Исследовательская работа «Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека»
Исследовательская работа «Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека»
Воздух - неотъемлемый источник жизни на земле. 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.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Воздух - неотъемлемый источник жизни на земле. 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. 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. Хранение произведений искусство и книги требуют поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Продукты питания, строительные материалы и даже многие электронные компоненты допускается хранить в строго определённом диапазоне относительной влажности воздуха. Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды.
Проблема:
Изучая влажность воздуха, мы решили выяснить, как влажность воздуха влияет на жизнедеятельность человека.
Чтобы решить возникшую проблему провели изучение теоретического материала, и исследования по измерению влажности воздуха в разных помещениях школы, ответили на вопрос соответствует ли данная влажность нормам?
Цель проекта:
Изучить характеристиками влажности воздуха и ее влияния на здоровье человека.
Задачи:
Изучить понятие влажность воздуха;
Выяснить, каким образом влажность воздуха влияет на жизнедеятельность человека;
Рассмотреть несколько способов определения влажности воздуха, измерить влажность воздуха в помещении;
Актуальность
В последние годы среди обучающихся и сотрудников школ наблюдается высокий процент простудных и аллергических заболеваний. Причина тому - низкая влажность, вызывающая быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, легких, что приводит к проблемам со здоровьем.
Чрезмерно высокая влажность также вызывает некоторые негативные явления в организме человека, например, нарушается теплообмен организма с окружающей средой, что приводит к перегреву тела. Так как большую часть дня мы проводим в помещении, то не маловажную роль играет там состояние влажности.
Исходя из этого, я решила узнать, какова влажность в обычных домах или квартирах.
Понятие влажности
Влажность - мера содержания в
Относительная влажность – отношение количества воды, содержащегося в воздухе при данной температуре, к максимальному количеству воды, которое может содержаться в воздухе при данной температуре в виде пара.
Относительная влажность показывает, сколько еще влаги не хватает, чтобы при данных условиях началась конденсация, т.е. превращение пара в жидкость. Воздух с влажностью:
• до 55% считается сухим,
• от 56%-70% умеренно сухим,
• от 71%-85% умеренно влажным,
• свыше 85% сильно влажным.
Идеальная влажность в жилом помещении 40-60%. Когда окружающая среда имеет температуру более высокую, чем температура тела человека, происходит сильное потоотделение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма, однако является нагрузкой на организм. Содержание водяного пара в воздухе - его влажность - характеризуется рядом величин.
Относительной влажностью воздухаφ называют выраженное в процентах отношение парциального давления р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре:
φ =p/p0*100%
Воспользовавшись уравнением, можно для относительной влажности получить еще одну формулу:
φ = r/r0*100%,
где г - абсолютная влажность, а г0 - плотность насыщенного водяного пара при данной температуре.
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 или задачниках по физике.
Абсолютная влажность - 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.
Точка росы - это температура, до которой воздух должен быть охлажден, чтобы стать насыщенным водяным паром. Предполагается, что давление воздуха и содержание воды постоянны. При дальнейшем охлаждении находящийся в воздухе водяной пар конденсируется с образованием жидкой воды
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 р водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления - паскалях или миллиметрах ртутного столба.
Значение влажности воздуха в жизни человека
Влажность воздуха зависит от того, какое количество водяного пара в нем содержится. Измеряется этот показатель в г/м3. Наивысшее значение водяного пара в воздухе, обозначают высоким уровнем влажности. Степень влажности воздуха, также зависит от температурного режима. Процесс испарения влаги зависит от температуры поверхности. После испарения влага преобразуется в молекулы, которые в дальнейшем попадают в атмосферу.
Согласно проведенным исследованиям, насыщенный водяным паром воздух, не сможет содержать больше пара, до тех пор, пока температура воздуха не повысится. При повышении температурного режима, интенсивность испарения пара увеличивается в несколько раз, а при низких показателях температуры, водяной пар преобразуется в конденсат. Соответственно из-за таких процессов, в жаркое время года под, влиянием солнечных лучей, на поверхности растений, появляется роса, а осенью или весной при низкой температуре, появляется иней. Водяной пар под воздействием холодного воздуха, преобразуется в туман, который в больших городах может содержать в себе большое количество дыма и газов. Туман из мелких и загрязненных кристаллов, обозначают смогом.
Влажность воздуха играет важную роль не только в природе, но и в жизнедеятельности человека и других живых организмов. Оптимальной влажностью для организма, считается показатель от 40 до 60%. Кстати, на космических кораблях всегда придерживаются этих значений. Испарение влаги с поверхности кожи, зависит от влажности воздуха. Если в помещении наблюдается дефицит влажности, то это может стать причиной развития различных заболеваний. Влажность воздуха важный показатель для людей с пониженным иммунитетом, аллергиков, астматиков, тех, у кого наблюдаются частые головные боли, а также в период простуд и после перенесенных ОРВИ.
Однако нужно понимать, что показатель влажности выше 60% также может стать причиной появления различных проблем. При высоком уровне влажности, в помещении может появиться плесень, которая провоцирует развитие заболеваний дыхательной системы, а также может стать причиной кожных заболеваний.
Чтобы влажность воздуха в помещении была оптимальной, ее нужно контролировать с помощью специального оборудования. Термогигрометр является идеальным решением проблемы. Также большинство людей в холодное время года сушат белье на батареях, либо оставляют рядом с обогревателями емкость с водой. Специалисты рекомендуют пользоваться автоматическими увлажнителями воздуха и, конечно же, следить за уровнем влажности воздуха в помещении.
Приборы для измерения влажности воздуха
Гигрометр и психрометр - это приборы, которые служат для определения влажности воздуха.
Гигрометр
Волосной - Является устаревшим и чаще всего встречается как музейный экспонат. Принцип его работы основан на физическом свойстве волоса менять длину в зависимости от уровня влажности. В конструкции гигрометра используется натянутый волос, одним концом связанный со стрелкой. В зависимости от того насколько оттянется волос, зависит угол наклона стрелки. Приборы этого типа считаются устаревшими ввиду низкой точности, но ее достаточно для бытового применения. Однако они очень чувствительны к механическому воздействию. При сильной встряске или ударе волос может порваться, и устройство выйдет из строя. Используемый в системе обезжиренный человеческий волос позволяет определять влажность воздуха в пределах от 30% до 100%. Устройство может использоваться для расчета влажности в случае минусовой температуры.
Пленочный гигрометр - схож по принципу работы с волосяным. Он оснащается органической пленкой. Та меняет свою длину в зависимости от влажности. С пленкой связан механизм шкалы. Такое устройство не боится механического воздействия в разумных пределах, чем превосходит волосяные гигрометры. Устройство может использоваться для определения влажности воздуха при отрицательной температуре. Зачастую устройство предусматривает наличие механизма калибровки. Его можно отрегулировать, пользуясь данными полученными на более точных приборах, которыми являются психометрические или абсолютные гигрометры.
Весовые - гигрометры очень точные. Это избыточно для домашнего применения, поэтому такими приборами больше пользуются в лабораториях, так как они являются абсолютными. Устройство представляет собой соединенные трубки. Внутри них находится вещество, способное быстро поглощать пар из воздуха. Трубки постоянно пребывают в закрытом состоянии.Для измерения относительной влажности необходимо открыть доступ воздуха на определенное короткое время. В результате прохождения через трубки пар из воздуха останется в поглощающем веществе. Вследствие этого масса самого гигрометра увеличится. Определив текущий вес устройства после увлажнения, и сравнив его с первоначальными данными, можно рассчитать относительную влажность. Для пользования этим устройством нужно проводить математические расчеты. Для подсчетов требуются данные о массе гигрометра до и после измерения, а также об объеме пропущенного через трубки воздуха. Таким образом, чтобы получить более-менее точные данные измерения, необходимы весы с минимальной погрешностью. Кроме этого на уровень точности может влиять фактор состаривания вещества в трубках. Со временем оно теряет свои первоначальные свойства, и поглощает влагу из воздуха хуже.
Керамические - Устройство также называют механическим. Принцип его работы основан на зависимости уровня увлажненности диэлектрика к его токопроводности. Гигрометр оснащается керамическим пористым чувствительным элементом. Он поглощает влагу с воздуха. Если влажность высокая, то он набирает много воды, а если низкая, то керамический кубик наоборот подсыхает. Через керамический элемент пропускается электрический ток. Когда влажность высокая, и он более увлажнен, то электрическое сопротивление снижается. Стрелка прибора реагирует на сопротивление, от чего располагается под определенным углом на циферблате, тем самым указывает на относительную влажность.Данные устройства не самые точные, но дают вполне приемлемый результат, что позволяет их применять в системах климат-контроля и т.д. Главное их достоинство в даче прямых показаний влажности в текущем времени. Не нужно ничего считать по формулам или пользоваться вычислительными таблицами. Также устройство не нуждается в активации процесса замера. Его стрелка указывает на уровень влажности постоянно.
Конденсационные - гигрометр этого типа также дает весьма приблизительный результат. В основе принципа его действия лежит свойство конденсирования пара. Устройство оснащается небольшим зеркалом. Перед замером измеряется температура зеркала. После этого оно охлаждается по принципу эффекта Пельтье. Остывание зеркала вызывает конденсирование на нем влаги. Как только это происходит, замеряется температура зеркала уже в этот момент. Сравнивая данные температуры, с помощью таблицы можно определить уровень относительной влажности. Чтобы данные получились максимально точными, нужно вовремя определить момент образования конденсата, и своевременно измерить температуру зеркала. Для этого в гигрометре предусматривается оптическое или электрическое устройство. Электрическое является более точным, так как исключает человеческий фактор.
Электронный - является наиболее удобным и весьма точным. Гигрометр оснащается пластинкой с электроизоляционного материала. Сверху нее имеется покрытие из хлорида лития. Уровень электрической сопротивляемости хлорида лития меняется в зависимости от уровня влажности воздуха. Основываясь на этих данных, устройство самостоятельно проводит все исчисления, выдавая на дисплее готовый результат. Прибор очень быстро реагирует на изменение относительной влажности воздуха. Обычно данные приборы дополнительно оснащаются термометром.
Нужно отметить, что электрические гигрометры имеют разный уровень погрешности, зависящий от окружающей температуры. Более сложные приборы имеют усовершенствованный вычислительный потенциал, что позволяет минимизировать погрешность.
Психрометр
Принцип работы психрометра
Принцип действия устройства основывается на свойстве жидкости при испарении влиять на температуру прилегающих к ней поверхностей. В приборе имеется 2 термометра. Один находится во влажной среде, а второй остается сухим. Первый контактирует со смоченной поверхностью, в качестве которой выступает губка или ткань. Прикасаясь к ней, термометр охлаждается от испаряющейся жидкости. Как следствие он показывает меньшую температуру, чем сухой прибор. Разница на двух термометрах составляет несколько градусов. Она используется для физических вычислений относительной влажности.
Самые простые психрометры это просто два спиртовых или ртутных термометра. Один из них обмотан смоченной хлопчатобумажной тканью, а второй остается сухим. Чтобы ткань оставалась влажной, в конструкции предусматривается емкость с водой, в который опускается ее конец. Хлопчатобумажные нитки впитывают жидкость и поднимают влагу вверх, поэтому ткань всегда остается мокрой пока имеется вода в резервуаре.
Чем ниже относительная влажность окружающего воздуха, тем более интенсивно испаряется вода из ткани. Естественно, быстрое испарение сильно понижает температуру термометра. На сухом воздухе разница между данными с пары термометров будет самой большой. При относительной влажности 100% температуры останутся одинаковыми.
Сняв показания с двух термометров и зафиксировав разность температуры необходимо воспользоваться специальной таблицей. По вертикали в ней отмечены показания сухого термометра, а по горизонтали разность температур. Сопоставив линии можно получить показания относительной влажности.
Каждый классический психрометр имеет на своей поверхности напечатанную таблицу, благодаря чему данные можно сравнить сразу же не отходя от прибора. Это исключает необходимости использования расчетов. Чтобы пользоваться прибором и получить показатель относительную влажность можно даже не уметь применять формулу.
Отличие от гигрометра
Психрометр и гигрометр это приборы одинакового назначения. Они оба созданы для определения влажности. При этом устройства отличаются между собой по принципу работы. Дело в том, что гигрометр разработан специально для измерения физико-химических свойств разных веществ. Психрометры работают намного проще. Естественно, чем элементарней конструкция, тем она надежней. Именно поэтому психрометры более точные. Хотя они лишены ряда дополнительных функций, но могут использоваться в качестве эталона. Именно по психрометру проводят поверку точности многозадачного гигрометра.
Виды психрометров
Описанная классическая конструкция простейшего психрометра является не единственной. На основании принципа измерения влажности по показанию сухого и влажного термометра были разработаны несколько психрометров:
Августа.
Асмана.
Дистанционный.
Августа
Этот прибор также называют стационарный психрометр. Он является самой первой и простой конструкцией. Устройство представляет собой корпус, на котором неподвижно закреплено 2 термометра. От одного из них отходит батистовая ткань, опущенная в резервуар с водой. Это безотказное оборудование, дающее весьма точные результаты, но требующее периодического слежения за наличием воды в резервуаре. Недостаток данного прибора состоит в том, что интенсивность испарения зависит от скорости передвижения воздуха. То есть, если ткань термометра будет обдуваться, то произойдет значительное охлаждение, превышающее естественное. Как следствие показания станут искажаться. В связи с этим устройство лучше размещать в местах, где на его точность не повлияют сквозняки.
Асмана
Данный прибор известен как аспирационный психрометр. Это немного более сложное устройство. Оба его термометра скрыты в корпусе, защищающем их от повреждения и теплового воздействия от окружающих поверхностей. Они принудительно обдуваются воздухом с помощью встроенного вентилятора, что гарантирует одинаковый фиксированный поток. Это исключает зависимость показаний от порывов ветра, и выравнивает условия. Работающий вентилятор двигает воздух со скоростью 2 м/сек. Это самый точный вид психрометров. Как и в приборах Августа в их конструкции используются термометры со стеклянной колбой, поэтому устройство требует аккуратного обращения. Спрятанные термометры все равно могут разбиться, и тогда прибор придет в негодность.
Дистанционный
Это промышленные психрометры, которые позволяют измерять влажность воздуха обычно применяя термометры сопротивления. Такие устройства позволяют определять относительную влажность и передавать результаты измерений на большие расстояния. То есть, исключается необходимость подходить к прибору и непосредственно снимать показания температуры.
Дистанционные психрометры бывают:
Манометрические.
Электрические.
Первый прибор имеет в своей конструкции манометрический термометр. Более востребованными являются электрические психрометры. В них встроен термометр, сопротивления, термопары, термисторы и т.п. Несмотря на техническую сложность, в основе таких устройств лежит тот же принцип разности показаний температуры сухого и мокрого датчика. Обслуживание бытового психрометра
В качестве бытовых психрометров обычно предлагается использовать классические стационарные приборы. В идеале проводить заправку их резервуара дистиллированной водой. При ее отсутствии можно использовать кипяченую воду. Кипячение позволяет уменьшить концентрацию в жидкости солей, забивающей капилляры тканевой ленты и ускоряющей ее пересыхание. Чтобы психрометр работал точно без возможной погрешности, лучше использовать всегда только дистиллированную воду. Тогда лента не напитает соль, поэтому всегда будет сохнуть правильно.
Практическая работа
Изготовление психрометра и измерение влажности
Цель: изготовить прибор для измерения относительной влажности воздуха и измерить ее.
Для выполнения практической работы нам понадобятся:
Канцелярский нож
Хомуты
Супер клей
Кусочек мокрой ткани
Два термометра
Весь процесс изображен на слайдах.
Вывод
Рассмотрев поставленные вопросы, можно сделать вывод, что невидимый нами воздух может влиять на человека. Оказывается большинство людей не предают значения уровню влажности жилых помещений и напрасно, ведь как и пониженная, так и повышенная влажность ведет к развитию множества заболеваний и ухудшению самочувствия людей.
