Измерение относительной влажности воздуха в кабинетах гимназии

При изучении на уроке физики темы относительная влажность воздуха я заинтересовалась вопросом , как влияет относительная влажность воздуха на здоровье учащихся. На уроке мы измерили относительную влажность воздуха в кабинете физики и дали оценку результату. В своей работе я продолжила измерения относительной влажности воздуха во всех кабинетах гимназии. Были выявлены кабинеты с оптимальной влажностью и повышенной влажностью. Целью моей работы стало выявление причин повышенной влажности воздуха в кабинетах гимназии и составление рекомендаций для устранения этого недостатка. Результаты моего исследования были приняты во внимание классными руководителями и заведующими кабинетами.

Испарение:

В жидкости или твёрдом теле при любой температуре существует некоторое количество молекул(атомов), кинетическая энергия которых превышает модуль потенциальной энергии их связи с остальными частицами вещества. Испарение- это процесс, при котором с поверхности жидкости или твёрдого тела вылетаю частицы (молекулы, атомы), кинетическая энергия которых превышает потенциальную энергию их связи с остальными частицами вещества.

При испарении с поверхности жидкости или твёрдого тела вылетают наиболее быстрые частицы, обладающие максимальной кинетической энергией. В результате происходит уменьшение средней кинетической энергии оставшихся частиц. Поэтому процесс испарения сопровождается охлаждением жидкости или твёрдого тела, если только при этом нет подвода тепла из окружающей среды.

Насыщенный и Ненасыщенный пар:

Процесс испарения жидкости или твёрдого тела в закрытом сосуде или помещении при неизменной температуре сопровождается постепенным увеличением концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала процесса испарения концентрация вещества в газообразном состоянии достигает такого значения, при котором число молекул, возвращающихся в единицу времени, становится равным числу молекул, покидающих поверхность жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации вещества.

Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом, называется насыщенным паром. Пар, давление которого ниже давления насыщенного пара данной температуре, называется ненасыщенным (или перегретым).

При уменьшении объёма, занимаемого насыщенным паром, концентрация его молекул увеличивается и пар становится пересыщенным. Равновесие между процессами испарения и конденсации пара нарушается, скорость конденсации превышает скорость испарения, в результате чего часть вещества из газообразного состояния превращается в жидкое и пар вновь становится насыщенными. Пар из насыщенного может стать пересыщенным не только при повышении концентрации молекул, но и при понижении температуры.

Интенсивность процесса испарения увеличивается с возрастанием температуры жидкости (или испаряющегося твёрдого тела). Поэтому установление динамического равновесия между процессами испарения и конденсации при повышении температуры происходит при более высоких концентрациях молекул газа.

Давление идеального газа при постоянной концентрации молекул возрастает прямо пропорционально абсолютной температуре. Так как в насыщенном паре при возрастании температуры концентрация молекул увеличивается, а их средняя кинетическая энергия также возрастает, то давление насыщенного пара с повышением температуры возрастает быстрее, чем давление идеального газа с постоянной концентрацией молекул.

Кипение. Зависимость температуры кипения от давления:

Испарение может происходить не только с поверхности жидкости, но и в пузырьки воздуха, который обычно растворён в жидкости. Объём этих пузырьков, заполненных насыщенным паром, невелик, но с ростом температуры резко возрастает. Эти пузырьки всплывают на поверхность жидкости и лопаются, выбрасывая пар в атмосферу, если давление насыщенного пара равно внешнему давлению или превышает его. Процесс испарения, идущий по всему объёму жидкости, называется кипением. Следовательно, давление насыщенного водяного пара равно нормальному атмосферному давлению при этой температуре. При нормальном давлении кипение воды происходит при 100°C. При температуре, например, 80° давление насыщенного пара примерно в два раза меньше нормального атмосферного давления. Поэтому вода при этой температуре должна закипеть, если давление над ней уменьшить до половины нормального атмосферного давления. Проделаем опыт для проверки этого предсказания. Нальём в небольшой стеклянный стакан воду, нагретую до 80°C. Вода при нормальном давлении не кипит. Поставим стакан под стеклянный колпак на тарелку вакуумного насоса и будем откачивать воздух из-под колпака. Вскоре вода закипит(рис. 2 ), хотя температура её остаётся прежней.

Итак, теория и опыт показывают, что температура кипения зависит от внешнего давления. При понижении внешнего давления температура кипения жидкости понижается, при повышении давления температура кипения повышается.

Изотерма пара:

При температурах выше критической свойства пара достаточно хорошо описываются уравнением Ван-дер-Ваальса. Изотерма пара при этих температурах мало отличается от гиперболы. По мере понижения температуры изотерма пара становится всё более похожей на кубическую параболу- график изотермы ван-дер-ваальсового газа. График изотермы при критической температуре обозначен на рисунке 3 символом Ткр; его форма существенно отличается от гиперболы.

Штриховая кривая разделяет при фазы. Слева вверху область соответствует жидкой фазе, справа от кривой и внизу- область ненасыщенного пара(газа) , под штриховой кривой лежит область насыщенного пара над жидкостью (двухфазная среда).

Если изотермически сжимать ненасыщенный пар при температур ниже критической, то концентрация молекул возрастает и соответственно давление будет возрастать вплоть до давления насыщенного пара. При дальнейшем уменьшении объёма на дне сосуда образуется жидкость и установится динамическое равновеси5к между насыщенными паром и жидкостью. Давление насыщенного пара остаётся неизменным, а с уменьшением объёма вся большая часть пара переходит в жидкость.

Горизонтальный участок на изотерме пара не связан с особыми свойствами насыщенного пара, а обусловлен процессом превращения части пара в жидкость. Уравнение Клапейрона-Менделеева(17. 5) или (17. 6) здесь с достаточной степенью точности выполняется, но надо помнить, что масса пара не остаётся при сжатии постоянной.

Процесс уменьшения объёма при дальнейшем сжатии прекращается, когда весь газ в сосуде превращается в жидкость. Резкое возрастание давления при дальнейшем уменьшении объёма объясняется малой сжимаемостью жидкости.

Относительная влажность воздуха:

В атмосферном воздухе интенсивность испарения воды зависит от того, насколько близко давление паров воды к давлению насыщенных паров при данной температуре. Отношение давления паров воды ρ0 при данной температуре, выраженное в процентах, называется относительной влажностью воздуха:

φ (21. 1)

С небольшой погрешностью можно в формуле(21. 1) вместо отношения давлений подставить отношение плотностей. Относительная влажность 100% означает установление динамического равновесия между процессами испарения и конденсации воды.

Точка росы:

Так как давление насыщенного пара тем ниже, чем ниже температура, то при охлаждении воздуха находящийся в нём водяной пар при некоторой температуре становится насыщенным. Температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар становится насыщенным, называется точкой росы.

Гигрометр:

Точку росы можно определить с помощью гигрометра. Он представляет собой металлический сосуд, в который наливается легко испаряющаяся жидкость, например эфир. При испарении эфира происходит охлаждение стенок гигрометра, и при достижении точки росы на полированной поверхности появляются капли росы. Температуру гигрометра измеряют термометром. Для ускорения процесса испарения эфира через него с помощью груши продувается воздух (рис. 4).

Действие гигрометра другого типа, волосного, основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса удлиняться при повышении влажности. В этом приборе натянутый волос соединение со стрелкой прибора, показывающей по шкале относительную влажность воздуха.

Определение относительной влажности:

По точке росы можно найти давление водяного пара в воздухе. Оно равно давлению насыщенного пара при температуре, равной точке росы. Отыскав затем в соответствующей таблице значения давления насыщенного водяного пара при температуре воздуха, можно рассчитать относительную влажность воздуха по формуле (21. 1).

Относительную влажность воздуха можно определить с помощью прибора, называемого психрометром.

Сухой термометр измеряет температуру воздуха, а второй температуру ткани, смоченной водой. С поверхности влажной ткани происходит испарение воды, в результате температура влажной ткани понижается. Скорость испарения воды зависит от температуры и относительной влажности воздуха. Чем меньше паров в воздухе, тем интенсивнее идёт процесс испарения и тем ниже температура влажного термометра. С помощью специальной таблицы, называемой психрометрической, по разности показаний сухого и влажного термометров (психрометрической разности) определяют относительную влажность воздуха.

Умение измерять относительную влажность воздуха и регулировать её бывает необходимо в быту и на производстве. В сухом воздухе происходит очень быстрое испарение влаги с поверхности тела человека, высыхают слизистые оболочки дыхательных путей. При относительной влажности 100% прекращается испарение воды с поверхности тела и тем самым затрудняется возможность терморегуляции человеческого организма. Поэтому для человека вреден как слишком сухой, так и слишком влажный воздух. Наиболее благоприятной для человека является относительная влажность от40до 60%.

Определённую влажность воздуха необходимо поддерживать не многих производствах (ткацком, кондитерском, и др. ) для обеспечения нормальных условий производственного процесса, а также в библиотеках, музеях, хранилищах произведений искусства для обеспечения лучшей сохранности книг и различных произведений искусства.

Изучив тему относительная влажность ,я решила измерить относительную влажность в каждом помещении нашей гимназии и исследовать, как влажность влияет на здоровье учащихся, а следовательно и на учёбу.

Я получила следующие результаты класс кабинет Т сухого Т влажного Относительная влажность воздуха

6А 101-большой 25ºС 20ºС 63%

101-маленький 20ºС 16ºС 66%

11В 102 23ºС 18ºС 61%

6Г 103 25ºС 21ºС 70%

7Б 104 26ºС 21ºС 64%

5Г 107 22ºС 19ºС 76%

108 21ºС 17ºС 67%

6Б 113 15ºС 14ºС 90%

11Б 114 22ºС 18ºС 68%

10Г 115 23ºС 20ºС 76%

1Г;2Г 201 24ºС 20ºС 69%

3В;4В 202 24ºС 19ºС 62%

1В 203 22ºС 17ºС 61%

1Б 204 24ºС 20ºС 69%

2Б 205 23ºС 20ºС 76%

2А;4А 206 24ºС 19ºС 62%

10Б 207 24ºС 21ºС 77%

8Г 208 23ºС 19ºС 69%

5А 209 21ºС 19ºС 83%

5В 210 22ºС 17ºС 61%

8Б 211 21ºС 18ºС 75%

7Г 213 23ºС 19ºС 69%

214 22ºС 18ºС 68%

217 23ºС 18ºС 61%

8А 218 24ºС 20ºС 62%

221 25ºС 20ºС 63%

3Б;4Г 302 23ºС 18ºС 61%

3Г;4Б 303 24ºС 19ºС 62%

3А 304 20ºС 17ºС 74%

1А;4Д 306 24ºС 20ºС 69%

10В 307 23ºС 19ºС 69%

6Д 308 24ºС 19ºС 62%

10Д 309 25ºС 20ºС 63%

5Д 310 25ºС 21ºС 70%

9Д 311 24ºС 20ºС 69%

8В 312 25ºС 20ºС 63%

313 26ºС 21ºС 64%

7А 314 25ºС 21ºС 70%

6В 315 26ºС 21ºС 64%

10А 319 23ºС 18ºС 61%

Я проанализировала эту таблицу. , и делаю выводы:

В кабинетах : 101,102,202,203,206,210,217,218,221,302,303,308,309,312,319 относительная влажность воздуха оптимальная для здоровья 61%-64%. Беспокойство вызывают кабинеты 113,314,310,304,211,209,208,207,205,115,107,103. Относительная влажность воздуха в этих кабинетах 90%, 70%-77%.

Такая влажность считается повышенной и опасной для здоровья. Я выяснила причину такой повышенной влажности. В кабинете 113, где самая высокая влажность : поставлены пластиковые окна, которые способствуют повышению влажности. Я обратила внимание на этот факт классного руководителя 6Б класса, дала рекомендацию о регулярном проветривании кабинета. В кабинете 207 влажность оказалась 77%, я обратила внимание на то, что в кабинете занимается много детей - 30. Это тоже является причиной повышенной влажности. Я рекомендую руководителям образования снизить количество учащихся в классе до 20. В кабинете 211 влажность была тоже повышенная. Я обратила внимание на то , что кабинет маленький, в нём очень холодно. Я выяснила у завхоза, что причиной холода является тот факт, что кабинет находится под аркой. В кабинете 115 относительная влажность была тоже повышенная. Я обратила внимание, что в кабинете много зелёных растений, в этот момент их обильно полили, и это послужило причиной высокой влажности воздуха.

Со своими исследованиями я познакомила медика нашей гимназии Фадееву Веронику Алексеевну. Она предоставила мне следующие сведения. Оказывается, в классах с повышенной влажностью наблюдалась высокая заболеваемость простудными болезнями. Вместе с медиком мы разработали памятку, как снизить относительную влажность воздуха в кабинете.

Памятка учителю по поддержанию оптимальной влажности воздуха.

1. Учитывать количество детей в классах (рекомендация для чиновников образования).

2. Учитывать размеры кабинеты при разведении зелёных растений.

3. Поливать зелёные растения в отсутствие учащихся.

4. Регулярно проветривать кабинеты. Это способствует поддержанию оптимальной влажности воздуха.