Исследовательская работа по физике "Причины возникновения пыли" скачать


Исследовательская работа по физике "Причины возникновения пыли"

Муниципальная общеобразовательная средняя школа № 42
Исследовательская работа по физике
«Причины возникновения пыли»
Автор работы Гамзина Ирина,
ученик 7 А класса
Руководитель Кириллова А.А.;
учитель физики
Нижневартовск
2006 год
2
Чем мы дышим?
Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает
В наши жилища и мрак прорезает своими лучами
Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,
Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света.
Будто бы в вечной борьбе они бьются в сражениях и битвах,
В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя…
Лукреций Кар.
Подумать! Людям, в первую очередь городским жителям, стала необходима из-за
катастрофической нехватки чистая среда обитания не только во время отдыха на берегу лесного
заповедного озера, находящегося высоко в горах, но и каждый день в повседневной жизни.
Поэтому проблема качественной уборки помещений и очистки воздуха для нас сегодня является
важной и актуальной.
Судите сами: в день человек потребляет около 1 кг еды и 2 л жидкости, а воздуха-500 л/ч
(т.е. 12000 л/сут.) В состоянии покоя, при физической активности - 96000 л).
Спрашивается, что же для нас наиболее важно и жизненно необходимо? Еда? Вода?
Ответ очевиден.
А чем мы дышим?!
Пыль - мельчайшие частицы, носящиеся в воздухе или скапливающиеся на поверхности
чего-нибудь. Такое определение пыли дается в толковом словаре С. И. Ожегова. Происхождение
пыли можно условно разделить на :
а) физическое (электростатическое, броуновское движение, диффузия, конвекционные потоки
воздуха);
б) биологическое (пыльца растений, бактерии, пылевые клещи и пр.);
в) химическое (концирогенные вещества, газы, токсичные металлы и пр.), и др.
Между физическим, биологическим и химическим происхождением пыли нет грани, деление это
условное. Из них в работе рассмотрено физическое происхождение пыли - броуновское движение,
диффузия и конвекционные потоки воздуха.
Целью работы является выявление факторов, влияющих на скорость оседания пыли.
В нашей работе объектом исследования является гладкая поверхность размером 10 кв.см.
Предметом исследования - пыль.
Воспользовались гравиометрическим (весовым) методом исследования.
Первым к пыли обратился Броун. Вот как это было.
3
В начале X1X века микроскопы уже представляли собой сложные оптические сооружения
из нескольких хорошо отполированных линз, передвигаемых относительно друг друга. С их
помощью можно было получить значительное увеличение, и поле зрения при этом оставалось
чистым, лишенным каких-либо дефектов и искажений.
Пред «светлы очи» такого усовершенствованного микроскопа английский ботаник Роберт
Броун решил представить не лист растения или срез дерева, а крохотную каплю воды с
размешанной в ней пыльцой растений. Взглянув в микроскоп, Броун был поражен: пыльца не
растворилась в воде, а разбилась на мельчайшие шарики, и эти шарики двигались в каком - то
фантастическом танце! Те, что покрупнее, двигались медленнее, не спеша меняли направление.
Более мелкие - прыгали беспорядочно, случайно бросаясь из стороны в сторону. Ученый
задумался: «почему?».
Длительные наблюдения убедили Броуна в том, что движения частичек пыльцы вызваны не
«подводными течениями» в капле жидкости и не легкими сотрясениями подставки микроскопа.
Нет, каждая частичка двигалась совершенно обособленно от других, во внезапных перемещениях
частичек пыльцы не было никакой согласованности.
Неведомые и непонятные Броуну силы заставляли себя так странно вести. Он наблюдал это
движение несколько дней, однако так и не смог дождаться его прекращения. Ученый подробно
описал это движение, но объяснить так и не смог.
Многие ученые повторяли опыты Броуна и наблюдали ту же самую картину в микроскоп.
Таинственные перемещения пыльцы растений в капле жидкости получили название броуновского
движения. Броуновское движение никогда не останавливается. Оно обнаруживается в жидких
включениях, встречающихся в кварце, которым тысячи лет. Оно вечно и самопроизвольно. Еще в
древности Лукреций описывает в своей философской поэме «О природе вещей» движение
пылинок в солнечном свете.
Все чаще высказывалось учеными обоснованное предположение: обнаруженное Броуном
движение вызвано толчками невидимых под микроскопом молекул жидкости. Атакуемые
молекулами со всех сторон, частички пыльцы передвигались в ту сторону, с которой в эту секунду
меньше ударов. Теория броуновского движения разработана А.Эйнштейном , экспериментальное
подтверждение этой теории проведено французским физиком Ж Перреном.
Броуновское движение было обнаружено не только в жидкостях, но и в газах.
Исследователи установили, что при повышении температуры жидкости или газа частички
начинают двигаться значительно быстрее, - видимо, толчки молекул становятся все чаще.
Проведем опыт: в высокий сосуд с водой бросим несколько крупинок краски. Они
опустятся на дно сосуда, и вокруг них вскоре образуется фиолетовое облачко окрашенной воды.
Оставим сосуд в покое на несколько недель. Наблюдая за ним все это время, мы обнаружим
постепенное распространение окраски по всей высоте сосуда. Наблюдается явление диффузии
4
краски в воду. Диффузия объясняется просто. Частицы веществ, беспорядочно двигаясь,
проникают в промежутки друг между другом, что и означает смешивание веществ. Наиболее
быстро диффузия происходит в газах. Медленнее – в жидкостях, а в твердых телах – совсем
медленно: годами.
Известен, например, следующий опыт. Две гладко отшлифованные пластины из золота и
свинца пролежали друг на друге около 5 лет. За это время золото и свинец продиффундировали
(проникли) друг в друга на глубину около 1 мм. При проведении опыта с водой и краской
замечено, что в теплой комнате диффузия протекает значительно быстрее. Например, на
солнечном подоконнике диффузия завершается примерно на неделю раньше. Вспомним, что
причина диффузии это самостоятельное движение частиц вещества. Поэтому ускорение
диффузии можно объяснить тем, что при повышении температуры тела приводит к увеличению
скорости движения его частиц. Кстати броуновское движение при этом также ускоряется.
Диффузия обеспечивает безопасность. Горючий природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. При
утечке за счет диффузии газ распространяется по всему помещению. При определенном
соотношении газа с воздухом образуется взрывоопасная смесь. Газ может вызвать и отравление.
Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, горючий газ смешивают с веществами с
резким неприятным запахом. В результате явления диффузии пыль распространяется в воздухе.
Диффузия - не единственная причина пыли в воздухе. Еще одна причина потоки воздуха
конвекция. Конвекция - вид теплопередачи с переносом вещества. Нагретый воздух поднимается
вверх, холодный опускается вниз. Возникают конвекционные потоки, которые являются
переносчиками пыли. Также переносчиками пыли являются потоки воздуха, образованные в
результате перепада температур, давлений воздуха, беготни ребят. Например: в открытое окно
поступает в помещение уличный воздух, который несет в себе пыль, или открытые двери создают
сквозняк, являющийся переносчиком пыли.
Основные загрязнители и их воздействие на здоровье человека
Таблица 1
Загрязнители
Воздействие
Взвеси
Респираторные заболевания, рак легких
Углеводороды
Раковые опухоли
Угарный газ
Ослабление мыслительной деятельности, сонливость,
головные боли, сердцебиение, одышка, бесплодие, инфаркт
Оксиды азота
Респираторные заболевания, злокачественные
5
новообразования, ишемическая болезнь сердца
Оксиды серы
Респираторные заболевания
Свинец и другие тяжелые металлы
Нервные расстройства, малокровие, потеря памяти, слепота,
гипертония
Озон
Раздражение слизистых оболочек
Кислоты
Приступы астмы
Комплексное воздействие,
фотохимический эффект, смог
Головные боли, тошнота, раздражение слизистых глаз, горла,
легочные заболевания, астма
Как влияет пыль на здоровье человека?
Во взвешенном состоянии пыль, наиболее опасна - она легко проникает в легкие и в них
накапливается. Аллергенные свойства пыли известны уже несколько столетий. Процесс
пылеобразования идет постоянно - вытираются ковровые покрытия, осыпается и вышаркивается
краска, с улицы попадает пыль и выхлопные газы автомобилей, люди теряют волосы, кожный
эпителий, перхоть, ветшающая одежда и д.т. Пыль является транспортным средством для
распространения бактерий и вирусов и способствует возникновению и распространению
эпидемий.
Мы выяснили. что за сутки на слизистой дыхательных путей оседает до 6 миллиардов
пылинок. При этом если их размер менее 5 микрон, пылинки осаждаются в альвеолах и нарушают
процесс обогащения крови кислородом, а, проникая в кровь, разносятся с кровотоком по органам
и тканям организма. Воздействие пыли на организм человека может оказаться очень серьезным.
До 80% резервных возможностей иммунной системы расходуется на борьбу с пылью,
попадающей в дыхательные пути и в кровоток. Со временем резервные возможности организма
заканчиваются и происходит срыв, а как следствие - развитие заболевания.
Сегодня 10% детей по всему миру болеют астмой, вызванной аллергенами на пыль.
Например, в России аллергии подвержен каждый 6-ой, в Москве - каждый 5-ый. Медики
прогнозируют, что в скором времени 3-ий, и даже каждый 2-ой, будет подвержен аллергии.
Какие методы определения запыленности воздуха существуют?
Для количественной характеристики запыленности воздуха в настоящее время
используется преимущественно весовой метод (гравиметрия). Кроме того, существует счетный
метод. Весовые показатели определяют массу пыли в единице объема воздуха. Это прямые
методы измерения запыленности. Под косвенными понимают методы измерения как с выделением
6
пыли из воздуха, так и без выделения, основанные на определении ее массы путем использования
различных физических явлений.
Мы провели исследование по определению запыленности воздуха в школе.
Рабочая среда - составная часть жизненной среды человека. В школах миллионы детей и
подростков проводят значительную часть своего времени, и их развитие происходит при
непрерывном воздействии факторов этой среды.
От качества среды в учебных помещениях во многом зависит их самочувствие,
работоспособность, состояние здоровья. Воздушная среда помещения оказывает постоянное
воздействие на организм человека. В ней содержится большое количество разнообразных
частичек, которые образуются в процессе жизнедеятельности людей.
Для количественной характеристики запыленности воздуха мы использовали
гравиметрический (весовой) метод.
Перед нами была поставлена следующая цель: научиться определять запыленность воздуха
в помещениях гравиметрическим методом.
Для этого использовали следующее оборудование: дистиллированную воду, кусочки марли,
спиртовку, выпариватель, весы.
Мы определяли количество пыли, которая осаждается на 1кв.м поверхности помещения.
Исследования проводились в пяти местах: при входе в школу, в класс, возле доски, на парте, на
подоконниках, также брались пробы со сменной и уличной обуви. Исследования проводились
осенью и зимой, в 30мин перед началом учебного дня и спустя четыре часа к концу учебного
дня первой смены. Пробы брались следующим образом: кусочком марли снималась пыль с
поверхности площадью 10 10 см,. марлю заливали дистиллированной водой, тщательно ее
проплакивали. Затем выпаривали воду. С помощью весов определяли массу пыли. Используя
полученные данные, определяли массу пыли с поверхности площадью 1кв.м.
Зная точное время накопления пыли, можно подсчитать среднюю скорость осаждения пыли
за учебный день по формуле:
=
m
S t
где m - масса пыли (г), S - поверхность, с которой брали пробу (кв.м), время осаждения пыли за
первую смену (4 ч.) на сухую гладкую поверхность.
Результаты исследований занесли в таблицу 2.
7
Средняя скорость осаждения пыли в разное время года
Таблица 2
Помещение.
Осень
m(г)
7 ч.30 мин.
Зима
m(г)
7 ч. 30 мин.
Зима
m(г)
12 ч. 00 мин.
(
г
)
мч
Рекреация
(1 этаж).
1,5
1,5
3
50
37,5
Класс.
1,5
1,5
2,5
37,5
25,0
Место учителя
(у доски).
1,5
1,5
2
12,5
12,5
Место ученика
(парта).
0.001
0,001
0,002
0,0 5
0,0 25
Подоконник.
1,5
1,5
2
25
12,5
Сменная обувь
0.0003
0,0003
Уличная обувь
3
1
Проанализировав результаты проделанной работы, получили следующие данные: скорость
оседания пыли в осеннее время больше в 1,3 (рекреация); 1,5 ( класс); 2 (место ученика) 2 раза
(подоконник).
Процесс пылеобразования идет постоянно. За учебную смену, между влажными уборками,
через кабинет проходит в среднем 150 учащихся. Каждый ученик является источником пыли,
которая является продуктом жизнедеятельности (обрывки волокон тканей, частиц металла,
бумаги, волос, шерсти, и т.д.). Отсутствие сменной обуви у определенного количества учащихся
является одной из причин увеличения количества пыли в помещении. Другой причиной
8
образования пыли является сухой мел, с которым приходится работать учителю и ученику в
течение урока.
В ходе работы были сделаны следующие выводы: на скорость оседания пыли на сухую
гладкую поверхность при комнатной температуре влияют следующие факторы:
а) сезонное явление (повышенная влажность, снег, перепад температур, при низких температурах
явления броуновское движение и диффузии замедляется);
б) сквозняковый эффект ( зимой меньше, т.к. закрыты и утеплены окна).
Для того, чтобы пыли в воздухе было меньше, необходимо принимать конкретные меры:
проводить беседы с родителям, учащимися о необходимости сменной обуви, делать влажную
уборку, установить в помещениях очистители воздуха, использовать на уроках более твердый мел
или работать с маркерами. Проводить профилактические работы с вентиляцией, которая
регулирует воздухообмен в помещении, создает необходимую чистоту, температуру, влажность,
подвижность воздуха. На каждой перемене проветривать помещение.
Итак, воздушная среда помещения оказывает постоянное воздействие на организм
человека. До 80% резервных возможностей иммунной системы расходуется на иннактивацию
пыли, попадающей в дыхательные пути и кровотоки. Со временем резервные возможности
организма заканчиваются и происходит срыв, и как следствие - развитие заболеваний: аллергии,
бессонницы, быстрой утомляемости, снижение работоспособности. Медицинские центры
предлагают лечить следствие, а не бороться с причиной многих заболеваний и проблем.
9
Список использованной литературы
1.С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. Толковый словарь русского языка. Москва: «АЗЪ» 1995.
2.С.В. Алексеев, Н.В. Груздева, А.Г. Муравьев, Э.В.Гущина. Практикум по экологии.
Москва: АОМДС, 1996.
3. А.И. Федорова, А.Н. Никольская, Практикум по экологии и охране окружающей среды.
Москва: АВААДДС, 2001.
4. Т.Я.Ашихмегной. Школьный экологический мониторинг. Москва: АГАР, 2000.
5.М.И. Блудов. Беседы по физике. Москва: «Просвещение», 1973.
10
Средняя скорость осаждения пыли осенью
Приложение 1
Помещение.
Осень
m(г)
7 ч.30 мин.
(
г
)
мч
Рекреация
(1 этаж).
1,5
50
Класс.
1,5
37,5
Место учителя
(у доски).
1,5
12,5
Место ученика
(парта).
0.001
0,0 5
Подоконник.
1,5
25
Сменная обувь
0.0003
Уличная обувь
3
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
1 этаж Класс У доски Парта Подоконник
7 ч. 30 мин.
12 ч. 00 мин.
3,5
3
2,5
2
1,5
1,5
1,5
1,5
0,001
0,003
11
Средняя скорость осаждения пыли зимой
Приложение 2
Помещение.
Зима
m(г)
7 ч. 30 мин.
(
г
)
мч
Рекреация
(1 этаж).
1,5
37,5
Класс.
1,5
25,0
Место учителя
(у доски).
1,5
12,5
Место ученика
(парта).
0,001
0,0 25
Подоконник.
1,5
12,5
Сменная обувь
0,0003
Уличная обувь
1
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
1 этаж Класс У доски Парта Подоконник
7 ч. 30 мин.
12 ч. 00 мин.
3
2,5
2
2
1,5
1,5
1,5
1,5
0,001
0,002
12
Средняя скорость осаждения пыли в разное время года
Приложение 3
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
1 этаж Класс У доски Парта Подоконник
Осень Зима
50
37,5
37,5
25
25
12,5
12,5
12,5
0,05
0,025