Відкритий урок на тему:" Вологість повітря. Методи вимірювання вологості повітря"

Тема: Вологість повітря. Методи вимірювання вологості повітря

Мета: сформувати знання про парціальний тиск, абсолютну та відносну вологість повітря, точку роси, познайомити учнів з методами вимірювання вологості повітря та приладами для вимірювання вологості повітря (гігрометром та психрометром), ознайомити учнів з правилами вимірювання вологості повітря за допомогою психрометра, правилами використання психрометричних таблиць;

розвивати навички практичного використання питання вологості повітря в діяльності людини (у виробництві, в технологічних процесах, у побуті), а також вміння використання учнями міжпредметних зв’язків (фізики та мистецтва, історії, географії, біології, математики, а також фізики та техніки);

виховувати естетичний смак, зв’язок  історичний  подій, спостережливість, уважність, відповідальне та свідоме ставлення до навчання.

Тип: вивчення нового матеріалу

Обладнання: географічна карта земної кулі, ноутбук, телевізор (або мультимедійна установка), слайди-зображення картин, слайди-малюнки вимірювальних приладів (гігрометри, психрометри) та ін.

Якщо наука є пам'ять розуму,

то мистецтво є пам'ять почуття.

Хід уроку

1. «Подорож галереєю». Введення в тему уроку

Урок розпочинається з привітання вчителя та запрошення здійснити коротеньку подорож галереєю витворі мистецтва на тему «Найвідоміші та найдорожчі картини світу». (Вчитель пропонує учням переглянути картини, що увійшли до галереї, по можливості впізнати картини та запропонувати відомості про картину всім присутнім на уроці. Примітка: В якості підтримки учнів можна заздалегідь запропонувати учневі-мистецтвознавцю підготувати короткий опис робіт знаменитих художників).

Виступ  учня-мистецтвознавця.

Найбільш відомою картиною світу до цих пір вважається «Мона Ліза», яка була написана Леонардо да Вінчі в епоху Відродження у Флоренції. Він почав писати цей шедевр в 1503 (1504) році і закінчив її незадовго до своєї смерті в 1519 році. У 1911 році «Мона Ліза» була викрадена співробітником Лувру. Але через 2 роки картину було повернуто й сьогодні «Мона Ліза» прикрашає знову Лувр.

«Зоряна ніч» була написана голландським художником Вінсентом ван Гогом. Не дивлячись на те, що за все життя художник продав лише одну свою роботу, поле його творчої діяльності дуже багате. «Зоряна ніч» – одна з його найвідоміших робіт. На ній зображена село Сен-Ремі. З 1941 року картина знаходиться в музеї сучасного мистецтва в Нью-Йорку.

Картина «Крик» із серії робіт норвезького художника – експресіоніста Едварда Мунка. На картині зображена страждаюча фігура, на тлі криваво-червоного неба. Едвард Мунк створив декілька варіацій «Крику». Представлена картина була написана в 1893 році і знаходилася в Національній галереї Норвегії. Однак, у 1994 році робота була викрадена, але через кілька місяців полотно було знайдено і повернено до музею. (Продана на аукціоні за рекордну сумму в 120 млн. доларів невідомому колекціонеру).

Картина «Народження Венери» була написана великим флорентійським художником Сандро Боттічеллі в 1485-1487 рр.. На ній зображена богиня Венера (у грецькій міфології – Афродіта), що вийшла з морської піни. Сьогодні ця картина представлена в музеї Уффіці у Флоренції.

«Таємна вечеря» була написана італійським художником Леонардо да Вінчі. Картина написана на задній стіні їдальні в монастирі Санта Марія деле Грація в Мілані. Картина відображає сцену, при якій Ісус оголошує, що один з його дванадцяти апостолів зрадить його. Леонардо почав роботу над «Таємною вечерею» в 1495 році і завершив її в 1498 році.

Картина «Сон» Пабло Пікассо написана у 1932 р. Продана на аукціоні у 2013 р. за 155 млн. доларів. Перебуває у приватній колекції.

Щороку з молотка у приватні колекції йдуть сотні картин. Колекціонери витрачають мільйони доларів, для поповнення своїх приватних колекцій. Не завжди найвідоміші картини – найдорожчі картини. Найбільш відомі картини світу належать всесвітньо відомим музеям, і в буквальному сенсі слова, вони безцінні. 

Розповідь продовжує вчитель. Зрозуміло кожному, що такі безцінні скарби необхідно зберігати в належних умовах. Що може вплинути на стан полотна? (Заслухати відповіді учнів, у яких безумовно прозвучить думка про негативний вплив температури та вологості навколишнього середовища, тобто повітря). Саме про вологість повітря та його вплив на різні життєві процеси мова піде далі.

2. «Якість земного життя». Мотивація навчальної діяльності 

Як нам відомо, приблизно 71% поверхні земної кулі займає вода. Вода випаровується, при чому за будь-якої температури, і міститься в атмосфері Землі у вигляді крапель, кристалів снігу і водяної пари.

Водяна пара, що міститься в атмосфері Землі, впливає на клімат Землі, на процеси, що протікають на Землі (флора, фауна, с/г врожайність, зберігання продукції, техніки). Важливе значення вологості повітря має у метеорології для передбачення погоди. Від вологості повітря залежить самопочуття людини, що пов’язане з випаровуванням вологи і підтримання постійної температури тіла людини. Підтримання постійної вологості – обов’язкова умова для деяких виробничих процесів, для музеїв та бібліотек.

Отже, вимірювання  вологості повітря  та її регулювання має достатньо велике практичне значення.

3. «Виконання завдань». Повідомлення теми, мети  уроку

Сьогодні на уроці ми познайомимося з поняттями, які ввели для характеристики вологості повітря (абсолютна та відносна вологість) та познайомимося з методами визначення вологості повітря.

План  теоретичного матеріалу.

1. Вологість повітря.
2. Абсолютна та відносна вологість повітря.
3. Парціальний тиск.
4. Точка роси.
5. Гігрометр та психрометр.

4. «Мої знання». Актуалізація опорних знань

Запитання для усного опитування (записані заздалегідь на дошці):

1.          Для початку пригадаємо склад атмосфери Землі (склад повітря):

• Азот  – 78%;
• Кисень – 20%;
• Вуглекислий газ, водень та інші гази – 2%;
• Водяна пара.

2.          Повітря чинить тиск на поверхню Землі. Як цей тиск називається? (Атмосферний тиск, результат дії усіх газів, що входять до складу повітря, включаючи й водяну пару).
3.          Що собою являє водяна пара? Як вона потрапляє в атмосферу? (Заслухати відповіді учнів. Доповнити за потреби: водяна пара – це газоподібний стан речовини (води), який неозброєним оком людина не може побачити. Потрапляє в результаті випаровування води. Складається з молекул води (Н₂О), які розміщені на відстанях, значно більших, ніж розміри самих молекул ( діаметр молекул ̴ 10^-10 м). Молекули перебувають у безперервному хаотичному русі, взаємодіють лише під час короткочасних зіткнень. Молекули води мають масу; чим більша кількість молекул водяної пари потрапляє в даний об’єм, тим більша маса водяної пари, а значить й вологість повітря).
4.          Від чого залежить ступінь вологості повітря? (Заслухати відповіді учнів. Доповнити за потреби такими: фізичного стану атмосфери (домішки як тверді, так і аерозолі); температури; близькості морів і океанів).

5. «Мої нові знання». Пояснення нового матеріалу

Вологість – це міра, що характеризує вміст водяної пари у повітрі. Розрізняють абсолютну та відносну вологість повітря. (Учні проводять основні записи в зошит).

Абсолютна вологість – це маса водяної пари, що міститься в 1 м³ повітря за даної температури (тобто це є густина водяної пари: ). В СІ виражається в кг/м³, але на практиці зручніше виражати в г/м³.

Але за абсолютною вологістю ще не можна встановити, наскільки повітря сухе чи вологе, бо дана кількість водяної пари може виявитися близькою до насичення (при низьких температурах) і далекою до насичення (при високих температурах). Пригадаємо, що восени вологість більша, так як в цю пору року температура повітря нижча.

Отже, ступінь вологості, тобто характеристику наближення стану пари у повітрі до стадії насичення (при насиченні припиняється випаровування води) показує відносна вологість.

Відносна вологість – це відношення густини водяної пари за деякої температури (абсолютної вологості повітря) до густини насиченої водяної пари за тієї ж температури.

Відносну вологість зазвичай визначають у відсотках; вона не може бути більшою, ніж 100%. Складено таблиці, у яких наведено густину насиченої водяної пари  за різних температур (див. табл. на стор. 154 підручника під ред..Є.В. Коршак та ін.. Фізика 10 кл.). Наприклад, за t=10 ºС 0,0094 кг/м³ =9,4 г/м³ (пояснити фізичний зміст) або за іншої температури t=20 ºС =0,0173 кг/м³=17,3 г/м³.

Примітка: У таблиці також наведено тиск насиченої водяної пари (в кПа) за різної температури. Тобто відносну вологість повітря можна виразити через тиск водяної пари за даної температури (парціальний тиск) і тиск насиченої пари за цієї самої температури.

Відносна вологість – це відношення парціального тиску водяної пари за даної температури до тиску насиченої пари за тієї самої температури.

Парціальний тиск – це тиск, який чинила б водяна пара, коли б не було інших газів.

Якщо кількість молекул водяної пари у повітрі не змінюється, то при його нагріванні відносна вологість зменшується, а при охолодженні зростатиме, доки не досягне значення 100% (водяна пара стає насиченою).

Точка роси – температура, при якій пара стає насиченою (починається конденсація: з’являється туман, випадає роса). Знаючи температуру точки роси, за допомогою таблиці можна визначити тиск насиченої водяної пари, який дорівнює її парціальному тиску за даної температури у кімнаті. Знайшовши за цією таблицею тиск насиченої водяної пари при кімнатній температурі, за формулою (подається вище) обчислюємо відносну вологість повітря φ.

Тобто вологість повітря можна визначити розрахунковим (аналітичним) методом або експериментальним. Розглянемо суть другого (експериментального) методу визначення вологості повітря.

Абсолютну вологість, тобто масу 1 м³ водяної пари можна було б визначити на терезах, але для цього треба було б пропустивши водяну пару через певну речовину, що її поглинає. Просто це зробити?! Досить складно. Тому вимірюють спочатку відносну вологість повітря, використовуючи спеціальні прилади , а знаючи φ, можна визначити й абсолютну вологість повітря. Заслухаємо виступи спеціалістів – техніків про прилади вимірювання вологості повітря.

6. «Від теорії  до практики». Осмислення та поглиблення матеріалу

Учень-технік. Прилади для вимірювання вологості повітря називаються гігрометр та психрометр (учні проводять записи в зошит).

• Волосяний гігрометр - використовується властивість знежиреної людської волосини збільшувати довжину зі збільшенням вологості повітря.
• 
  Конденсаційний гігрометр дає змогу виміряти точку роси, а за нею – відносну вологість повітря.
• Психрометр складається із сухого та вологого термометрів. Температура вологого термометра нижча, ніж сухого, внаслідок його охолодження під час випаровування води. Знаючи різницю температур - за допомогою спеціальних психрометричних таблиць (див. нижче) визначають відносну вологість.

Психрометрична таблиця

Крім того є й інші типи гігрометрів:

• Ваговий (абсолютний) гігрометр;
• Плівковий;
• Електролітичний;
• Керамічний.

Примітка. Сучасні прилади для вимірювання вологості повітря є більш зручні для практичного використання людиною.

Вчитель. Від вологості повітря залежить інтенсивність випаровування вологи з поверхні шкіри людини (чи тварини), яке має велике вначення для підтримання сталої температури тіла. Про вплив вологості на організм людини заслухаємо учня-біолога.

Учень-біолог. Відомо, що людина на 80-90% складається з води, але не всі здогадуються, що рівень вологості в атмосфері відіграє значну роль в житті людини. Вміст вологи у повітрі здатний впливати на загальне самопочуття людини.

Відхилення цього параметра від нормальних значень здатне непомітно і поступово знизити імунітет людини, погіршити стан шкіри, підвищити втомлюваність, особливо негативно це позначається на маленьких дітях. Всі ми помічаємо, яким є корисним для здоров’я морське повітря, тому й прагнемо проводити вихідні або відпуску, відпочиваючи на березі моря, річки або озера.

Нормальний рівень вологості благотворно позначається на нашому самопочутті. Оптимальний рівень – це 45-65% відносної вологості.

Перебуваючи у приміщенні, ми порушуємо природний баланс вологості, який підтримується природою. І якщо влітку це практично не помітно, то взимку різниця показників відносної вологості на вулиці і в приміщенні стає дуже помітною. Це відбувається тому, що при нагріванні вуличного повітря системою опалювання рівень відносної вологості падає, оскільки кількість вологи в повітрі при його нагріванні не змінилася, а здатності повітря поглинати вологу ростуть пропорційно зростанню температури. Внаслідок цього волога починає випаровуватися з підвищеною швидкістю з нашого тіла, що приводить до сухості в горлі (і в цілому до сухості слизистої оболонки носа і дихальних шляхів за рахунок постійної взаємодії з сухим повітрям), сухості шкіри ( насамперед рук і обличчя), пересиханню губ, тощо.

Найсприятливіша для людини відносна вологість при кімнатній температурі вважається 60–70 %. Для створення нормального мікроклімату в оселі людина використовує сучасні пристрої: кондиціонери, очищувачі та освіжувачі повітря.

Очищувачі-освіжувачі повітря – це прилади, призначені для видалення з повітряного середовища приміщення часток пилу, квіткового пилку і інших алергенів, мікроорганізмів, неприємних запахів. Для цих цілей в приладах розміщені спеціальні фільтраційні матеріали і застосовуються різні методи очищення і дезінфекції, наприклад за допомогою води, ультрафіолетових ламп. Додатково очищувач повітря може мати функцію іонізатора – пристрою для здобуття негативно заряджених іонів (аніонів), озонатора – пристрою для здобуття озону, ароматизатора – пристрою для генерації приємного аромату в приміщенні.

Вчитель. За зміною вологості в метеорології передбачують зміну погоди. Про це повідомить учень-метеоролог.

Учень-метеоролог. Якщо відносна вологість φ зменшується, можна сподіватися на антициклон, тобто певний час буде стійка без опадів погода, часто навіть без хмар. Якщо ж вологість φ зростає, зростає ймовірність опадів, це може свідчити про наближення циклону.

Погоду – а значить, і клімат – будь-якої частини нашої планети визначають температура повітря, вітри, а також кількість опадів: дощу, снігу і т.д. А вони, в свою чергу, залежать, як правило, від того, наскільки далеко чи близько від екватора розташована дане місце на Землі.

Наша планета має форму кулі, і через це Сонце, навколо якого Земля обертається, не може однаково нагрівати всі її ділянки рівномірно. Різні частини планети отримують різну кількість тепла, і тому клімат на планеті неоднаковий. У районах, розташованих у екватора, завжди дуже жарко, тому що сонячне світло і тепло потрапляють туди постійно, а вгорі і внизу нашої планети – на Північному і Південному полюсах – завжди дуже холодно через малий кут спрямування сонячних променів до поверхні Землі. У місцях, розташованих між полюсами і екватором, не жарко і не холодно, а, скоріше, тепло або прохолодно.

На нашій планеті існує сім кліматичних поясів: основні - екваторіальний, тропічний, помірний, полярний - і перехідні - субекваторіальний, субтропічний і субполярних.

Для кожної ділянки нашої планети характерна певна погода: десь весь час холодно і дуже сухо, десь - навпаки - постійно надзвичайно спекотно й часто йде зливовий дощ, в якихось районах Землі прохолодна і тепла погода поперемінно змінюють один одного і т . д. Звичайна для будь-якої місцевості погода називається кліматом. У нашій місцевості помірний клімат.

Вчитель. Про вплив вологості на деякі технологічні процеси заслухаємо учня-технолога.

Учень-технолог. Підтримання сталого рівня вологості є необхідною умовою на багатьох підприємствах. До таких можна віднести ткацьке, кондитерське, фармацевтичне виробництво, а також підтримання постійної вологості в музеях, сховищах, архівах, бібліотеках тощо.

Деякі деталі про систему мікроклімату й рекомендації зі створення оптимальних умов у музеї.

Щоб уникнути псування історичних цінностей і зберегти експонати музею, необхідно відрегулювати і підтримувати оптимальний температурного та вологого режим у залах і фондах музею.

Будівля музею зазвичай обладнується центральним водяним опалення. У холодний період опалення обігріває будинок, але для підтримки постійної температури необхідні якісна теплоізоляція конструкцій, наявність систем вентиляції та кондиціювання. За рахунок цього  всередині будівлі зберігається здоровий мікроклімат і збільшується термін служби споруди.

Регулювання температурно-вологого режиму приміщень музею здійснюється завдяки вбудованій системі автоматичного цілодобового й цілорічного контролювання параметрів повітря. Для експлуатації в музеях підходять, наприклад, прецизійні кондиціонери, що відрізняються точністю контролю й управління температурою й вологістю, надійністю в експлуатації й повною сумісністю з системами управління мікрокліматом.

 «Прецизійний» від англійського слова «precision» – точний.
Прецизійний кондиціонер - це автономний кондиціонер шафового типу для точної підтримки параметрів повітря щодо температури, відносної вологості, руху повітря в обслуговуваному приміщенні.
Прецизійні кондиціонери забезпечують:

• Точність підтримки температури ± 1 К;
• Точність підтримки вологості ± 2%;
• Підвищений ступінь очищення повітря від пилу;
• Можливість роботи в широкому діапазоні температур зовнішнього повітря (від -35 до +45 °С);
• Сумісність з системами диспетчерського контролю і керування мікрокліматом будівлі.

Найбільш часто прецизійні кондиціонери застосовуються в музеях, виставкових залах, в комп'ютерних залах в якості серверних кондиціонерів, на телефонних станціях, в чистих приміщеннях напівпровідникової промисловості, в лікарнях і поліклініках, лабораторіях та інших приміщеннях з апаратурою, що вимагає особливо точних показників мікроклімату. Отже, прецизійні системи дозволяють підтримувати необхідні температурні параметри повітря в приміщенні та його вологість.

7. «Від простого до складного». Закріплення матеріалу

Учень-практик 1. Задача 1. Показання сухого термометра у психрометрі 15 °С, вологого – 12 °С. Визначте відносну вологість повітря.

Розв’язок. Різниця показів термометрів 3 °С. За психрометричною таблицею знаходимо φ=71%.

Учень-практик 2. Задача 2. Чи можна користуватися психрометром на «протягах» чи на вулиці на вітру?

Розв’язок. На вітру покази вологого термометра зменшуються, тому розрахунки будуть неправильними. Користуватися психометром неможна.

Учень-практик 3. Задача 3. Визначити відносну вологість повітря в кімнаті при 18 °С, якщо при 10 °С утворюється роса.

Розв’язок. За точки роси ( t=10 °С)  пара стає насиченою, тобто вологість повітря дорівнює . Тому за таблицею (стор.154 підручника) визначаємо густину насиченої пари за t=10 °С : ρ= 9,4 г/м³. Це значення і є абсолютною вологістю повітря за температури t=18 °С, адже кількість водяної пари в повітрі не змінилося, змінилася лише температура. За таблицею визначаємо густину насиченої пари за t=18 °С: = 15,4 г/м³ і за формулою визначаємо відносну вологість при t=18 °С :

8. «Полиця знань». Підсумок уроку

1. Усні запитання:

• Які ключові слова  вживали на уроці?
• Що характеризує абсолютна вологість повітря?
• Що показує відносна вологість повітря?
• Як визначити масу водяної пари в класній кімнаті?

2. Домашнє завдання:

• Опрацювати §48.
• Виконати письмово вправу 27 (1, 2, 10-12) на стор.165, 166.
• Підготуватися до лабораторної роботи «Вимірювання відносної вологості повітря».
• Експериментальне завдання: Запропонувати спосіб визначення маси водяної пари в класній кімнаті.

Примітка: Урок розрахований на дві академічні години. Для успішного проведення уроку запроваджується індивідуальне, випереджаюче навчання.