Проект по физике на тему «Модель волосяного гигрометра»
Министерство образования Красноярского края
Краевое государственное автономное профессиональное
«Красноярский техникум транспорта и сервиса»
«Модель волосяного гигрометра»
группы МР1-17 Погодаев М.А Горенский С.А. Проверил: преподаватель физики: Левдикова Е.Д.
Красноярск 2018 г.
Раздел 1. Теоретическая часть…………………….……………4 стр.
Приборы, измеряющие влажность воздуха………………4 стр.
Альтернативные способы измерения влажности воздуха……………………………………………………..6 стр.
История возникновения и развития гигрометра…………7стр.
Раздел 2. Практическая часть……………………………….……9стр.
Устройство и принцип работы волосяного гигрометра………………………………………………….8 стр.
Схема волосяного гигрометра……………………………..9 стр.
Описание сборки модели волосяного гигрометра………10 стр.
Сравнение результатов показаний электронного гигрометра, психрометра и волосяного гигрометра .………. ……… 10 стр.
Раздел 3. Заключительная часть…………………………………13 стр.
В организм животных и человека влага в основном поступает с пищей или питьем. Однако, достаточное ее количество необходимо не только внутренним органам, но и слизистым оболочкам глаз, дыхательных путей, коже. Следовательно, важно не только потребление жидкости вовнутрь, но и получение ее из окружающего влажного воздуха. Для определения показателя влажности и поддержания его на нормальном уровне используются специальные измерительные приборы. Среди наиболее распространенных специальных аппаратов следует выделить психрометры и гигрометры. Служат такие приборы единой цели, однако в основе их работы лежат кардинально отличные друг от друга принципы. Нас заинтересовал прибор волосяной гигрометр. Изучив его более подробное устройство, мы поняли, что его можно сделать своими руками.
Актуальность нашего проекта заключается в том, что для изучения темы влажность воздуха требуются модель прибора гигрометра.
Цель проекта: собрать действующую модель волосяного гигрометра.
Изучить устройства и принципы работы приборов, которые измеряют влажность воздуха.
Собрать модель волосяного гигрометра.
Сравнить измерения волосяного гигрометра с психрометром и электронным высокоточным гигрометром в течение месяца, в одном классе.
РАЗДЕЛ 1. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
ПРИБОРЫ, ИЗМЕРЯЮЩИЕ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА.
Достаточно широкое распространение в быту получил психрометрический метод вычисления показателей влажности. Если гигрометрический прибор для измерения влажности воздуха обычно демонстрирует отклонения в показателях на уровне порядка 5% в обе стороны, то в случае с психрометрами такие погрешности отсутствуют. Простейшие психрометры обладают двумя датчиками – сухим и влажным. В то время как испарение воды приводит к охлаждению влажного датчика, сухой элемент психрометра фиксирует изменения в температуре окружающего пространства. Результатом измерений на основе данного принципа становится формирование необходимых показателей в специальном микропроцессорном приборе. Таким образом, несложно понять, что психрометр – прибор для определения влажности воздуха, где главную роль играет регистрация показателей о разности температур на сухом и влажном датчиках.
Гигрометр – прибор для измерения влажности воздуха, принцип работы которого позволяет выявить, как изменение показателей влажности отражается на отдельных телах и материях. В качестве яркого примера можно отметить волосной гигрометр, где в качестве средства для измерения выступает обезжиренный человеческий волос. Изменяя собственную длину, исходя из изменений показателей влажности, волос позволяет получать данные о необходимом показателе в пределах от 30 до 100%.
1.2. АЛЬТЕРНОТИВНЫЕ СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА.
ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ АППАРАТУРЫ.
Существует довольно простой способ, при помощи которого можно получить достаточно объективные данные об уровне влажности в помещении. Причем для этого достаточно всего лишь наличия обычного стеклянного стакана с водой. Чтобы измерить влажность, необходимо наполнить стакан холодной водой. После чего поместить емкость на несколько часов в холодильник, пока вода не остынет до температуры около 5. Поставив, стакан в помещении, в котором необходимо узнать уровень влажности следует наблюдать за поверхностью стекла, обращая внимание на следующее: если стенки стакана вначале запотели, а затем быстро высохли на протяжении нескольких минут, в таком случае воздух в помещении сухой; сохранение эффекта запотевания стенок по истечении 5-10 минут после начала наблюдений свидетельствует о средней влажности воздуха; появление стекающих ручейков на стенках стакана говорит о высокой влажности.
ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОМЕТРА. Достаточно эффективный прибор для измерения влажности воздуха – обычный термометр. Использование термометра с данной целью является своеобразным копированием принципа действия психрометров. Для начала при помощи стандартного ртутного термометра фиксируется температура воздуха в помещении, а затем его головку плотно оборачивают влажной марлей либо кусочком мокрой ваты. Через 10 минут отмечаются новые показатели температуры. Чтобы узнать влажность в процентах, из данных о температуре на термометре в «сухом» состоянии вычитается температура «мокрого» термометра.
1.3.ИСТОРИЯ ВОЗНИКОНОВЕНИЯ И РАЗВИТЕЯ ГИГРОМЕТРА.
Кapдинaл Никoлac дa Кузa (1401-1464) был пepвым, ктo разработал прибор для измерения влажности. Он встретился c этой проблемой в торговле шерстью, поскольку стоимость шерсти зависела от ее веса. Пoкупaтeли шepcти быcтpo cooбpaзили, что oднo и то же кoличecтвo мoжнo пpoдaть пo бoльшeй цeнe во вpeмя дoждливыx днeй. Поэтому, продавцы ждали дождей, a пoкупaтeли cуxиx дней. Для определения справедливой стоимости, кардинал Николас дe Кузa изoбpeл пepвый инcтpумeнт для oпpeдeлeния coдepжaния влaги. Он иcпoльзoвaл весы, положив большее количество шерсти на одну чашу, a на другую камни, равные шерсти по весу. При каждой продаже, он клал такое количество дополнительных камней на чашу весов, что равновесие сохранялось. Затем по количеству дополнительных камней определялось количество жидкости в шерсти. После этого покупатели и продавцы могли начать договариваться o цене на шерсть.
Немецкий математик Иоганн Генрих Ламберт (1728-1777) предложил называть любой прибор, измеряющий влажность гидрометром (позднее он был переименован в гигрометр). В 1774г. Ламберт изобрёл механизм, в котором использовал натуральную кожу в качестве измеряющего элемента. Также Иоганн Ламберт был первым, кто вывел зависимость между температурой и влажностью (относительная влажность).
Дecaуccуp (1740-1799) изобрёл волосяной гигрометр в 1783 г. В этих измерительных приборах используется человеческий волос, прочем считалось, что светлый волос больше подходит для этого. Природный состав человеческого волоса вдет к ошибке в измерении только на 2,5% таким образом, промышленные волосяные гигрометры имеют погрешность в 2,5%.
При измерении относительной влажности измеряется количество пара в воздухе, что выражается в процентах максимума пара, который может содержаться в воздухе при текущей температуре. Здесь температура имеет большую влажность, например, если гигрометр показывает 50% влажности при температуре 30 °С , a потом температура понижается, то относительная влажность будет увеличиваться
Таким образом, чем холоднее воздух, тем меньше влаги он может удерживать.
РАЗДЕЛ 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
2.1 . УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ВОЛОСЯНОГО ГИГРОМЕТРА.
Гигрометр позволяет выявить относительную влажность окружающей среды, которая является одним из важнейших составляющих микроклимата помещения. Содержание влаги в воздухе влияет на самочувствие людей. Этот показатель обязательно должен находиться в пределах среднего диапазона. Пониженная влажность воздуха может приводить к затрудненному дыханию и пересыханию слизистых оболочек, а повышенная – к ухудшению физического состояния. Особенно строго следить за этим значением нужно людям, имеющим заболевания дыхательных путей. Принцип действия волосяного гигрометра основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса, изменять свою длину с изменением влажности воздуха. При уменьшении или увеличении влажности воздуха длина волоса меняется. Под действием этого изменения шкив поворачивается, и конец стрелки перемещается вдоль шкалы, показывая относительную влажность воздуха. Правила пользования прибором. Во время демонстрации гигрометр укрепляется вертикально в лапке универсального штатива или вешается на стену. Прибор должен находиться на уровне глаз работающего человека с ним. В месте установки гигрометра должны отсутствовать вибрации, источники тепла или холода. Работающий с гигрометром должен находиться от него на расстоянии нормальной видимости отметок шкалы и остерегаться дышать на него во время отсчетов. Проверяют положение стрелки. Если стрелка смещена относительно «0», то при помощи регулировочного винта устанавливают ее на «0».
По шкале в процентах отсчитывают относительную влажность воздуха. Цена деления шкалы соответствует 1%.
При снятии показаний глаз работающего должен находиться на
уровне вертикальной касательной к стрелке так, чтобы отметка шкалы в точке отсчета была видима прямолинейной.
2.2. СХЕМА ВОЛОСЯНОГО ГИГРОМЕТРА.
Рис.3.Модель волосяного гигрометра.
2.3. ОПИСАНИЯ СБОРКИ МОДЕЛИ ВОЛОСЯНОГО ГИГРОМЕТРА.
Для сборки установки нам понадобились следующие детали:
— Шпильки с резьбою – 2 шт.
— Соединительные пластины – 3 шт.
— Крепежные углы – 2 шт.
— Измерительная шкала со стрелкой.
— Обезжиренные волосы – 7 шт.
Модель мы собирали по схеме рисунка 3.
Стрелка стоит в положении 90, это и есть начальное положение прибора.
Максимальный угол отклонения 90, значит одно деление шкалы, будет соответствовать 1,1 % влажности.
X =1,1%, не сложно посчитать на сколько делений отошла стрелка в течении дня.
РЕЗУЛЬТАТОВ ПОКАЗАНИЙ ЭЛЕКТРОННОГО ГИГРОМЕТРА,ПСИХРОМЕТРА И ВОЛОСЯНОГО ГИГРОМЕТРА.
Для сравнения результатов показаний модели волосяного гигрометра, мы провели сравнения с другими приборами, которые измеряют влажность воздуха: психрометр и электронный высокоточный гигрометр.
Психрометр представляет собой разность двух термометров: один измеряет температуру воздуха в помещении, другой помещен во влажную марлю, с помощью психрометрической таблицы мы определили влажность воздуха в классе.
Этими приборами мы измеряли влажность на протяжении месяца, результаты внесли в таблицу и построили график.
рис. 4. Графики зависимости показаний психрометра, электронного гигрометра и волосяного гигрометра.
РАЗДЕЛ 3. Заключительная часть.
Измерение влажности воздуха очень важная тема. И нам она стала очень интересной. Так как на Земле без влаги не живет не одно живое существо.
Людям так же важны такие измерения, так как увлажненный воздух влияет и на организм человека, и на одежду, и на технику. И для того чтобы лучше разбираться в теме измерения влажности воздуха, мы и решили собрать модель гигрометра своими руками.
В своей работе выяснили все возможные способы измерения влажности воздуха. Рассмотрели как классические, так и альтернативные приборы.
Собрали действующую модель волосяного гигрометра.
А также сравнили результаты показаний полученного прибора с другими имеющимися: психрометром и электронным гигрометром.
В дальнейшем хотели бы усовершенствовать свою модель, переведя ее в электронный вид и снизить погрешность измерений.
Приложение 1. «Модель волосяного гигрометра»
Приложение 2. «Психрометр»
Приложение 3. «электронный гигрометр»
Учебник Физика 10 класс Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский (2010 год)
Источник
echome.ru
Сайт посвященный измерительным приборам…
Делаем гигрометр своими руками
В нашей жизни используется множество измерительных приборов, которые позволяют контролировать микроклимат помещений. Один из них – гигрометр, устройство, которое можно изготовить в домашних условиях.
Зачем нужен гигрометр?
Гигрометр позволяет выявить относительную влажность окружающей среды, которая является одним из важнейших составляющих микроклимата помещения. Содержание влаги в воздухе влияет на самочувствие людей. Этот показатель обязательно должен находиться в пределах среднего диапазона. Пониженная влажность воздуха может приводить к затрудненному дыханию и пересыханию слизистых оболочек, а повышенная – к ухудшению физического состояния. Особенно строго следить за этим значением нужно людям, имеющим заболевания дыхательных путей.
Для контроля влажности в помещении можно приобрести специальную метеостанцию. Однако из подручных средств также можно собрать прибор, который сможет заменить собой гигрометр.
Аналог психрометрического прибора
Чтобы получать точные сведения, нужно знать, как сделать гигрометр в домашних условиях. Для создания аналога психрометрического устройства понадобятся:
- два ртутных термометра, предназначенных для измерения температуры воздуха;
- дистиллированная вода;
- доска;
- нить;
- хлопчатобумажная ткань.
Также понадобятся любые подручные средства, с помощью которых можно произвести закрепление термометра.
На доске нужно установить в вертикальном положении два термометра так, чтобы они находились параллельно по отношению друг к другу. Под одним из измерительных приборов необходимо установить небольшую емкость с дистиллированной водой. В качестве емкости можно использовать небольшую колбу или обыкновенный пузырек. Наконечник термометра (ртутный шарик), под которым установлен «резервуар», следует обернуть обыкновенной хлопчатобумажной тканью, после чего не очень туго перевязать нитью. Края ткани приблизительно на 5 миллиметров опускаем в емкость, которая предварительно была заполнена дистиллированной водой.
Принцип действия такого устройства, собранного своими руками, абсолютно схож с принципом действия психрометрического гигрометра. Для вычисления относительной влажности воздуха понадобится специальная таблица. По разнице показаний «сухого» и «влажного» термометра вычисляют влажность окружающей среды.
«Природный» измеритель
Для изготовления измерителя в домашних условиях можно использовать свойство шишки расправлять или наоборот – сжимать – свои чешуйки в зависимости от изменения влажности окружающей среды. Все, что понадобится для создания устройства – сама шишка и кусок фанеры.
В самый центр фанеры с помощью гвоздя или скотча крепится шишка. Для определения влажности следует проследить за скоростью раскрытия чешуек. Если они быстро раскрываются — влажность воздуха несколько ниже нормы. Если положение чешуек достаточно долго не изменяется – микроклимат помещения соответствует средним показателям. В том случае, если их кончики начнут подниматься вверх, влажность помещения имеет высокие показатели.
Аналог волосяного устройства
Каждый задающийся вопросом «как сделать гигрометр своими руками» очень редко приступает к созданию волосяного устройства. Однако сделать его довольно просто. Для этого потребуются:
- волос;
- бензин;
- клей;
- гвозди;
- чертежные принадлежности;
- бумага высокой плотности;
- лист фанеры;
- стержень от ручки;
- проволока из стали;
- ролик.
Человеческий волос можно заменить хлопчатобумажной нитью высокого качества, которая также остро реагирует на изменение влажности воздуха.
Волос или нить должны иметь длину не меньше 40 сантиметров. Если речь идет о волосе, его нужно обезжирить (применяется смачивание в бензине). На конец волоса необходимо закрепить груз, имеющий вес, достаточный для того, чтобы расправить его. В качестве такого отвеса может подойти небольшая часть стержня ручки, предварительно промытая от чернил. Для закрепления груза нужно использовать клей. На небольшой гвоздь одевается пластмассовая трубка длиной около пяти миллиметров. В ее качестве также можно использовать стержень авторучки. Важно, чтобы трубка свободно вращалась вокруг гвоздя, не соскакивая с него. Для сборки гигрометра подготовьте горизонтальное основание, на котором будет закреплена вертикальная часть устройства – доска или фанера. В ее центр вбивается заранее подготовленный гвоздь. Разместить его нужно так, чтобы перекинутый через пластиковую трубку волос (одна треть от всей длины) мог быть прикреплен к горизонтальной части своим свободным концом. Крепление производится также с помощью клея. Заключительный этап работы – крепление шкалы, которую можно создать из полосы бумаги, нанеся на нее деления.
Для градуирования прибора занесите его в ванную комнату, в которой был включен горячий душ. Точку, в которой будет находиться острите отвеса, отметьте как 100%. Для нахождения нулевой отметки нужно поставить устройство в нагретую духовку (не очень горячую, чтобы не сжечь устройство). После этого ровно между двух точек нужно поставить отметку в 50 градусов. Можно рассчитать подобным способом десятичные или даже единичные отметки.
Отметка, на которой будет находиться отвес на конце волоса, и будет являться показанием относительной влажности окружающей среды.
Гигрометр из салфетки
Комнатный гигрометр из салфетки сделать достаточно просто. Для его создания необходимо иметь под рукой обыкновенную салфетку, фанеру, гвозди, клей и проволоку. В фанеру вбивается два гвоздя на расстоянии, аналогичном длине салфетки. После этого между ранее закрепленными гвоздями посредством клея крепится сама бумажная салфетка. Два куска проволоки (достаточно длины 2-4 сантиметра) крепятся к салфетке. Одна из частей должна быть частично прикреплена к салфетке, частично – к гвоздю так, чтобы образовывалась своеобразная стрелка.
Принцип действия такого устройства основан на свойстве салфетки впитывать в себя влагу из воздуха. Если вы хотите сделать точную шкалу показаний, можно провести сверку самостоятельно изготовленного прибора по устройству, купленному в магазине. Движение проволоки будет свидетельствовать об изменении микроклимата помещения.
Стоит понимать, что приборы, изготовленные в домашних условиях, не могут похвастаться высокой точностью. Они пригодны лишь для измерения приблизительных показателей. Если вам необходимо знать точную влажность окружающей среды, необходимо приобрести любой из видов комнатных гигрометров.
Источник