Проект "Исследование влияния влажности и температуры воздуха на здоровье человека"

Научно-исследовательская работа

Исследование влияния влажности  и температуры воздуха на здоровье человека

Выполнил(а):  

Ющенко Елизавета Дмитриевна

учащий(ая)ся 9 класса

 МАОУ СОШ №16

Руководитель:

Веретенникова Ирина Валерьевна

учитель физики

МАОУ СОШ №16,  высшей

квалификационной категории

2016г.

Содержание

Введение                                                                                                 3

1. Теоретическая часть                                                                    4                

1.1.Теоретические основы влажности воздуха                              4                                                                                

 1.2 .Температура                                                                                5

     1.3. Влияние температуры на влажность в помещении и

 на здоровье человека                                                                          6

2. Исследовательская часть                                                             8

     2.1. Исследование выделительной  и терморегуляторной  

функция кожи                                                                                         8

     2.2 Исследование условий испарения                                             9

3. Исследование влияния  проветривания на температуру

 и влажность  внутри помещения?                                                       10

     2.4.Определение влажности и температуры  воздуха в               11

 помещениях школы

     2.5.Изучение уровня заболеваемости учащихся школы               12

Заключение                                                                                             13

Список интернет ресурсов                                                                    14

Приложения                                                                                            15

Введение

     Каждый из нас прекрасно понимает, насколько важен комфортный микроклимат в помещении, где мы находимся. А если быть еще точнее, то важен не умозрительный комфорт, которому нет определений, а отсутствие наших мыслей о том, что в помещении душно или же холодно, что само по себе отвлекает наше внимание от эффективного выполнения работы и учебы.                                                                С научной точи зрения микроклимат – это совокупность физических факторов внутренней среды помещений, оказывающие влияние на теплорегуляцию  и здоровье человека.  Микроклиматическими показателями являются: температура, влажность и скорость движения воздуха.  Так как в течение учебного года ученикам приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние микроклимата  в учебных кабинетах. Поэтому я решила исследовать такие показатели  микроклимата, как влажность и температура в учебных кабинетах нашей школы.

Цель  моей  работы: Исследовать влажность и температуру воздуха в школе и   узнать,  как они влияют на здоровье человека.

Задачи:

1. Изучить физические основы теплорегуляции человека и выяснить как влажность и температура воздуха влияет на самочувствие человека.
2. Научиться использовать цифровую лабораторию для измерения влажности воздуха и температуры окружающей среды.  
3. Измерить влажность  и температуру воздуха в кабинетах школы.
4. Узнать,  как влияет температура на влажность воздуха в классе.
5. Сравнить  полученные данные с санитарно-гигиеническими нормами.
6. Экспериментально показать методы изменения влажности воздуха и улучшения качества жизни человека.

     Объект исследования: микроклимат учебных классов школы.

     Предмет исследования: влияние влажности и температуры  воздуха на жизнедеятельность человека.

Методы работы: изучение литературы, наблюдения, проведение экспериментальных исследований с использованием цифровой лаборатории, сравнение и анализ полученных данных.

Гипотеза исследования: Чем лучше микроклимат внутри помещения, тем лучше мы себя в нем чувствуем. Это зависит от температуры и влажности. Температура напрямую зависит от влажности и наоборот.

Практическая значимость моего исследования заключается в сформулированных способах регулирования влажности воздуха.

 Актуальность нашего исследования заключается в том, что в последние годы среди учащихся школ высокий процент простудных заболеваний, а низкая влажность и температура  вызывает быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям. Высокая влажность и температура  также вызывает некоторые негативные явления в организме человека, например, нарушается теплообмен организма с окружающей средой, что приводит к перегреву тела.

1. Теоретическая часть

1.1. Теоретические основы влажности воздуха                             

       Атмосферный воздух, который нас окружает  представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Важное значение для человека наряду с температурой и давлением атмосферы имеет количество в ней водяных паров.

       От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека.  А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной.

        В зависимости от количества паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух бывает различной степени влажности. Абсолютная влажность воздуха (f) — это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объёму влажного воздуха.

       С одной стороны, абсолютная влажность воздуха является понятной и удобной величиной, т. к. дает представление о конкретном содержании воды в воздухе по массе, с другой стороны, эта величина неудобна с точки зрения восприимчивости влажности живыми организмами. Оказывается, например, человек ощущает не массовое содержание воды в воздухе, а именно ее содержание относительно максимально возможного значения. Чтобы судить о степени влажности воздуха, важно знать, близок или далёк водяной пар, находящийся в воздухе, от состояния насыщения. Для этого вводят понятие относительной влажности. Относительная влажность воздуха (φ)  —  это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара. Относительная влажность обычно выражается в процентах.

1.2 Температура

          Не менее важна для человека и температура среды его обитания. Человек способен продолжительно и эффективно функционировать лишь в довольно узком диапазоне температур окружающей среды.  Средняя температура тела человека - 36,5 °С.  Даже незначительные отклонения от этой температуры в ту или другую сторону приводят к ухудшению самочувствия человека.               Обмен веществ, постоянно происходящий в теле человека, приводит к выделению тепла. Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией.                         Для нормального теплообмена, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере трудоспособности, быстрой утомляемости. Если температура окружающей среды высокая, возникает риск гипертермии (перегрева). В таких случаях система терморегуляции человека увеличивает теплоотдачу за счет испарения влаги, вырабатываемой потовыми железами. Кроме этого осуществляется перераспределение кровотока от внутренних органов к внешней поверхности тела. И наоборот, когда температура окружающей среды заметно и продолжительно опускается, организм включает механизмы терморегуляции, которые уменьшают потери тепла и увеличивают теплопродукцию.

       К таким механизмам относятся:

Дрожание — быстрое непроизвольное сокращение мышц, в процессе которого выделяется тепло для согрева внутренних органов.

Отток крови от внешней, охлажденной поверхности тела. Такой отток не позволяет крови отдавать тепло, необходимое для работы внутренних органов. Этот эффект проявляется, в частности, как замерзание пальцев рук и ног.

Гусиная кожа — мурашки, которые вызываются напряжением микромыщц, отвечающих за положение волосков на коже. У человека это наследие предков является классическим атавизмом, но у наших прародителей эти мышцы поднимали шерсть, увеличивая высоту волосяного покрова. Это удерживало воздух у кожи, который как теплоизолятор уменьшал тепловые потери.

       Однако возможности терморегуляции не безграничны, и при дальнейшем устойчивом понижении температуры среды возникает риск различных нарушений в функционировании организма, развиваются симптомы гипотермии (переохлаждения), появляется дискомфорт, чувство «замерзания».

1.3 Влияние температуры на влажность в помещении и на здоровье человека

        Тепловые ощущение и переносимость температур во внешней среде во многом зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. 
При низком влагосодержании воздуха, характерном для холодного периода, возрастает отдача тепла человеком за счет интенсивного испарения влаги с поверхности тела, высыхают поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, что способствует прониканию болезнетворных микроорганизмов в органы дыхания, восприимчивости организма к простуде и другим заболеваниям.
       Воздух с очень низким содержанием водяного пара также оказывает неблагоприятное воздействие на кожу человека - она становится сухой, шероховатой и может растрескиваться от натяжения. Очень сухой воздух обычно бывает зимой в теплых помещениях. Нижняя граница влажности составляет около 20%. При более низких значениях влажности существенно возрастает дискомфорт и опасность заболевания ринитами и фарингитами у людей, постоянно находящихся в условиях пониженной влажности воздуха в помещении.
        Чем больше влажность воздуха, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев организма. Высокая влажность в сочетании с высокой температурой - более 30 градусов по Цельсию, имеет неблагоприятное воздействие на физиологические процессы теплообмена в организме, т.к. при этом почти вся выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова, что не обеспечивает необходимой теплоотдачи, а изнуряет и обезвоживает организм. Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей, микроэлементов и водорастворимых витаминов. Установлено, что при температуре воздуха более 25 С° работоспособность человека начинает падать. Длительное воздействие высокой температуры особенно в сочетании с повышенной влажностью может привести к значительному накоплению теплоты в организме и развитию перегревания организма выше допустимого уровня – гипертермии – состоянию, при котором температура тела поднимается до 38...39С°. Возникает так называемый тепловой удар, требующий медицинского вмешательства.

       При наружной температуре, приближенной к температуре человеческого тела (около 36,6 градусов), организм предпринимает целый ряд изменений, чтобы помочь себе сохранить здоровье. Это и повышенное потоотделение, изменение частоты и глубины кровообращения, дыхания, а также повышение других показателей, с помощью которых организм предпринимает попытки охладить себя. Однако потоотделение помогает понизить температуру тела только в том случае, если влага, которая выделяется через кожу, активно испаряется, что при повышенной влажности затруднительно.

2. Исследовательская часть

      Существуют различные приборы для измерения влажности воздуха,  такие как гигрометр и психрометр.

      Для своих измерений я использовала специальный цифровой датчик влажности, который предназначен  для регистрации относительной влажности воздуха из комплекта цифровых лабораторий. Он предназначен для работы при температуре от +15°C до +35°C и относительной влажности окружающего воздуха до 90% при 25°C. Пользоваться им очень просто. Он показывает количество влаги в процентном соотношении.  Для измерения температуры использовала датчик температуры.

2.1 Исследование выделительной  и терморегуляторной  функция кожи

        Кожа играет огромную роль в охлаждении тела. Потоотделение предохраняет организм от перегрева, так как при испарении влаги с поверхности тела тепло отдается в окружающую среду, происходит его охлаждение.

Цель эксперимента: исследовать терморегуляторную и выделительную функцию кожи, выявить зависимость интенсивности потоотделения от температуры окружающей среды.

Порядок проведения эксперимента:

• Начинаем регистрацию данных. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.
• Наденем пакет с датчиками на кисть руки и закрепим его в области запястья с помощью резинового кольца или шнурка.
• Запишем данные в течение 2-3 минут.
• Остановим регистрацию и сохраним данные опыта.
• Снимем пакет с ладони и извлечём датчики.
• Возьмем другой пакет и снова соберем установку и выполним новый опыт (с теми же параметрами).
• Начнем регистрацию данных. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.
• Включим лампу и приблизим ее к пакету.
• Запишем данные в течение 2-3 минут.
• Остановим регистрацию и сохраним полученные результаты.

Вывод: В ходе первого опыта было обнаружено, что температура и влажность в пакете повышается из-за отсутствия теплообмена с окружающей средой. (Приложение №1) Во втором опыте влажность увеличивается быстрее и достигает более высокого значения, чем в первом, так как от лампы исходит дополнительное тепло.  Поэтому  для нормального теплообмена, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду.

2.2 Исследование условий испарения

Одним из способов увеличения скорости испарения является движение воздуха - ветер.

Цель эксперимента:  исследовать, как движение воздуха влияет на скорость испарения.

Порядок  проведения  эксперимента:

• Начинаем регистрацию данных. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.
• Измерим температуру тела. Запишем данные в течение 2-3 минут.
• Остановим регистрацию и сохраним данные опыта.
• Начнём обдув и убедимся, что температура изменяется. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.
• Прислоним датчик к влажной одежде (коже).  Запишем данные в течение 2-3 минут.
• Начнём обдув датчика и убедимся в понижении температуры.
• Затем обдув прекратим и зафиксируем рост температуры
• Остановим регистрацию и сохраним полученные результаты.

Вывод: движение воздуха увеличивает скорость испарения, тело теряет энергию. (Приложение №2)

Скорость воздушного потока влияет на самочувствие людей: при сильном сквозняке влага интенсивно испаряется с тела и человек может замерзнуть и простудиться даже при высокой температуре воздуха. 

2.3 Исследование влияния  проветривания на температуру и влажность  внутри помещения

Подвижность воздуха оказывает существенное влияние на состояние внутренней среды помещения: распределение температур и влажности по объему помещения, наличие застойных зон и т.д.  Влияние подвижности воздуха на комфортное состояние человека необходимо рассматривать в совокупности с температурой и влажностью воздушной среды помещения. Согласно данным GISMETEO температура за окном - 19˚C. Мы измерили относительную  влажность воздуха в классе до проветривания и после.  Результаты измерений  занесем в  таблицу.

Цель эксперимента:  исследовать влияние проветривания  на микроклимат внутри класса.

Порядок  проведения  эксперимента:

• Начинаем регистрацию данных. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.
• Измерим  температуру  и влажность в помещении до начала проветривания.
• Проветрим кабинет  в течение 10 мин.
• Измерим  температуру и влажность в помещении после окончания проветривания.
• Оценим, насколько изменилось наше  самочувствие в помещении после проведения проветривания.

Вывод:  в результате эксперимента температура в классе незначительно понизилась, влажность увеличивается. Опытным путем мы убедились в том, что микроклимат улучшается.  Хотя во время морозов воздух становится более сухим, тем не менее, проветривание выполняет еще одну важную функцию. За счет поступления свежего воздуха внутри помещения существенно снижается концентрация вредных веществ, что благотворно влияет на наше здоровье.

2.4  Определение влажности и температуры  воздуха в помещениях школы

        Так как в течение учебного года ученикам приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние температуры и влажности в учебных кабинетах. Измерения проводились в предметных кабинетах физики, математики, химии (на втором этаже) и в кабинете биологии (на первом)

Цель работы: Определить температуру и влажность воздуха в разных учебных кабинетах и исходя из полученных данных,  выяснить, отвечает ли санитарным нормам условия наших кабинетов

По результатам работы были сделаны основные выводы:

1. Во всех кабинетах влажность воздуха понижена и  не  соответствует нормам.

2. К концу смены влажность воздуха в кабинетах повышается.

3. Средняя температура воздуха соответствует норме.

4. С началом отопительного сезона относительная влажность значительно понижается  до недопустимых значений, что в целом   способствует  обезвоживанию организма в результате теплоотдачи способом испарения. У людей, находящихся в таких условиях, будет ощущаться повышенная жажда и сухость слизистых оболочек, а значит,  увеличивается риск простудных и других заболеваний.

Для улучшения состояния влажности в кабинетах я рекомендую:

1. Опрыскивание. С  помощью этого простого и действенного метода можно увеличить влажность воздуха.

2. Увеличить в кабинетах количество зеленых насаждений. Листья зеленых растений испаряют воду и способствуют повышению влажности воздуха, а это улучшает самочувствие людей.

3. Устанавливать резервуары с водой между ребер радиатора

4. Применять электрические увлажнители воздуха. Он разбрызгивает маленькие капельки воды, которые сразу рассеиваются в воздухе, не оседая на растения, мебель, ковры, растения.

5. Чаще делать влажную уборку.

2.5 Изучение уровня заболеваемости учащихся школы

Современный образ жизни вынуждает нас основную часть времени проводить в «четырех стенах». Особенно в холодный период, наиболее вероятный для различных заболеваний. Поэтому создание благоприятных для здоровья условий в помещении крайне важно.  Поддержание нормальной влажности воздуха снижает риск простудных (и не только) заболеваний в разы! Статистические данные уровня заболеваемости учащихся школы за 2015.г. приведены в таблице.

Остальные: 4 грипп,2 пневмония

Выводы: Из данных таблицы видно, что уровень простудных заболеваний выше именно в тот период, когда используется центральное отопление и, возможно, одной из причин роста заболеваемости является низкий уровень влажности воздуха в помещении.

Заключение

Рассмотрев поставленные мною  вопросы, я  пришла к выводу, что для оптимального теплообмена человеческого организма при температуре 20-25°С наиболее благоприятна относительная влажность порядка 50%. При более высокой температуре предпочтительна влажность около 25%.  Поэтому, вооружившись знаниями, в наших силах создать комфортную и здоровую обстановку в школе.

Использование Цифровой лаборатории при исследованиях в данном проекте позволило мне получить не только знания в области естественных наук, но и опыт работы с интересной, современной техникой и компьютерными программами, получить возможность заниматься исследовательской деятельностью, не ограниченной темой конкретного урока и самостоятельно проанализировать и представить полученные данные исследований. Возможности исследований по теме проекта не ограничиваются экспериментами, предложенными и выбранными в работе.

В дальнейшем  можно  изучить относительную влажность и измерить температуру воздуха в разные времена года и т.д.

Список  интернет ресурсов

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B2%D0%BB%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C
2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0
3. http://www.axiomaj.ru/svoboda_-_zdravo_zhit/komfortnyj_mikroklimat.html
4. http://membra.ru/science/homeostasis/
5. http://www.polymedia.ru/oborudovanie/tsifrovye-laboratorii/
6. http://physbook.ru/