Содержание углекислого газа в воздухе и его влияние на работоспособность людей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследовательская работа

Содержание углекислого газа в воздухе и его влияние на работоспособность людей



Введение

углекислый газ работоспособность школьник

Толковый словарь Ожегова дает определение слову «воздух». Воздух - это смесь газов, составляющая атмосферу Земли. Словарь Ефремовой уточняет: смесь различных необходимых для жизни человека, животных и растений газов (главным образом, азота и кислорода), составляющая земную атмосферу.

Воздух необходим человеку в первую очередь, без него человек может прожить всего около 5 минут. Когда мы хотим подчеркнуть важность чего-либо для человека, мы говорим «мне это необходимо как воздух».

Из каких же газов состоит воздух?

Есть еще несколько газов, входящих в состав воздуха, но их доли ничтожно малы.

Как видно, основную часть составляет азот, который служит «разбавителем» для кислорода, поддерживая нужную концентрацию, так как избыток кислорода так же вреден, как и его недостаток. Сам азот в процессе дыхания не участвует, однако вдыхание чистого азота может привести к потере сознания, падению давления и смерти.

Аргон составляет менее сотой доли воздуха, он тоже не оказывает влияние на процесс дыхания, однако может нанести вред, подобно азоту, если будет вытеснять кислород.

В процессе дыхания участвуют 2 газа: кислород и углекислый газ.

Именно их нужная концентрация определяет качество воздуха. Конечно, играет роль температура, влажность воздуха, отсутствие в воздухе вредных примесей, но именно эти два газа обеспечивают нормальные процессы в организме человека.

Нас заинтересовал именно углекислый газ, так как, казалось бы, такое маленькое количество и даже его превышение в несколько раз, не должны оказывать существенного влияния на организм человека. Однако в последнее время обществом придается большое значение превышению углекислого газа, много говорится о контроле содержания углекислого газа в воздухе, в продажу поступают бытовые приборы для его измерения, поэтому нам захотелось исследовать именно углекислый газ.

Гипотеза. В Москве уровень углекислого газа превышен, как и в школьных помещениях.С превышением углекислого газа можно бороться путем проветривания, если за окном его содержание в пределах нормы. Превышение углекислого газа отрицательно влияет на работоспособность людей

Цель: исследование содержания углекислого газа в воздухе, его влияния на работоспособность и способах понижения содержания углекислого газа.

Задачи:

1.Узнать о свойствах углекислого газа, его применении и воздействии на организм человека.

2. Ознакомиться с прибором для измерения углекислого газа.

3. Измерить содержание углекислого газа в школьных помещениях и на открытом воздухе.

4. Провести мониторинг содержания углекислого газа в воздухе в течение учебного дня.

5. Узнать, влияет ли превышение количества углекислого газа на работоспособность школьников.

6. Определить способы понижения содержания углекислого газа в воздухе.

Объект исследования: углекислый газ.

Предмет исследования: содержание углекислого газа в воздухе.



1. Методы работы

В ходе работы были использованы следующие методы:

-изучение документов;

-сбор информации на интернет-ресурсах;

- опрос учащихся;

-беседа с работниками поликлиники о влиянии углекислого газа на здоровье;

- опыты по выделению углекислого газа и изучению горючести;

- измерение уровня углекислого газа на открытом воздухе и в помещениях детектором углекислого газа ДАДЖЕТ;

- мониторинг уровня углекислого газа в учебном кабинете при проветривании на перемене;

- проведение эксперимента по выполнению заданий при различном уровне углекислого газа;

- составление таблиц, диаграмм, графиков

Остановимся подробнее на некоторых из них.

2. Опрос учащихся

Учащимся параллели 3-х классов были заданы 3 вопроса.

1. Чувствуете ли вы, когда уровень углекислого газа начинает превышать норму?

2.Чувствуете ли вы сейчас усталость, сонливость, плохую работоспособность?

3. (Для ответивших положительно на вопрос 2.) Что, по-вашему, необходимо сделать, чтобы улучшить самочувствие? Отметьте 1-3 варианта.

- обратиться к врачу;

- сделать перерыв в занятиях;

- поспать;

- поесть;

- заняться любимым делом;

- проветрить класс;

- сделать физические упражнения.

Было подсчитано количество детей, ответивших на вопрос 1 «нет» и на вопрос 3 - «проветрить класс», количество переведено в проценты от общего числа опрошенных (с помощью калькулятора) по формуле:

Кол-во детей, давших нужный ответ: общее кол-во опрошенных Х 100

Беседа с работниками поликлиники о влиянии углекислого газа на здоровье

Была организована встреча со школьной медицинской сестрой и врачом-педиатром, которые рассказали, какое значение имеет дляздоровье человека качество воздуха, как влияет на здоровье превышение уровня углекислого газа, на что жалуются пациенты, проводящие длительное время в душных помещениях, дали рекомендации по проветриванию.

3. Опыты

Опыт по выделению углекислого газа

Оборудование: бутылка. Материалы: сода, уксус. Ход опыта. В бутылку необходимо насыпать соду, а затем налить уксус. Начнется пенообразование и бурление. Это выделяется углекислый газ.

Опыт по выявлению горючести углекислого газа

Оборудование: бутылка. Материалы: сода, уксус. Ход опыта. В бутылку необходимо насыпать соду, а затем налить уксус. Начнется пенообразование и бурление. Это выделяется углекислый газ. Если внести в бутылку горящую лучинку, то она погаснет. Отсюда можно сделать вывод о том, что углекислый газ не поддерживает горение.

Измерение уровня углекислого газа на открытом воздухе и в помещениях детектором углекислого газа Даджет и мониторинг уровня углекислого газа в учебном кабинете при проветривании на перемене

Содержание углекислого газа мы измеряли прибором «Детектор углекислого газа ДАДЖЕТ»

Это устройство имеет встроенный высокочувствительный датчик, измеряющий количество молекул CO2 в воздухе. На экране отображаются показатели уровня CO2 и температуры окружающей среды. Также на передней панели расположены 3 светодиода (зеленый, желтый, красный), которые сигнализируют о нормальной, повышенной и высокой концентрации CO2 соответственно. При переключении на желтый или красный цвет звучит сигнал, привлекающий внимание к проблеме.

Мы выбрали этот прибор, изучив предложения разных магазинов, так как он прост в использовании: достаточно подключить его к ноутбуку и менее чем через минуту можно считывать результат. Несложно было измерять уровень углекислого газа как на улице, так и в помещении. При мониторинге воздуха в классе прибор работал постоянно, без выключения.

Проведение эксперимента по выполнению заданий при различном уровне углекислого газа

С помощью учителя были разработаны задания для учащихся 3 класса по русскому языку (вставить пропущенные буквы) и математике (вычислительные навыки), рассчитанные на 5-7 минут выполнения на каждый предмет. Задания были разработаны на давно изученные темы, специального повторения не проводилось.

Группа учащихся выполняла задания сначала при уровне углекислого газа 550-750 ppm, а через неделю - аналогичные задания при уровне углекислого газа 1500-1700 ppm

Все остальные условия: состав учащихся, рассадка, день недели, порядковый номер урока, номер кабинета, температура в кабинете и другие оставались неизменными.

Работы были проверены, выставлены отметки за работу каждому учащемуся, подведен итог по количеству двоек и «качественных» работ (отметка 4-5). Кроме этого, фиксировалась общее количество ошибок.

Составление таблиц, диаграмм, графиков

Результаты исследований были представлены в виде таблиц, диаграмм и графиков для наибольшей наглядности. При мониторинге уровня углекислого газа график сначала составлялся вручную на листе бумаги, прикрепленному к классной доске, а затем оформлялся в программе MicrosoftPowerPoint, в которой также создавались диаграммы. Использование таблиц, графиков и диаграмм позволило более наглядно представить результаты.

4. Изучаем информацию об углекислом газе

Свойства и применение углекислого газа

Из литературных источников и интернета мы узнали, что углекислый газ - бесцветный газ без запаха.

Он поступает в воздух при извержении вулканов, при разложении и дыхании растений и животных(например, человек выдыхает за сутки около 1 кг углекислого газа), при горении топлива, минеральные источники воды содержат углекислый газ, большое количество углекислоты растворено в океане.

Растения потребляют углекислый газ для процесса фотосинтеза.

Человеку тоже необходим углекислый газ для нормального дыхания и кровообращения, то есть определенное количество углекислого газа должно содержаться во вдыхаемом человеком воздухе.

Мы прочитали, что увидеть углекислый газ можно, если в емкость с пищевой содой налить уксусную кислоту, и провели такой опыт.Началось бурление, пенообразование. Это произошло выделение углекислого газа.

Такой же процесс мы наблюдали, когда мама или бабушка делали тесто для пирога: небольшое количество соды в чайной ложке они заливали уксусом. Оказывается, углекислый газ делает тесто рыхлым и пышным, поэтому углекислый газ используется в пищевой промышленности как разрыхлитель, а еще и как консервант. На этикетке изделия в этом случае стоит Е290.

Мы провели еще один опыт. В емкость с содой и уксусной кислотой мы аккуратно опустили горящую лучинку, и огонек погас, так как углекислый газ не поддерживает горение. Это очень важное свойство газа используют в огнетушителях.

Используется углекислый газ и для производства газированных напитков. Пузырьки, вырывающиеся наружу при открывании бутылки, это и есть углекислый газ.

При охлаждении углекислый газ переходит в твердое состояние, которое называется сухим льдом. Этот лед используют в торговле как хладагент.

Таким образом, мы выяснили, что углекислый газ является необходимым компонентом естественных процессов в природе и используется человеком.

Нормы содержания углекислого газа и его воздействие на человека

Опасной для жизни человека считается концентрация углекислого газа выше 7%. Смерть при таком уровне углекислого газа может наступить в течение от нескольких минут до одного часа.

Однако и при концентрации 3-7% могут наблюдаться учащенные пульс и дыхание, повышение давления, тошнота, рвота, головокружение, головная боль, потеря сознания, особенно если человек пребывает в подобном месте длительное время.

Но такие концентрации углекислого газа не встречаются в обычной жизни. Мы предположили, что подобная концентрация может возникнуть в помещениях без воздухообмена, при которых идет лабораторное получение углекислого газа, сжигание топлива или работа двигателей, поэтому люди, работающие в подобных условиях должны соблюдать правила техники безопасности.

Нас больше интересовала норма содержания углекислого газа в воздухе на улицах города и в помещениях, в которых люди могут оказываться ежедневно

Сначала мы узнали единицы измерения углекислого газа в воздухе. Так как считать сотые сотых долей неудобно, применяют другие единицы измерения - partspermillion(части на миллион) - ppm. 0,03% = 300 ppm.

Затем мы изучили документы: «АВОК Стандарт-1-2004. Здания жилищные и общественные. Нормы воздухообмена» и « ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» (смотри Приложение).

Согласно «АВОК Стандарт-1-2004» содержание углекислого газа в воздухе вне помещений может колебаться от 332 ppm (село) до 511 ppm(крупный город), а содержание углекислого газа в помещении может быть выше уличного на 638 ppm, значит для Москвы уровень углекислого газа в помещении должен быть не более 1149 ppm, но весьма желателен не более 970 ppm

«ГОСТ…» признает воздухом высокого качества воздух с уровнем углекислого газа 800 и менее ppm, среднего - до 1000ppm, допустимого - до 1400ppm, низкого - более 1400 ppm.

Физиологи в своих исследованиях указывают более жесткие нормы: до 800 ppm - норма, до 1200 ppm - допустимое превышение, которое, однако, многие люди начинают ощущать, свыше 1200 ppm - воздух низкого качества, негативно влияющий на здоровье.

Обобщив все данные, мы в своих исследованиях решили считать нормальным воздух в помещении - до 800 ppm, относительной нормой - 1000 ppm, 1200ppm - с повышенным содержанием углекислого газа и 1400 ppm - предельно допустимый уровень углекислого газа. Только следует учитывать, что уровень в 1400 ppm не является опасным, требующим покинуть помещение, это уровень, который может при длительном ежедневном воздействии на организм оказывать негативное влияние и ухудшать работоспособность.

У человека может наблюдаться сонливость, усталость, головная боль, раздражительность, значительное снижение концентрации внимания и работоспособности. Врачи отмечают превышение углекислого газа как причину проблем с носоглоткой у своих пациентов.

Проведя опрос среди учащихся начальной школы, мы выяснили, что только 28% школьников, по их словам, ощущают, когда уровень углекислого газа в помещении начинает превышать норму. Даже отмечая усталость и сонливость, только 25% видят причину в духоте и необходимость открыть окно для проветривания, что говорит о низкой информированности школьников и неумении контролировать и влиять на окружающую среду. Это, в свою очередь, еще раз подтверждает актуальность нашего исследования.

Выводы: углекислый газ является необходимым компонентом естественных процессов в природе и используется человеком; существуют нормы содержания углекислого газа на открытом пространстве и в помещении, превышение норм признается вредным для здоровья человека.

5. Содержание углекислого газа в воздухе и его влияние на работоспособность

Содержание углекислого газа в г. Москве вне помещений

Мы провели измерение уровня углекислого газа на улицах и зонах отдыха нашего города, а также на школьном дворе. Результат нас обрадовал: если ваш дом или место работы не находится рядом с автомагистралью или крупным предприятием, то о содержании углекислого газа вне помещения вы можете не волноваться: он не превышает 400 ppm

Первая часть нашей гипотезы подтвердилась частично: не во всех местах Москвы наблюдается превышение уровня углекислого газа. Район, в котором мы проживаем, можно признать благополучным, за исключением мест около автомагистралей.

Время измерения	Место измерения	Результат/ppm
сентябрь-октябрь 2018 года	Школьный двор (ул.Череповецкая, дом 10 А)	322
	Лианозовский ПКиО: центр/лесная зона	380/317
	Перекресток улиц Абрамцевская и Череповецкая	434
	Дворы в квартале, ограниченном улицами Хотьковской, Череповецкой, Илимской, Угличской	360 - 410
	Алтуфьевское шоссе	610
	Садовое кольцо	778
	МКАД (Капотня)	840
	Красная площадь	430

Вывод: наблюдается превышение углекислого газа вблизи автомагистралей. Воздух в нашем районе высокого качества, прогулки приносят пользу.

Содержание углекислого газа в школьных помещениях

Итак, уровень содержания углекислого газа за окнами нашей школы находится в пределах нормы и соответствует уровню углекислого газа сельской местности. Можно сделать вывод, что и в помещениях нашего района должен быть нормальный уровень углекислого газа.

Вопрос уровня углекислого газа в школе нас интересовал больше всего, так как в школе мы проводим значительную часть времени.

Мы измерили содержание углекислого газа в школьных помещениях на 4-5 уроках и представили результат в виде диаграммы. Оказалось, что во всех помещениях воздух был низкого качества, уровень углекислого газа везде, кроме столовой, превышал предельно допустимую норму.

Вывод: содержание углекислого газа в школьных помещениях превышает допустимые нормы. Воздух низкого качества.

Подтвердилась гипотеза в части превышения уровня углекислого газа в школьных помещениях.

Мониторинг содержания углекислого газа в классе

Если на улице воздух соответствует норме, то можно снизить содержание углекислого газа путем проветривания.

Мы поставили перед собой цель - мониторинг уровня углекислого газа в нашем классе и снижение уровня путем проветривания на каждой перемене максимально возможное время (необходимо было контролировать температуру, чтобы она не упала ниже нормы).Результаты наших измерений фиксировали и строили график.

Во время проветривания уровень углекислого газа быстро падает, но так быстро поднимается за время урока, что нам не удавалось держать уровень углекислого газа в «зеленой» безопасной зоне все время. Однако качество воздуха в нашем классе было значительно лучше, чем в тех классах, где не уделялось такое внимание проветриванию или проветривание было минимальное время.

Мы думаем, чтобы поддерживать уровень нормы постоянно, недостаточно проветривания на перемене, нужно небольшое проветривание или вентилирование и во время урока. К сожалению, нормы запрещают открытые окна во время нахождения учащихся в классе. Кстати, деревянные окна, в которых были щели, способствовали такой естественной вентиляции, пластиковые - отлично держат тепло, из них не дует, но нет притока воздуха.

Интересно, что после уроков уровень углекислого газа падал до нормального уровня и без проветривания, что подтверждает тот факт, что основной источник углекислого газа в помещении - люди.

Исходя из этого, снизить количество углекислого газа в воздухе можно, увеличив площадь, приходящуюся на одного человека, путем увеличения размера учебных помещений или снижения количества человек в классе.

Вывод: гипотеза подтвердилась частично: путем проветривания можно снизить уровень углекислого газа, но проветривания на переменах недостаточно, уровень углекислого газа быстро поднимается во время урока.

Влияние содержания углекислого газа на работоспособность школьников

Гипотезу об отрицательном влиянии повышенной концентрации углекислого газа на работоспособность школьников мы проверили, проведя следующий эксперимент. Ученики 3-х классов написали работу по математике при уровне углекислого газа 1500 - 1700 ppm, а затем, через неделю, повторили ее при уровне 550-750 ppm Все остальные условия были одинаковыми: сложность работы, состав учащихся, рассадка, день недели, номер урока, иные условия в помещении. Работа была на давно изученную тему, материал в течение недели между днями эксперимента не повторялся специально.

Результат нашего эксперимента приведен в таблице ниже.

Уровень углекислого газа, ppm	Общее кол-во ошибок	Результат выше	Результат ниже	Результат стабилен	Качество	Успеваемость
1500-1700	86				52% (13 ч.)	76% (6 двоек)
550-750	64	7 чел.	3 чел.	8 чел.	60% (15 ч.)	88% (3 двойки)

Как видно, наблюдается некоторое повышение успеваемости (12%) и качества знаний (8%) в хорошо проветренном кабинете при уровне углекислого газа, который признается нормой даже физиологами. Общее количество ошибок снижено на 26%

Это подтверждает факт лучшей работоспособности при нормальной концентрации углекислого газа.

Вывод: гипотеза подтвердилась - при превышении содержания углекислого газа в воздухе работоспособность падает.



Заключение

Мы достигли цели проекта и справились с задачами. Мы:

- исследовали уровень содержания углекислого газа на улицах, дворах и зонах отдыха города и отметили превышение концентрации у автомагистралей;

- исследовали уровень содержания углекислого газа в школьных помещениях и отметили превышение уровня углекислого газа;

- выяснили, что проветривание - быстрый и легкий способ снизить концентрацию углекислого газа, однако этот способ не позволяет удержать значения углекислого газа в норме даже на протяжении урока.

-убедились в том, что превышение нормы углекислого газа влияет на работоспособность и лучше работать в помещении, в котором воздух соответствует нормам.

Наша гипотеза подтвердилась частично. Не подтвердились предположения о том, что во всей Москве содержание углекислого газа в воздухе превышает норму, проветривание не удерживало необходимый уровень длительное время.

Нами сделаны следующие важные выводы:

-углекислый газ является необходимым компонентом естественных процессов в природе и используется человеком;

-существуют нормы содержания углекислого газа на открытом пространстве и в помещении, превышение норм признается вредным для здоровья человека;

-для контроля уровня углекислого газа в воздухе существуют простые в использовании приборы, которые позволяют не допускать превышения концентрации углекислого газа;

- в Москве есть благополучные по качеству воздуха районы и зоны;

- в школьных помещениях содержание углекислого газа значительно превышает норму;

- проветривание быстро улучшает ситуацию, но концентрация углекислого газа растет, удержать в норме его уровень в течение урока невозможно без дополнительных мер;

- работоспособность в помещении с высоким уровнем углекислого газа падает.

Мы считаем, что для создания комфортного уровня углекислого газа в помещении, кроме проветривания, нужен дополнительный обмен воздухом - принудительная вентиляция, а также полезно приучать себя жить и работать при открытом окне.

Уверены, что наше исследование будет полезно людям, которые следят за своим здоровьем, всем школьникам и учителям.



Список литературы

1. Белько Егор «Увлекательные эксперименты в домашних условиях», Питер, 2016 г.

2. Качур Елена «Увлекательная химия», Манн, Иванов и Фербер, 2017 г.

3. Качур Елена «Как устроен человек», Манн, Иванов и Фербер, 2018 г.

4. http://potomy.ru/world/830.html

5. https://yandex.ru/video/search?text=%D0%B3%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BE%20%D0%BE%D0%B1%20%D1%83%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%BC%20%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%B5&reqid=1523817715587102-826630025117004424371102-man1-3690-V

6. http://www.medpulse.ru/health/prophylaxis/prof/1221.html

Размещено на Allbest.ru

...