Исследовательская работа по физике \"Исследование

МБОУ «Васильевская СОШ»
Проектно-исследовательская работа по физике:
«ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА ПОМЕЩЕНИЙ»
Авторы проекта:
Смелков Даниил и Кожанов Дмитрий,
обучающиеся 9 класса.
Руководитель проекта:
Ли Лариса Васильевна, учитель физики.
с. Васильевское
2016 год
Содержание
Введение.
I.
Теоретическая часть:
1) Изучение инструкции по установлению программного обеспечения.
2) Отчет по изучению руководства пользователя 3ena iLab.
3) Изучение нормативов благоприятных условий микроклимата.
4) Допустимые нормы освещенности, температуры, уровня звука и
относительной влажности воздуха.
II.
Практическая часть:
1) Измерение параметров микроклимата различных помещений.
2) Сравнение
результатов
измерения
микроклимата
оптимальными параметрами воздушной среды.
Заключение.
Список источников информации.
помещений
с
Введение
Каждый человек большую часть времени проводит в помещении: дома, в
школе или на работе. И помещение становится для нас постоянной средой
обитания. Поэтому нас заинтересовал вопрос о изучении состояния наших
жилых помещений, то есть исследование микроклимата помещений.
Микроклимат – это климат небольшого пространства, в котором он отличается
от общего климата вследствие уникального количества света, температуры,
влажности воздуха и других физических измерений в данном конкретном месте.
Измерения состояния окружающей среды можно провести традиционными
физическими приборами: термометром, психрометром и другими. Но так как все
подростки увлекаются компьютерами, то мы решили провести данное
исследование с помощью современного цифрового оборудования: переносного
устройства регистрации результатов экспериментов 3ena iLab V9.0, которое
предназначено для осуществления регистрации данных, с помощью
подключаемого к нему компьютера со специальным программным
обеспечением. Данное устройство регистрации результатов экспериментов
содержит пять датчиков, которые позволяют производить измерения
температуры, уровня звука, освещенности, относительной влажности воздуха и
давления. Выполнив исследование микроклимата жилых помещений, можно
убедиться в соответствии или несоответствии данного состояния окружающей
среды с комфортными условиями для жизнедеятельности человека.
Цель работы: исследование микроклимата помещения и определение
соответствия оптимальным параметрам воздушной среды.
Задачи работы:
 установить программное обеспечение переносного устройства
регистрации результатов экспериментов 3ena iLab V9.0;
 изучить нормативы благоприятных условий микроклимата помещений;
 измерить состояния внешней среды помещения с помощью датчиков;
 сравнить результаты измерения микроклимата помещения с
оптимальными параметрами воздушной среды.
Объект исследования: различные жилые помещения.
Методы исследования: измерение и сравнение.
План работы:
1. Сформулировать цели и задачи при исследовании микроклимата помещений.
2. Изучить инструкцию по установлению программного обеспечения
переносного устройства регистрации результатов экспериментов 3ena iLab.
3. Изучить нормативы благоприятных условий микроклимата помещений.
4. Оформить отчет по изучению руководства пользователя 3ena iLab.
5. Записать допустимые нормы освещенности, температуры, уровня звука и
относительной влажности воздуха.
6. Установить данное программное обеспечение на компьютер.
7. Выполнить измерения параметров микроклимата в различных помещениях.
8. Оформить результаты измерений и сравнить их с оптимальными параметрами
воздушной среды.
9. Сделать выводы о благоприятности нахождения в данных помещениях.
Теоретическая часть
1) Изучение инструкции по установлению программного обеспечения.
Переносное устройство регистрации результатов экспериментов 3ena iLab
V9.0 предназначено для осуществления регистрации данных, с помощью
подключаемого к нему компьютера со специальным программным
обеспечением. Данное устройство регистрации результатов экспериментов
содержит пять датчиков:
 Датчик температуры - предназначен для измерения температуры твердых тел,
газообразных, сыпучих и жидких сред в диапазонах измерений температуры
от -20°С до 120°С;
 Датчик звука – предназначен для измерения уровня звукового сигнала в
диапазонах измерений от 40 до 110 дБ;
 Датчик освещенности – предназначен для измерения освещенности внутри
помещений или на улице;
 Датчик относительной влажности – предназначен для измерения
относительной влажности воздуха с погрешностью измерений не более ±2%;
 Датчик давления – предназначен для измерения давления в диапазоне от 0 до
700кПа.
Установка программного обеспечения осуществляется с помощью компактдиска, идущего в комплекте с цифровым оборудованием, в соответствии с
руководством пользователя и не вызывает особых проблем. Если антивирусная
программа компьютера не разрешает данную установку, то можно временно
отключить антивирусную программу и произвести установку программного
обеспечения, добавив её в исключения.
Для подключения датчиков в комплект устройства входят регистратор
данных со специальными разъемами и соединительные кабели. Подключив
датчики к компьютеру, программное обеспечение автоматически распознает
подключенные к устройству датчики.
Сбор данных, поступающих с цифровых датчиков в режиме реального
времени осуществляется так же без особых проблем. Но возникают трудности
при изучении всех функций программного обеспечения для обработки и
сохранения в памяти компьютера собранных данных. Так же к возможным
минусам можно отнести недостаточно проработанный интерфейс, который не
понятен на интуитивном уровне.
2) Отчет по изучению руководства пользователя 3ena iLab.
Изучив руководство пользователя, мы пришли к выводу, что данное
переносное устройство регистрации результатов экспериментов 3ena iLab V9.0
можно использовать как цифровое учебное лабораторное оборудование для
измерения температуры, уровня звука, освещенности, относительной влажности
и давления на уроках физики и во внеурочное время для исследовательской и
проектной деятельности. (см. приложение 1)
3) Изучение нормативов благоприятных условий микроклимата.
Условия комфорта человека при пребывании в закрытых помещениях во
многом определяются воздушным режимом.
В нашей стране разработаны и используются при проектировании и
строительстве жилья оптимальные величины микроклимата применительно к
различным климатическим зонам. Так, для северных широт в холодный период
года температура в жилых помещениях должна быть 21 —22 °С, а в умеренных
и южных широтах соответственно 18—20 °С. Санитарно-эпидемиологические
требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных
учреждениях устанавливают следующие требования к воздушно-тепловому
режиму: температура воздуха в зависимости от климатических условий в
учебных помещениях и кабинетах, столовой, рекреациях, библиотеке, гардеробе
должна составлять 18—24 °С; в спортзале - 17—20 °С. (см. приложение 2)
Допустимая влажность воздуха для всех климатических зон — 30—60 %.
По нормативам СанПиН в помещениях общеобразовательных учреждений
относительная влажность воздуха должна составлять 40 – 60%.
Важная составная часть комфорта — тишина. Комплексом архитектурнопланировочных, организационных мер предусматривается поддержание в
жилищах уровней шума, не оказывающих вреда на здоровье и самочувствие
граждан. Допустимым уровнем шума в квартирах в дневное время (с 7 утра до
23 часов вечера) является интенсивность шума, равная 40 децибелам (дБ), а в
ночное время — 30 дБ. Децибел — относительная физическая единица
измерения интенсивности шума.
Световой режим жилища также оказывает большое влияние на
самочувствие человека, его работоспособность, общий жизненный тонус.
Световой комфорт в современных жилищах поддерживается сочетанием
естественного (дневного) и искусственного освещения. Уровни природной
освещенности колеблются в весьма больших пределах - от 0,25 люкс в ясную
лунную ночь и до 100000 в ясный солнечный день. Искусственное освещение
имеет важное значение для человека, т. к. обойтись без него практически
невозможно. Основные гигиенические требования к искусственному освещению
сводятся к тому, чтобы его было достаточно, и оно было хорошего качества.
Нормируемые величины искусственной освещённости составляют для жилых
комнат и кухни 100 люкс (лк), коридоров, ванных комнат, туалетов — 50 лк. Если
рабочий процесс в течение дня протекает за компьютером или связан с письмом
и чтением, рекомендуется освещение около 500лк. (см. приложение 3)
4) Допустимые нормы освещенности, температуры, уровня звука
относительной влажности воздуха, по нашему мнению, следующие:
Параметр измерения
Температура, °С
Относительная влажность воздуха, %
Уровень звука, дБ
Освещенность, люкс
Допустимые нормы
17°С – 24°С
30% – 60 %
30 дБ – 80дБ
100 люкс – 500 люкс
и
Практическая часть
Измерения микроклимата помещений школы проводились с помощью
переносного устройства регистрации результатов экспериментов 3ena iLab V9.0,
используя датчики измерения температуры, уровня звука, освещенности и
относительной влажности. Датчик измерения давления не применяли, так как не
смогли измерить атмосферное давление. По нашим испытаниям этот датчик
определяет не атмосферное давление, а давление нашей силы на шприц датчика.
С помощью цифрового оборудования были проведены замеры и получены
следующие результаты:
Замеры параметров микроклимата помещений школы 26.01.2016года
Помещение Температура, Относительная Уровень Освещенность,
°С
влажность
звука,
люкс
воздуха, %
дБ
Кабинет
22,10
43,9
48,77
611
физики
Кабинет
21,00
46,2
61,84
540
информатики
Спортзал
17,00
45,0
80,02
138
Коридор
21,05
47,9
52,30
600
Библиотека
20,00
40,8
58,32
1504
Соответствие
нормативам
соответствует
соответствует
соответствует
соответствует
соответствует
Замеры параметров микроклимата помещений квартиры 02.02.2016года
Комната
22,05
55,9
48,77
168
соответствует
Коридор
24,00
51,8
48,77
168
соответствует
Кухня
24,00
52,9
59,65
100
соответствует
Замеры параметров микроклимата помещений школы 05.02.2016года
Коридор,
18,10
48,2
69,6
455
1этаж
Коридор,
22,10
50,0
42,75
600
2этаж
Библиотека
21,00
52,7
59,65
2043
Кабинет
23,05
53,7
56,73
335
информатики
Кабинет
23,00
51,2
68,33
600
литературы
Раздевалка
22,00
45,0
42,75
70
для мальчиков
Кабинет
математики
Фойе
Столовая
Кабинет
физики
Кабинет
химии
соответствует
соответствует
соответствует
соответствует
соответствует
соответствует
25,10
54,5
42,75
490
соответствует
22,00
23,00
21,00
50,1
54,1
48,2
54,79
63,58
42,75
246
263
589
соответствует
соответствует
соответствует
23,10
51,8
52,30
519
соответствует
Анализ результатов измерения:
 Измерения параметров микроклимата были проведены в помещениях школы
и жилых помещениях квартиры нашего одноклассника.
 В большинстве помещений школы значения температуры составляют 20 –
23°С, самая низкая температура в спортзале 17°С, что соответствует
санитарно-эпидемиологическим требованиям к условиям и организации
обучения в общеобразовательных учреждениях.
 Относительная влажность воздуха также соответствует нормам СанПиН и
находится в пределах от 40 до 54%. Эта невысокая влажность воздуха
объясняется тем, что измерения проводились в холодное время года, когда в
помещениях работает система отопления, которая сильно сушит воздух.
 Уровень шума во время проведения замеров находится в диапазоне от 42 до
80дБ, что соответствует уровню звука при разговорах. В спортзале получили
самый высокий уровень шума, так как измерения проводили во время
спортивной игры.
 Уровень освещенности в кабинетах в среднем составляет 300-600лк, что
соответствует освещенности необходимой при чтении и работе за
компьютером. В кабинетах с компьютерами уровень освещенности чуть ниже
по сравнению с другими кабинетами, так как в кабинетах информатики
зашторены окна для улучшения изображения на экране. В спортзале низкая
освещенность из-за высоких потолков, где находятся осветительные
приборы, но данной освещенности достаточно для проведения спортивных
занятий. Самая низкая освещенность в спортивной раздевалке для мальчиков
объясняется тем, что измерения проводились во второй половине дня и без
включения светильников. В библиотеке самый высокий уровень
освещенности, что особенно благоприятно влияет на трудоспособность при
чтении. В столовой и фойе освещенность составляет примерно 250люкс, что
также соответствует допустимым нормам.
 Результаты измерений параметров микроклимата помещений квартиры
показывают, что температура воздуха и относительная влажность воздуха в
квартире выше, чем в школе. Это объясняется тем, что дома готовят пищу,
стирают и сушат белье, поэтому температура и влажность выше. А вот
уровень освещенности в квартире на много ниже, чем в кабинетах школы.
Данный уровень освещенности соответствует нормируемым величинам
искусственной освещённости для жилых комнат, кухни и коридора.
Заключение:
 Таким образом, измерения показаний микроклимата помещений школы
полностью соответствуют благоприятным условиям, что положительно
влияет на производительность труда и учебы, улучшает условия
безопасности, снижает утомляемость.
 Показатели относительной влажности воздуха в кабинетах школы близки к
нижним границам, поэтому можно порекомендовать использовать в этих
помещениях увлажнители воздуха.
 Уровень освещенности в квартире соответствует норме, но при нагрузке на
зрение, например, при чтении или вязании необходимо включать
дополнительные источники освещения.
 Регулярное исследование микроклимата позволяет создать такое
оптимальное соотношение факторов окружающей среды, при котором
человек сможет эффективно без ущерба для здоровья находится в данных
помещениях при длительном пребывании в них.
 Сегодня исследование микроклимата помещений можно производить
достаточно легко и быстро, используя цифровое оборудование, с помощью
специальных датчиков, которые позволяют получать более точные
результаты измерений по сравнению с измерениями традиционными
приборами.
Список источников информации:
1. Руководство пользователя переносного устройства регистрации результатов
экспериментов 3ena iLab V9.0.
2. Вестник образования России Апрель 8' 2011. Санитарно-эпидемиологические
требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных
учреждениях.
3. ИОТ-16. Инструкция по охране труда при подготовке, проведении и
окончании занятий в учебных кабинетах МБОУ «Васильевская СОШ»
4. https://ru.wikipedia.org Википедия о микроклимате.
Приборы и материалы: ноутбук, переносное устройство регистрации
результатов экспериментов 3ena iLab V9.0.
Необходимые умения: знание компьютера, умение работать с цифровым
оборудованием, умение обрабатывать информацию и делать выводы.
Данную исследовательскую работу можно выполнить в течение одного
месяца. Мы начали изучать работу цифрового оборудования год назад:
выполнили установку программного обеспечения, научились подключать
датчики измерения, изучили пока самые простейшие функции программного
обеспечения для обработки и сохранения в памяти компьютера собранных
данных. Непосредственно измерения параметров микроклимата помещений
выполнили в течение часа. Большая часть времени потребовалась на письменное
оформление работы.
Приложение 1
Отчет по изучению руководства пользователя 3ena iLab
Установка программного обеспечения осуществляется с помощью компактдиска, идущего в комплекте с цифровым оборудованием:
1. Вставьте компакт-диск в привод компьютера, дважды щелкните "3enaSetup_0808.exe", откройте мастер установки:
Рисунок 1
2. Нажмите "Далее", введите информацию о пользователе:
Рисунок 2
3. Нажмите "Далее " сразу после ввода информации о пользователе, выберите
путь установки: выбор по умолчанию, чтобы предотвратить ошибки при
установке.
Рисунок 3
4. Нажмите "Далее" для создания ярлыка:
Рисунок 4
5. Нажмите "Далее" для установки
Рисунок 5
6. Процесс установки завершен:
Рисунок 6
7. Нажмите кнопку "Готово ", чтобы закончить установку, дважды щелкните
ярлык на экране компьютера для запуска программного обеспечения.
8. Ярлык «3ena Digital Experiment System "появится на рабочем столе после
успешной установки программного обеспечения дважды нажать, чтобы
войти программного обеспечения главную страницу:
Главная страница разделена на шесть частей:
первая часть "Создать", вторая часть "Открыть",
третья часть "Экспортировать из регистратора ",
четвертая часть «Открыть экспортированный
файл", пятая часть "Калибровка", шестая часть
"Настройки"
Рисунок 7
Таким образом, установка программного обеспечения осуществляется в
соответствии с руководством пользователя и не вызывает особых проблем, если
антивирусная программа компьютера разрешает данную установку.
Для подключения датчиков в комплект устройства входят регистратор
данных со специальными разъемами и соединительные кабели. Подключив
датчики к компьютеру, программное обеспечение автоматически распознает
подключенные к устройству датчики. Дважды щелкните на ярлык "3ena Digital
Experiment System" на рабочем столе для входа на домашнюю страницу
программного обеспечения, нажмите кнопку «Создать» чтобы начать
эксперимент.
Рисунок 8
Информационная область (рисунок 8) используется для отображения типа
подключенных датчиков и данные каждого подключенного датчика в режиме
реального времени, например, подключив датчик звука на первый канал и датчик
температуры на третий канал регистратора данных, данные датчики будут
отображаться в режиме реального времени. Информация будет отображаться
слева направо, соответствуя первому, второму, третьему и четвертому каналу
данных регистратора. Подключенная область дисплея используется для
отображения состояния связи между данными регистратора и компьютера
: Зеленый цвет означает нормальное подключение;
: Серый указывает на разрыв связи.
Нажав кнопку создать
на панели работы,
отображения результатов.
3ena iLab
V9.0
- связующая технология,
пользователь может выбрать различные стили
отображения
в
соответствии
с
их
особым
потребностями, система обеспечивает в основном 6
видов стилей отображения и один пользовательский
шаблон.
выберите
режим
Рисунок 9
Выберите, например, шаблон 5, который одновременно
отображает четыре небольших окнах. То есть 4 измерения
датчика, определяемые пользователем значения переменных
могут отображаться одновременно. Для этого щелкните правой
кнопкой мыши по маленькому окну и сделайте выбор, на
дисплее появится окно выбора. Есть три дисплея на выбор:
Цифровой дисплей:
Приборный дисплей:
Дисплей по шкале:
Рисунок 10
Получив на экране изображение, соответствующее рисунку 11, система
готова к измерению четырех параметров: температуры, уровня освещенности,
уровня звука и относительной влажности воздуха.
Рисунок 11
При
нажатии
кнопки
"Начать",
система
начнет
автоматический сбор данных, эксперимент можно остановить, но после
продолжить нажав на кнопку еще раз. Сбор данных отображается на экране
монитора, причем пользователь может выбрать различные стили отображения: в
числовом, графическом или табличном виде.
Таким образом, сбор данных, поступающих с цифровых датчиков в режиме
реального времени осуществляется так же без особых проблем. Но возникают
трудности при изучении всех функций программного обеспечения для
обработки и сохранения в памяти компьютера собранных данных.
Изучив руководство пользователя, мы пришли к выводу, что данное
переносное устройство регистрации результатов экспериментов 3ena iLab V9.0
можно использовать как цифровое учебное лабораторное оборудование для
измерения температуры, уровня звука, освещенности, относительной влажности
и давления на уроках физики и во внеурочное время для исследовательской и
проектной деятельности.
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
За единицу громкости звука принят бел (в честь А.Г.Белла, изобретателя
телефона). На практике громкость измеряют в децибелах (дБ): 1дБ = 01Б.
Замеры параметров
микроклимата помещений
школы 26.01.2016года
Температура воздуха, °С
22.1
21.05
21
20
17
КАБИНЕТ
ФИЗИКИ
КАБИНЕТ
ИНФОРМАТИКИ
СПОРТЗАЛ
КОРИДОР
БИБЛИОТЕКА
Относительная влажность воздуха,
%
47.9
46.2
45
43.9
40.8
Кабинет физики
Кабинет
информатики
Спортзал
Коридор
Библиотека
Уровень громкости звука, дБ
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Кабинет физики
Кабинет
информатики
Спортзал
Коридор
Библиотека
Уровень освещенности, люкс
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Кабинет физики
Кабинет
информатики
Спортзал
Коридор
Библиотека