Проекты

Изучение влажности воздуха вблизи различных объектов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Экология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1434
Предметы: Физика, Биология, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Влажность воздуха является основным фактором, определяющим климат и погоду нашей планеты, она имеет большое значение для биопроцессов человека и окружающего мира.

Основным условием существования человека и животного является дыхание. Без воздуха существование живых организмов было бы невозможным. Воздух – это смесь газов, таких как азот, кислород, углекислый газ, водород, инертные газы и водяной пар, который отвечает за влажность воздуха.

Наличие водяного пара в воздухе характеризуется несколькими параметрами, в частности – абсолютной и относительной влажностью. Они описывают количество водяных паров, находящихся в воздухе при данной температуре. Наиболее удобный параметр влажности – относительная влажность, показывающая большую или меньшую степень насыщения воздуха водяным паром.

Цель

Знакомство на практике с принципами функционирования отдельных приборов, измеряющих относительную влажность; проведение собственных измерений вблизи различных объектов (цветок хризантемы, ветви ели и сосны).

Задачи

1. Разработать устройство для проведения экспериментов.

2. Произвести 3 вида замеров в различных условиях.

3. Проанализировать полученные данные.

4. Сделать выводы.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Персональный компьютер
  • Источник питания
  • Разъём платы аналого-цифрового преобразователя
  • Электрические датчики
  • Резервуар для воды

Описание

В процессе работы измерения влажности проводились с помощью психрометрического метода и с помощью электрических датчиков. Психрометрический метод основан на использовании психрометра, принцип действия которого строится на разности в показаниях сухого и увлажнённого термометров в зависимости от состояния воздушной среды. В процессе измерения отслеживаются показания сухого термометра и разность показания сухого и влажного. При измерении влажности электрическими датчиками в качестве датчиков влажности использовались емкостные датчики с размером корпуса 8,6 х 4,2 х 2 мм, точность которых составляет ± 3,5% влажности. Основным элементом датчика является многослойная структура, состоящая из пяти слоёв. Датчик включался в электрическую схему. Напряжение с выхода датчика переводилось в значение относительной влажности. В отличие от психрометра датчики позволили провести измерения влажности на расстоянии менее 1 см от объекта. Для измерения влажности одновременно в нескольких местах использовали пять одинаковых датчиков. В работе была придумана схема подключения нескольких датчиков, размещённых на разных расстояниях от объектов. Для измерения температуры воды и окружающего воздуха использовались ртутные термометры. Для сбора данных используется многофункциональная плата, установленная в персональный компьютер с операционной системой MS DOS. В плате задействованы шесть однополюсных входов, опрашиваемых последовательно. Питание датчиков осуществляется стабилизированным источником питания с выходным напряжением +5,40 В.

Результаты работы/выводы

Подготовлены и проведены эксперименты по измерению влажности психрометром, а также емкостными электрическими датчиками вблизи различных объектов. Придумана и реализована схема расположения датчиков вблизи поверхности воды. Экспериментально показано, как меняется влажность вблизи растений, принесённых в помещение с улицы. В частности, хризантема и еловые ветви способны изменить влажность на несколько процентов в непосредственной близости от себя. Измерения над ёмкостью с водой показали, что влажность существенно меняется только в первых 10 см вблизи свободной поверхности воды.

Перспективы использования результатов работы

Провести более детальные измерения для получения наиболее точных результатов с описанием дальнейших рекомендаций пользователям при реализации бытовых задач.