Нормальная влажность атмосферного воздуха. Водяной пар в атмосфере - Лекции - Материал по курсу "Учение об атмосфере" - Каталог статей - Метеорология и гидрология
Воздух необходим человеку для дыхания. Он играет большую роль в теплообменных процессах организма. Неблагоприятные изменения воздуха могут вызвать значительные нарушения в организме: перегревание или переохлаждение тела, гипоксию, снижение работоспособности, возникновение инфекционных и других заболеваний. Влияние воздушной среды происходит через действие климатических и погодных факторов, которые могут оказывать и косвенное воздействие на человека, изменяя гигиенические свойства жилищ, одежды, почвы и др.
В населенных пунктах и закрытых помещениях воздух постоянно загрязняется и изменяет свои свойства, поэтому возникает необходимость в его санитарной охране от загрязнения и постоянном санитарном контроле его свойств. Важное гигиеническое значение имеет состояние воздушной среды при мышечной деятельности, в том числе и при занятиях физическими упражнениями, что связано с увеличением легочной вентиляции, большим теплообразованием и др.
При гигиенической оценке воздуха учитываются следующие факторы:
1) физические свойства (атмосферное давление, температура, влажность, скорость, направление движения, охлаждающая способность, электрическое состояние, радиоактивность и др.);
2) химический состав (постоянные составные части воздуха и посторонние газы);
3) механические примеси (содержание пыли, дыма, сажи и др.);
4) бактериальная загрязненность (наличие микробов в воздухе). Поскольку указанные факторы воздушной среды действуют
на организм комплексно, в гигиене принято рассматривать воздействие каждого из них лишь условно. Показатели физических свойств воздуха обычно называют метеорологическими факторами. Гигиеническая характеристика воздушной среды дается на основании сопоставления результатов исследований с гигиеническими нормами. При этом учитывается воздействие воздуха на состояние здоровья и работоспособность людей.
В спортивной практике санитарно-гигиеническое исследование воздуха имеет большое значение. Оно позволяет своевременно принять необходимые меры, обеспечивающие оптимальные условия для занимающихся физической культурой и спортом.
2.1. Температура воздуха
Гигиеническое значение температуры воздуха определяется прежде всего ее влиянием на теплообмен организма, который является одним из видов взаимодействия организма с внешней средой. Благодаря совершенству механизмов терморегуляции, контролируемых центральной нервной системой, человек приспосабливается к различным температурным условиям и может кратковременно переносить значительные отклонения от оптимальных температур.
Основная масса тепла теряется с поверхности кожи путем:
Излучения к более холодным окружающим предметам (около 45%);
Проведения, или конвекции, то есть послойного нагревания воздуха, прилегающего к телу и находящегося обычно в некотором движении (около 30 %);
Испарения влаги с поверхности кожи и слизистых оболочек дыхательных путей (около 25 %).
Приведенные величины теплопотерь являются приближенными и характерны для состояния покоя при комнатной температуре. При высокой или низкой температуре воздуха и во время физической работы эти величины значительно изменяются. Однако, как ни совершенны процессы терморегуляции, при значительных колебаниях внешней температуры они порой не могут обеспечить теплового равновесия организма.
При низкой температуре воздуха вследствие значительной теплоотдачи может возникнуть переохлаждение организма, при котором происходит нарушение кровообращения, снижение сопротивляемости иммунологических свойств организма. Переохлаждение способствует возникновению простудных заболеваний, а также болезней периферической нервной системы, мышц и суставов. Наряду с указанными общими нарушениями могут отмечаться и местные нарушения: отморожение рук, ног, ушей, носа и др. При выполнении физических упражнений в условиях низкой внешней температуры возникает и опасность повреждения мышц и связок, так как при этом уменьшается их эластичность.
В условиях высокой внешней температуры вследствие затруднения теплоотдачи может наступить перегревание организма. У человека, находящегося в покое, нарушения терморегуляции наблюдаются, когда температура воздуха превышает 30-31 °С (при относительной влажности 80-90 %) или 40 °С (при относительной влажности 40-50 %). Естественно, что при выполнении мышечной работы перегревание может возникнуть при более низкой температуре воздуха. Следует учесть, что при температуре воздуха выше 38-40 °С в организме накапливается тепло также в результате нагревающего действия воздуха и окружающих предметов.
В жилых помещениях в зависимости от климатических условий рекомендуются следующие нормы температуры воздуха: для холодного климата - 21 °С, для умеренного и теплого - 18-19 °С, для жаркого - 17-18 °С. Разница в температуре воздуха по горизонтали (от стен с окнами до противоположных стен) не должна превышать 2 °С, а по вертикали (от уровня пола до уровня головы) - 2,5 °С.
Температурные нормы в крытых спортивных сооружениях в соответствии со СНиП 11-76-78 характеризуются следующими величинами. Спортивные залы, рассчитанные на 800 и более зрителей, - + 18 °С в холодный период года при относительной влажности 40-45 % и не выше + 25 °С в теплый период года при относительной влажности 50-55 %. Спортивные залы, рассчитанные на 800 и менее зрителей, - + 18 °С в холодный период года и не более чем на 3 °С выше расчетной температуры наружного воздуха в теплый период года. Спортивный зал без мест для зрителей - + 15 °С. Крытые катки без мест для зрителей - + 14 °С. Стрелковые галереи и огненные зоны крытых тиров, а также стрелковые галереи при открытых тирах при наличии бойниц - + 18 °С. Вестибюли-грелки катков и лыжных баз - + 16 °С.
В крытых плавательных бассейнах температура воздуха следующая: в зале бассейна (с местами для зрителей или без них) на 1-2 °С выше температуры воды в ванне, зал для подготовительных занятий - + 18 °С, вестибюль (для занимающихся) - + 20 °С.
Температура воздуха во вспомогательных помещениях должна быть следующей: в учебных классах, методических кабинетах - + 18 °С, в раздевальнях и душевых - + 25 °С, в массажных - + 22 °С, в санитарных узлах - + 25 °С.
Температурные нормы для занятий спортом на открытом воздухе не установлены, так как на теплообмен организма, кроме температуры воздуха, влияют и другие метеорологические факторы. Нормальная температура тела поддерживается за счет одежды,
интенсивной физической нагрузки и зависит от степени закаленности спортсмена.
Тренировочные занятия и соревнования при температуре воздуха выше + 30 °С и ниже - 25 °С проводить не рекомендуется. В случае необходимости проведения занятий следует строго придерживаться гигиенических правил по предупреждению перегревания и отморожений.
2.2. Влажность воздуха
Из-за испарения влаги в воздухе постоянно находится некоторое количество водяных паров, которые обусловливают влажность воздуха. Степень влажности воздуха изменяется в зависимости от ряда условий: температуры воздуха, высоты над уровнем моря, расположения в данной местности морей, рек и других крупных водоемов, характера растительности и др. Находящиеся в воздухе водяные пары, как и другие газы, обладают упругостью, которая измеряется высотой ртутного столба в миллиметрах.
При повышении количества водяных паров в воздухе их упругость возрастает и достигает определенного предела, при котором пары насыщают пространство. Каждой температуре воздуха соответствует определенная степень насыщения его водяными парами.
Превышение предела насыщения воздуха вызывает выделение влаги в виде тумана, росы, инея и т. п. Влажность воздуха характеризуется следующими основными понятиями: абсолютная влажность, максимальная влажность, относительная влажность.
Абсолютная влажность - упругость (мм рт. ст.) или количество водяных паров (г), находящихся в данное время в 1 м 3 воздуха. Максимальная влажность - упругость водяных паров (мм рт. ст.) при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре или количество водяных паров (г), необходимое для полного насыщения 1 м 3 при той же температуре. Относительная влажность - отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах, иными словами - процент насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения. Относительная влажность воздуха определяется по формуле:
где О - относительная влажность (%), А - абсолютная влажность (мм рт. ст.), М - максимальная влажность (мм рт. ст.).
От степени насыщения воздуха водяными парами в значительной степени зависят потери тепла. Одна и та же температура воздуха ощущается по-разному в зависимости от степени влажности, оказывающей влияние на процесс испарения с поверхности тела.
Наибольшее гигиеническое значение имеет относительная влажность. Она дает представление о степени насыщенности воздуха водяными парами и указывает на его способность принять дополнительное количество водяных паров при испарении с поверхности кожи. Например, чем ниже относительная влажность воздуха, тем меньше воздух насыщен водяными парами.
Воздействие влажности воздуха на организм главным образом связано с тем, что она существенно влияет на процессы теплоотдачи. Повышенная влажность при высокой внешней температуре способствует перегреванию организма, так как при этом значительно ухудшаются условия теплоотдачи. При температуре воздуха свыше + 25-30 °С основным путем отдачи тепла организмом является испарение пота. Однако организм отдает тепло, только когда пот испаряется с поверхности кожи (при испарении 1 г пота организм теряет 0,6 ккал). При повышенной влажности воздуха испарение пота в значительной мере замедляется, теплоотдача резко снижается. Особенно отрицательно это сказывается при мышечной деятельности, когда организм усиленно вырабатывает тепло, поэтому при выполнении физических упражнений в условиях высокой влажности и температуры воздуха всегда имеется опасность возникновения перегревания организма.
Низкая влажность воздуха при высокой внешней температуре способствует хорошей теплоотдаче и позволяет легче переносить жару (климат Средней Азии, где сухой воздух обеспечивает быстрое испарение пота).
Повышенная влажность воздуха при низкой внешней температуре способствует охлаждению организма, так как при этом усиливается теплоотдача. Это связано с рядом причин. Прежде всего увеличивается потеря тепла, так как повышается теплопроводность воздуха, ибо водяные пары имеют более высокую теплопроводность, чем воздух. Вместе с тем повышается теплопроводность тканей одежды (воздух, находящийся в парах тканей, становится более теплопроводным), и поэтому тепло быстро покидает пространство под одеждой. Длительное пребывание в условиях высокой влажности воздуха и при температуре воздуха ниже - 10-15 °С может привести к переохлаждению организма и вызвать простудные и другие заболевания (ревматизм, туберкулез легких и др.).
Норма относительной влажности воздуха для помещений - 30-60 %. Значительный диапазон данной нормы зависит от температуры воздуха и других условий. Для людей, находящихся в покое, при температуре воздуха + 16-20 °С и небольшом его движении влажность воздуха должна быть не менее 40-60 %. При мышечной деятельности, если температура воздуха находится в пределах + 15-20 °С, влажность воздуха должна составлять 30-40 %, а при температуре + 25 °С - 20-25 %. В спортивных залах (при температуре воздуха + 15 °С) и в залах для подготовительных занятий в бассейнах (при температуре воздуха + 18 °С) относительная влажность воздуха должна быть 35-60 %, а в залах ванн крытых бассейнов (при температуре воздуха + 26 °С) - 50-65 %.
2.3. Движение воздуха
Движения воздушных масс возникают вследствие неравномерного распределения атмосферного давления и температуры воздуха. Движения воздуха характеризуются направлением и скоростью. Учитывать направление движения воздуха необходимо при занятиях многими видами спорта, и прежде всего такими, как парусный, буерный, планерный, парашютный и др. Данные о преобладающем направлении воздуха в определенной местности имеют важное значение при проектировании и строительстве спортивных сооружений: они позволяют правильно выбрать место для спортивных сооружений, а также расположить их с наветренной стороны по отношению к промышленным предприятиям, которые могут загрязнять воздух дымом и газом.
Определение направления движения воздуха может также помочь составить правильный прогноз погоды, который следует учитывать при организации тренировок и соревнований. Например, в европейской части России летом восточные ветры обычно приносят сухую погоду, западные - более прохладную и дождливую; юго-западные - облачность; северо-восточные - ясную погоду. Зимой восточные ветры приносят холодную погоду; западные - теплую; юго-восточные - потепление, осадки; северо-восточные - похолодание, уменьшение осадков.
Направления движения воздуха определяются по той точке горизонта, откуда дует ветер, и обозначаются начальными буквами стран света: С (север), Ю (юг), З (запад), В (восток). Наряду с главными румбами, выделяют промежуточные, находящиеся между ними. Весь горизонт разделяется на восемь румбов: север, севе-
ро-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. Обозначая промежуточные румбы, указывают оба румба, между которыми находится данное направление, ставя первым по порядку основной румб. Например, если направление ветра находится между севером и северо-востоком, то такой промежуточный румб называют ССВ (северо-северо-востоком).
Для изучения преобладающих направлений ветров в данной местности используют специальную схему, получившую название "розы ветров". Составив график стран света, откладывают от центра на определенных румбах отрезки, по длине соответствующие числу наблюдающихся ветров за сутки, в процентах к общему числу ветров за данный период. Концы отрезков соединяют прямыми линиями. Отсутствие ветра (штиль) обозначается окружностью в центре графика, радиус которой должен соответствовать количеству дней безветренной погоды. Составленная таким образом "роза ветров" показывает преобладающее направление движения воздуха в данной местности. При проектировании и строительстве спортивных сооружений, используемых круглогодично или в различные сезоны, необходимо учитывать соответствующую этим периодам "розу ветров".
Скорость движения воздуха - существенный фактор, оказывающий значительное влияние на теплообмен человека. Ее значение для теплорегуляции организма необходимо рассматривать совместно с действием температуры и влажности воздуха. При низкой температуре большая скорость движения воздуха способствует охлаждению организма. Ветер вытесняет из-под одежды нагретый воздух и усиливает его движение вокруг тела. При высокой температуре движущийся воздух увеличивает отдачу тепла за счет конвекции и испарения пота. Однако это благоприятное влияние ветра наблюдается в случаях, когда температура воздуха ниже температуры тела. В противоположном случае, если температура воздуха превышает температуру тела, движущийся воздух вместо охлаждения способствует нагреванию организма.
Скорость движения воздуха оказывает определенное нервно-психическое действие. Прохладный и умеренной силы ветер тонизирует организм, а сильный и продолжительный вызывает возбуждение и раздражение. Неприятен для человека и постоянный шум ветра. Сильный встречный ветер препятствует передвижению спортсмена при ходьбе, беге, езде на велосипеде, гребле и т. п. Он также затрудняет дыхание.
В спортивной практике часто возникает необходимость определять и учитывать скорость движения воздуха. Она играет боль-
шую роль во время тренировок и соревнований, прежде всего в таких видах спорта, как парусный, парашютный, буерный, планерный и др. При занятиях на открытом воздухе всегда нужно учитывать влияние скорости ветра на теплообмен и нервно-психическое состояние спортсмена. По возможности на тренировках следует создавать условия, исключающие неблагоприятное действие ветра на организм.
Скорость ветра необходимо учитывать при определении спортивных результатов. Так, например, в правилах соревнований по легкой атлетике указывается, что рекорды в беге по прямой и в прыжках в длину не регистрируются, если скорость попутного ветра превышает 2 м/с. Определенное значение имеют данные о скорости движения воздуха при оценке микроклиматических условий в расчетах эффективности вентиляции в закрытых спортивных сооружениях.
В летнее время в зависимости от температурных условий и вида деятельности теплоотдача организма улучшается при скорости движения воздуха 1-4 м/с. Ветер, имеющий скорость выше 6-7 м/с, обычно оказывает раздражающее действие. Для жилых помещений скорость движения воздуха не должна превышать
0,1-0,3 м/с.
Скорость движения воздуха в зонах нахождения занимающихся спортом может быть следующей: в залах ванн крытых бассейнов - 0,2 м/с; в спортивных залах для борьбы, настольного тенниса и крытых катках - 0,3 м/с; в остальных спортивных залах и залах для подготовительных занятий в бассейнах - 0,5 м/с.
Следует также отметить, что на терморегуляцию влияют тепловые (инфракрасные) лучи, идущие от солнца и других нагретых предметов. При высокой температуре окружающей среды тепловые лучи способствуют перегреванию организма, а при низкой температуре инфракрасная радиация помогает поддерживать тепловой баланс.
При наиболее благоприятном сочетании температуры, влажности, скорости движения воздуха и других факторов человек испытывает приятное теплоощущение; у него отмечаются тепловое равновесие и нормальное течение всех физиологических функций. Такие метеорологические условия принято называть комфортом. И наоборот, сочетание метеорологических факторов, которые нарушают теплорегуляцию организма, называют дискомфортом.
Высокая температура и влажность воздуха, отсутствие его движения и значительная интенсивность солнечной радиации являются весьма нежелательными при выполнении физических упражне-
ний. В этих случаях вследствие ухудшения условий теплоотдачи, повышения теплопродукции и большой тепловой нагрузки может быстро наступить перегревание организма.
Низкая температура и высокая влажность воздуха при сильном ветре способствуют значительному охлаждению организма и могут служить причиной различных простудных заболеваний. При занятиях физическими упражнениями в таких условиях появляется опасность возникновения у занимающихся простудных заболеваний и отморожения.
2.4. Атмосферное давление
Окружающий земной шар воздух имеет давление, называемое атмосферным, или барометрическим. Атмосферное давление у поверхности земли постоянно изменяется в зависимости от географических и атмосферных условий, времени года и суток. Но эти колебания не оказывают заметного влияния на здоровых людей. У людей же, страдающих некоторыми недугами (ревматизм, нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем и др.), при изменении атмосферного давления могут появиться болевые ощущения, ухудшение настроения, сна и обострение заболеваний. Для спортивной практики изучение изменений атмосферного давления также представляет определенный интерес.
Изучение динамики атмосферного давления может быть использовано для предсказания погоды и внесения соответствующих коррективов при планировании тренировочного процесса, организации соревнований, проведении туристских походов и др. Повышение атмосферного давления в средней полосе нашей страны - обычно предвестник сухой, ясной погоды, а понижение - пасмурной и дождливой. Однако для точного прогноза погоды необходимо, наряду с атмосферным давлением, учитывать также и другие метеорологические факторы.
В последнее время в спортивной практике особое внимание уделяется изучению влияния на организм спортсменов условий, связанных с пониженным атмосферным давлением. Это вызвано главным образом тем, что крупнейшие соревнования (чемпионаты Европы, мира и Олимпийские игры) все чаще стали проводиться в местах с пониженным атмосферным давлением.
По мере увеличения высоты над уровнем моря происходит постепенное падение атмосферного давления. Оно снижается примерно на 30-35 мм рт. ст. на каждые 100-500 м подъема. При паде-
нии атмосферного давления происходит снижение парциального давления газов, составляющих воздух, в том числе и кислорода, количество которого уменьшается также и в альвеолярном воздухе.
2.5. Химический состав воздуха
Химический состав воздуха имеет важное гигиеническое значение, так как он играет решающую роль в осуществлении дыхательной функции организма. Атмосферный воздух представляет собой смесь кислорода, двуокиси углерода, азота и инертных газов в определенной пропорции.
Кислород (О 2) - наиболее важная для человека составная часть воздуха. В состоянии покоя человек обычно поглощает в среднем 0,3 л кислорода в 1 мин. При физической деятельности потребление кислорода резко возрастает и может достигнуть 4,5-5 и более л в мин. Колебания содержания кислорода в атмосферном воздухе незначительны и не превышают, как правило, 0,5 %.
В жилых, общественных и спортивных помещениях значительных изменений в содержании кислорода не наблюдается, так как в них проникает наружный воздух. При самых неблагоприятных условиях в помещениях отмечалось уменьшение содержания кислорода на 1 %. Такие колебания концентрации кислорода не оказывают заметного влияния на организм. Обычно физиологические сдвиги наблюдаются при снижении объема кислорода до 16-17 %. При уменьшении содержания кислорода до 11-13 % появляется ярко выраженная кислородная недостаточность, вызывающая резкое ухудшение самочувствия и падение работоспособности. Снижение содержания кислорода до 7-8 % может привести к смертельному исходу.
В спортивной практике в целях повышения работоспособности спортсмена и интенсивности восстановительных процессов используется вдыхание кислорода.
Углекислый газ, или двуокись углерода (СО 2), - бесцветный газ без запаха, образующийся при дыхании людей и животных, гниении и разложении органических веществ, сгорании топлива и др. В атмосферном воздухе вне населенных пунктов содержание СО2 составляет в среднем 0,04 %, а в промышленных центрах его концентрация повышается до 0,05-0,06 %. В жилых и общественных зданиях при нахождении в них большого количества людей содержание СО 2 может увеличиться до 0,6-0,8 %. При наихудших гигиенических условиях в помещениях (большое скопление лю-
дей, плохая вентиляция и др.) содержание СО2 обычно не превышает 1 % из-за проникновения наружного воздуха. Указанные концентрации СО2 не вызывают отрицательных явлений в организме.
При продолжительном вдыхании воздуха с содержанием 1- 1,5 % СО2 отмечается ухудшение самочувствия, а при концентрации 2-2,5 % обнаруживаются определенные патологические сдвиги. Значительные нарушения функций организма и снижение работоспособности происходят, когда концентрация СО2 составляет 3-4 %. При более высоком содержании углекислого газа в воздухе (10-12 %) наблюдаются случаи потери сознания и смерти. Значительное повышение концентрации СО2 может возникать в аварийных ситуациях в замкнутых пространствах (шахтах, рудниках, подводных лодках, бомбоубежищах и др.) или же в тех местах, где происходит интенсивное разложение органических веществ.
Определение содержания СО2 в жилых, общественных и спортивных сооружениях может служить косвенным показателем загрязнения воздуха продуктами жизнедеятельности людей. Как уже отмечалось, сам по себе углекислый газ в тех концентрациях, в которых он бывает в помещениях (до 1 %), не причиняет вреда организму. Однако параллельно с увеличением содержания СО2 в воздухе помещений наблюдается ухудшение физических и химических свойств воздуха (повышаются температура и влажность, уменьшается количество легких аэроинов, появляются дурнопах-нущие газы), поэтому по концентрации СО2 можно судить о санитарном состоянии воздуха в помещении. Воздух в помещениях считается недоброкачественным, если содержание СО2 в нем превышает 0,1 %. Эта величина принимается как расчетная при проектировании и устройстве вентиляции в жилых помещениях.
2.6. Виды загрязнения воздуха. Охрана атмосферного воздуха
Антропогенные загрязнения окружающей среды через атмосферный воздух оказывают на организм человека отрицательное воздействие и вызывают спектр патологических сдвигов самого различного происхождения. Активный процесс урбанизации, развитие промышленности и транспорта также приводит к значительному загрязнению атмосферного воздуха городов, что, в свою очередь, вызывает рост заболеваемости, снижение адаптационных возможностей организма, особенно у детей.
Воздушная среда может загрязняться вредными газообразными примесями, пылью и микроорганизмами. Среди газообразных примесей, загрязняющих воздух, определенное гигиеническое значение имеют окись углерода, закись азота, сероводород и различные микроорганизмы и взвешенные частицы.
Окись углерода (СО) - газ без цвета и запаха. Он образуется при неполном сгорании топлива и поступает в атмосферный воздух главным образом с промышленными выбросами и выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Наиболее значительное загрязнение воздуха окисью углерода наблюдается в городах на узких улицах с интенсивным движением автотранспорта, где содержание СО иногда доходит до 50-200 мг/м 3 . В помещение окись углерода может попадать при неправильном использовании печного отопления (преждевременное закрывание дымовых труб), а также при утечке газа или при его неполном сгорании. Следует подчеркнуть, что при курении в организм также поступает окись углерода, содержание которой в табачном дыме составляет 0,5-1 %. В спортивной практике опасность отравления СО чаще всего возникает при регулировке двигателей гоночных автомобилей и мотоциклов, когда выхлопные газы скапливаются в помещении.
Окись углерода - кровяной и общетоксичный яд. Вместе с вдыхаемым воздухом он попадает в легкие и через них поступает в кровь, вступая в реакцию с гемоглобином (блокирует его), образуя карбоксигемоглобин. Вследствие этого гемоглобин теряет способность переносить кислород к тканям организма. Наряду с этим часть СО из крови проникает в ткани, вызывая нарушения тканевого дыхания. При длительном воздействии даже небольших доз окиси углерода (20-40 мг/м 3) может возникнуть хроническое отравление, выражающееся в ухудшении самочувствия и нарушении функций центральной нервной системы.
Острое отравление организма происходит, когда содержание в воздухе СО составляет 200-500 мг/м 3 . При этом возникают головная боль, головокружение, общая слабость, тошнота, рвота. В случае появления этих симптомов пострадавшего необходимо немедленно вывести на свежий воздух, сделать искусственное дыхание и обеспечить врачебную помощь. Предельно допустимая среднесуточная концентрация окиси углерода составляет 1 мг/м 3 ,ара-зовая - 6 мг/м 3 .
Закись азота (NO). При контакте оксидов азота с влажной поверхностью легких образуются азотная и азотистая кислоты, что может привести к развитию отека легких. Одновременно в крови
образуются нитраты и нитриты, которые непосредственно действуют на кровеносные сосуды, расширяют их и вызывают снижение артериального давления.
Сероводород (H 2 S) раздражающе действует на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, глаз, а также угнетает функцию тканевых дыхательных ферментов. При хроническом воздействии сероводорода возникают риниты, бронхиты, конъюнктивиты, головные боли, расстройство пищеварения, анемии, снижение остроты слуха.
Микроорганизмы почти всегда находятся в атмосферном воздухе в небольших количествах; они заносятся главным образом с почвенной пылью. Попадающие в атмосферный воздух возбудители инфекционных заболеваний, как правило, быстро погибают. Особую опасность в эпидемическом отношении представляет воздух в жилых и спортивных помещениях. При значительном скоплении людей, нерациональной вентиляции и системе уборки в воздухе может находиться большое количество микробов. Например, в гимнастических залах, а также в легкоатлетических манежах наблюдалось содержание микробов до 26 000 в 1 м 3 воздуха. Значительное бактериальное обсеменение воздуха способствует распространению так называемых аэрогенных инфекций (грипп, корь, скарлатина, туберкулез и др.).
Для санации воздуха помещений в настоящее время широко используют искусственные источники ультрафиолетовой радиации - бактерицидные лампы, излучающие коротковолновые ультрафиолетовые лучи, губительно действующие на микробов. Бактерицидные лампы монтируются на потолке в специальной арматуре. При отсутствии людей в помещении применяется прямое облучение воздуха: ультрафиолетовые лучи направляются вниз. Если в помещении находятся люди, используется непрямой способ облучения: ультрафиолетовые лучи направляются в потолок. Перемещающийся в верхней зоне над бактерицидными лампами воздух подвергается необходимой санации. В зависимости от назначения помещений используется тот или иной способ облучения. Установлено, что при непрямом способе облучения во время тренировочных занятий бактериальная обсемененность воздуха снижается в среднем на 50 %. Данный способ является весьма перспективным для санации воздуха в спортивных сооружениях.
Взвешенные частицы (пыль, дым) обычно всегда содержатся в воздухе в тех или иных количествах. Они представляют собой взвешенные в воздушной среде плотные частицы минерального или органического происхождения.
Значительное содержание пыли в воздухе оказывает неблагоприятное воздействие на организм. Попадая в легкие, пыль частично задерживается там и может вызвать различные заболевания. Вместе с нею в организм проникают болезнетворные микробы. Они могут длительное время сохраняться на пылевых частицах и переноситься на значительные расстояния. Пыль затрудняет потоотделение и препятствует испарению пота, оказывает также отрицательное воздействие на кожные покровы, что может привести к некоторым кожным заболеваниям. В производственных условиях в организм могут попадать различные виды пыли (свинцовая, хромовая), вызывающие отравления.
Большая запыленность атмосферы снижает интенсивность ультрафиолетовой радиации, изменяет степень и характер ионизации воздуха, способствует возникновению туманов, отрицательно действует на растительность.
Степень запыленности воздуха необходимо учитывать при выборе места расположения спортивных сооружений, занятиях физическими упражнениями и спортом, а также проведении производственной гимнастики. В атмосферном воздухе городов в среднесуточных пробах количество пыли не должно быть более 0,15 мг/м 3 .
Особое внимание следует уделять запыленности спортивных сооружений, которые должны иметь зону зеленых насаждений, препятствующих попаданию пыли на площадки и в залы. Так, открытые спортивные площадки в жаркое время года необходимо регулярно поливать, а в крытых спортивных сооружениях следует принимать меры против занесения в них пыли на обуви и верхней одежде. Для этого рекомендуется через некоторое время после окончания занятий, когда пыль уже успеет осесть, проводить влажную уборку.
Атмосферный воздух может загрязняться различными вредными газами и парами: сернистым газом, хлором, окислами азота, сероуглеродом, фтором и др. Наибольшая концентрация этих веществ, как правило, отмечается вблизи имеющихся в городах промышленных предприятий. В тех местах, где воздух загрязняется вредными газами, нельзя строить спортивные сооружения и проводить занятия физическими упражнениями и спортом. Также недопустимо проводить производственную гимнастику в цехах и на территориях предприятий, в воздухе которых имеются вредные примеси.
Санитарная охрана атмосферного воздуха является важной гигиенической проблемой, которой придается государственное значение. В нашей стране меры по санитарной охране атмосферного воздуха включают в себя планирование, санитарно-технические и
технологические мероприятия; разработку предельно допустимых концентраций веществ, загрязняющих воздух.
Одним из важных мероприятий по охране атмосферного воздуха является систематическое проведение предупредительного и текущего санитарного надзора и лабораторного контроля за чистотой воздуха.
Вопросы для самоконтроля
1. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье человека.
2. По каким факторам оценивается воздух?
3. Влияние на человека повышенного содержания углекислого газа в помещении.
4. Состав атмосферного воздуха.
5. Загрязнители атмосферного воздуха.
6. Мероприятия по профилактике загрязнения атмосферного воздуха.
Влажность воздуха - это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли, одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата.
Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. Так, у
земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от
0,2 % по объёму в высоких широтах до 2,5 % в тропиках. Упругость пара в полярных
широтах зимой меньше 1 мбар (иногда лишь сотые доли мбар)
и летом ниже 5 мбар; в тропиках же она возрастает до 30 мбар, а иногда и больше.
В субтропических пустынях упругость пара понижена до 5-10 мбар.
Абсолютная влажность воздуха (f ) - это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объёму влажного воздуха.
Обычно используемая единица абсолютной влажности - грамм на метр кубический, г/м³
Относительная влажность воздуха (φ ) - это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара.
Относительная влажность обычно выражается в процентах.
Относительная влажность очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85 % и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы. Низкие значения относительной влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50 % и ниже).
С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5-2 км упругость пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности. На тропосферу приходится 99 % водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится около 28,5 кг водяного пара.
Влага в атмосфере
Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу, испаряясь с поверхности водоёмов и почвы. Его выделяют и растения - этот процесс называется транспирацией. Молекулы воды сильно притягиваются друг к другу благодаря силам межмолекулярного притяжения, и Солнцу приходится тратить очень много энергии, чтобы разделить их и превратить в пар. Нет ни одного вещества, у которого удельная теплота испарения была бы больше, чем у воды. Подсчитано, что за одну минуту Солнце испаряет на Земле миллиард тонн воды.
Водяной пар поднимается в атмосферу вместе с восходящими потоками воздуха. Охлаждаясь, он конденсируется, образуются облака, и при этом выделяется огромное количество энергии, которую водяной пар возвращает атмосфере. Именно эта энергия заставляет дуть ветры, переносит сотни миллиардов тонн воды в облаках и увлажняет дождями поверхность Земли.
Испарение состоит в том, что молекулы воды, отрываясь от водной поверхности или влажной почвы, переходят в воздух и превращаются в молекулы водяного пара. В воздухе они двигаются самостоятельно и переносятся ветром, а их место занимают новые испарившиеся молекулы. Одновременно с испарением с поверхности почвы и водоёмов происходит и обратный процесс - молекулы воды из воздуха переходят в воду или почву. Воздух, в котором количество испаряющихся молекул водяного пара равно количеству возвратившихся молекул, называется насыщенным, а сам процесс - насыщением. Чем больше температура воздуха, тем больше водяного пара может в нём содержаться. Так, в 1м 3 воздуха при температуре +20 °С может содержаться 17 г водяного пара, а при температуре -20 °С только 1 г водяного пара.
При малейшем понижении температуры насыщенный водяным паром воздух уже не способен больше вместить влагу и из него выпадают атмосферные осадки, например, образуется туман или выпадает роса - прим. от geoglobus.ru. Водяной пар при этом конденсируется - переходит из газообразного состояния в жидкое. Температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар насытит его и начнётся конденсация, называется точка росы.
Влажность воздуха характеризуется несколькими показателями.
Явления и объекты связанные с атмосферной влажностью
Конденсация – это сгущение избыточных водяных паров и переход их в жидкое состояние, образование мельчайших капелек воды. Как насыщенный, так и ненасыщенный воздух может стать перенасыщенным во время поднятия воздушной массы, так как при этом она сильно охлаждается. Охлаждение возможно также при выхолаживании почвы в данном месте и при проникновении теплого воздуха в холодную местность.
Конденсация может происходить не только в воздухе, но и на земной поверхности, на ралличных предметах. В этом случае в зависимости от условий образуются роса, иней, туман, гололед. Роса и иней образуются при ясной и тихой погоде ночью, преимущественно в предутренние часы, когда поверхность Земли и ее объекты выхолаживаются. Тогда на их поверхности конденсируется влага из воздуха. При этом при отрицательных температурах образуется иней, при положительных – роса. В случае, если на теплую поверхность приходит холодный воздух или теплый воздух резко охлаждается, может образоваться туман. Он состоит из мельчайших капелек, или кристалликов, как бы взвешенных в воздухе. В сильно загрязненном воздухе образуется туман или дымка с примесью дыма – смог. При выпадении переохлажденных капелек дождя или тумана на охлажденную ниже 0°С поверхность и при температуре воздуха от 0 до -3°С образуется слой плотного льда, нарастающего на поверхности земли и на предметах, преимущественно с наветренной стороны, – гололед. Это происходит от намерзания переохлажденных капель дождя, тумана, или мороси. Корка льда может достичь толщины нескольких сантиметров и превратиться в настоящее бедствие: она становится опасной для пешеходов, транспортных средств, обламывает сучья деревьев, обрывает провода и т.д.
Иные причины обусловливают явление, которое называется гололедица. Гололедица возникает как правило, после оттепели или дождя в результате наступления похолодания, когда температура резко опускается ниже 0°С. Происходит замерзание мокрого снега, дождя или мороси. Гололедица образуется и тогда, когда эти жидкие осадки выпадают на сильно переохлажденную поверхность земли, что также обусловливает их замерзание. Таким образом гололедица – это лед на земной поверхности, образовавшийся в результате замерзания мокрого снега или жидких осадков.
Облака образуются при конденсации водяного пара в поднимающемся воздухе вследствие его охлаждения. Высота их образования зависит от температуры и относительной влажности воздуха. При достижении им высоты, на которой насыщение станет полным, – уровня конденсации – начинается конденсация и облакообразование. Облака находятся в постоянном движении и могут состоять из мелких капелек или кристалликов, но чаще они смешанные. По форме различают три основных вида облаков: перистые, слоистые и кучевые. Перистые – облака верхнего яруса (выше 6000 м), полупрозрачные и состоят из мелких ледяных кристалликов. Осадки из них не выпадают. Слоистые – облака среднего (от 2000 до 6000 м) и нижнего (ниже 2000 м) ярусов. В основном они и дают осадки, обычно длительные, обложные. Кучевые облака могут образовываться в нижнем ярусе и достигать очень большой высоты. Часто они имеют вид башен и состоят внизу из капелек, а вверху – из кристалликов. С ними связаны ливни, град, грозы. Кроме трех основных форм облаков образуется много комбинированных. Например, перисто-слоистые, слоисто-кучевые, кучево-дождевые и т.д.
Облачный покров обычно состоит из разных облаков. Степень покрытия неба облаками называют облачностью, которая измеряется в баллах – от 0 до 10. В среднем на Земле половина неба закрыта облаками. Наибольшая облачность – в областях пониженного давления, т.е. там, где воздух поднимается. Над океаном она больше, чем над сушей, так как там больше влаги. Абсолютный средний максимум облачности – 9 баллов (над Северной Атлантикой), абсолютный минимум – 0,2 балла (над Антарктидой и тропическими пустынями).
Облачный покров задерживает солнечную радиацию, идущую к земной поверхности, отражает и рассеивает ее. Одновременно облака задерживают тепловое излучение земной поверхности в атмосферу. Поэтому влияние облачности на климат очень велико.
Влияние влажности на организм человекаДля комфортного проживания и благоприятного самочувствия влажность в помещении должна быть около 60%. Выявлено, что чем прохладнее воздух, тем ниже его влажность. Свой вклад в обезвоживание и без того сухого зимнего воздуха вносят обогревательные приборы центрального отопления в городских квартирах.
Определить насколько уровень влажности в квартире соответствует нормальному можно без применения специальных приборов, а опираясь на косвенные признаки. Надежным подсказчиком служат комнатные растения. Мы привыкли думать о том, что когда речь идет о недостатке влаги для растений, это означает необходимость регулярного полива, не принимая во внимание такой важный параметр как влажность воздуха. Особенно чувствительны к дефициту атмосферной влаги тропические растения, для которых естественная среда это влажный и теплый климат. Поэтому так часто можно наблюдать, как зимой начинают чахнуть представители теплолюбивой флоры при своевременном и бережном уходе.
Другим, не менее надежным, индикатором является наше самочувствие. При пониженной влажности у человека быстро наступает чувство усталости и общего дискомфорта. Недостаток влаги в воздухе способствует снижению концентрации и внимания.
Медики утверждают, что высушенный воздух затрудняет обогащение кровеносной системы кислородом, отсюда у человека проявляются и все характерные для этого явления признаки.
Недостаток атмосферной влажности способствует высушиванию слизистой оболочки дыхательных путей и полости рта. Это повышает риск возникновения респираторных заболеваний за счет ослабления защитных функций организма. Особенно часто этому подвержены дети.
Низкая влажность воздуха сказывается и на нашем кожном покрове, который сам по себе содержит всего 10-15% воды, да еще и высушенный воздух вытягивает из него влагу, делая нашу кожу сухой и склонной к растрескиванию и шелушению, что влечет за собой преждевременное появление морщин.
Поэтому все косметические компании так бойко сегодня рекламируют свои увлажняющие гели и кремы. Конечно, ведь бороться со следствием, куда проще, чем с причиной. А ведь на самом деле, у женщин, проживающих в нормальных климатических зонах с естественным содержанием влаги в атмосфере около 60%, кожа, даже к пожилому возрасту, остается гладкой и упругой.
48-49.Климатические особенности среднегорья (содержание кислорода в атмосферном воздухе, влажность воздуха, температура окружающей среды и др.) и их влияние на спортивную работоспособность.
Повышенное теплообразование при мышечной работе приводит к изменению существующих механизмов теплоотдачи.
В комфортных условиях те плопотери осуществляются следующим образом:
15% - засчеттеплопроведения и конвекции;
55% - путем лучеиспускания;
около 30% - за счет испарения жидкости с кожных покровов и дыхательных путей.
При этом на испарение 1 л жидкости расходуется 580 ккал.
При повышении температуры окружающего воздуха теплоотдача путем проведения и конвекции резко снижается и возрастает испарение пота. В свою очередь, усиленное потообразование приводит к нарушению водного баланса организма - дегидратации (обезвоживанию), которая вызывает прежде всего напряжение функций сердечно-сосудистой системы. Повышенная влажность воздуха серьезно затрудняет теплоотдачу путем испарения пота. Все это ведет к накоплению тепла в организме, создавая риск перегревания идаже тепловых ударов. Естественно, в таких условиях спортивная работоспособность существенно ухудшается.
Таким образом, снижение работоспособности спортсменов в условиях повышенной температуры и влажности воздуха может быть обусловлено снижением кислородтранспортных возможностей сердечно-сосудистой системы, дегидратацией организма и развитием его перегревания.
На основе механизмов саморегуляции предупреждение перегревания организма осуществляется тремя физиологическими процессами.
Первый из них состоит в усилении кожного кровотока, что увеличивает перенос тепла от ядра к поверхности тела и обеспечивает снабжение потовых желез водой. Кожный кровоток при физической работе в условиях высокой температуры может увеличиваться в 10-15 раз, составляя около 20% минутного объема крови. В комфортных условиях при такой же работе эта величина не превышает 5%.
Второй физиологический процесс обусловлен усиленным
потообразованием и его испарением. Потоотделение у спортсменов на марафонской дистанции может достигать 12-15 л час; в обычных условиях в состоянии относительного покоя оно составляет 0.5-0.6 л сутки.
И, наконец, в условиях повышенной температуры окружающей среды уменьшаются скорость потребления кислорода и энергетические расходы, что приводит к снижению теплопродукции.
Потеря воды организмом при тренировках и соревнованиях в условиях жаркого климата может достигать до 8-10 л в сутки. Кроме того, потери воды происходят путем мочеотделения (около 1л) и испарения с дыхательных путей (0.75 л).
Естественно, такие потери жидкости должны обязательно восполняться. По современным представлениям, дополнительный прием жидкости нужно осуществлять в достаточном количестве (с учетом величины влагопотерь), дробными дозами, с добавлением солей и витаминов.
Регулярное пребывание человека в условиях повышенной температуры и влажности воздуха, а также физические тренировки, связанные с повышением температуры тела, приводят к адаптации (акклиматизации) организма, что характеризуется повышением работоспособности в этих условиях. Лица, хорошо подготовленные физически, легче переносят повышение температуры и влажности воздуха. При подготовке к соревнованиям в жарком климате нужно проводить тренировки в аналогичных условиях за 10-14 суток.
52). При пребывании человека в условиях пониженной температуры воздуха (Крайний Север, Заполярье) энергия АТФ расходуется главным образом на теплопродукцию и меньше ее остается на обеспечение мы-шечнойработы. Для сохранения тепла в ядре телатеплоизолирующая оболочка увеличивается в 6 раз путем уменьшения кожного кровотока. В организме происходит перестройка обменных процессов.
Повышается потребность в жирах. Калорийность питания должнаувеличиваться на 5% при каждом снижении среднемесячной температуры воздуха на 10°С. При этом почками усиленно выводятся витамины С, Ви Взато лучше усваиваются жирорастворимые витаминыA,DиE.
В организме уменьшаются запасы углеводов и увеличиваются запасы липидов. Содержание глюкозы в крови без всяких признаков патологии уменьшается вдвое (до 45-50 мг%). С уменьшением температуры тела основной обмен увеличивается, возрастает активность щитовидной железы. Описанные перестройки в организме снижают физическую работоспособность организма, особенно в период полярной ночи.
Спортсменам нередко приходится работать в условиях измененного барометрического давления. Тренировки и соревнования в горах сопряжены с влиянием на организм факторов гипобарии. Они характеризуются снижением общего давления, парциального давления газов и прежде всего кислорода, понижением температуры и влажности воздуха, высокой его ионизацией, повышенной солнечной радиацией и уменьшением силы гравитации. С другой стороны, аквалангисты, пловцы-подводники, акванавты испытывают воздействие гипербарических условиий. Ивтом, и в другом случае основным биологическим фактором, вызывающим ухудшение функций организма и снижение работоспособности является к и с л о р о д. Высоты до 1000 м над уровнем моря принято считать нижнегорьем, от 1000 до 3000м - среднегорьем и выше 3000м - высокогорьем.
Основные тренировки, аиногда и соревнования проводятся на высотах
2500-3000 м, т. е. в среднегорье.
Первые дни нахождения человека в среднегорье сопровождаются снижением аэробных возможностей, увеличением энерготрат на одну и ту же нагрузку, ухудшением функционального состояния организма, вялостью, нарушением сна. По прошествии 10-15 суток
наступает адаптация, которая характеризуется тем, что в покое и при умеренной мышечной деятельности люди чувствуют себя хорошо; тяжелые физические нагрузки затруднены, главным образом, вследствие снижения напряжения кислорода в крови (гипоксемия).
При снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, альвеолярном воздухе и в крови может развиться патологическое состояние - гипоксия. Первые ее признаки появляются при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе ниже 140 мм рт.ст. (нормальная величина на уровне моря около 160 мм рт.ст.), что возможно на высоте 1500 м и более. Гипоксию нередко называют «коварным» патологическим состоянием. В основе коварства лежит характерная триада признаков:
Эйфория (повышенное настроение),
Потеря сознания без предвестников, на хорошем психоэмоциональном фоне,
Ретроградная амнезия (утрата памяти о предшествующем событии).
Изменения функций организма при гипоксии носят адаптационный и компенсаторный характер и направлены на борьбу с кислородной недостаточностью. Это проявляется прежде всего усилением функций органов дыхания и кровообращения, увеличением количества эритроцитов, гемоглобина, объема циркулирующей крови и возрастанием ее кислородной емкости.
П о мере пребывания на высоте устойчивость организма к недостатку кислорода повышается, улучшается самочувствие людей, стабилизируются функции организма и физическая работоспособность. Другими словами, развивается адаптация людей или частный ее случай - акклиматизация, которая осуществляется по двум физиологическим механизмам:
а) путем повышения доставки кислорода тканям вследствие нормализации функций кислородтранспортной системы,
б) приспособлением органов и тканей к пониженному содержанию кислорода в крови и уменьшением вследствие этого уровня метаболизма.
В первые дни пребывания в условиях среднегорья физическая
работоспособность снижается как по прямым, так и по косвенным ее
показателям. Особенно существенно снижение работоспособности в тех видах спорта, для которых характерен значительный кислородный запрос (бег на средние и длинные дистанции, плавание, велосипедные и лыжные гонки). Главной причиной снижения работоспособности в этих условиях является увеличение кислородного долга. В видах спорта, где работа протекает преимущественно в анаэробных условиях (гимнастика, акробатика, тяжелая атлетика, спринтерский бег), результаты практически не изменяются.
После пребывания спортсменов в среднегорье и по возвращении их на равнину, в течение 3-4 недель сохраняется повышенная физическая работоспособность, а спортивные результаты нередко улучшаются. Физиологический смысл этого явления заключается в адап-тированности организма к условиям гипоксии. Поэтому перед ответственными соревнованиями, особенно в видах спорта на выносливость, рекомендуются тренировки спортсменов в горных условиях или в специальных рекомпрессионных камерах. Разработана также тренировка с дыханием в замкнутом пространстве (например, в резиновый мешок), в котором по мере дыхания снижается содержание кислорода.Ф изическая работоспособность человека снижается по мере подъема на высоту. Прежде всего и главным образом это касается аэробной работоспособности (выносливости) снижение которой отмечается уже на высоте 1200 м. В этом отношении нет никаких различий между тренированными и нетренированными людьми. Как у тех, так и у других в начале пребывания в горах работоспособность снижается примерно одинаково по отношению к равнинному уровню. На значительной высоте симптомы горной болезни столь же часто и даже в более выраженной степени наблюдаются у спортсменов.
ЛЕКЦИЯ 6
ВОДЯНОЙ ПАР В АТМОСФЕРЕ
Влажностью воздуха называют содержание водяного пара в атмосфере. Водяной пар является одной из важнейших составных частей земной атмосферы.
Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу вследствие испарения воды с поверхности водоемов, почвы, снега, льда и растительного покрова, на что затрачивается в среднем 23 % солнечной радиации, приходящей на земную поверхность.
В атмосфере содержится в среднем 1,29 10 13 т влаги (водяного пара и жидкой воды), что эквивалентно слою воды 25,5 мм.
Влажность воздуха характеризуется следующими величинами:
абсолютной влажностью, парциальным давлением водяного пара, давлением насыщенного пара, относительной влажностью, дефицитом насыщения водяного пара, температурой точки росы и удельной влажностью.
Абсолютная влажность а (г/м³) - количество водяного пара, выраженное в граммах, содержащееся в 1 м³ воздуха.
Парциальное давление (упругость) водяного пара е - фактическое давление водяного пара, находящегося в воздухе, измеряют в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), миллибарах (мб) и гектопаскалях (гПа). Упругость водяного пара часто называют абсолютной влажностью. Однако смешивать эти разные понятия нельзя, так как они отражают разные физические величины атмосферного воздуха.
Давление насыщенного водяного пара, или упругость насыщения, Е- максимально возможное значение парциального давления при данной температуре; измеряют в тех же единицах, что и е. Упругость насыщения возрастает с увеличением температуры. Это значит, что при более высокой температуре воздух способен содержать больше водяного пара, чем при более низкой температуре.
Относительная влажность f - это отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре. Выражают ее обычно в процентах с точностью до целых:
f =(е/Е)*100%.
Относительная влажность выражает степень насыщения воздуха водяными парами.
Дефицит насыщения водяного пара (недостаток насыщения) d - разность между упругостью насыщения и фактической упругостью водяного пара:
d = Е - е
Дефицит насыщения выражают в тех же единицах и с той же точностью, что и величины е и Е. При увеличении относительной влажности дефицит насыщения уменьшается и при f = 100 % становится равным нулю.
Так как Е зависит от температуры воздуха, а е - от содержания в нем водяного пара, то дефицит насыщения является комплексной величиной, отражающей тепло- и влагосодержание воздуха. Это позволяет шире, чем другие характеристики влажности, использовать дефицит насыщения для оценки условий произрастания сельскохозяйственных растений.
Точка росы td (°С) - температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при данном давлении, достигает состояния насыщения относительно химически чистой плоской поверхности воды. При f = 100 % фактическая температура воздуха совпадает с точкой росы. При температуре ниже точки росы начинается конденсация водяных паров с образованием туманов, облаков, а на поверхности земли и предметов образуются роса, иней, изморозь.
Удельная влажность q (г/кг) - количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 кг влажного воздуха:
q = 622 е/Р,
где е - упругость водяного пара, гПа; Р - атмосферное давление, гПа.
Удельную влажность учитывают в зоометеорологических расчетах, например, при определении испарения с поверхности органов дыхания у сельскохозяйственных животных и при определении соответствующих затрат энергии.
Изменение характеристик влажности воздуха в атмосфере с высотой
Наибольшее количество водяного пара содержится в нижних слоях воздуха, непосредственно прилегающих к испаряющей поверхности. В вышележащие слои водяной пар проникает в результате турбулентной диффузии.
Проникновению водяного пара в вышележащие слои способствует то обстоятельство, что он легче воздуха в 1,6 раза (плотность водяного пара по отношению к сухому воздуху при 00С равна 0,622), поэтому воздух, обогащенный водяным паром, как менее плотный стремится подняться вверх.
Распределение упругости водяного пара по вертикали зависит от изменения давления и температуры с высотой, от процессов конденсации и облакообразования. Поэтому трудно теоретически установить точную закономерность изменения упругости водяного пара с высотой.
Парциальное давление водяного пара с высотой уменьшается в 4...5 раз быстрее, чем атмосферное давление. Уже на высоте 6 км парциальное давление водяного пара в 9...10 раз меньше, чем на уровне моря. Это объясняется тем, что в приземный слой атмосферы водяной пар поступает непрерывно в результате испарения с деятельной поверхности и его диффузии за счет турбулентности. Кроме того, температура воздуха с высотой понижается, а возможное содержание водяного пара ограничивается температурой, так как понижение ее способствует насыщению пара и его конденсации.
Уменьшение упругости пара с высотой может чередоваться с ее ростом. Например, в слое инверсии упругость пара обычно растет с высотой.
Относительная влажность распределяется по вертикали неравномерно, но с высотой в среднем она уменьшается. В приземном слое атмосферы в летние дни она несколько возрастает с высотой за счет быстрого понижения температуры воздуха, затем начинает убывать вследствие уменьшения поступления водяного пара и снова возрастает до 100 % в слое образования облаков. В слоях инверсии она резко уменьшается с высотой в результате повышения температуры. Особенно неравномерно изменяется относительная влажность до высоты 2...3 км.
Суточный и годовой ход влажности воздуха
В приземном слое атмосферы наблюдается хорошо выраженный суточный и годовой ход влагосодержания, связанный с соответствующими периодическими изменениями температуры.
Суточный ход упругости водяного пара и абсолютной влажности над океанами, морями и в прибрежных районах суши аналогичен суточному ходу температуры воды и воздуха: минимум перед восходом Солнца и максимум в 14... 15 ч. Минимум обусловлен очень слабым испарением (или его отсутствием вообще) в это время суток. Днем по мере увеличения температуры и соответственно испарения влагосодержание в воздухе растет. Таков же суточный ход упругости водяного пара и над материками зимой.
Годовой ход упругости водяного пара и абсолютной влажности совпадают с годовым ходом температуры воздуха как над океаном, так и над сушей. В Северном полушарии максимум влагосодержания воздуха наблюдается в июле, минимум - в январе. Например, в Санкт-Петербурге средняя месячная упругость пара в июле составляет 14,3 гПа, а в январе - 3,3 гПа.
Суточный ход относительной влажности зависит от упругости пара и упругости насыщения. С повышением температуры испаряющей поверхности увеличивается скорость испарения и, следовательно, увеличивается е. Но Е растет значительно быстрее, чем е, поэтому с повышением температуры поверхности, а с ней и температуры воздуха относительная влажность уменьшается. В итоге ход ее вблизи земной поверхности оказывается обратным ходу температуры поверхности и воздуха: максимум относительной влажности наступает перед восходом Солнца, а минимум - в 15...16 ч (рис. 5.2). Дневное ее понижение особенно резко выражено над континентами в летнее время, когда в результате турбулентной диффузии пара вверх е у поверхности уменьшается, а вследствие роста температуры воздуха Е увеличивается. Поэтому амплитуда суточных колебаний относительной влажности на материках значительно больше, чем над водными поверхностями.
В годовом ходе относительная влажность воздуха, как правило, также меняется обратно ходу температуры. Например, в Санкт-Петербурге относительная влажность в мае в среднем составляет 65 %, а в декабре - 88 % (рис. 5.3). В районах с муссонным климатом минимум относительной влажности приходится на зиму, а максимум - на лето вследствие летнего переноса на сушу масс влажного морского воздуха: например, во Владивостоке летом f= 89%, зимой f=68 %.
Ход дефицита насыщения водяного пара параллелен ходу температуры воздуха. В течение суток дефицит бывает наибольшим в 14...15 ч, а наименьшим - перед восходом Солнца. В течение года дефицит насыщения водяного пара имеет максимум в самый жаркий месяц и минимум в самый холодный. В засушливых степных районах России летом в 13ч ежегодно отмечается дефицит насыщения, превышающий 40 гПа. В Санкт-Петербурге дефицит насыщения водяного пара в июне в среднем составляет 6,7гПа, а в январе - только 0,5 гПа.
Влажность воздуха в растительном покрове
Растительный покров оказывает большое влияние на влажность воздуха. Растения испаряют большое количество воды и тем самым обогащают водяным паром приземный слой атмосферы, в нем наблюдается повышенное влагосодержание воздуха по сравнению с оголенной поверхностью. Этому способствует еще и уменьшение растительным покровом скорости ветра, а следовательно, и турбулентной диффузии пара. Особенно резко это выражено в дневные часы. Упругость пара внутри крон деревьев в ясные летние дни может быть на 2...4 гПа больше, чем на открытом месте, в отдельных случаях даже на б... 8 гПа. Внутри агрофитоценозов возможно повышение упругости пара по сравнению с паровым полем на 6...11 гПа. В вечерние и ночные часы влияние растительности на влагосодержание меньше.
Большое влияние растительный покров оказывает и на относительную влажность. Так, в ясные летние дни внутри посевов ржи и пшеницы относительная влажность на 15... 30 % больше, чем над открытым местом, а в посевах высокостебельных культур (кукуруза, подсолнечник, конопля) - на 20...30 % больше, чем над оголенной почвой. В посевах наибольшая относительная влажность наблюдается у поверхности почвы, затененной растениями, а наименьшая - в верхнем ярусе листьев.
Дефицит насыщения водяного пара соответственно в посевах значительно меньше, чем над оголенной почвой. Его распределение характеризуется понижением от верхнего яруса листьев к нижнему.
Ранее отмечалось, что растительный покров значительно влияет на радиационный режим, температуру почвы и воздуха, существенно изменяя их по сравнению с открытым местом, т.е. в растительном сообществе формируется свой, особый метеорологический режим - фитоклимат. Насколько сильно он выражен, зависит от вида, габитуса и возраста растений, густоты насаждения, способа посева (посадки).
Влияют на фитоклимат и погодные условия - в малооблачную и ясную погоду фитоклиматические особенности проявляются сильнее.
Методы и приборы для измерения влажности воздуха
Влажность воздуха может быть измерена несколькими методами: абсолютным (весовым), психрометрическим и гигрометрическим (сорбционным).
Сущность абсолютного метода заключается в том, что через стеклянные трубки, наполненные каким-либо гигроскопичным веществом (например, хлористым кальцием, крепкой серной кислотой), пропускают определенный объем воздуха. Трубки взвешивают до и после пропускания через них влажного воздуха и по прибавлению их массы судят о количестве поглощенного водяного пара. Разделив прибавленную массу на объем пропущенного через трубки воздуха, определяют его абсолютную влажность в г/м3.
Этот способ определения влажности воздуха кропотлив, занимает много времени, и поэтому его применяют только в лабораториях.
Наибольшее распространение получили психрометрический и гигрометрический (сорбционный) методы.
Психрометрический метод измерения основан на охлаждении одного из двух психрометрических термометров за счет испарения, так как его резервуар обернут кусочком батиста и перед измерением смачивается дистиллированной водой. На этом принципе действуют станционный и аспирационный психрометры.
Станционный психрометр устанавливают в психрометрической будке (рис. 5.4) на метеоплощадке.
Аспирационный психрометр МВ-4М (рис. 5.5) по принципу действия не отличается от станционного психрометра. Главная особенность конструкции этого прибора - наличие аспирационного устройства, обеспечивающего обдувание резервуаров термометров воздухом. Его широко применяют при полевых наблюдениях, так как он удобен при переноске.
При измерении температуры и влажности воздуха в посевах аспирационный психрометр устанавливают горизонтально (или вертикально) на нужном уровне. Отверстия защитных трубок должны быть ориентированы в противоположную от Солнца сторону и навстречу ветру.
По психрометру влажность воздуха определяют только до температуры воздуха -10 "С. При более низких температурах показания психрометра ненадежны, поэтому переходят на сорбционный метод.
Гигрометрический (сорбционный) метод измерения влажности воздуха основан на свойстве гигроскопических тел, реагировать на изменение влажности воздуха.
Волосной гигрометр МВ-1 служит для измерения относительной влажности воздуха (рис. 5.6). Действие прибора основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса, изменять, длину в зависимости от относительной влажности воздуха.
Гигрограф волосной М-21А применяют для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха (рис. 5.7). Приемником влажности является пучок обезжиренных человеческих волос. В зависимости от скорости вращения барабана различают гигрографы двух видов: суточные и недельные.
Приборы, работающие на гигрометрическом принципе, - относительные. Поэтому их показания необходимо определенным способом корректировать с показаниями психрометра.
Значение влажности воздуха для с-х производства
Водяной пар, содержащийся в атмосфере, имеет, как отмечалось в главе 2, большое значение в сохранении тепла на земной поверхности, так как он поглощает излучаемое ею тепло. Влажность воздуха относится к числу элементов погоды, имеющих существенное значение и для сельскохозяйственного производства.
Влажность воздуха оказывает большое влияние на растение. Она в значительной степени обусловливает интенсивность транспирации. При высокой температуре и пониженной влажности транспирация резко увеличивается и у растений возникает большой недостаток воды, что отражается на их росте и развитии. Например, отмечается недоразвитие генеративных органов, задерживается цветение.
Низкая влажность в период цветения обусловливает пересыхание пыльцы и, следовательно, неполное оплодотворение, что у зерновых, например, вызывает череззерницу. В период налива зерна чрезмерная сухость воздуха приводит к тому, что зерно получается щуплым, урожай снижается.
Малое влагосодержание воздуха приводит к мелкоплодности плодовых, ягодных культур, винограда, слабой закладке почек под урожай будущего года и, следовательно, снижению урожая.
Влажность воздуха отражается и на качестве урожая. Отмечено, что низкая влажность снижает качество льноволокна, но повышает хлебопекарные качества пшеницы, технические свойства льняного масла, содержание сахара в плодах и т. д.
Особенно неблагоприятно снижение относительной влажности воздуха при недостатке почвенной влаги. Если жаркая и сухая погода длится продолжительное время, то растения могут засохнуть.
Отрицательно сказывается на росте и развитии растений и длительное повышение влагосодержания (f > 80 %). Избыточно высокая влажность воздуха обусловливает крупноклеточное строение ткани растений, что приводит в дальнейшем к полеганию зерновых культур. В период цветения такая влажность воздуха препятствует нормальному опылению растений и снижает урожай, так как меньше раскрываются пыльники, уменьшается лет насекомых.
Повышенная влажность воздуха задерживает наступление полной спелости зерна, увеличивает содержание влаги в зерне и соломе, что, во-первых, неблагоприятно отражается на работе уборочных машин, а во-вторых, требует дополнительных затрат на просушку зерна.
Снижение дефицита насыщения до 3 гПа и более приводит практически к прекращению уборочных работ из-за плохих условий.
В теплое время года повышенная влажность воздуха способствует развитию и распространению ряда грибных заболеваний сельскохозяйственных культур (фитофтороз картофеля и томатов, милдью винограда, белая гниль подсолнечника, различные виды ржавчины зерновых культур и др.). Особенно усиливается влияние этого фактора с увеличением температуры.
От влажности воздуха зависят и сроки проведения ряда сельскохозяйственных работ: борьбы с сорняками, закладки кормов на силос, проветривания складских помещений, сушки зерна и др.
В тепловом балансе сельскохозяйственных животных и человека с влажностью воздуха связан теплообмен. При температуре воздуха ниже 10 °С повышенная влажность усиливает теплоотдачу организмов, а при высокой температуре - замедляет.
Министерство образования и науки РФ
Муниципальное общеобразовательное учреждение
Мыльджинская основная школа
имени В. Н. Ляшенко
РЕФЕРАТ
по теме: Влажность воздуха
Выполнила:
ученица 8 класса
Тарновская Оксана
Руководитель:
Лесковец И. П.
учитель физики
| Введение | 3 | ||
| 1. | Влажность воздуха и вода | ||
| 1.1 | Характеристики влажности | 4 | |
| 2. | Влажность воздуха в разных уголках земного шара | ||
| 2.1 | Измерение влажности в атмосфере Земли | 6 | |
| 2.2 | Суточные и годовые колебания влажности | 6 | |
| 2.3 | Гидрологический цикл | 6 | |
| 3 | Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека | ||
| 3.1 | Заболевания, старение кожного покрова | 9 | |
| 3.2 | Аллергия | 10 | |
| 4 | Измерители влажности | ||
| 4.1 | Природные | 11 | |
| 4.2 | Искусственные | 12 | |
| 4.3 | Волосяной гигрометр | 13 | |
| 4.4 | Психрометр | 13 | |
| 5 | Разрушающее действие влажности | ||
| 5.1 | Влажность и климат | 15 | |
| 5.2 | Влажность и книги | 15 | |
| 5.3 | Влажность и серверы | 16 | |
| 6 | Это интересно | ||
| 6.1 | Сосуды и капилляры древесины | 17 | |
| 6.2 | Бальсовое дерево | 17 | |
| 6.3 | Пословицы и поговорки | 18 | |
| 6.4 | Народные приметы | 18 | |
| 6.5 | Задачи - загадки | 18 | |
| Заключение | 20 | ||
| Список литературы | 21 | ||
| Приложение 1 | 22 | ||
| Приложение 2 | 22 | ||
| Приложение 3 | 23 | ||
| Приложение 4 | 24 | ||
| Приложение 5 | 25 | ||
| Приложение 6 | 26 | ||
Введение
Влага является одним из обязательных компонентов всех живых организмов на земле, окружающей нас биосферы, а также большинства материалов, используемых человеком. Содержание влаги в окружающей среде оказывает влияние на характер и интенсивность происходящих в живых объектах биохимических и физико-химических процессов. От влажности зависят физические, химические, механические и технологические свойства значительной части неметаллических материалов. Почти во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, энергетике и строительстве применяются процессы сушки и увлажнения, предназначенные для изменения влажности материалов.
Впервые о влажности воздуха я узнала на уроках физики, изучая тему «Тепловые явления». Занимательные опыты и лабораторные работы произвели на меня огромное впечатление, и я захотела еще больше узнать об этом удивительном явлении. Влажность воздуха играет огромную роль в мире и повседневной жизни человека. От нее зависит здоровье людей, климат на планете, качество мебели, книг, зданий. Мне очень бы хотелось, чтобы люди как можно больше знали о зависимости здоровья от влажности, как нам беречь свою планету, сохранить старинные книги и музеи.
Цель моего реферата узнать о характеристиках влажности, какие изменения влажности существуют в атмосфере Земли, как влияет влажность воздуха на человека, познакомить с природными и искусственными измерителями влажности, какое разрушающее действие оказывает влажность, привести интересные факты о влажности.
Задачи, которые я перед собой ставила:
Сбор материала по теме реферата и его обработка;
Выстраивание содержания основной части;
Выводы о проделанной работе;
Оформление обобщённого материала;
Подготовка презентации;
Презентация реферата на нучно-практической конференции.
Моя работа состоит из 6 глав. Мною были изучены и обработаны следующие материалы: литературные источники, среди которых учебная, научная, периодические издания и Интернет сайты. Оформлены приложения, в которых содержатся: таблица изменения влажности в атмосфере земли, таблица гидрологических циклов, прибор волосяного гигрометра, психрометра, пример психрометрической таблицы, расположение сосудов и капилляров в древесине.
1. Влажность воздуха и вода
1.1 Характеристики влажности
Важной характеристикой состояния атмосферы является влажность воздуха или степень насыщения воздуха водяными парами. Она выражается отношением содержания водяных паров в воздухе к их содержанию при насыщении воздуха при данной температуре. Для количественной оценки влажности воздуха используют абсолютную и относительную влажность воздуха.
Абсолютную влажность воздуха измеряют плотностью водяного пара, находящегося в воздухе, или его давлением Пa. Если температура низка, то данное количество водяного пара в воздухе может оказаться близким к насыщению, воздух будет сырым. При более высокой температуре то же количество водяного пара далеко от насыщения, воздух – сухой. Для суждения о степени влажности важно знать близок или далек водяной пар, находящийся в воздухе от состояния насыщения. Для этого вводят понятие относительной влажности – ведь она дает более ясное представление о степени влажности воздуха. Относительная влажность воздуха измеряется числом, показывающим, сколько процентов составляет абсолютная влажность от давления водяного пара PН, насыщающего воздух при имеющейся у него температуре.
Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, называется точкой росы. При насыщении воздуха водяными парами вода в нем больше не испаряется. При повышенной влажности человек острее ощущает низкие температуры. Многие могли убедиться, что сильные морозы при низкой влажности воздуха переносятся легче, чем не столь сильные, но при высокой влажности. Дело в том, что пары воды, так же как и жидкая вода, обладают гораздо большей теплоемкостью, чем воздух. Поэтому во влажном воздухе тело отдает в окружающее пространство больше теплоты, чем в сухом. В жаркую погоду высокая влажность опять же вызывает дискомфорт. В этих условиях уменьшается испарение влаги с поверхности тела (человек потеет), а значит, тело хуже охлаждается и, следовательно, перегревается. В очень сухом воздухе тело теряет слишком много влаги и, если не удается ее восполнить, это сказывается на самочувствии человека.
Абсолютно сухого воздуха практически не бывает. В нем всегда присутствует влага хотя бы в следовых количествах. Оказывается, что ничтожные количества воды иногда могут сильно влиять на химические свойства многих веществ. В 1913 г. английским химиком Бейкером было установлено, что жидкости, осушенные в течение девяти лет в запаянных ампулах, кипят при гораздо более высоких температурах, чем указано в справочниках. Например, бензол начинает кипеть при температуре на 26° выше обычной, а этиловый спирт – на 60, бром – на 59, а ртуть – без малого на 100°. Температура замерзания этих жидкостей повысилась. Влияние следов воды на эти физические характеристики до сих пор не нашли удовлетворительного объяснения. В хорошо высушенном кислороде уголь, сера, фосфор горят при температуре, на много превышающей температуру их горения в неосушенном воздухе. Считают, что влага играет каталитическую роль в этих химических реакциях. Из пересыщенного водяными парами воздуха образуется туман. Он состоит из мельчайших капелек воды размером от 0,0001 до 0,1 мм. Капельки воды легче конденсируются на твердых частичках, находящихся в воздухе в виде пыли.
На данном принципе основаны процессы образования искусственного дождя. Для этого в тучи вводят затравки, на которых происходит конденсация воды или кристаллизация льда. Крупные градины получаются в том случае, если кристаллизация происходит на малом количестве центров. Если в тучу будет введено много затравок, то получатся мелкие кристаллы льда (они не могут вырасти, так как вся вода будет закристаллизована), которые при падении на землю часто успевают расплавиться и превратиться в дождь. Для широкого применения эти соли довольно дороги. Однако град может привести к гораздо большим экономическим потерям. Кроме дождя и града атмосферные осадки также выпадают в виде снега.
2. Влажность воздуха в разных уголках Земного шара
2.1 Изменения влажности в атмосфере Земли
Влажность воздуха земной атмосферы колеблется в широких пределах. Так, у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2% по объёму в высоких широтах до 2,5% в тропиках. Соответственно упругость пара в полярных широтах зимой меньше 1 Мб (иногда лишь сотые доли Мб) и летом ниже 5 Мб; в тропиках же она возрастает до 30 Мб, а иногда и больше. В субтропических пустынях е понижена до 5-10 Мб (1 Мб = 10 2 -н/м 2). Относительная влажность r очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85% и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт - здесь за счёт низкой температуры воздуха. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы (Индия - 75-80%). Низкие значения r наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50% и ниже). С высотой относительная влажность и ускорение свободного падения быстро убывают. На высоте 1,5-2 км упругость пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности. На тропосферу (нижние слои 10-15 км) приходится 99% водяного пара атмосферы. В среднем над каждым м 2 земной поверхности в воздухе содержится около 28,5 кг водяного пара. (Приложение 1)