Комфортные условия для нашего организма и окружающих нас предметов складываются из многих оптимальных составляющих: температура, шум, влажность, запыленность и других.
Зачастую, создавая комфортную среду в своём доме или на предприятии, в первую очередь, мы ориентируемся на самые ощутимые параметры – систему отопления (температура), плотно закрываемые окна (шум), иногда вентиляция.
Влажность воздуха обычно остается незаслуженно обойденной нашим вниманием. А это важнейший параметр, который влияет на наше здоровье и комфорт в доме. Влажность — это содержание влаги в нашем воздухе. Для её измерения используют гигрометр – специальный прибор для определения влажности воздуха. От оптимального содержания влаги напрямую зависит состояние нашего организма, это важнейшая составляющая здорового образа жизни и комфортных условий работы.
Комфортная для любого человека, домашних животных и всего, что нас окружает, влажность воздуха - от 50% до 60 %. Поддержать её могут только бытовые или промышленные атомайзеры (в зависимости от размеров помещений). Только устройством увлажнения воздуха можно остановить непрерывное уничтожение влаги в воздухе системами отопления, плитой на кухне, компрессором холодильника, другими бытовыми и промышленными устройствами. Оказывается, все эти очень полезные и необходимые в хозяйстве приборы постоянно осушают наш воздух. А кондиционер во время своей работы забирает драгоценную влагу из воздуха квартиры или дома и выливает ее конденсатом на улицу. Мы, как и все живые организмы, потребляем и отдаем воду со слизистых оболочек и со всей поверхности кожи, поэтому губительный сухой воздух действует на нас постоянно.
При низкой влажности в обогреваемом помещении любая древесина начинает отдавать воздуху свою влагу. При её потере мебель, полы и остальная древесина ссыхается и расходится, образуя деформации и трещины на поверхности. Такие же явления происходят с текстилем, бумагой, отдельными видами пластмассы, фарфором, воском, овощами, фруктами и другими гигроскопическими материалами, которые всегда стремятся достигнуть равновесия с окружающей их средой и способны выделять и поглощать влагу.
В полиграфии при быстром высыхании бумага скручивается и съеживается, что приводит к разрыву и задиранию бумаги и даже смещению печатных красок при прохождении через печатный станок.
В музеях и других местах хранения ценных скульптур и картин резкие перепады влажности могут привести даже к уничтожению произведений искусства. Вовремя определить степень потери влаги в любых предметах и окружающем их воздухе помогают влагомеры, которые широко используются в мебельном производстве, строительстве, столярном деле. Эти приборы могут измерять влажность бетона, мебели, влажность стен и всего помещения при ремонтных работах, укладке паркета и др.
Открытыми окнами можно немного компенсировать потребление влаги, но проветривание действует в случае, когда на улице температура выше, чем в доме, а количество влаги в природном воздухе достаточно. Холодный воздух в отопительный сезон после попадания в дом расширяется, поэтому содержание в нём влаги снижается в несколько раз. Можно пить больше воды, применять крем для увлажнения или иные способы войны с симптомами, но рациональнее ликвидировать причину с помощью современного технического прогресса, то есть использовать устройство увлажнения воздуха для поддержания комфортной влажности.
Кроме того, одним из эффективных способов поддержания влажности в воздухе, является – содержание в доме растений. Зачастую домашним растениям отводится роль «доброго приятеля» или декоративного элемента интерьера, однако хороший хозяин всегда использует этот надёжный природный индикатор, разместив в каждой комнате по одному или по два горшочка с растениями. Учитывая биологическую совместимость с жильцами, учащимися или трудящимися, дома или на производстве, наблюдая за состоянием земли, особенно в период отопительного сезона, помещение, по экологическим характеристикам и нормам содержания, приобретает совершенно иной полноценный статус.
novaya-igirma.ru
Муниципальное общеобразовательное учреждение
общеобразовательная школа №43
города Нижнего Новгорода.
Реферат
Тема:
«Влияние влажности воздуха и атмосферного давления на организм человека»
Реферат готовил
ученик 9А класса
Самойлов Илья Дмитриевич.
Руководитель – учитель физики
Смирнова Елена Николаевна.
Нижний Новгород 2011
Данная тема заинтересовала меня после жаркого лета 2010 года, когда люди испытывали нехватку влаги в воздухе из-за природных катаклизмов связанных с пожарами. Люди умирали от обезвоживания организма, когда влажность была очень низка и испарение воды с поверхности тела человека приводило к обезвоживанию организма.
Засушливое лето, низкая влажность воздуха, высокое атмосферное давление, поэтому я в своей работе решил рассмотреть более подробно, с помощью экспериментов, как влияет относительная влажность воздуха на мой организм. Я ежедневно на протяжении двух месяцев измерял два раза в день относительную влажность воздуха в классе и дома атмосферное давление, и своё артериальное давление с помощью тонометра, барометра анероид, психрометра. Строил графики зависимости влажности воздуха от времени и давления. Пришёл к выводу, что существует некоторая связь между ними.
Нам не раз приходилось наблюдать, как после дождя высыхают лужи, сохнет выстиранное бельё, кипит вода в чайнике. Во всех этих случаях вода превращается из жидкого состояния в газообразное (в пар)
Явление превращения жидкости в пар называют парообразованием.
Мы хорошо знаем, что лужи после дождя высыхают и при температуре 10, и при 20, и при 30°С, и при любой другой температуре. То же можно сказать и про выстиранное бельё. Следовательно, в данных примерах вода из жидкого состояния в газообразное превращается при любой температуре.
Процесс превращения вещества из жидкого в состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости, называют испарением.
Наблюдения показывают, что испаряются не только жидкости, но и твёрдые тела. Простейший пример – высыхание белья на морозе. Содержащееся в белье вода сначала замерзает, превращаясь в лёд, а затем лёд испаряется. Вы наверняка наблюдали испарение льда, который кладут в холодильники с мороженным.
От чего же зависит скорость испарения жидкости. Проделаем опыт. Капнем на стеклянную поверхность воду, спирт и растительное масло. Проследим, какая жидкость испариться первой. Заметим, что раньше всех испариться спирт, затем вода, позже – подсолнечное масло. Значит, скорость испарения зависит от рода жидкости.
Мы хорошо знаем, что на ветру бельё сохнет быстрее, чем при отсутствии ветра. Это происходит потому, что ветер уносит вылетевшие из жидкости молекулы, освобождая место для других. Понятно, почему мы дуем на ранку после того, как её смажут йодом и мы почувствуем жжение. Йод при этом будет испаряться быстрее. Таким образом, скорость испарения зависит от движения воздуха над поверхностью жидкости.
Проделаем опыт чтобы узнать из какого сосуда – стакана или блюдца – вода испариться быстрее. Опыт показывает что из блюдца. Это объясняется тем, что площадь поверхности воды в блюдце больше, чем в стакане, следовательно, больнее число молекул сможет оказаться на поверхности и, преодолев силы притяжения, вылететь из неё. Значит, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости.
Вы замечали, что в жаркий летний день лужи высыхают быстрее, чем в холодный осенний. Очевидно, что с повышением температуры скорость испарения возрастает. И это неудивительно, поскольку, чем выше температура жидкости, тем больше скорости движения молекул и соответственно их кинетическая. А раз так, то большее число молекул способно преодолеть силы притяжения и выйти за пределы поверхности жидкости. Таким образом, скорость испарения зависит от температуры жидкости.
Процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией
Процесс конденсации происходит одновременно с процессом испарения. Молекулы, вылетевшие из жидкости и находящиеся над её поверхностью, участвуют в хаотическом движении. Они сталкиваются с другими молекулами, в какой-то момент времени их скорости могут быть направленны к поверхности жидкости и молекулы возвратятся в жидкость. Если процесс испарения идёт быстрее, чем процесс конденсации, то масса жидкости в сосуде уменьшается. Это происходит, когда сосуд открыт.
Выясним, как происходит испарение жидкости в закрытом сосуде. Вначале число молекул, которые вылетают из жидкости, больше, чем число молекул, возвращающихся в неё. Через некоторое время число молекул, покидающих жидкость, станет равна числу молекул, возвращающихся обратно. В этом случае наступает Динамическое равновесие между жидкостью и паром.
Пар, находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называют насыщенным паром.
Пусть имеется закрытый сосуд с жидкостью и в нём находится насыщенный пар. Будем нагревать этот сосуд. Очевидно, что при повышении температуры большее число молекул способно покинуть жидкость. Поэтому в начальный момент времени число молекул, покидающих жидкость, станет больше числа молекул, возвращающихся в неё, динамическое равновесие нарушится, пар перестанет быть насыщенным. Однако через какое-то время равновесие восстановится, но плотность насыщенного пара увеличится, поскольку возрастает число молекул в единице объёма. А как известно, с увеличением плотности растёт и давление пара.
Таким образом, плотность и давление насыщенного пара зависит от температуры: они увеличиваются с ростом температуры.
Пар, не находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называют ненасыщенным.
Процесс парообразования, происходящий во всём объёме жидкости при определённой температуре, называют кипением.
Температуру, при которой жидкость кипит, называют Температурой кипения.
Температура кипения зависит о атмосферного давления. При повышении атмосферного давления она увеличивается, при понижении – уменьшается
Удельной теплотой парообразования называют величину, равную количеству теплоты, которое нужно сообщить веществу массой 1 кг для превращения его из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения.
Удельная теплота парообразования обозначается буквой L, её единицей является джоуль на килограмм.
Удельная теплота парообразования показывает, на сколько увеличивается внутренняя энергия вещества массой 1 кг при превращении его из жидкого состояния в газообразное без изменения температуры(при температуре кипения).
Например, удельная теплота парообразования эфира 400000 Дж/кг. Это означает, что для превращения 1 кг эфира из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения необходимо затратить количество теплоты 400000 Дж, или внутренняя энергия 1 кг эфира при температуре кипения увеличится на 400000 Дж.
Если мы будем превращать в пар при температуре кипения не 1 кг эфира, а 5 кг, то потребуется затратить количество теплоты в 5 раз больше.
Таким образом, чтобы найти количество теплоты Q, которое необходимо сообщить веществу массой m, чтобы превратить его из жидкого состояния в газообразное, необходимо удельную теплоту парообразования L умножить на массу вещества.
Мы знаем, что в воздухе присутствует водяной пар. Содержание водяного пара в воздухе характеризует влажность. Для того чтобы оценить влажность воздуха, вводят величины: абсолютную и относительную влажность.
Абсолютной влажностью называют массу водяного пара, содержащегося в 1 метре кубическом воздуха, или плотность водяного пара, содержащегося в воздухе.
Если говорят, что влажность воздуха 8,3 умноженное на 0,001 кг на метр в кубе, то это значит, что в 1 метре кубическом воздуха содержится водяной пар массой 8,3 умноженное на 0,001 кг.
Зная абсолютную влажность воздуха, нельзя сказать, сухой это воздух или влажный, насколько содержащийся в нём пар близок к насыщению. Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью.
Относительной влажностью воздуха называют величину, равную отношению плотности водяного пара, содержащегося в воздухе P к плотности насыщенного водяного пара P нулевого при температуре.
Обычно относительную влажность выражают в процентах.
Рассчитаем относительную влажность воздуха, если абсолютная влажность воздуха при 15°С равна 8,3 умноженное на 0,001 по таблице 1 найдём плотность насыщенного пара при этой температуре. Относительная влажность воздуха в этом случае равна 64%.
Чем меньше относительная влажность воздуха, тем дальше содержащийся в нём пар от насыщения. Соответственно при небольшой относительной влажности процесс испарения воды с поверхностей водоёмов, растений, тела человека происходит интенсивнее.
После дождя относительная влажность воздуха бывает очень высокой и порой равна 100%. В этом случае пар, содержащийся в воздухе, является насыщенным.
Интенсивными природными явлениями, связанными с влажностью воздуха, являются образование тумана и выпадение росы. Представим себе, что при температуре 15 °С абсолютная влажность воздуха 6,84 умноженное на 0,001 кг/метр в кубе. Будем охлаждать этот воздух. При некоторой температуре пар станет насыщенным. При дальнейшем охлаждении он начнёт конденсироваться, выпадет роса и образуется туман.
Температура, при которой водяной пар, содержится в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.
По таблице 1 можно найти температуру, при которой пар плотностью 6,84 умноженное на0,001 кг/метр в кубе становится насыщенным. Она равна 5 °С. Следовательно, роса выпадет при этой температуре.
Одним из приборов, с помощью которого измеряют влажность воздуха, является гигрометр. В основе работы волосного гигрометра лежит свойство человеческого волоса изменять свою длину при влажности и укорачиваться при её уменьшении. На рисунке 1 изображён волосной гигрометр. В нём один конец волоса1 прикреплён к раме 2, другой конец обёрнут вокруг ролика 3 и соединён с грузом 4. Груз держит волос в натянутом состоянии. При изменении длины волоса ролик 3 начинает вращаться и приводит в движение стрелку 5. Шкала такого гигрометра проградуирована так, что по положению стрелки можно определить относительную влажность.
Для хорошего самочувствия человека относительная влажность воздуха должна быть 40%-60%. Если влажность меньше, то это ведёт к усиленному испарению воды из организма и высыханию слизистой оболочки носа, горла, лёгких, что повышает вероятность простудных заболеваний. В этих случаях необходимо увлажнять воздух в жилых и служебных помещениях. При повышенной влажности воздуха замедляется процесс испарения влаги с поверхности кожи человека и нарушает процесс теплообмена между человеческим организмом и окружающей средой. Большое значение имеет влажности воздуха, наряду с такими величинами, характеризующими состояние атмосферы, как давление, температура, скорость ветра, для предсказания погоды.
Контроль влажности воздуха важен для сохранности произведений искусства. В музеях обычно висят такие приборы позволяющие следить за температурой и влажностью воздуха.
Относительная влажность — отношение парциального давления паров воды в газе (в первую очередь, в воздухе) к равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре.
Абсолютная влажность — количество влаги, содержащейся в одном кубическом метре воздуха.
Из-за малой величины обычно измеряют в г/м?. Но в связи с тем, что при определённой температуре воздуха в воздухе может максимально содержаться только определённое количество влаги (с увеличением температуры это максимально возможное количество влаги увеличивается, с уменьшением температуры воздуха максимальное возможное количество влаги уменьшается) ввели понятие относительной влажности.
В организме человека непрерывно протекают окислительные процессы, сопровождающиеся образованием тепла. Вместе с тем непрерывно происходит и отдача тепла в окружавшую среду. Совокупность процессов, обуславливающих теплообмен человека с окружающей средой, называется терморегуляцией.
Сущность терморегуляции заключается в следующем. В обычных условиях в организме человека поддерживается постоянное соотношение между приходом и расходом тепла, благодаря чему температура тела сохраняется на уровне 36...З7°С, необходимом для нормального функционирования организма. При понижении температуры воздуха организм человека реагирует на это сужением поверхностных кровеносных сосудов, в результате чего уменьшается приток крови к поверхности тела и температура их снижается. Это сопровождается уменьшением разности температур между воздухом и поверхностью тела и, следовательно, уменьшением теплоотдачи. При повышении температуры воздуха терморегуляция вызывает в организме человека обратные явления.
Тепло с поверхности тела человека, отдаётся путем излучения, конвекции и испарения.
Под излучением понимается поглощение лучистого тепла организма человека окружающими его твердыми телами (пол, стены, оборудование), если их температура ниже температуры поверхности тела человека.
Конвекция — непосредственная отдача тепла поверхности тела менее нагретым притекающим к нему слоям воздуха. Интенсивность теплоотдачи при этом зависит от площади поверхности тела, разности температуры тела и окружающей среды и скорости движения воздуха.
Испарение пота с поверхности тела также обеспечивает отдачу тепла организмом окружающей среде. На испарение 1г влаги требуется около 0.6 ккал тепла.
Тепловое равновесие организма также зависит от наличия вблизи рабочих мест сильно нагретых поверхностей оборудования или материалов (печи, раскаленный металл и т.д.). Такие поверхности отдают при излучении тепло менее нагретым поверхностям и человеку. Самочувствие человека, не защищенного от воздействия тепловых лучей, будет зависеть от интенсивности облучения и его продолжительности, а также от площади облучаемой поверхности кожи. Длительное облучение даже небольшой интенсивности может привести к ухудшению самочувствия.
Наличие в помещении холодных поверхностей также отрицательно влияет на человека, увеличивая отдачу тепла излучением с поверхности его тела. В результате этого у человека появляется озноб и ощущение холода. При низкой температуре окружающей среды теплоотдача организма усиливается, теплообразование не успевает компенсировать потери. Кроме того, переохлаждение организма в течение длительного времени может привести к простудным заболеваниям и ревматизму.
На тепловое равновесие человека существенное влияние оказывает влажность окружающего воздуха и степень его подвижности. Наиболее благоприятные условия для теплообмена при прочих равных условиях создаются при влажности воздуха 40...60% и температуре около +18°С Воздушная среда характеризуется значительной сухостью при ее влажности ниже 40%, а при влажности воздуха выше 60% — повышенной влажностью. Сухой воздух вызывает повышенное испарение влаги с поверхности кожного покрова, слизистых оболочек организма, поэтому у человека возникает ощущение сухости этих участков. И наоборот, при повышенной влажности воздуха испарение влаги с поверхности кожи затруднено.
Подвижность воздуха в зависимости от его температуры может по-разному влиять на самочувствие человека. Температура движущегося воздуха должна быть не выше +З5°С. При низкой температуре движение воздуха ведет к переохлаждению организма вследствие повышения теплоотдачи путем конвекции, что подтверждается характерным примером: человек легче переносит холод при неподвижном воздухе по сравнению с ветреной погодой при той же температуре. При температуре воздуха выше +35'С единственным путем теплоотдачи с поверхности тела человека является практически испарение.
В горячих цехах, а также на отдельных рабочих местах температура воздуха может доходить до 30...40°С. В таких условиях значительная часть тепла отдается за счет испарения пота. Организм человека в таких условиях может за смену терять до 5...8л воды путем потоиспарения, что составляет 7...10% веса тела. При потении человек теряет большое количество солей, витаминов, жизненно важных для организма. Организм человека обезвоживается и обессоливается.
Постепенно он перестает справляться с отдачей тепла, что приводит к перегреву тела человека. У человека появляется ощущение слабости, вялости. Его движения замедляются, а это приводит, а свою очередь, к снижению производительности труда.
С другой стороны, нарушение водно-солевого состава организма человека сопровождается нарушением деятельности сердечно-сосудистой системы, питания тканей и органов, сгущением крови. Это может привести к «судорожной болезни», характеризующейся появлением резких судорог, преимущественно в конечностях. Температура тела при этом повышается незначительно, или не повышается вовсе. Меры первой помощи при этом направлены на восстановление водно-солевого баланса и заключаются в обильном введении жидкости, в отдельных случаях — во внутривенном или подкожном введении физиологического раствора в сочетании с глюкозой. Большое значение при этом имеет также покой и ванны.
Резкие нарушения теплового баланса вызывают заболевание, называемое тепловой гипертермией, или перегревом. Это заболевание характеризуется повышением температуры тела до +40...41°С и выше, обильным потоотделением, значительным учащением пульса и дыхания, резкой слабостью, головокружением, потемнением в глазах, шумом в ушах, иногда помрачением сознания. Меры первой помощи при этом заболевании сводятся, в основном, к предоставлению заболевшему условий, способствующих восстановлению теплового баланса: покой, прохладные души, ванны.
Было установлено, что при резком понижении давления или при очень низком давлении воздуха электрическое сопротивление кожи человека значительно выше обычного. При высоком атмосферном давлении оно, напротив, бывает значительно пониженным.
Исследования показали, что при повышении атмосферного давления уменьшается число лейкоцитов в крови, главным образом за счет нейтрофилов; понижение атмосферного, напротив приводит к увеличению числа лейкоцитов.
Большое воздействие на человека оказывает не только сама метеовеличина, но и ее межсуточная изменчивость. Изменение среднесуточной температуры воздуха на 1 – 2 °С считается слабым, на 3 - 4 °С - умеренным, более чем на 4оС - резким. Имеются случаи, когда резкое повышение температуры от минусовой до плюсовой в течение одной январской ночи приводило к заболеванию гриппом огромного количества людей. Межсуточные колебания атмосферного давления зависят от времени года. В Санкт-Петербурге самые большие межсуточные колебания давления наблюдаются в переходные сезоны года, в результате частой смены барических образований. Факторами, противоречащими непосредственному влиянию давления на самочувствие, является возникновение реакции до изменения давления. Сильными считаются межсуточные перепады давления 10-20 ГПа и более, резким 8-10 ГПа, умеренным 8 ГПа, слабым 1-4 ГПа. Наиболее комфортные условия для человека наблюдаются при ощущаемой температуре воздуха 16-18оС , определяемой величиной относительной влажности - 50% .
Например, при температуре 21°С один килограмм сухого воздуха может содержать до 15,8 г влаги. Если 1 кг сухого воздуха содержит 15,8 г воды, то говорят, что относительная влажность воздуха составляет 100 %. Если то же самое количество воздуха содержит 7,9 г воды при той же температуре, то, по сравнению с максимально возможны количеством влаги, отношение составит: 7,9/15,8=0,50 (50 %). Следовательно, относительная влажность такого воздуха будет 50 %.
Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека
Влажность воздуха, существенно влияя на теплообмен организма с окружающей средой, имеет большое значение для жизнедеятельности человека.
1.При низкой температуре и высокой влажности воздуха повышается теплоотдача и человек подвергается большему охлаждению 2.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 В. в. понижена. Так, при работе в горячих цехах оптимальное влияние на теплообмен и самочувствие оказывает относительная В. в. 20%.
Наиболее благоприятной для человека в средних климатических условиях является относительная влажность воздуха 40-60%.
Для устранения неблагоприятного влияния влажности воздуха в помещениях применяют вентиляцию, кондиционирование воздуха и др.
Классификация помещений по влажности используется в определении степени электробезопасности помещений:
- сухие (относительная влажность не выше 75%)
- сырые, т. е. с относительной влажностью воздуха, длительно превышающей 75 %
- особо сырые (относительная влажность воздуха близка к 100 %
Гигрометры основаны, если так можно выразиться, на анализе влияния изменения влажности на те или иные тела, материи. Например, волосной гигрометр основан на такой удивительной особенности обезжиренного волоса человека - изменять свою длину в связи с изменениями влажности воздуха. Такой метод позволяет измерять влажность воздуха в пределах от 30% до 100%. Есть еще пленочные гигрометры – там чувствительный к влаге элемент – это органическая пленка. Но пленочный и волосяной гигрометры не настолько точны, как психрометр, однако в зимнее время они являются основными приборами, которые используют для измерения влажности воздуха. Помимо описанных типов гигрометров существуют еще весовой и электролитический, керамический и конденсационный. У каждого свои особенности, но база у всех одна – гигрометрический способ измерения или определение точки росы.
Очень популярен психрометрический способ измерения влажности. Если использование приборов базирующихся на гигрометрическом методе точность может откланяться на 5% относительной влажности в ту или иную сторону, то в этом случае таких погрешностей уже нет. Психрометры, в простейшем варианте, состоят из двух термодатчиков. Один из них – сухой, другой – влажный. Влажный является таковым за счет того, что обернут во влажную хлопчатобумажную ткань. Испаряясь, вода охлаждает влажный термометр. В это время другой термодатчик фиксирует температуру окружающего воздуха – это уже сухой термодатчик. В итоге показания передаются в регистрирующий микропроцессорный прибор, и – вуа-ля! - основываясь на разнице температур влажного и сухого термометров, определяют относительную влажность воздуха.
Психрометрические датчики, а также основанные на принципе зеркала точки росы – это когда фиксируется температура, при которой на охлажденной металлической пластине выпадет конденсат и на основе этого устанавливается влажность – весьма сложны в техническом исполнении и весьма дороги, хотя их точность того стоит. Но набирает обороты популярность и более дешевых и простых емкостных датчиков. В их основе влагочувствительные емкостные элементы. Полимерный слой из гигроскопических материалов впитывает молекулы воды. В итоге такой влагозависимый конденсатор своей емкостью определяет относительную влажность окружающего воздуха. Опять же с помощью электроники выводятся показания. Диапазон влажности охватывается полностью – от 0% до 100%, но есть ограничения. Температура должна быть от -20 до +80 градусов Цельсия, хотя для жилого помещения этого хватит с лихвой. Степень точности емкостных датчиков 2% относительной влажности.
Абсолютная влажность дает представление о абсолютном содержании водяных паров в воздухе, но не указывает степени его насыщения. При одной и той же абсолютной влажности насыщенность водяными парами может быть различной: абсолютная влажность, равная 2,5/мм рт. ст. при температуре — 5°С близка к насыщению (79%), а при + 15°С далека от этого (19,5%), так как теплый воздух может вместить в одном объеме больше водяных паров, чем прохладный. наибольшая влажность — упругость водяных паров при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре, либо количество водяных паров в граммах, нужное для насыщения 1 м3 воздуха при той же температуре. Относительная влажность — отношение абсолютной влажности к наибольшей, выраженное в процентах, либо по другому — процент насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения. На практике традиционно определяют относительную влажность. Чем она ниже, тем воздух наименее насыщен водяными парами и тем скорее будет происходить испарение пота с поверхности тела, увеличивая теплоотдачу.
В Санкт-Петербурге насчитывается приблизительно 200 дождливых дней в году, Казани — 90, Самарканде - 60.Влияние влажности на организм человека неразрывно соединено с температурой воздуха. Крупная влажность воздуха увеличивает неблагоприятное действие как больших, так и низких температур. При температуре воздуха выше 25 °С крупная влажность содействует перегреванию организма вследствие затруднения отдачи тепла методом испарения воды с поверхности кожи. Даже при отсутствии видимого потоотделения (при 15—20°С) человек теряет через кожу около 0,4—0,6 л воды в день и с выдыхаемым воздухом — 0,3—0,4 л. В итоге перегревания наблюдаются ухудшение самочувствия, чувство тяжести и духоты, понижается работоспособность и т. д. обычная относительная влажность в жилых помещениях в зависимости от температуры колеблется от 30 до 60 %. При температуре воздуха 16—20 °С для людей, находящихся в покое, обычная влажность составляет 40—60 %; при температуре выше 20 °С либо ниже 15 "С, а также при физической работе она не обязана превосходить 30-40%. Для поддержания обычной влажности воздуха в помещениях нужно соблюдать нормы вентиляции, площади и размера, изолировать стенки построек от грунтовой воды, не создавать в комнатах какие-или работы, увеличивающие сырость (приготовление еды, стирка белья).значимая влажность в сочетании с низкой температурой воздуха содействует остыванию организма. Это разъясняется тем, что теплоемкость водяных паров больше теплоемкости воздуха, потому на нагревание прохладного сырого воздуха расходуется больше тепла. В итоге выпадение воды из воздуха кожа и ткани одежды увлажняются и стают наиболее теплопроводными (теплопроводность воды в 25 раз больше теплопроводности воздуха).
Влажность воздуха.
Гигиеническое значение:
1. влияние на процессы теплообмена
2. влияние на атмосферные выбросы
Действие влажности на выбросы: 1) разбавление, нейтрализация выбросов атмосферной влагой, 2) влага может приводить к образованию более токсичных веществ: хлороводород, соединяясь с водой превращается в соляную кислоту. Серный ангидрид -- в соли сернистой кислоты, затем серной.
3) адсорбируясь на твердых частицах капельки влаги утяжеляют их, способствуя их оседанию на поверхность почвы, вымывают загрязнения из атмосферы. После дождя воздух более чистый.
Виды влажности:
1. абсолютная
2. максимальная
3. относительная
4. дефицит насыщения
5. физиологический дефицит насыщения
6. точка росы.
Из всех видов влажности нормируется только относительная влажность (в%).
Гигиеническое нормирование воздуха зависит от назначения помещения (в операционных температура должна быть 25, так как больной раздет а просто в жилых помещениях 180). В спальнях температура 16-18, так как считается что более низкая температура благоприятна для сна. На производстве нормирование связано с сезонами года. В холодный период 20-22, как и в жилых помещениях, относительная влажность 30-45%, подвижность воздуха 0,1-0,15. В теплый период года температура воздуха 22-25, но зато увеличивается подвижность воздуха по норме 0,25, за счет этого обеспечивается оптимальные условия в помещении.
На организм человека оказывает влияние весь комплекс физических факторов.
Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле.
В 1643 Эванджелиста Торричелли показал, что воздух имеет вес.
Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя трубку Торричелли (первый ртутный барометр), — стеклянную трубку, в которой нет воздуха.
В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм.
На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и во времени.
Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление.
Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 684 — 809 мм рт. ст.
Нормальным атмосферным давлением называют давление в 760 мм рт. ст. на уровне моря при температуре 15 °C. (Международная стандартная атмосфера - МСА)(101 325 Па).
Атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы.
Зависимость давления от высоты описывается т. н. барометрической формулой. Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 ГПа, называется барической (барометрической) ступенью.
У земной поверхности при давлении 1000 ГПа и температуре 0 °С она равна 8 м/ГПа.
С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает, т. е. она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, т. е. изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 ГПа он равен 12,5 ГПа.
Кровяное давление — давление, которое кровь оказывает на стенки кровеносных сосудов, или, по-другому говоря, превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным.
Наиболее часто измеряют артериальное давление; кроме него, выделяют следующие виды кровяного давления: внутрисердечное, капиллярное, венозное.
Артериальное давление — один из важнейших параметров, характеризующих работу кровеносной системы. Давление крови определяется объёмом крови, перекачиваемым в единицу времени сердцем и сопротивлением сосудистого русла.
Поскольку кровь движется под влиянием градиента давления в сосудах, создаваемого сердцем, то наибольшее давление крови будет на выходе крови из сердца (в левом желудочке), несколько меньшее давление будет в артериях, ещё более низкое в капиллярах, а самое низкое в венах и на входе сердца (в правом предсердии).
Давление на выходе из сердца, в аорте и в крупных артериях отличается незначительно (на 5-10 мм рт. ст.), поскольку из-за большого диаметра этих сосудов их гидродинамическое сопротивление невелико. Точно так же незначительно отличается давление в крупных венах и в правом предсердии.
Наибольшее падение давления крови происходит в мелких сосудах: артериолах, капиллярах и венулах.
Верхняя цифра — систолическое артериальное давление, показывает давление в артериях в момент, когда сердце сжимается и выталкивает кровь в артерии, оно зависит от силы сокращения сердца.
Нижняя цифра — диастолическое артериальное давление, показывает давление в артериях в момент расслабления сердечной мышцы. Это минимальное давление в артериях, оно отражает сопротивление периферических сосудов. По мере продвижения крови по сосудистому руслу амплитуда колебаний давления крови спадает, венозное и капиллярное давление мало зависят от фазы сердечного цикла.
Психрометрическая таблица(1)
Влажность
65
65
71
56
50
50
50
51
51
P Атмосферное
743
758
746
757
754
753
744
724
738
P
Кровяное
140
133
142
142
138
132
126
120
124
Дата (февраль)
1
2
3
4
5
7
8
9
10
Влажность
51
52
44
44
40
38
38
37
35
P Атмосферное
745
738
745
746
751
755
758
759
761
P
Кровяное
135
132
144
139
133
132
126
120
124
Дата (февраль)
11
12
14
15
16
17
18
19
21
Влажность
37
43
51
50
54
44
42
52
47
P Атмосферное
765
772
771
782
782
779
776
776
761
P
Кровяное
151
154
155
158
157
156
154
153
148
Дата (февраль)
22
24
25
26
28
1
2
3
4
График атмосферного давления.
График влажности воздуха.
График артериального давления.
Психрометр.
Барометр анероид.
Тонометр.
Мои измерения дома.
1.Чем больше атмосферное давление, тем больше и моё давление.
2.Если влажность воздуха больше 50% или меньше, то моё давление увеличивается.
3.Если влажность воздуха увеличивается, то атмосферное давление падает.
1. Учебник физики 8 класс Н. С. Пурышева, Н.Е. Важеевская 2011 год
2. Сборник задач по физике А.П.Рымкевич, П.А.Рымкевич 2010 год
3. Практикум по физике в средней школе В.Л.Бурова, Ю.И.Дика 2009 год
4. Сборник задач по физике В.И.Лукашик, Е.В.Иванова 2010 год
5. Интернет (http://meteoweb.ru/phen019.php)
6. Интернет (http://ru.wikipedia.org/wiki/Влажность)
7. Интернет (http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/74989)
8. Интернет (http://class-fizika.narod.ru/8_16.htm)
infourok.ru
Количество водяных паров, которое может содержаться в воздухе, зависит от температуры.
| Температура | Содержание воды |
| -20° | не более 1 г |
| -10° | не более 2 г |
| -5° | не более 3 г |
| 0° | не более 5 г |
| +10° | не более 9 г |
| +20° | не более 17 г |
| +30° | не более 30 г |
| +40° | не более 51 г |
Воздух может быть насыщенный и не насыщенный водяными парами. Так, если при температуре +20° в каждом кубическом метре воздуха содержится 10 г воды, воздух не насыщен водяными парами, если же 17 г — насыщен.
Для измерения влажности воздуха пользуются гигрометром (в переводе — измеритель влажности) — прибором для определения содержания водяных паров в воздухе.
Действие этого прибора основано на свойстве человеческого волоса поглощать влагу, отчего длина волоса несколько увеличивается. Изменение длины волоса измеряется по шкале, по которой движется соединённая с ней стрелка (рис. 118).
Туман — это мельчайшие капли воды, образовавшиеся в приземном слое атмосферы из насыщенного водяными парами воздуха при его охлаждении. Туман при нагревании солнцем исчезает, превращаясь в пар. Материал с сайта http://wikiwhat.ru
При охлаждении насыщенный воздух не может удержать в себе прежнее количество водяного пара, и он сгущается в капельки тумана, или как говорят, конденсируется. Попробуйте в морозный день открыть дверь из комнаты на улицу. При этом снаружи появятся белые клубы тумана. Летом в ясную прохладную ночь над низинами и овражками часто образуется туман, так как в этих местах воздух охлаждается настолько, что часть водяного пара превращается в капельки тумана.
см. Облака
Облака — это тот же туман, только образуется он не у поверхности земли, а на некоторой высоте.
На этой странице материал по темам: 
Вопросы к этой статье: wikiwhat.ru
1. Введение.
2. Сущность влажность.
— понятие влажности.
— Влажность воздуха.
3. Основные характеристики влажности и их отражение на различных географических широтах.
4. Значение влажности.
5. Методы определения влажности.
6. Данные эксперимента.
7. Заключение.
8. Таблица, диаграмма, литература.
1. Введение
Вода занимает около 70.8% поверхности земного шара. Живые организмы содержат от 50% до 99.7% воды. В атмосфере находится около 13-15 тыс. км3 воды в виде капель. Водяной пар в воздухе, несмотря на огромные поверхности океанов, морей, озер и рек, не является насыщенным. Содержание водяного пара в воздухе, т.е. его влажность, можно охарактеризовать несколькими величинами: парциальное давление и относительная влажность.
От влажности воздуха зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение имеет большое значение для поддержания постоянной температуры тела. Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество тепла и, наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты. Поэтому определение влажности крайне необходимо.
Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов. Психрометр и конденсационный гигрометр не определяют влажность воздуха непосредственно. Они требуют необходимых математических вычислений и операций. Это затрудняет определение искомой величины. Мы предлагаем для определения влажности использовать зависимость длины человеческого волоса. Обезжиренные человеческие волосы в зависимости от влажности меняют свою длину. Использование этой зависимости от влажности воздуха позволяет построить диаграмму, зависимость длины человеческого волоса от влажности воздуха и ввести коэффициент удлинения.
В работе требуется очень большая точность измерений. Абсолютное удлинение при измерении влажности невелико, поэтому применяется индикатор. Кроме того, есть факторы, влияющие на результат измерения, в частности температура окружающей среды. Значит, работа должна быть проведена при постоянной температуре. Крайне важно менять влажность плавно без скачков для точного определения коэффициента удлинения.
Работа также предполагает исследование разных волос. Для этой цели лучше подходит женский волос, причём обезжиренный. На основе исследования изготавливается прибор для определения влажности воздуха. Данный прибор позволяет определить влажность воздуха непосредственно по показаниям стрелки, как в Паскалях, так и в миллиметрах ртутного столба.
2. Сущность влажности.
ВлажностьВлажность – содержание в физических телах воды. Влажность зависит от относительной влажности окружающей среды, от природы вещества, а в твердых телах – от степени измельченности или пористости, точнее от общего размера внутренней и внешней поверхности тела. Содержание химически связанной конституционной воды, гидроокисей, выделяющихся только при химическом разложении, а также кристаллогидратной воды не входят в понятие влажность.
Влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженной в процентах от первоначальной массы влажного вещества (влажность по массе) или ее объема (влажность по объему). Влажность можно характеризовать также влагосодержанием или абсолютной влажностью – количеством воды, отнесенным к единице массы сухой части материала.
Влажность воздуха.
Поскольку с поверхности океанов, морей, озер и рек происходит непрерывное испарение воды, в атмосфере Земли всегда содержится водяной пар. Оказывается, что в течение года в атмосферу Земли испаряется около 4.25*1014 т. воды и около ¼ этой воды выпадает в виде осадков на сушу. Конечно, количество водяных паров в воздухе не везде одинаково. Вблизи морей и океанов воздух более влажный, чем в глубине материков.
Величина, характеризующая содержание водяных паров в различных частях атмосферы Земли, называется влажностью воздуха.
3.Основные характеристики .
Характеристиками влажности воздуха служат:
1) Упругость (парциальное давление) е 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 нём тела. Давление, которое производил бы пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара.
Парциальное давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления – Паскалях или миллиметрах ртутного столба.
2) Абсолютная влажность а – количество водяного пара. Абсолютную влажность воздуха измеряют плотностью водяного пара ρа, находящегося в воздухе, или его давлением Ра. Измеряется в г/м3 .
3) Удельная влажность q – количество водяного пара в граммах на килограмм влажного воздуха.
4) Отношение смеси w определяемого количеством водяного пара в граммах на килограмм сухого воздуха.
5) Относительная влажность r – отношение е водяного пара,
содержащегося в воздухе, к максимальной упругости Е водяного пара, насыщающего пространство над плоской поверхностью чистой воды (упругости насыщения) при данной температуре выраженной в процентах. В атмосферном воздухе интенсивность испарения воды зависит от того, на сколько близко давление паров воды к давлению насыщенных паров при данной температуре. Отношение давления Р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению Р0насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, называется относительной влажностью воздуха.
φ=(Р/Р0)*100%
При относительной влажности, равной 100% устанавливается динамическое равновесие между процессами и конденсации воды, в результате количество воды не уменьшается и не увеличивается.
6) Дефицит влажности d – разность между максимальной и фактической упругостью водяного пара при данных температуре и давлении.
7) Точка росы.
Т.к. давление насыщенного пара тем меньше, чем ниже температура, то при охлаждении воздуха находящийся в нём пар становится насыщенным. Температура tр, при которой находящейся в воздухе пар становится насыщенным, называется точкой росы. По точке росы можно найти давление водяного пара в воздухе Р1. Оно равно давлению насыщенного пара при температуре t1, равной точке росы. По значениям давления пара Р1 и давлению Р0 насыщенного водяного пара при данной температуре можно определить относительную влажность воздуха.
Влажность воздуха земной атмосферы колеблется в широких пределах. Так у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0.2% по объёму, в высоких широтах. до 2.5%. Соответственно упругость пара е в полярных широтах зимой меньше 1 мб ( иногда лишь сотые доли мб) и летом ниже 5 мб. В тропиках же она возрастает до 30 мб (1мб=102 Н/м2 ) относительная влажность r очень высока к экваториальной зоне (среднегодовая до 85% и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт – здесь за счёт низкой температуры воздуха. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы (индия 75-80%). Низкие значения r наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50% и ниже). С высотой r ,а иq быстро убывают. На высоте 1.5-2 км упругость пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности. На тропосферу (ниже 10-15 км) приходится 99% водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метрам земной поверхности в воздухе содержится около 28.5% водяного пара.
Суточный ход упругости пара над морем и в приморских областях параллелен суточному ходу температур воздуха: влагосодержание растет днем с возрастанием температуры. Таков же суточный ход е в центральных районах материков в холодное время года. Более сложный ход с двумя максимумами – утром и вечером – наблюдается в глубине материков летом.
Суточный ход относительной влажности r обратен суточному ходу температур днём с возрастанием температуры и, следовательно, с ростом упругости насыщения Е. относительная влажность убывает. Годовой ход упругости пара параллелен годовому ходу температур воздуха; относительная влажность меняется в годовом ходе обратно температуре.
4.Значение влажности.
От влажности воздуха зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. В космических кораблях поддерживается наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60%).
Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. Хотя количество водяного пара в атмосфере сравнительно не велико (около 1%), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество тепла и, наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.
В ткацком, кондитерском и других производствах для нормального течения процесса необходима определённая влажность.
Хранение произведений искусства и книг требует поддержания влажности на необходимом уровне.
Степень влажности воздуха имеет большое влияние на многие процессы, протекающие на Земле, например на развитие флоры и фауны.
Существенное влияние оказывает влажность воздуха на урожай сельскохозяйственных культур, на продуктивность животноводства.
Влажность воздуха существенно влияет на теплообмен организма с окружающей средой. Имеет большое значение для жизнедеятельности человека. При низкой температуре и высокой влажности воздуха повышается теплоотдача и человек подвергается большому охлаждению; при высокой температуре и влажности воздуха теплоотдача резко сокращается, что ведёт к перегреванию организма, особенно при выполнении организмом работы. Высокая температура легче переносится, когда влажность воздуха понижена. Так при работе в горячих цехах с температурой воздуха 250С оптимальное влияние на теплообмен и самочувствие оказывает относительная влажность воздуха 40-60%. Для устранения неблагоприятного влияния влажности воздуха в помещениях применяют вентиляцию, кондиционирование воздуха и д.р.
Следовательно, измерение и регулирование влажности имеет большое практическое значение.
5.Приборы для определения влажности воздуха .
Существует несколько способов определения влажности воздуха. Опишу некоторые из них (основные).
1) Конденсационный гигрометр (от греческого «гигрос» — влажность) состоит из металлической круглой коробочки с отполированной плоской поверхностью, укрепленной на подставке (рис 1). В коробочке сверху имеется два отверстия. Через одно из них в коробочку наливают эфир и вставляют термометр, а другое отверстие соединяют с нагнетающим насосом или резиновой грушей.
Эфир быстро испаряется при продувании через него воздуха, коробочка охлаждается, и на её поверхности появляется роса. Полированная поверхность коробочки при этом тускнеет. Чтобы отчетливо уловить момент появление росы, вокруг полированной поверхности укрепляют металлическое кольцо, изолированное от коробочки плохим проводником тепла. Потускнение поверхности коробочки, находящейся рядом с блестящим кольцом, отчетливо видно.
Конденсационным гигрометром пользуются для определения абсолютной влажности воздуха. Его действие основано на определении точки росы, по которой с помощью таблиц выводится абсолютная влажность.
Для определения относительной влажности воздуха пользуются психрометром и волосяным гигрометром.
2) Волосяной гигрометр состоит из обезжиренного человеческого волоса, один конец которого закреплен на стойке, а другой перекинут через небольшой блок (рис. 2). Для сохранения постоянного натяжения к его свободному концу прикрепляют небольшой грузик. Действие этого гигрометра основано на том, что во влажном воздухе волос удлиняется, в сухом укорачивается. Таким образом, при измерении относительной влажности воздуха стрелка гигрометра перемещается по его шкале, которая градуируется по эталонному прибору.
3) Психрометр (от греческого «психро» — холод) сделан из двух
одинаковых термометров (рис. 3). Один термометр называется сухим, так как его шарик находится прямо в воздухе, а другой – влажным. Шарик влажного термометра обвязан кисеей, конец которой погружен в ванночку с водой. Поскольку с кисеи испаряется вода, шарик термометра охлаждается. Поэтому влажный термометр показывает более низкую температуру, чем сухой. Разность показаний этих термометров по специальным таблицам, которые прилагаются к психрометру, находят относительную влажность воздуха.
6.Данные эксперимента.
Исследование зависимости длины волоса от влажности требует большого количества времени. Так как специальной установки для этого у меня не было, я пользовалась индикатором и психрометром. Данные при определения влажностях брала в случаях одинаковой температуры. Получила несколько зависимостей, которые представила в виде таблиц и графиков. Во всех случаях в качестве одинаковой длины брала 10 см. Исследования показали, что более линейные зависимости у женских обезжиренных волос.
Пользуясь своими результатами приведу усреднённую зависимость и график. Ясно, что есть небольшие погрешности, но для определения влажности это вполне допустимо.
Результаты измерений.
1 | Влажность % | 65 | 66 | 67 | 90 | 100 |
2 | Длина мм. | 100 | 100,1 | 100,2 | 102,5 | 103,5 |
7.Заключение.
При исследовании зависимости длины волоса от влажности необходимо соблюдение температурного режима. Длина волоса зависит также и от температуры окружающей среды. При одинаковых температурах, но различной влажности приходится определять длину. Поэтому установка для определения влажности воздуха должна работать постоянно. Все данные в таблице содержат наблюдение двух месяцев. В итоге знание этой зависимости позволило построить волосяной гигрометр. Данный прибор показывает непосредственно влажность, минуя дополнительные вычисления.
8.Таблица, диаграмма, литература.
Литература.
География: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / И. И. Баршова, Г 35 В. А. Горбанев, И. В. Душина и д.р. – М.: Дрофа, 1998г. – 560 с.: ил., карт. – (Большие справочники для школьников и поступающих в вузы).
Жданов Л.С. Учебник по физике для средних специальных заведений.
Кабардин О. Ф. К 12. Физика: Справ. материалы: учеб. пособие для учащихся. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1991. – 367 с.: ил. – ISBN 5-09-003008-1.
Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. М 99 Физика: Учебник для 10 кл. средн. шк. – М.: Просвещение, 1990. – 223 с.: ил – ISBN 5-09-001824-3.
Енохович А. С. Е 63. Справочник по физике и технике: Учеб. пособие для учящихся. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: просвещение., 1989. – 224 с.: ил.
www.ronl.ru
Л.А.Логинов, центр образования № 109, г. Москва
Это одна из наиболее сложных тем. Часто ее не любят ни учителя ни ученики. Первые — по причине сложности объяснения, вторые — по причине сложности восприятия. Но если ее поймут и полюбят обе стороны, то выигрыш в учебном процессе будет очевидным, поскольку станет понятной суть многочисленных явлений, встречающихся буквально каждый день: запотевание холодных стекол, сушка белья на открытом воздухе, сырость в подвалах домов и т.д. и т.п. Расскажу о том, как данный раздел изучаем мы.
Начинаем с понятий ненасыщенного и насыщенного паров, динамического равновесия жидкости и пара. Поскольку свойства насыщенного пара демонстрировать в классе с помощью лабораторного оборудования сложно, долго и крайне хлопотно, смотрим соответствующий кинофрагмент. Фильм старый, но ключевые моменты в нем изложены очень доходчиво. Более того, если заранее дать учащимся опорные вопросы, то после просмотра они сами легко на них отвечают.
От чего зависит давление насыщенного пара и от чего не зависит? (Зависит от температуры и не зависит от объема.)
Как зависит давление насыщенного пара от температуры? (Кривая показана ниже, на рис. 1.)
Как соотносится давление насыщенного и ненасыщенного паров? [Давление насыщенного пара при данной температуре всегда больше. – Ред.]
Что произойдет при сжатии насыщенного пара? (Часть его сконденсируется в жидкость, в оставшейся части сохранится прежнее давление — давление насыщенного пара.)
Что произойдет при добавлении жидкости через кран в герметично закрытый сосуд? [Уровень жидкости повысится за счет добавленной части и конденсации части насыщенного пара, объем пара уменьшится, а его давление, не зависящее от объема, останется постоянным. – Ред.]
Ответы как опорный конспект заносим в рабочие тетради. Не забываем про упомянутый выше график, он нам еще пригодится. Вводим понятие абсолютной влажности воздуха, отождествляем его с понятием парциальной плотности паров жидкости, т.е. массы жидкости, содержащейся в единице объема воздуха. Говорим, что гораздо большее практическое значение для человека имеет относительная влажность воздуха. Вводим и это понятие. Причем как чисто физически (отношение парциального давления ненасыщенных паров к давлению насыщенных паров жидкости при той же температуре), так и чисто философски: величина, показывающая, насколько ненасыщенный пар близок к насыщению:
(1)
Далее объясняем, как и почему от формулы для относительной влажности через отношение давлений можно перейти к формуле для относительной влажности через отношение плотностей: = ненас /нас
Отмечаем, что на практике удобно пользоваться не относительными единицами при измерении относительной влажности, а процентами. Как перейти к процентам, учащиеся должны догадаться сами. Эти формулы усваиваются легко, как и принцип работы с ними в простых задачах (типа № 623, 624 из сборника А.П.Рымкевича, 1988 г.), поскольку там требуется фактически только умение работать со справочной таблицей зависимости ледяных паров от температуры.
Введение же понятия точки росы и переход к формуле для относительной влажности с использованием точки росы может уже вызывать проблемы. Чтобы их было поменьше, начинаем с рассмотрения графика зависимости давления насыщенного пара от температуры (рис. 1): определяем, где область ненасыщенного пара, а где — область жидкости. Тогда сразу понятно, что кривая — это граница между паром и жидкостью. Различные состояния ненасыщенного пара соответствуют точкам ниже кривой, например точке А.
Сделать пар насыщенным – значит достичь каким-либо образом состояния насыщения, т.е. кривой BC. Проще всего — путями АВ или АС. Но что это означает? АВ — изотермическое сжатие пара, АС — его изобарическое охлаждение, причем по мере протекания обоих процессов насыщение увеличивается. Признак того, что пар насытился, – появление первых капель сконденсировавшейся жидкости, росы. В природе насыщение пара достигается чаще всего именно вторым способом, т.е. изобарическим или почти изобарическим охлаждением. Итак, температура, при которой бывший ненасыщенный пар становится насыщенным, называется точкой росы.
Жизненных примеров насыщения при охлаждении очень много. Это и выпадение росы под утро, и запотевание холодного стекла, если на него подышать, это и образование капель воды на водопроводной трубе с холодной водой в ванной комнате, и сырость в подвалах домов, которая вызвана обычно вовсе не протеканием труб, а именно охлаждением воздуха.
Рассмотрим формулу (1): pненас — давление данного ненасыщенного пара, например в состоянии А, а pнас — значение давления насыщенного пара при той же температуре. Но если мы посмотрим на график, то увидим, что давление ненасыщенного пара в состоянии А численно равно давлению насыщенного пара pнас. р при более низкой температуре (точка С) — в точке росы. Величина давления насыщенного пара при данной температуре pнас. данн соответствует насыщению в точке В. Это позволяет перейти к формуле:
Для классов разного профиля, разумеется, подбираем задачи различных уровней сложности. В гуманитарном и не очень сильном общеобразовательном классе ограничиваемся простыми задачами на применение основных (трех рассмотренных) формул и основных формул с использованием уравнения Клапейрона-Менделеева или газовых законов, не сложнее, чем, например, такая: «В комнате объемом 15 м3 с абсолютно сухим воздухом испарилось из стакана 200 г воды. Какой стала относительная влажность воздуха?» В медико-биологических классах задачи берем посложнее, типа такой: «В закрытой комнате с площадью пола 6 м2 и высотой потолка 3 м относительная влажность воздуха составляла 20 %. Какую массу воды надо дополнительно испарить в этой комнате, чтобы влажность достигла 70 %? Какова максимальная масса воды, которая может дополнительно испариться в комнате?»
Изучая влажность воздуха, мы подразумеваем содержание в воздухе только водяных паров. А ведь в воздухе могут быть и другие пары. Более того, они тоже могут быть и ненасыщенными, и насыщенными, и при определенных условиях могут конденсироваться. Например, имеет право на существование понятие относительная спиртовая влажность.
Помню, как-то раз, 3 мая, т.е. в третий день майских праздников, ехал я в гости к своему институтскому приятелю на троллейбусе. Пассажиров было немного (но все сидячие места были заняты), желающих входить и выходить не было, и троллейбус долгое время ехал мимо остановок, лишь чуть-чуть притормаживая. На улице было прохладно, все форточки и люки в салоне были закрыты. Народ мерно, но с большой амплитудой, покачивался на сиденьях. Казалось, что все смотрят куда-то «в бесконечность». Постепенно оконные стекла запотели. И когда троллейбус резко повернул, меня сильно качнуло к окну и… О боже! От запотевшего стекла исходил устойчивый, но… приятный аромат спирта…
Естественно, я не преминул рассказать об увиденном, вернее, об «унюханном», своим знакомым и ученикам. А потом этот сюжет нашел отражение и в задаче для десятиклассников, которая вошла в наш задачник, составленный для медико-биологических классов:
«В праздничный вечер в воздухе, выдыхаемом людьми, содержатся пары спирта. В такой вечер в троллейбусе, на большом перегоне между остановками, масса паров спирта в воздухе достигла 800 г. Температура воздуха в салоне троллейбуса 20 °С, а оконных стекол — всего 5 °С. Объем воздуха в салоне 22 м3. Будет ли конденсироваться спирт на стеклах? Какова относительная спиртовая влажность воздуха в салоне троллейбуса? Давление насыщенных паров спирта при 20 °С составляет 5,90 кПа, при 5 °С — 2,30 кПа».
Задача не только веселая, но и комплексная, т.к. подразумевает знание и основной формулы для определения относительной влажности, и уравнения Клапейрона-Менделеева, и понятия точки росы, т.е. насыщения пара вследствие охлаждения, поэтому рассмотрим ее решение.
Сразу уясним, что давление воздуха в салоне троллейбуса во всех точках одинаково. Причем не только всего воздуха, но и его составляющих (парциальное давление кислорода, азота, паров спирта и т.д.). И это несмотря на то, что воздух в салоне может иметь разную температуру: вблизи оконных стекол он холодный (будем считать, что 5 °С), а вдали от них — теплый (20 °С).
Рассчитаем парциальное давление паров спирта в салоне, используя уравнение Клапейрона-Менделеева. Для этого, правда, придется принять, что все пары и газы идеальны, следовательно,
где Т — абсолютная температура. Если температура 293 К, т.е. 20 °С, то под m следует понимать массу той части паров спирта, которая имеет именно указанную температуру. Но поскольку масса холодных паров, т.е. находящихся в непосредственной близости от стекол, очень мала, то под m будем понимать массу (0,8 кг) всех паров спирта. По этой же причине объем воздуха будем считать равным 22 м3, т.е. это весь свободный объем салона троллейбуса. Зная, что молярная масса этилового спирта (С2Н5ОН) равна 0,046 кг/моль, а универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж/(К Ч моль), произведем расчет:
Рассчитаем относительную спиртовую влажность теплого воздуха в троллейбусе. В качестве давления насыщенных паров возьмем значение при 20 °С, которое составляет 5,90 103 Па. Итак:
Рассчитаем относительную спиртовую влажность холодного воздуха возле оконных стекол. В качестве давления насыщенных паров возьмем значение давления при 5 °С, которое составляет 2,30 103 Па.
Итак: т.е. 83 %. Так как это значение меньше 100 %, то видно, что даже холодные пары спирта, возле стекол, еще не являются насыщенными, и спирт конденсироваться не будет. Но надо заметить, что если бы парциальное давление p паров спирта было бы побольше, то конденсация могла бы и начаться. А для увеличения этого давления необходимо увеличение массы паров спирта в воздухе.
Кстати, эта задача неплохо воспринимается и гуманитариями, поскольку по своей сложности не выходит за рамки дозволенного. О положительных эмоциях учащихся, думаю, говорить не стоит. Ну а для «продления удовольствия» можно ученикам дать для домашнего решения задачу, аналогичную приведенной, но с другим вопросом: «При какой массе паров спирта в троллейбусе спирт все-таки будет конденсироваться на стеклах?» Как видим, эта задача — обратная предыдущей: по заданной влажности (100 %) и следовательно, парциальному давлению паров спирта рассчитать их массу.
С учащимися физико-математических классов и в общеобразовательном сильном классе можно рассмотреть задачи на анализ возможности простого понижения давления ненасыщенных паров при понижении температуры типа: «В герметично закрытом сосуде, содержащем только воздух и водяные пары при температуре 25 °С, влажность воздуха составляет 80 %. Каким будет парциальное давление водяных паров после охлаждения сосуда и его содержимого до 5 °С? Давление насыщенных водяных паров при 25 °С составляет 3,10 кПа, а при 5 °С — 0,88 кПа».
Рассмотрим решение и этой задачи. Итак, для первого состояния водяных паров Т1 = 298 К, 1 — относительная влажность воздуха при этой температуре, pнас1 = 3,10 103 Па, p1 — парциальное давление ненасыщенного водяного пара, которое надо будет выразить через pнас1. Соответственно для второго состояния: Т2 = 278 К, pнас2 = 0,88 103 Па, p2 — парциальное давление водяного пара.
Так как
то
и, по закону Шарля:
Отсюда:
Подставим числа и получим:
Теоретически рассчитанное p2 оказалось больше pнас2, чего на самом деле быть не может. Следовательно, часть паров при охлаждении сконденсируется, а оставшаяся часть будет иметь давление pнас2, максимально допустимое при данной температуре. Итак, давление водяных паров при 5 °С составляет 0,88 кПа, т.е. эти пары насыщены.
Можно еще рассмотреть механизм явления, описанного в задаче, с помощью графиков, отображающих закон Шарля, — изохор, исходящих из начала координат (рис. 2). Изохорное охлаждение — это движение по изохоре из состояния 1 в состояние 2.
Но если сопоставить это с графиком зависимости давления насыщенного пара от температуры (рис. 3), то окажется, что состояние 2 находится за пределами «дозволенного», в области жидкости. Поэтому охлаждение ненасыщенного пара будет идти из состояния 1 только до пересечения с
кривой давления насыщенного
пара (точка В на графике), а далее — по самой кривой, в результате чего пар окажется в состоянии 2' при давлении рнас2.
Важен также вопрос об определении относительной влажности на практике с помощью приборов — гигрометров. Чаще всего встречается, конечно же, гигрометр психрометрический – психрометр. Название это греческого происхождения, ведь [психрос] означает холодный. Кстати, гуманитариев хорошо бы и самих спросить о происхождении слова. В основе работы психрометра лежит явление аспирации. Пусть учащиеся сами догадаются, что означает слово аспирация, по однокоренным словам. Название лекарства «аспирин» всем отлично известно, а его основное назначение — снятие жара, т.е. отведение тепла при испарении. Ведь недаром человек с повышенной температурой тела, принявший аспирин, сначала обильно потеет, после чего ему становится легче. (Как видите, этим лингвистическим моментом мы польстим и будущим гуманитариям, и будущим медикам. С отведением тепла при испарении можно привести и еще один пример: перед инъекцией лекарства соответствующее место протирают спиртом, после чего место чувствует холод — испаряющийся спирт отнимает тепло. Впрочем, можно обойтись и без укола: просто налить немного спирта или эфира на ладонь и подождать.)
Скорость аспирации зависит от относительной влажности воздуха. Но как? Пусть учащиеся это тоже решат самостоятельно, только им надо для этого привести простой житейский пример: белье, сохнущее на веревке в сухую и в дождливую погоду. Дети уже по опыту знают, что скорость высыхания белья определяется не столько температурой воздуха, сколько его влажностью. В холодное осеннее время белье может высохнуть и быстрее, чем летом, если воздух сухой (влажность 30-40 %), а летом — очень влажный (80-90 %). Итак, чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.
В психрометре имеются два термометра. Один — обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. На спиртовую колбу другого термометра одним своим концом надет тряпочный трубчатый фитиль. Чтобы фитиль постоянно был влажным, его второй конец опущен в колбочку с водой. Таким образом, другой термометр показывает температуру не воздуха, а влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от спиртовой колбы увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров.
Зная показания сухого и определив разность с показаниями увлажненного термометра, по специальной таблице (кстати, имеющейся на лицевой стороне психрометра), на пересечении соответствующих строки и столбца, находят значение относительной влажности. Для наглядности сначала учитель весь процесс определения влажности показывает сам, а затем дает три психрометра на каждый ряд для самостоятельной работы. Как показывает опыт, принцип работы с психрометром ребята запоминают хорошо, по крайней мере до выпускных экзаменов в 11-м классе.
В медико-биологических классах надо остановиться еще на влиянии влажности воздуха на самочувствие человека и на состояние его отдельных органов. Человек чувствует себя комфортно при влажности от 40 до 60 %, причем максимально допустимое значение, при котором человек чувствует себя еще нормально, уменьшается с ростом температуры (см. таблицу).
Видно, что высокую температуру легче переносить при сухом воздухе. Поэтому 40 °С в сухой пустыне могут не так сильно изнурять, как 30 °С в городе после ливня, когда влажность доходит до 70 %. Это и понятно. Чтобы не перегреться, организму в жару надо бы интенсивно потеть, но при высокой влажности пот не будет успевать высыхать, а будет, как говорят, лить ручьем, что не даст спасительного охлаждения тела.
Низкая влажность воздуха в жарких странах используется и в медицинских целях. В частности, для лечения почек, когда требуется ослабить нагрузку на них. При высокой температуре воздуха и низкой влажности человек, сильно потея, выводит влагу из организма большей частью не через почки, а через кожу. Так что после такой процедуры остается только принять душ.
www.ronl.ru
