуха»

Ключи 2014

Содержание

Введение……………………………………………………………………....      2

I.Теоретический материал

1. Параметры влажности воздуха……………………………………………      3

1.1 Насыщенный пар и парциальное давление водяного пара………….....      3

1.2. Абсолютная влажность и  относительная влажность воздуха………..      4

1.3. Точка росы………………………………………………………………..      5

2. Приборы для измерения влажности воздуха…………………………….      5

2.1. Конденсационный гигрометр…………………………………………...      5

2.3. Волосной гигрометр……………………………………………………..      6

2.4. Психрометр………………………………………………………………      6  

3. Влажность воздуха и ее значение………………………………………..       7

3.1. Влажность воздуха и климат в помещении …………………………..       7

3.2.Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека………         8

3.3. Приборы увлажнения воздуха ………………………………………....       9

II. Экспериментальная часть………………………………………………...     12

III. Выводы…………………………………………………………………….    13

IV. Литература……………………………………………………………… . .   13

V. Приложение …………………………………………………………..........    14

Введение

        В воздухе всегда есть водяной пар. Он образуется в результате испарения воды с поверхностей океанов, морей, озер, водохранилищ, рек и т.д. От количества водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит влажность воздуха. Влажность влияет на погоду, самочувствие человека, функционирование многих его органов, жизнь растений, а также сохранность технических объектов, архитектурных сооружений, произведений искусства, книг. Поэтому очень важно следить за влажностью воздуха, уметь измерять её.

      Актуальность работы.

 Люди восприимчивы к влажности. Влажность воздуха является одним из основных параметров микроклимата    помещения и поэтому, меня заинтересовала проблема определения влажности   воздуха в помещении школы.

      Цель: Познакомиться с характеристиками влажного воздуха и научиться определять влажность воздуха с помощью психрометра.

      Задачи: Изучить литературу по теме; рассмотреть принцип действия приборов, с помощью которых измеряют влажность воздуха; научиться определять влажность воздуха с помощью психрометра и сравнить полученные данные с санитарно-гигиеническими  нормами; выяснить какова роль влажности в жизни человека

       Объект исследования: влажность воздуха

      Методы исследования: теоретические и практические.

I.Теоретический материал

1. Параметры влажности воздуха

       Влажность – мера содержания водяных паров в воздухе. Влажность воздуха имеет большое значение в жизни человека и окружающего нас мира. Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Люди восприимчивы к влажности. От нее зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи. При высокой влажности испарение уменьшается, затрудняется терморегуляция человеческого организма. В сухом воздухе  испарение увеличивается, что приводит к высыханию слизистых оболочек дыхательных путей.  

1.1. Насыщенный пар и парциальное давление водяного пара.

     В настоящее время атмосфера Земли представляет собой газовую оболочку массой около5•т, состоящую из азота( 78%), кислорода(21%), аргона(0,93%),  углекислого газа, неона и других газов.

Важным компонентом земной атмосферы является водяной пар. Его присутствие в атмосфере обусловлено испарением воды с поверхностей океанов, морей, водоемов, влажной почвы и растений. Общая масса водяного пара в атмосфере Земли составляет около   1,2 ( если бы весь этот пар сконденсировался, то образовался бы «слой осажденной  воды» толщиной 2,4 см).

На границе воды с воздухом происходит не только испарение, но и обратный ему процесс – конденсация. Вылетевшие из воды молекулы сталкиваются в воздухе с другими молекулами и, изменив направление своей скорости , через некоторое время могут снова вернутся в него. Если число молекул, вылетающих из жидкости будет равно числу молекул, возвращающихся в нее за тоже время, то процессы испарения и конденсации как бы компенсируют друг друга и система «жидкость – пар»оказывается в состоянии динамического равновесия, при котором количество жидкости и пара над ней остается неизменным.

Пар находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

После того как в данном объеме при данной температуре водяной пар становится насыщенным, его количество перестает возрастать,  чем и объясняется название насыщенный.

Количество водяного пара быстро убывает с понижением температуры. Поэтому для атмосферы Земли характерно уменьшение его количества от экватора к полюсами очень быстрое его уменьшение по мере увеличения высоты над Землей.[1]

Давление, которое оказывал бы водяной пар, если бы все другие газы     отсутствовали, называется парциальным. Парциальное давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха.[2]

1.2. Абсолютная влажность и относительная влажность воздуха.

      Для количественной оценки содержания водяного пара в воздухе вводят понятия абсолютной и относительной влажности воздуха.

Абсолютной влажностью называется масса водяного пара в( граммах), содержащегося в1 м³ воздуха. Измерения показывают, что определенная таким образом абсолютная влажность воздуха обычно мало чем отличается от парциального давления водяного пара(при тех же условиях), выраженная в мм. рт. ст. Если известна только абсолютная влажность воздуха, то нельзя определить, насколько он будет сырым или, наоборот сухим.  Интенсивность испарения воды с поверхности водоемов, растений или тела человека зависит от того насколько пар далек от насыщения. Если до насыщения еще далеко, то испарении будет заметно преобладать над конденсацией, а если находящийся в воздухе водяной пар уже близок к насыщению, то интенсивность испарения существенно меньше.

Величина, показывающая насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению, называется относительной влажностью воздуха.

Относительной влажностью воздуха φ называют отношение парциального давления р водяного пара, содержащего в воздухе при данной температуре, к давлению р0 насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

                                                 .            

1.3. Точка росы.

Точкой росы называют температуру (tp), до которой нужно не изменяя давление, охладить водяной пар в воздухе, чтобы он стал насыщенным..

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

Точка росы характеризует влажность воздуха, так как она позволяет определить парциальное давление водяного пара и относительную влажность. в самом деле, если точка росы известна, то тем самым известно парциальное давление водяного пара р. Его можно найти с помощью таблицы, в которой приведены значения давления насыщенного пара при различных температурах

2. Приборы для измерения влажности воздуха.

Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов.  

2.1. Конденсационный гигрометр.

Рис.1. Конденсационный гигрометр

      Конденсационный гигрометр применяют для измерения точки росы. Основной его частью является сосуд, передней стенкой которого служит металлическое зеркальце. Внутрь этого сосуда наливают эфир, а сверху вставляют термометр. При продувании через него воздуха эфир испаряется и охлаждает стенки сосуда. Измеряя температуру, при которой зеркальце покрывается капельками воды(конденсирующейся из окружающего воздуха),определяют точку росы. Парциальное давление водяного пара будет равно давлению водяного пара при точке росы(определяем по таблице). [1]

2.3. Волосной гигрометр.

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса 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.

                              Рис.2. Волосной гигрометр.

2.4. Психрометр.

 Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остаётся сухим, и термометр показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружён плоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идёт испарение и тем более высокую температуру показывает термометр, окружённой плоской влажной ткани. При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур обоих термометров с помощью специальных таблиц можно определить влажность воздуха. Психрометр позволяет определить влажность более точно, чем гигрометр.[2] 

Рис.3. Гигрометр психрометрический..

3. Влажность воздуха и ее значение.

      Воздух, или точнее – свежий воздух, является именно тем основным, жизненно важным компонентом, который должен обязательно учитываться в повседневной жизни человека. Ведь именно от его качества зависит не только работоспособность организма, но и здоровье человека в целом. Здоровье человека – это бесценный дар, данный природой, который нуждается в постоянной заботе. Без этого фундамента невозможно реализовать свои планы и добиться успеха в жизни. И, если человек дышит свежим и качественным воздухом, то это служит мощным фактором, позволяющим сохранить хорошее здоровье, высокую работоспособность и бодрость духа на многие годы.[3]

3.1. Влажность воздуха и климат в помещении.

    Вода входит в состав окружающего воздуха и является необходимым компонентом для всех живых существ: людей и животных. Комфортность окружающих условий определяется, в основном, двумя факторами: относительной влажностью и температурой. Вы можете себя чувствовать вполне комфортно при температуре -30 °С в Сибири, где зимой воздух обычно очень сухой, но Вам будет совсем неуютно при температуре 0 °С в Кливленде, расположенном на берегу озера, где очень влажно. Работа многих также сильно зависит от уровня влажности. Как правило, все характеристики приборов определяются при относительной влажности 50% и температуре 20–25 °С. Рекомендуется поддерживать такие же условия и в рабочих помещениях, правда, здесь существуют исключения: например, в производственных комнатах Класса А влажность должна быть 38%, а в больничных операционных – 60%. Температура наружного воздуха влияет на температуру внутри здания, стены и крыша которого нагреваются и охлаждаются в зависимости от состояния внешних атмосферных условий. Постоянный обмен воздуха внутри здания с наружным воздухом происходит через стены, двери, окна, а также в процессе вентиляции и проветривания. Требования к воздушно-тепловому режиму в школах: 

Температура воздуха в зависимости от климатических условий должна составлять:

- в классных помещениях, учебных кабинетах, лабораториях - 18 - 20 градусов Цельсия при их обычном остеклении и 19 - 21 градус Цельсия - при ленточном остеклении;

- в учебных мастерских - 15 - 17 градусов Цельсия;

- в актовом зале, лекционной аудитории, классе пения и музыки, клубной комнате - 18 - 20 градусов Цельсия;

- в дисплейных классах - оптимальная 19 - 21 градус Цельсия, допустимая 18 - 22 градуса Цельсия;

- в спортзале и комнатах для проведения секционных занятий - 15 - 17 градусов Цельсия;

- в раздевалке спортивного зала - 19 - 23 градуса Цельсия;

- в кабинетах врачей - 21 - 23 градуса Цельсия;

- в рекреациях - 16 - 18 градусов Цельсия;

- в библиотеке - 17 - 21 градус Цельсия;

- в вестибюле и гардеробе - 16 - 19 градусов Цельсия.

 При температуре воздуха на рабочих местах 25°С и выше максимально допустимые величины относительной влажности воздуха не должны выходить за пределы:

70% - при температуре воздуха 25°С;
65% - при температуре воздуха 26°С;
60% - при температуре воздуха 27°С;
55% - при температуре воздуха 28°С.

                                                                                                                                   [4]

3.2. Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека.

     Кроме показателей химического состава, описанных выше, окружающая атмосфера, в том числе и в отдельно взятом помещении, обладает многими свойствами, влияющими на комфорт и самочувствие людей. Одним из таких показателей является влажность окружающего воздуха. Слишком сухой воздух вызывает неприятные ощущения, головокружение, чувство жжения и сухости в слизистых оболочках носа и горла, быструю утомляемость, а также может привести к возникновению некоторых патологий. Например, для людей, предрасположенных к аллергии. Влажность воздуха, существенно влияя на теплообмен организма с окружающей средой, имеет большое значение для здоровья и жизнедеятельности человека.

     Когда окружающая среда имеет температуру более высокую, чем температура тела человека, происходит сильное потоотделение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма и  является нагрузкой на организм.

    При низкой температуре и высокой влажности воздуха повышается теплоотдача и человек подвергается большему охлаждению.

    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%. Специалисты в области экологии и здоровья человека считают, что в сыром, плохо вентилируемом помещении очень быстро распространяются различные бактерии. При этом, значительно возрастает опасность возникновения инфекционных заболеваний.

    Идеальная влажность в жилом помещении в средних климатических условиях является относительная влажность воздуха 40-60%.

Воздух с влажностью: до 55% считается сухим,

от 56%-70% умеренно сухим,

от 71%-85% умеренно влажным,

свыше 85% сильно влажным.[5] 

3.3. Приборы увлажнения воздуха

Климатические приборы увлажнения воздуха служат для поддержания оптимальной влажности воздуха в помещениях, в любое время года. В увлажнителях воздуха загрязненный воздух, содержащийся в закрытых помещениях, прогоняется с помощью вентилятора через водяной фильтр. В процессе увлажнения часть пылинок, находящихся в воздухе, оседает в увлажнители, а другая часть, которая утяжелена влагой, оседает на пол. В связи с этим, увлажнители воздуха можно справедливо назвать климатическими приборами очистки воздуха с водяным фильтром. Сегодня на потребительском рынке можно найти увлажнители с традиционным способом холодного испарения, ультразвуковым и паровым способами испарения воды. В простых увлажнителях холодного испарения процесс увлажнение воздуха происходит довольно таки медленно, это не требует дорогих приборов контроля. Автоматически поддерживается баланс влажности воздуха на оптимальном уровне, что соответствует 50-60% для помещения с температурой воздуха 20-22°С. Воздух при таком соотношении температуры и влажности воспринимается как свежий и чистый. В увлажнителях воздуха холодного испарения применяют бумажные кассеты или перфорированные диски. В кассетах вода пропитывает бумагу, медленно поднимаясь снизу вверх, наподобие движения по капиллярам. Бумажные кассеты в некоторых моделях пропитывают антибактериальным средством. Чтобы ускорить процесс увлажнения воздуха, бытовой прибор можно разместить вблизи источника тепла.

Климатические приборы увлажнения воздуха с перфорированными дисками более быстро увлажняют воздух. Перфорированные диски, которые частично погружены в воду, вращаются и хорошо при этом смачиваются водой. Крупные частички пыли, находящиеся в воздухе, который продувается через мелкие отверстия перфорации на верхней части диска, оседают на диске, а мелкие становясь влажными, опадают. При вращении диска и погружении его загрязненной части в воду, крупная пыль смывается с поверхности. Для дезинфекции воды в моделях увлажнителей с дисками применяется волокнистый стержень, насыщенный молекулами серебра. Ионы серебра, попадая в воду, обогащают ее и дезинфицируют. Они уничтожают более 650 видов различных вирусов и бактерий. Стержни из синтетического волокна с серебряным покрытием способны служить 1-1,5 года, не требуя замены. Плюсами увлажнителей с холодным типом испарения являются: отсутствие накипи и конденсата, значительная экономичность и невысокий уровень шума. Такие увлажнители не требуют особого ухода, при нормальной эксплуатации их необходимо мыть и заправлять новой водой 2-3 раза в неделю. В моделях с использованием антибактериальных добавок операции чистки и заправки свежей водой достаточно проводить через 1,5-2 недели.
Паровые увлажнители воздуха отличаются тем, что испарение происходит при нагревании воды с помощью электронагревателя, и оптимальная влажность воздуха в помещении достигается намного быстрее. После установления необходимого уровня влажности, испарение воды будет продолжаться, до тех пор, пока прибор находится в рабочем режиме. Во избежание непрерывного процесса испарения в паровых увлажнителях обязательно установлено автоматическое отключение нагревателя и контроль влажности. Паровые увлажнители воздуха более энергоемки, но при этом обладают более высокой производительностью и не требуют никаких сменных деталей.

 Увлажнители воздуха с паровым способом испарения можно использовать для ароматизации воздуха в помещении, добавляя при этом в воду ароматические жидкости. Также такие увлажнители используются в лечебных целях или для дезинфекции. В них можно добавить лечебные препараты и использовать для ингаляции во время лечения простудных заболеваний. Антибактериальные добавки, которыми покрывают диск, образуют на его поверхности неиспаряющуюся пленку. Таким образом, они нейтрализуют вирусы и бактерии и действуют, как приборы со стержнем, покрытым серебром.
Еще один тип климатических приборов увлажнения воздуха – это ультразвуковые увлажнители. Принцип их действия: вода подается на вибрирующую пластину с большой частотой вибрации, и разбивается на мельчайшие частички, которые разбрызгиваются. Кажется, что вода закипает при комнатной температуре. Продуваемый воздух через это облако микроскопических брызг быстро насыщается влагой. Перед подачей воды на ультразвуковую пластину, в некоторых моделях ультразвуковых увлажнителей, предусмотрено нагрев воды до 80°С, так как при такой температуре большая часть вредных микробов погибает. На выходе из бытового прибора, в этом случае, температура воздуха не будет превышать 40°С. Ультразвуковые увлажнители соединяют в себе плюсы увлажнителей воздуха с паровым и холодным способами испарения воды. Ультразвуковые увлажнители потребляют небольшое количество энергии, и при этом обладают достаточно высокой производительностью. Управляются такие увлажнители при помощи пульта дистанционного управления. Минусом ультразвуковых увлажнителей является необходимость заливать достаточно чистую воду. Так как, если заливаемая вода будет недостаточно чистая, то содержащиеся в ней различные примеси попадут в воздух вместе с капельками, что разбрызгиваются. И со временем на всех предметах мебели и растениях, а также на стенах помещения, может появиться налет. Чтобы избежать этого в ультразвуковых увлажнителях используют специальные фильтры для очистки воды. В моделях, в которых отсутствуют фильтры лучше использовать дистиллированную воду. Если используется обыкновенная водопроводная вода, рекомендуется заменять фильтры через каждые 3-4 месяца.[6]

II. Экспериментальная часть.

         Цель эксперимента: Определение влажности воздуха в кабинетах №2, №9, №20.

Для измерения влажности использовал психрометр.

       Порядок выполнения:

  1.Записал показания сухого и через 10 мин. влажного термометра.

  2.Нашел разницу  в показаниях термометров.

  3.По психрометрической таблице определил влажность.

  4.Провел  наблюдение в январе – 14,15,16,17,20,21 числа

  5.Результаты измерений записал  в таблицы: Кабинет №2 (см. Приложение 1, Таблица1 );

  Кабинет №9 (Приложение 2, Таблица 2); Кабинет№20 (см. Приложение 3,Таблица 3).

По результатам относительной влажности  построил диаграммы.

(см. Приложение 4, Рис.3 ( в 9 и 14 часов)

Изменение относительной влажности и температуры вне  стен школы представлено на графиках(см. Приложение 5, рис. 4)

Вывод: Анализируя результаты таблиц и диаграммы можно сказать, что относительная влажность подвержена суточным колебаниям. Влажность воздуха  в кабинетах, измеренная утром, меньше на 1-2%. , чем в обеденное время, это связанно с тем , что в первую смену учатся большое количество учеников, и выдыхаемый ими воздух у увеличивает количество водяных паров в кабинетах. Поэтому влажность в кабинетах, несмотря на повышающуюся за это время температуру увеличивается. 

Вне стен школы утром, с восходом солнца температура резко понижается на улице , а в обед температура немного повышается. Такие же изменения происходят  и с относительной влажностью.

Итак я с  помощью простых измерений я выяснил, что относительная влажность воздуха в классах от 72% до 76%.  Для человека относительная влажность от 40 до 60% относится к гигиенической норме. Такая влажность обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма. Это способствует увлажнению кожи и слизистых оболочек дыхательных путей и вдыхаемого воздуха, в некоторой степени поддерживают постоянство влажности внутренней среды организма. Воздух, относительная влажность которого ниже 20%, оценивается как сухой, от 71 до 85% - как умеренно влажный – таковым является воздух в кабинетах школы. Влажность в кабинетах школы относится к допустимым величинам показателей микроклимата в производственных помещениях, воздух в кабинетах умеренно влажный. [3]

III. Выводы

Проведя измерение влажности воздуха в кабинетах моей школы я выяснил, что  относительная влажность подвержена суточным колебаниям. Это связано прежде всего с изменением температуры. Чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его полного насыщения. При низких температурах необходимо меньшее количество водяных паров для максимального насыщения. Это зависит от  изменения температуры и  относительной влажности вне школы (на улице).

Изучив санитарно-  гигиенические нормы я выяснил, что для человека относительная влажность должна составлять 40-60%.[3] Такая влажность обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма.

В зависимости от степени влажности воздуха по-разному ощущается действие температуры. Так, высокая температура воздуха в сочетании с низкой его влажностью переносится человеком значительно легче, чем при высокой влажности. С увеличением влажности воздуха происходит повышение температуры тела, учащение пульса и дыхания, появляется головная боль и слабость, наблюдается снижение двигательной активности, а также снижается отдача тепла с поверхности тела испарением (гидратация и дегидратация тканей). Насыщение воздуха водяными парами в условиях низкой температуры будет способствовать переохлаждению тела.

    Относительная влажность воздуха в кабинетах моей школы от 71 до 76% , такой воздух можно считать  умеренно влажным. Поэтому необходимо проветривать кабинеты, размещать  растительность в хорошо проветриваемых местах, между шторами и радиаторами  оставлять пространство для прохождения тёплого воздуха от радиатора, т.е., чтобы обеспечить конвекцию воздуха в оконном проёме.

    Проведя исследования и изучив по данной теме литературу, я могу сказать, что определенную влажность необходимо поддерживать в школе, дома , в производственных помещениях для сохранения здоровья людей и производственных изделий, а также для хранения произведений искусства в музеях и книг в библиотеках, в аптеках. Для этого контроля необходимо использовать психрометр.

IV. Литература

1.С.В.Громлов Физика11Москва «Просвещение»,2005

2. Г.Я. Мякишев. Классический курс .Физика 10 М:Просвещение,2013

3.  Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях [Текст] - Режим доступа: http://koopo.ru/SanPin/SanPiN_2.4.2.htm 

4.Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека.[Текст] - Режим доступа:  http://www.ecolex.com.ua/humidity 

5.Федеральные санитарные правила, нормы, и гигиенические нормативы. [Текст] - Режим доступа:http://mpra. info/yurist/zakon

6.Приборы увлажнения воздуха [Текст] - Режим доступа: http://www.uvlazhniteley.net/01_puv.php 

V. Приложение

                                                                                                             Приложение 1

Таблица №1 (Кабинет №2)

                                                                                                            Приложение 2

Таблица №2 (Кабинет №9)

.

                                                                                                             Приложение 3

Таблица №3 (Кабинет №20)

.

Приложение 4

            Рис.3 Относительна влажность воздуха( время измерения 8 часов и 14 часов). Январь.

 Приложение 5

Рис.4 Относительна влажность воздуха и температура вне стен школы.