Урок физики по теме:
Влажность воздуха. Относительная влажность воздуха и способы её определения.
Цели урока: - познакомить учащихся с понятиями абсолютная и относительная влажность воздуха, значением влажности воздуха на окружающую среду, научить определять влажность воздуха и замечать ее изменения;- развитие ассоциативного мышления учащихся, коммуникабельности, самостоятельности в решении вопросов;-показать, что физические знания необходимы людям разных профессий, расширение кругозора.
Оборудование и материалы для урока:Термометр лабораторный, Кювета с водой, Кусочек бинта, Губка, Пипетка, Полоска целлофана, Психрометр, Гигрометр, Психрометрическая таблица.
Предварительная подготовка: за неделю до урока среди учащихся назначаются «косметолог», «врач», «агроном», «эколог», «психолог», которым поручается подготовить сообщение на тему: «Влажность воздуха в моей профессии.
Ход урока:
I. Организационный момент .
II. Изучение нового материала.
Мотивация учебной деятельности. Проблема и ее решение.
Одной из проблем людей, путешествующих по пустыне, является нехватка воды. Запасы воды у заблудившихся в песках быстро заканчиваются и люди погибают от обезвоживания. Хотя, если знать физику, от жажды в пустыне не умрешь. Так как же добыть воду в пустыне? (Выслушиваются ответы учащихся). Воду можно добыть из воздуха. Если вам придется остаться в песках без капли воды, расстелите на земле полиэтиленовую пленку или брезент и насыпьте на нее камней. На утренней заре камни покроются капельками воды, и вы сумеете собрать хотя бы несколько глотков живительной влаги.
Эксперимент.
Учитель: Как вам известно, воздух состоит из смеси различных газов и некоторого количества водяных паров. Смесь газов:78% азота,21% кислорода,водяной пар ≈ 1%. В атмосфере в среднем содержится 24.1016 м3 водяного пара. За 1 год на Земле испаряется 4,25·1014 т воды.Даже над пустыней воздух никогда не бывает абсолютно сухим.Связано это с тем, что с поверхностей морей, океанов, озер и рек, растений, животных и людей происходит непрерывное испарение воды в атмосферу. Убедимся в этом: возьмите полоску целлофана и положите на ладонь. Наблюдайте за ней. Что вы видите?
Ответ: Полоска скручивается.
Учитель: Целлофан хорошо впитывает влагу, поэтому вследствие испарения воды с вашей ладони, нижняя сторона полоски намокает, а верхняя остается сухой и полоска деформируется, скручивается. Итак, атмосфера Земли всегда содержит водяной пар. Конечно, количество водяных паров в воздухе не везде одинаково. Вблизи морей и океанов воздух более влажный, чем в глубине материков.
При определении содержания влаги в воздухе используют понятия абсолютной и относительной влажности.
Величина, характеризующая содержание водяных паров в различных частях атмосферы, называется влажностью воздуха.
Абсолютная влажность количество водяного пара в единице объёма воздуха, т.е. плотность водяного пара. Выражается в г/м3 .
Абсолютная влажность в атмосфере колеблется от 0,1 г/м3 (зимой над материками, в полярных широтах) до 30 г/м3 и более (в экваториальной зоне). Максимальное количество водяного пара, удерживаемое воздухом, зависит от температуры самого воздуха.
Какой воздух - теплый или холодный - вместит в себя меньшее количество воды и почему?
Ответ: холодный воздух плотнее теплого, и, следовательно, вместит в себя меньшее количество воды.
Учитель: значит и давление водяного пара (не всего воздуха, а только пара в воздухе!) в этом случае будет небольшим. Так, например, при температуре –10о С воздух может удержать без конденсации 2,14 г водяного пара, и давление пара в этом случае будет 1,95 мм рт.ст., а при температуре +20о С – около 18 г в одном кубометре и давление уже 17,5 мм рт.ст.
Чтобы судить о степени влажности воздуха, важно знать, близок или далек водяной пар, находящийся в воздухе, от состояния насыщения.
Относительная влажность – это содержание водяного пара в % к максимально возможному количеству в воздухе при данной температуре.
Скажем, 50 % влажности означают , что при –10о С (температуру надо указывать обязательно!) в одном кубометре воздуха содержится 1,07 г водяных паров, а при +20о С – целых 9 г.
Таким образом: Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженной в процентах.
Представьте себе, что в морозный день (температура воздуха –10 о С, относительная влажность 50 %) вы открыли форточку. А в комнате в это время при температуре +20 о С относительная влажность низкая, всего 20 %.Вы, конечно, предполагаете, что свежий воздух проветрит и увлажнит помещение. Как бы не так: не увлажнит, а высушит еще больше! Вспомните, что 50 % относительно влажности при – 10оС – это всего лишь 1,07 г в кубометре. Нагреваясь до +20 о С, наружный воздух начнет жадно впитывать влагу. Откуда? Конечно из комнатного воздуха, абсолютная и относительная влажность которого будет снижаться. Парадокс! Чем дольше будете проветривать комнату «влажным воздухом», тем суше будет в ней становиться воздух.
Что же будет происходить с влажностью при охлаждении теплого воздуха?
Ответ: теплый воздух, охлаждаясь, становится насыщенным. Влажность увеличивается.
Учитель: если и дальше будет понижаться температура такого воздуха ,то в дальнейшем водяной пар начнет уже конденсироваться .
Приведите примеры проявления этого процесса в природе.
Ответ: Иней, туман, выпадение росы.
Учитель: Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.
Точка росы также характеризует влажность воздуха.
Ролевая игра. Выступления учащихся.
Учитель: Но так ли это важно, знать влажность воздуха? Сегодня я пригласила к нам на урок работников некоторых профессий и попросила их ответить на вопрос: Какое влияние оказывает влажность воздуха на нас и окружающую среду? Послушаем их ответы.
Косметолог.
Врач.
Психолог.
Эколог.
Агроном.
Учитель: Мне хочется добавить, что влажность воздуха необходимо знать и тем, кто работает в музеях, архивах, где хранятся книги или произведения искусства, кинопленки или музыкальные инструменты, а также тем, кто отвечает за сохранность урожая зерна или овощей в специальных хранилищах.
Физминутка – эксперимент. Проделайте следующий эксперимент: возьмите губку и сожмите ее. Ничего не произошло. Теперь капните на нее из пипетки и сожмите опять. Результат тот же. Положите губку в кювету с водой, подождите чуть – чуть и сожмите снова. Что вы видите? из губки капает вода. Положите губку опять в кювету и переверните ее несколько раз.
Как вы думаете, что произойдет, если сейчас поднять губку? (Выслушиваются ответы учащихся).
Проверим. Поднимите губку и посмотрите на дно.
Почему из нее начала капать вода? Попробуйте объяснить данный эксперимент (Выслушиваются ответы учащихся).
Воздух можно сравнить с губкой в том смысле, что оба могут запасать воду. Сухая губка – сухой воздух, не содержащий водяных паров. Одна капля воды для губки – это слишком мало, однако после того, как губка полежала в воде, она намокла сильнее и впитала в себя больше воды, в последнем же случае губка намокла до насыщения. Когда губка не смогла больше запасать в себе воду, то вода сама начала капать из нее. Как и губка, воздух тоже может запасать в себе воду в виде пара, и чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения.
Итак, оптимальной относительной влажностью воздуха принято считать диапазон от 40 до 60 %.Посмотрите на цветок манстера, который Монстера при относительной влажности,близкой к 100%, «плачет», она удаляет избытки влаги через отверстия в листьях гидатоды.
Так как же определить относительную влажность воздуха? Можно ли сделать это самостоятельно или такое под силу только специалистам?
Для точного определения относительной влажности воздуха метеорологи пользуются прибором, состоящим из двух одинаковых термометров. Шарик одного из них обернут марлей, конец которой опущен в стакан с водой. Такой прибор называется психрометром. Изобрёл психрометр немецкий аэролог Рихард Асман и применил его для измерений температуры и влажности свободной атмосферы.
Как действует прибор? Вода из стакана по марле поднимается вверх, поэтому марля всегда влажная. Другой термометр, шарик которого сух, показывает температуру воздуха. С влажного термометра испаряется вода и температура его при этом понижается. По разности температур сухого и влажного термометров, с помощью специальной таблицы можно определить относительную влажность воздуха. (Демонстрируется психрометрическая таблица)
Чему будет равна влажность воздуха, если термометры (сухой и влажный) показывают одинаковую температуру? (100%). При отрицательных температурах ниже —5 ° С, когда содержание в воздухе водяных паров очень мало, психрометр даёт ненадёжные результаты, поэтому в этом случае пользуются волосным гигрометром. (Демонстрируется); основной элемент такого гигрометра - обезжиренный человеческий волос одним концом закрепленный на стойке, а другим - к легкому блоку с указателем. При изменении влажности воздуха, меняется длина волоса, и стрелка прибора смещается по шкале в ту или иную сторону.
Самостоятельная работа учащихся с учебником.
Учитель, Существует еще один вид гигрометра - конденсационный. Откройте учебник и прочитайте, как устроен и каков принцип действия конденсационного гигрометра.
Вопросы: На чем основано действие конденсационного гигрометра?
Постановка проблемы: Вам нужно определить относительную влажность воздуха, но в вашем распоряжении имеется лишь один термометр. Предложите свой план действий. (Выслушиваются варианты ответов).
Практическая работа:Определите самостоятельно относительную влажность воздуха в кабинете, пользуясь термометром.
Помните, что термометр – стеклянный, с ним нужно обращаться осторожно и бережно. После выполнения задания обязательно положите термометр в футляр. Для более точного определения температуры расположите термометр так, чтобы столбик термометра оказался на уровне глаз.
Суммирование новой информации
- в воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара.
- плотность водяного пара в данных условиях называют абсолютной влажностью воздуха
- в зависимости от температуры воздух может удерживать различное количество водяных паров; чем больше температура воздуха, тем больше водяного пара требуется воздуху для насыщения.
- степень насыщенности воздуха водяными парами называют относительной влажностью, или отношение
- если ненасыщенный воздух охлаждать, то он становится насыщенным при некоторой температуре и начинает конденсироваться – выпадает роса; температура в этом случае называется точкой росы
- Упражнения на понимание и применение новых знаний
- Представьте себе, что ваша мама, пока вы были в школе, сварила вам суп, постирала и прокипятила постельное белье и повесила его сушится в квартире, так как на улице моросит холодный осенний дождь. Что вы можете сделать для того, чтобы белье быстрее высохло? Ответ: открыть форточку.
- Пожилые люди, часто жалуясь на плохое самочувствие, говорят: « Дышать трудно. Облака сильно давят». В то же время барометр показывает низкое давление. Объясните данное противоречие, ответив сначала на вопрос: «Какой воздух легче: сухой или влажный?»
Ответ: Влажный воздух легче сухого. Количество молекул газа в 1 л не зависит от вида молекул. Поэтому одна молекула воздуха (например, азота или кислорода) замещается одной молекулой воды, но молекула воды имеет атомную массу – 18, а молекула кислорода – 32 а.е.м., азота – 28 а.е.м. , поэтому при увеличении влажности, барометр показывает понижение давления, а ухудшение самочувствия связано с понижением количества кислорода во влажном воздухе.
IV. Домашнее задание: Учебник…, параграф,,,, упражнения
Дополнительное задание для изобретателей: Придумайте самодельный увлажнитель воздуха.