Исследовательская работа по физике на тему "Причина возникновения пыли"

В современном мире проблема качественной уборки помещений и очистки воздуха становится актуальной. В день человек потребляет около 1 кг еды и 2 л жидкости, а воздуха около 500 л/ч (12000 л/сутки в состоянии покоя, а при физической активности - 96000 л/сутки).

Назревает очевидный вопрос "А чем мы дышим?!"

План исследования

Пыль - мельчайшие частицы, носящиеся в воздухе или скапливающиеся на поверхности предметов.

Объект исследования: частицы пыли.

Предмет исследования: гладкая поверхность размером 7 см².

Цель исследования: выявление факторов, влияющих на скорость оседания пыли.

Гипотеза: на количество оседаемой пыли влияет температура и влажность окружающей среды

Задачи исследования:

1. Определить эффективные способы борьбы с пылью.
2. Узнать влияние экологии на количество оседаемой пыли.
3. Определить места наибольшего скопления пыли.
4. Узнать, что такое пыль.
5. Выяснить состав пыли.

Основная часть

Состав пыли

Из частиц почвы, которые ветром поднимаются в воздух и переносятся на большие расстояния, кристалликов солей морской воды, из космической пыли, которая осыпается на землю с метеоритными дождями. Вулканы и лесные пожары ежегодно "изготавливают" 14 миллионов тонн пыли. Из пустыни Сахара каждый год в горах Центральной Америки, России, Англии и Австралии оседает от 60 до 200 миллионов тонн пыли.

Промышленные предприятия, стройки, шины автотранспорта – основные "производители" пыли. Сжигания минерального топлива (нефти, газа, угля, дерева) приводит к образованию различных отходов.

Происхождение пыли можно условно разделить на:

• физическое (электростатическое, броуновское движение, диффузия, конвекционные потоки воздуха);
• биологическое (пыльца растений, бактерии, пылевые клещи и пр.);
• 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 конвекционные

Определения

Броуновское движение - непрерывное, беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды

Броуновское движение представляет собой одно из наиболее ярких и доступных наблюдению проявлений молекулярно-кинетической природы хаотического теплового движения атомов и молекул. Причина броуновского движения - тепловое движение молекул среды и отсутствие точной компенсации ударов, испытываемых частицей со стороны окружающих ее молекул, т. е. броуновское движение обусловлено флуктуациями давления (флуктуации - это случайные отклонения физических величин от их средних значений). Удары молекул среды приводят частицу в беспорядочное движение: скорость ее быстро меняется по величине и направлению.

Роберт Броун и броуновское движение

Броуновское движение происходит из-за того, что все жидкости и газы состоят из атомов или молекул - мельчайших частиц, которые находятся в постоянном хаотическом тепловом движении, и потому непрерывно толкают броуновскую частицу с разных сторон. Было установлено, что крупные частицы с размерами более 5 мкм в броуновском движении практически не участвуют), более мелкие частицы (менее 3 мкм) двигаются поступательно по весьма сложным траекториям или вращаются.

Когда в среду погружено крупное тело, то толчки, происходящие в огромном количестве, усредняются и формируют постоянное давление. Если крупное тело окружено средой со всех сторон, то давление практически уравновешивается, остается только подъемная сила Архимеда - такое тело плавно всплывает или тонет.

Если же тело мелкое, как броуновская частица, то становятся заметны флуктуации давления, которые создают заметную случайно изменяющуюся силу, приводящую к колебаниям частицы. Броуновские частицы обычно не тонут и не всплывают, а находятся в среде во взвешенном состоянии.

Диффузия - это еще один пример наглядного доказательства непрерывного и беспорядочного движения молекул. И заключается оно в том, что газообразные вещества, жидкости и даже твердые вещества, хотя и намного медленнее, могут самоперемешиваться друг с другом. К примеру, запахи различных веществ распространяются в воздухе даже в отсутствие ветра именно благодаря этому самоперемешиванию.

Или вот еще пример - если в стакан с водой бросить несколько кристаллов марганцовки и, не перемешивая воду, подождать около суток, то мы увидим, что вся вода в стакане будет окрашена равномерно. Это происходит из-за непрерывного движения молекул, которые меняются местами, и вещества постепенно перемешиваются самостоятельно без внешнего воздействия.

Свойства броуновского движения и диффузии

Когда ученые-физики стали более подробно рассматривать явление, описанное Робертом Броуном, они заметили, что, как и диффузию, этот процесс можно ускорить, повышая температуру. То есть в горячей воде и окрашивание с помощью марганцовки будет происходить быстрее, и движение мелких твердых частичек, к примеру, графитовой крошки или тех же зерен пыльцы, происходит с большей интенсивностью.

Это подтверждало тот факт, что скорость хаотичного движения молекул напрямую зависит от температуры. Не вдаваясь в подробности, перечислим, от чего может зависеть и интенсивность броуновского движения, и скорость протекания диффузии:

1. от температуры;
2. от рода вещества, в котором эти процессы происходят;
3. от агрегатного состояния.

То есть при равной температуре диффузия газообразных веществ протекает значительно быстрее, чем жидкостей, не говоря уже о диффузии твердых тел, которая происходит настолько медленно, что ее результат, и то очень незначительный, можно заметить или при очень высоких температурах, или за очень большое время - год или даже десятилетия.

Действие пыли на организм человека

Пыль - одна из первых причин профессиональной патологии легких, наиболее распространенными из которых являются пневмокониозы. Под этим названием подразумевают хронические заболевания легких в результате воздействия пыли, сопровождающиеся развитием фиброза легочной ткани.

Среди пневмокониозов выделяют такие формы, как:

• силикоз;
• силикатозы;
• металлокониозы и др.

Силикоз является наиболее распространенным и тяжелым по течению пневмокониозом. Он развивается в результате вдыхания кварцевой пыли, содержащей свободную двуокись кремния. Эта форма болезни часто регистрировалась у рабочих горнорудной (бурильщики, забойщики и др.) и машиностроительной (пескоструйщики, дробеструйщики, обрубщики и др.) промышленности, в производстве огнеупорных материалов, размоле песка, обработке гранита.

Металлокониозы - заболевания, возникшие вследствие воздействия пыли различных металлов. Наиболее благоприятно течение металлокониозов, развившихся в результате накопления в легких рентгеноконтрастной пыли. Более тяжелой формой заболевания является бериллиоз, связанный с воздействием пыли нерастворимых соединений бериллия.

Карбокониозы обусловлены воздействием разновидностей углеродсодержащей пыли (уголь, сажа, кокс, графит). При этих формах заболеваний преимущественно наблюдается интерстициальный и мелкоочаговый фиброз легких. Среди карбокониозов наиболее распространен антракоз, развивающийся в результате вдыхания угольной пыли.

Практическая часть

Для подтверждения или опровержения влияния температуры и уровня влажности на уровень оседаемой пыли, будет использован аналитический научный метод исследования.

Для эксперимента используются 2 разные комнаты: гостиная и детская. Используя ватные палочки для ушей собираются образцы пыли, и измеряется температура воздуха в комнатах, в среднем температура обоих комнат от 25-28 Cº.

Взятие образцов пыли до эксперимента

В первой комнате была повышена влажность помещения используя для этого растения и при этом проводилась влажная уборка, понижая тем самым температуру воздуха до 20 Cº а во второй комнате была повышена температура с 25 до 30 Cº и понижена влажность воздуха проветривая комнату, улучшая микроклимат. Спустя неделю проведения опытов собираются повторно образцы.

Взятие повторных образов пыли спустя неделю

В первой комнате где была высокая влажность и низкая температура количество осидаемой пыли резко сократилась , что можно наглядно видеть в проделанной таблице, а во второй комнате с повышенной температурой количество пыли выросло , давая тем самым подтверждение о том что пыль с точки зрения физики является наглядным примером броуновского движения.

Зная точное время накопления пыли, можно подсчитать среднюю скорость осаждения пыли за день : u = St/m, где m - масса пыли (г), S - поверхность, с которой брали пробу (м²), t - время осаждения пыли за первую половину дня (5 ч) на сухую гладкую поверхность. Результаты исследований занесли в таблицу.

Проанализировав результаты проделанной работы, получили следующие данные: скорость оседания пыли становится меньше при влажности 35-50%, так как в сухом помещении больше пыли, а температура воздуха должна быть до 22 Cº.

Заключение

1. Для уменьшения пыли нужно регулярно проводить влажную уборку.
2. Увеличение влажности способствует уменьшению попадания пыли в дом. Особенно это важно в зимние месяцы, когда отопление делает воздух в помещении особенно сухим.
3. В местах с благоприятной экологией появление пыли происходит медленнее.
4. При повышенной температуре воздуха и низкой влажности происходит повышенное образование пыли.
5. Гипотеза подтвердилась.