Исследовательский проект «Изменение количественного состава воздуха в учебных кабинетах школы №39 до и после уроков»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №39 имени С.А.Ловенецкого»

г. Вологды

Исследовательский проект

«Изменение  количественного состава воздуха в учебных

 кабинетах школы №39 до и после уроков»

            Автор:

                Перевязкин Андрей, 8 А класса

                                                             Научный руководитель:

                                                                            Кабыкина Наталия Анатольевна,

                                              учитель химии

Вологда  2018 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                       стр.3

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ                                                                                        стр.3

1.     Обзор литературы по проблеме исследования

1.1.          Состав воздуха.

1.2.          История открытия состава воздуха.

1.3.          Дыхание. Строение дыхательной системы человека.

1.4.          Как изменяется состав воздуха в помещении при дыхании.

1.5.          Влияние компонентов воздуха на человека.

1.6.          Как происходит циркуляция воздуха в помещении.

2.     Практическая  часть исследования.

2.1.          Социологический опрос.

2.2.          Определение количественного состава воздуха в классе в течение учебного дня.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                  стр.12

Список литературы

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

          Воздух окружает нас со всех сторон. Он очень легок и невидим. Воздух – это жизненно важный компонент окружающей среды. Человек дышит воздухом. Воздух – это смесь разных газов. Состав воздуха в атмосфере всегда  примерно одинаков. Но, замечено, что в одних помещениях дышится легко и самочувствие хорошее, а в других – нет. Почему так происходит? Как создать благоприятный микроклимат в помещениях классных комнат в течение всего учебного дня, особенно осенью и зимой? В поисках ответа на эти вопросы возникла гипотеза: если учебное помещение не проветривать  весь день, то к концу учебного дня изменится количественный состав воздуха.

Предмет исследования – состав воздуха в помещении класса.

Цель: Выяснить, как изменяется состав воздуха в учебном помещении в течении учебного дня.

Задачи:

1)     Изучить литературу о составе воздуха, процессе дыхания человека;

2)    Провести опрос среди учащихся школы о необходимости проветривания; 

3)    Установить, как изменяется состав воздуха в классе в течение дня;

4)    Сформулировать предложения о режиме проветривания в классах школы.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.     Обзор литературы по проблеме исследования

1.1.          Состав воздуха.

Во́здух — смесь газов (главным образом азота и кислорода — 98—99 % в сумме и зависит от влажности (концентрации водяного пара), а также аргона, углекислого газа, водорода), образующая земную атмосферу (Приложение 1, табл. 1)

1.2. История открытия состава воздуха.

200 лет назад воздух считался элементарным простым веществом. Аристотель (384-322 г.г. до н.э.) считал воздух одним из 4-х начал, олицетворявшим, по его мнению, два качества: влажность и тепло.

Представления о воздухе, как индивидуальном веществе, сохранялись многие века, хотя уже некоторые ученые древности рассматривали воздух, как сложное вещество.

В XVII веке в работах Г. Галилея (1638) и Р. Бойля (1662) было показано, что воздух - материальное вещество и обладает вполне определенными  физическими свойствами.

В 1774 году французский ученый А. Лавуазье доказал, что воздух - это смесь в основном двух газов — N₂ и О₂.Он написал работу «Анализ атмосферного воздуха». Он нагревал металлическую ртуть в реторте на жаровне в течение 12 суток. Конец реторты был подведен под колокол, поставленный в сосуд с Hg. В результате уровень ртути в колоколе поднялся примерно на 1/5. На поверхности ртути в реторте образовалось вещество оранжево-красного цвета - оксид ртути. Воздух, оставшийся под колоколом, был непригоден для дыхания. Опыт Лавуазье позволил судить о составе воздуха; выяснилось, что в воздухе содержится 4/5 N₂ и 1/5 О₂ по объему.

1.3.          Дыхание. Строение дыхательной системы человека.

         Дыхательная система человека состоит из легких и дыхательных путей, которые ведут к ним. Все живые ткани нуждаются в постоянном источнике энергии, вырабатывающейся при сжигании углеводов, жиров и белков, которые сгорают, соединяясь с кислородом. Человек вдыхает воздух в легкие, и кислород из воздуха попадает в кровь, которая разносит его по телу. При сгорании кислорода (окислении) образуются три конечных продукта - энергия, вода и углекислый газ. Отходы дыхания –  углекислый газ и другие  вещества – попадают через кровь обратно в легкие и выдыхаются.

          При нормальном дыхании человек дышит через нос. Внутренняя поверхность носа покрыта слизистой оболочкой (влажной и теплой), и волосками. Это необходимо для того, чтобы воздух нагревался до нужной температуры, а часть пыли и других частиц задерживались и не проходили в легкие.

          Но это не все преграды на пути к легким. Почти вся слизистая оболочка дыхательных путей покрыта крохотными ресничками – мерцательным эпителием. Они все время движутся и выводят из дыхательных путей все инородные тела.

          Легкие напоминают большую губку. Когда они в расправленном состоянии, происходит вдох и воздух засасывается внутрь. А когда легкие сжатые, то воздух выталкивается, и происходит выдох. Работать легкие заставляет диафрагма – специальная мышца, которая отделяет органы грудной клетки от брюшной полости. Так происходит постоянная циркуляция воздуха по дыхательным путям человека.

1.4.           Как изменяется состав воздуха в помещении при дыхании.

          Для успешной учёбы и сохранения здоровья детям  нужны свежий воздух, оптимальная температура и влажность.

          Если не проветривать помещение, то количество кислорода в воздухе уменьшается. Чем активнее человек, тем больше кислорода ему нужно. Это связано с тем, что при работе мышц количество необходимого кислорода возрастает почти в два раза! Поэтому увеличивается  и количество углекислого газа и паров воды, потому что при выдохе выделяются именно эти вещества. Человек вдыхает в сутки 1,4м³ кислорода и выдыхает в окружающую среду около 400 веществ, в том числе токсичных для него самого.

          Воздушно-тепловые условия оказывают существенное влияние на центральную нервную систему. Повышение температуры влечет за собой быстрое утомление организма во время работы, что выражается в снижении внимания, замедлении скорости реакций, нарушении точности и координации движений (Энциклопедия для детей). Ухудшается самочувствие детей – появляются головная боль, ощущение разбитости, вялости. Повышение температуры в сочетании с высокой влажностью и малыми скоростями  движения воздуха ухудшает отдачу тепла организмом. У детей учащается пульс, дыхание, то есть организм прилагает усилия не на полезную работу (усвоение учебного материала), а на борьбу с неблагоприятными условиями внешней среды.

          В Детской энциклопедии обнаружились такие  факты: в классе, если помещение не проветривать, углекислого газа к 11 часам утра становится почти в 3 раза больше, чем перед началом занятий. Температура в классе только за один урок  за счёт выделения тепла учениками повышается на 3 – 4. Количество ошибок к концу занятий в жарком помещении увеличивается в два – два с половиной раза!  

               В то же время ослабление работоспособности, быстрое утомление, возрастание речевых и орфографических ошибок возникают, если в комнате или классе холодно.

          Какой же должна быть зона теплового комфорта? Оказалось, что она колеблется от 16⁰ до 26⁰ в зависимости от климатического района и времени года. По гигиеническим требованиям к условиям обучения школьников в нашей местности температура воздуха в классных помещениях и учебных кабинетах должна составлять 18 – 20⁰, относительная влажность воздуха должна соблюдаться в пределах 40-60% (п. 2.5.6 СанПиН 2.4.2 1178-02).

1.5.           Влияние компонентов воздуха на человека.

           Очень важно дышать свежим  и чистым воздухом. Когда он чистый, то все дыхательные пути широко раскрыты и воздух обильно поступает в легкие. В организм поступает достаточное количество кислорода, повышается обмен веществ, у человека появляется бодрость и хорошее самочувствие.

           Совсем другое влияние оказывает избыток углекислого газа. Углекислый газ – это отходы жизнедеятельности. Он должен удаляться, что и происходит при выдохе. Углекислый газ оказывает угнетающее действие на человека. Когда его много поступает при вдохе, то человек быстро утомляется, начинает зевать, становится рассеянным. Наступает кислородная недостаточность. Но во время дыхания происходит не только обмен кислорода и углекислого газов. При выдохе выделяется и лишняя вода. Это можно проверить, если выдохнуть на зеркало – появляются капельки воды – или вспомнить, как на морозе идет пар изо рта или носа. Это все и есть вода, которая выделяется из организма. За сутки ребенок выдыхает около двух стаканов воды, а взрослый – целых четыре! То есть, если в классе находятся 22 ученика и 1 учитель (как в нашем классе), то все вместе мы выдохнем за 4 часа около 1.5 л воды! Влажность воздуха в классе должна значительно повыситься.

         К чистоте воздуха относится и запылённость.  Больше всего пыли проникает в помещение с обувью. Пыль может повредить эпителий дыхательных путей.     Поэтому слизистая носа будет отекать и дыхание станет затрудненным. Пыль может быть опасной и подругой причине – на ней «путешествует» множество бактерий и вирусов, которые вызывают  простудные и другие заболевания.      В открытой атмосфере болезнетворные микробы встречаются крайне редко, что связано с губительным действием на них ультрафиолетовых лучей. А в помещении количество колоний микроорганизмов в 1м³ к концу учебного дня возрастает в 6-7 раз.          Из всего можно сделать вывод, что циркуляция воздуха в помещении просто необходима. При дыхании состав воздуха изменяется не в лучшую для человека сторону: уменьшается количество кислорода, увеличивается концентрация углекислого газа, а вместе с ним растет количество вредных для здоровья отходов дыхания, увеличивается температура, повышается влажность воздуха, в легкие может попадать большое количество пыли, а вместе с ней болезнетворные микробы.

1.6.           Как происходит циркуляция воздуха в помещении.

          Ученые-гигиенисты советуют делать сквозное проветривание путем открывания форточек или фрамуг и дверей в перерывах между уроками, до начала занятий и после них, т.к. существующей в школе вентиляции недостаточно.        

           Когда открывается форточка или фрамуга, движение чистого и «грязного» воздуха осуществляется по физическим законам: теплый «грязный» воздух расширяется, поднимается наверх и выходит из форточки, чистый прохладный воздух проникает в помещение и опускается вниз.

  Самое быстрое улучшение качества воздуха достигается при сквозном проветривании. Если проветривать помещение в течение часа только через форточку, количество углекислого газа в воздухе снижается на 7%, при проветривании через открытую дверь – на 20%, а при сквозном проветривании содержание углекислого газа снижается почти на 76% (такое проветривание эффективнее обычного в 5 – 10 раз!) Рекомендуемая продолжительность сквозного проветривания учебных помещений в зависимости от температуры наружного воздуха

           Для того, чтобы убедиться в выводах, полученных на основании изучения литературы, были проведены практические исследования.

2.     Практическая  часть исследования

2.1 Социологический опрос

Мы провели социологический опрос, в котором приняли участие ученики 6-9 классов нашей школы, всего 64 человека.

Ученикам были предложены следующие вопросы.

1.     Как часто надо проветривать класс?

A.   Регулярно, в любое время года

B.    Только если на улице  и в помещении тепло

C.    Как можно реже, чтобы не заболеть

2.     Какое проветривание помещения более эффективное?

A.   только через форточку

B.    только через открытую дверь

C.    сквозное проветривание (открытая форточка и дверь)

3.     В каком помещении лучше заниматься?

A.   В помещении, где свежий воздух

B.    В помещении, где жарко и душно

С.   Без разницы

Результаты анкетирования:

1)    На вопрос «Как часто надо проветривать класс?» 41 ученик ответил - Регулярно, в любое время года, что составляет 65% от всех опрошенных (Приложение 3,  рис.1)

2)    На вопрос «Какое проветривание помещения более эффективное?» 31 ученик ответил - Сквозное проветривание (открытая форточка и дверь), что составляет 49% от всех опрошенных (Приложение 4, рис.2)

3)    На вопрос «В каком помещении лучше заниматься?»  снова большинство 53 человека ответили правильно - В помещении, где свежий воздух, но 10 человек считают, что им без разницы в каком помещении заниматься (Приложение 5, рис.3)

  Общий вывод: Результаты опроса показали, что большинство опрошенных учеников  считают, что проветривать помещения классов нужно в любое время года, наиболее эффективное сквозное проветривание и заниматься лучше в классе, где свежий воздух.

2.2 Определение количественного состава воздуха в классе в течение учебного дня

1.     Определили площади учебных помещений, для данной работы использовали план нашей школы (Приложение)

2.     Определили  объём  учебных помещений. Для расчётов использовали формулу.

V = S_o h, где V - объем учебного помещения, S_o - площадь учебного помещения, h - высота учебного помещения.

3.     Объём учебных помещениё численно совпадает с объёмом воздуха в классе.

Пример расчета:

S_o = 37,1 м²

V= 37,1 м² *4м =148,4м³

V(воздуха)= 148,4м³   или V(воздуха)= 148 400  л

4.     Используя данные по составу воздуха, рассчитали  объём кислорода и углекислого газа в воздухе класса. Для расчетов использовали формулу

Пример расчета:

V(О₂)= 0,2095*148400=31089,8 л

V(CО₂)= 0,00032*148400=47 л

5.     Зная количество учеников в классе, продолжительность урока и количество вдыхаемого воздуха в состоянии покоя – 5-8 л/мин, рассчитали объём воздуха, который расходуют на дыхание ученики в классе.

Пример расчета:

А) продолжительность урока 40 мин.

Б) количество учеников в классе 25.

V(вдыхаемого воздуха)= 40*25*8=8000 л

6.      Учитывая, что объём выдоха у людей меньше объёма вдоха примерно на 2%, мы рассчитали объём воздуха который ученики выдыхают в течение урока.

Пример расчета:

V(выдыхаемого воздуха) = 40*25*7,84 = 7840 л

7.      Зная, что в выдыхаемом воздухе концентрация кислорода снижается до 16% по объёму, а концентрация углекислого газа увеличивается  до 4,4% по объёму, мы, определили сколько кислорода израсходовали на дыхание ученики и какой объём углекислого газа выделили ученики за урок.

Пример расчета:

V(О₂) = 8000*0,2095 – 7840 * 0,16 = 412,6 л

V(CО₂) = 7840*0,044 – 8000*0,00032 = 342,4 л

8.     Далее,  мы определили какой объём кислорода, израсходуется и какой объём углекислого газа добавиться в кабинете за 6 уроков, если класс не проветривать весь день.

Пример расчета:

V(О₂) = 412,6 л *6 = 2475,6 л

V(CО₂) = 342,4 л * 6 =2054,4 л

9.     Учитывая полученные данные мы, определили на сколько процентов уменьшится содержание кислорода и во сколько раз увеличится содержание углекислого газа в воздухе, если учебное помещение не проветривать весь учебный день. Полученные данные мы занесли в таблицу (Приложение 6,  табл.3)

Выводы:

1.     Все учебные помещения в нашей школе разные по площади.

2.     Самый большой по объёму воздуха кабинет №7 (физика), самый маленький №11 (иностранный язык) (Приложение 7, рис.4)

3.     Самый большой объём кислорода и углекислого газа тоже  в кабинетах №7 и №11(Приложение 8, рис.5)

4.     Если не проветривать класс весь учебный день, то в самом маленьком кабинете №11 кислорода станет меньше на 14%, а в самом большом кабинете нашей школы процентное содержание кислорода уменьшиться всего на 4% (Приложение 9,рис.6)

5.     Если не проветривать класс весь учебный день, то в самом маленьком кабинете №11 углекислого газа станет больше от первоначального объёма углекислого газа в 73 раза, а в самом большом кабинете нашей школы объём углекислого газа увеличится в 22 раза (Приложение 9, рис.7)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

           Проведенное исследование показало, что большинство опрошенных учащихся считают, что классы проветривать необходимо регулярно и в любую погоду, что наиболее эффективным является сквозное проветривание. Мы изучили план школы и выяснили, все учебные кабинеты в нашей школе разные по площади. Используя, знания по геометрии и химии мы определили объем кислорода и углекислого газа в каждом учебном кабинете, до и после урока.  Мы провели специальные математические расчеты и  доказали, что если класс не проветривать весь учебный день, то к концу учебного дня в классе во много раз увеличится объём углекислого газа и значительно уменьшится объём кислорода.

        Учитывая полученные нами данные, мы рекомендуем в нашей школе проводить проветривание учебных помещений до и после учебных занятий и на всех переменах, используя сквозное проветривание, а так же в качестве дополнительного проветривания классов рекомендуем проветривать кабинеты на уроках (открывать двери в коридор или если позволяет погода открывать форточки).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.     https://ru.wikipedia.org/wiki/

2.     https://studopedia.ru/

3.     Роджерс К., Хендерсон К. Изучаем анатомию. Человек М:.РОСМЭН,2002год

Краткое описание документа:

Исследовательская работа по теме

«Изменение количественного состава воздуха в учебных

кабинетах школы №39 до и после уроков», используя знания по химии, биологии, физике, математике ученик произвел расчеты и доказал, что в течении учебного дня необходимо проветривать школьные кабинеты. Так же была составлена памятка по проветриванию школьных кабинетов.