Пояснительная записка.

В условиях ускоряющегося социального и научно-технического прогресса знание его существа и содержания становятся не только частью образования, общей культуры, необходимым условием овладения профессией, но и обязательным фактором грамотного и творческого участия в управлении производством. Научно-технический прогресс в народном хозяйстве заключается как во внедрении в производство научных достижений, технических и технологических новшеств, так и в коренном научно-техническом преобразовании труда, превращении науки в непосредственную производительную силу.

    Одна из главных задач современной школы – подготовка молодежи к развитию производительных сил общества на основе последних достижений науки и техники. Физика определяет научные основы многих современных технологий, развитие физической науки непосредственно связано с важнейшими направлениями НТП. Именно поэтому научные основы этих направлений становится частью содержания школьного образования.

     Задача общего образования – подготовить не будущего ученого, но гражданина. Вот почему исключительное значение имеет не только определенный набор знаний об окружающем мире. Знания о природе – немаловажная основа для развития чувства родства с природой, формирование моральных качеств личности, способности мыслить масштабно и предвидеть возможные последствия деятельности человека для окружающей среды, здоровья, образа жизни самих людей. Они являются также отправной точкой для развития способностей использовать экологические принципы во всех областях человеческой деятельности в интересах разумного развития общества, а также для воспитания нравственности.

      Знания о природе и человеке в их взаимосвязи являются исходным пунктом комплексного понимания проблематики связей между человеком и биосферой, осознание того, насколько важно применение экологических принципов также в экономике, технике, социальной сфере.

     С этих позиций предлагаемое пособие представляет особый интерес, так как оно призвано помочь учителю.

     Чтобы помощь была более полной, в пособии дается подробное описание оборудования в определенной последовательности – от измерительных приборов до материалов лабораторного практикума. Затем даются указания по методике и технике их проведения. Это дает возможность учителю продуктивнее затратить свой труд при подборе оборудования и организации занятий. Из предложенных работ учитель может выбрать те работы, которые в условиях данной школы могут быть выполнены.

      Кроме этого в пособии даны задачи с техническим содержанием. Задачи такого типа вызывают интерес школьников к физике, формируются их политехнические знания и умения, развиваются творческие способности.

Содержание.

I. Задачи с техническим содержанием.

   1. Энергия топлива. Тепловая отдача…………….4

   2. Закон сохранения и превращения энергии…….7

   3.  Тепловые двигатели……………………………11

   4.  Электромагнитные явления…………………...12

   5. Атомная энергия и радиоактивность.

Их использование в мирных целях……………….17

II. Лабораторный практикум.

1.     Органолептическая оценка воды……………...19

2.     Оценка водопроводной воды и воды,

прошедшей через бытовой фильтр……………23

3.     Определение уровня радиационного

загрязнения……………………………………..25

4.     Определение уровня шумового загрязнения…31

5.     Определение сравнительной устойчивости

древесных растений к выхлопным газам

автотранспорта. Выявление биоиндикаторов..35

6.     Автотранспорт – основной загрязнитель

биосферы больших городов. Определение

загруженности улиц автотранспортом

и некоторых параметров окружающей

среды, усугубляющих загрязнение…………...39

7.     Оценка уровня загрязнения атмосферного

воздуха отработанными газами автотранспорта

на участке магистральной улицы (по

концентрации СО)……………………………..42

8.     Измерение продолжительности жизни людей

         во временном плане под влиянием антропогенных

факторов………………………………………..47

9.     Определение площади листьев у древесных

растений в загрязненной и чистой зонах……..49

10. Определение плодородия почвы по ее цвету и

продуктивности растений……………………..52

III. Используемая литература. …………………..56

Задачи с техническим содержанием.

Энергия топлива. Тепловая отдача.

1.Автомобиль потребляет 26,5 л бензина на 100 км пути. Какое количество теплоты выделено на этом пути топливом? (≈200 000 ккал)

2. 1 м³  природного газа выделяет столько же тепла, сколько 2,3 кг подмосковного бурого угля. Определите теплоту сгорания 1 м³ газа. Теплота сгорания бурого угля 4 000 ккал/кг. (9 200 ккал/м³)

3. Теплота сгорания химических взрывчатых веществ меньше теплоты сгорания жидких горючих. Чем объяснить, что пироксилин, у которого теплота сгорания в 10 раз меньше, чем у керосина, при взрыве производит большие разрушения, чем такое же количество керосина при сгорании?  (Большой скоростью горения)

4. Почему из всех видов топлива самым удобным и дешёвым является газ? (Дешевизна, удобство транспортировки к потребителю и хорошее горение вследствие лучшего смешения с воздухом)

5. В топках паровых котлов тепловой станции в сутки выделяется 16∙10⁹ ккал теплоты. Какое количество бурого угля потребляет станция за это время? Теплота сгорания бурого угля 4 000 ккал/кг. (4 000 т)

6. Определите количество природного газа, необходимого для нагревания 5 т чугуна от 20⁰С до температуры его плавления (1320⁰С) в плавильной печи с к.п.д. 10% (см. задачу 2) (≈800 м³)

7. Одна из скважин около г.Махачкалы даёт в сутки 50 000 м³ горячей воды при температуре 60⁰С. Какое количество отдаёт скважина в сутки, если вода затем охлаждается до 20⁰С? (84∙10¹¹Дж)

8. Вода из водяной рубашки двигателя выходит нагретой до 85⁰С, затем поступает в радиатор, где охлаждается до 80⁰С, и вновь следует в водяную рубашку. Какое количество теплоты уносится водой от двигателя ежесекундно, если производительность насоса, перекачивающего воду, равна 0,0001м³/с? (2,1 кДж/с)

9. Энергия, освобождаемая в атомном реакторе, уносится жидким натрием. Определите количество теплоты, которое выделяется реактором ежесекундно, если насосы перекачивают 64 000 м³ натрия в час. Температура теплоносителя при входе в реактор 420⁰С, а на выходе из него – 600⁰С. Удельная теплоемкость жидкого натрия 1260 Дж/(кг∙⁰С), а его плотность 800 кг/м³. (3,2 млн. кДж/с)

10.Для повышения твёрдости и прочности стальных изделий применяют закалку (нагрев до некоторой температуры с последующим быстрым охлаждением). Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть стальной молоток массой 500 г от 17 до 817⁰С? Вычислите, какое количество теплоты выделяет молоток, если его охлаждают в жидком кислороде, температура которого – 183⁰С. Удельная теплоёмкость стали 460 Дж/(кг∙⁰С). (184 кДж; 2,3 МДж)

11. Влажное зерно сушат в потоке тёплого воздуха. Какова производительность вентилятора (в кубических метрах в час), если воздух отдаёт ежечасно 60 340 кДж энергии, а температура его понижается на 4⁰С? Удельную теплоёмкость воздуха принять равной 1260 Дж/(м³∙⁰С).  (12 000 м³/ч)

12. Теплота сгорания водорода (12∙10⁷Дж/кг) намного больше теплоты сгорания природного газа (4,4∙10⁷Дж/кг). 1) В каком случае выделится больше количества теплоты – при полном сгорании водорода или природного газа? Полагать, что газы содержатся в баллонах одинакового объёма, температура и давление газов в них одинаковы. 2) Докажите это расчётным путём, если объёмы баллонов по 0,04 м³, плотность водорода в баллоне составляет 4,5 кг/м³, а природного газа – 35 кг/м³.  (1. При сгорании водорода должно выделится меньше количества теплоты, т.к. плотность его меньше, чем у природного газа.    2. Масса водорода в баллоне m₁ =4,5 кг/м³∙0,04 м³=0,176 кг, при его сгорании выделяется Q₁=12∙10⁷ Дж/кг∙0,176 кг=210∙10⁵ Дж энергии. При сгорании природного газа Q₂=620∙10⁵ Дж, т.е. больше почти в 3 раза).

13. Тепловая электростанция мощностью 2 400 000 кВт потребляет 1500 т угля в час. Каков КПД станции? (20 %)

14. Для нормального сгорания 1 кг топлива необходимо 15 кг воздуха. При такой пропорции 1 кг горючего даёт 2 900 кДж энергии. Но теплота сгорания жидких горючих больше указанной величины в десятки раз, например теплота сгорания бензина 46 200 кДж/кг. Чем это вызвано?   (Если вещество сгорает в воздухе, то значительная доля выделяемой энергии расходуется на нагревание газов, главным образом азота, которые не участвуют в окислении топлива.)

15.Температура пламени газа, который горит в воздухе, достигает 1200⁰С, а газа, горящего в кислороде, 3000⁰С. Чем объясняется такая разница температуры в том и другом случаях? (Если вещество сгорает в воздухе, то значительная доля выделяемой энергии расходуется на нагревание газов, главным образом азота, которые не участвуют в окислении топлива.)

Закон сохранения и превращения энергии.

1.При торможении автомобиля совершается работа, равная 92 000 кГ∙м. Какое количество теплоты выделяется при этом?  (215 ккал)

2.Одним из способов изготовления проволоки является метод выдавливания. Заготовку (выдавливаемый материал – обычно медь или алюминий) в разогретом состоянии помещают на дно цилиндра с отверстием, а затем на неё давят поршнем. На сколько увеличивается энергия заготовки (выразить в тепловых единицах), если поршень давит с силой в 3 000 кН и проходит путь длиной 5о см? На нагревание заготовки идёт 70% энергии.   (1 050 кГ∙м, т.е. на 2,5 ккал)

3. Двигатель автомобиля потребляет в час 19 кг топлива (бензина). Какую работу совершает двигатель за это время, если его КПД 25%? Теплота сгорания бензина 11 000 ккал/кг.  (22 000 000 кГ∙м)

4. Напор воды Нурекской ГЭС 300 м. На сколько повысилась бы температура каждого кубического метра воды, если её механическая энергия полностью превратилась бы во внутреннюю энергию? Какие преобразования энергии происходят при падении воды из верхнего бьефа плотины в нижний?     (На 0,7⁰. Потенциальная энергия воды преобразуется в кинетическую и частично идет на увеличение её внутренней энергии).

5. Мощность солнечных лучей, падающих на всю земную поверхность, равна 230 триллионам (230∙10¹²) л.с. Сколько электростанций, подобных Красноярской (проектируемая мощность которой 6 млн. квт), могли бы дать такую же мощность?  (около 28 млн. станций)

6. На юге работают установки, использующие энергию солнечных лучей. Какова энергия лучей, получаемая такой установкой в минуту, если площадь, принимающая лучи, равна 20 000 м² (мощность солнечных лучей, падающих на каждый квадратный метр земной поверхности, в среднем 1,4 квт)?     (470 квт∙ч, или 4∙10⁵ ккал.)

7. Лом черных металлов переплавляется в сталь в мартеновских печах. Какое количество теплоты требуется для нагревания и расплавления 10 т стального лома, если начальная температура его 20⁰С? Удельная теплоёмкость стали 0,11 ккал/кг∙град, температура плавления 1 400⁰С, удельная теплота плавления 66 ккал/кг.  (2 200 000 ккал)

8.Кормозапарник производит в час 70 кг пара. Определите КПД топки, если за это время в ней сжигают 40 кг дров. Давление пара считать нормальным, начальная температура воды 40⁰С. Удельная теплота сгорания дров 3 000 ккал/кг, удельная теплота парообразования воды 539 ккал/кг.  (Около 35%)

9. Почему при низких температурах для обращения в пар требуется большее количество теплоты, чем при более высоких температурах? Может ли вода кипеть при температуре как меньше 100⁰С, так и больше?     (Чтобы вылететь из жидкости, молекула должна обладать достаточной кинетической энергией для преодоления силы притяжения со стороны молекул жидкости. При низкой температуре скорость, следовательно и кинетическая энергия, молекулы невелика, поэтому требуется больше теплоты, чтобы повысить её скорость до необходимого значения.   Может. С повышением давления температура кипения повышается).

10. При перегонке нефти её нагревают, в результате чего из смеси сначала выделяется бензин, лигроин, а затем уже керосин, соляр и др. Что можно сказать о температуре кипения этих веществ?   (Температуры кипения этих веществ различны. Самая низкая температура кипения бензина; лигроин и керосин кипят при более высокой температуре).

11. Чистый кислород, широко применяемый в народном хозяйстве, получают из жидкого воздуха. Как самым простым способом можно выделить  кислород из воздуха, зная, что температура кипения азота и кислорода (основных составляющих воздуха) равны соответственно -196⁰С и  -183⁰С?  (Сжигать воздух. Из жидкого воздуха сначала выкипает азот, т.к. его температура кипения ниже, чем у кислорода).

12. Кастрюля-скороварка представляет сосуд, закрытый герметически, из которого пар может выходить только через предохранительный клапан. Почему в таком сосуде вода закипает быстрее?  (Количество теплоты в герметически закрытом сосуде не теряется вместе с парами).

13. Потребляя 150 т угля, тепловая электростанция вырабатывает в котлах 950 т пара при температуре 560⁰С. Определите КПД парового котла электростанции. Удельная теплоёмкость пара 210 Дж/(кг∙⁰С).     (60%)

Тепловые двигатели.

1. Для чего применяется смазка в двигателе? Почему смазочный материал при работе двигателя всё время проходит через фильтры, несмотря на то что в картер (поддон) заливается чистое масло?   (Для уменьшения силы трения и частичного охлаждения трущихся частей. При работе смазочное масло загрязняется металлическими опилками, образующимися от трения поверхностей)

2. Почему в воздухе, поступающем в цилиндр, должно быть как можно меньше пыли? (Пыль вызывает сравнительно быстрый износ и потери компрессии в поршневой паре).

3. Для увеличения мощности паровых турбин стараются повысить температуру пара, а также его давление. Преимущественно какой вид энергии молекул пара увеличивается при повышении температуры? Какой – при увеличении его давления?  (При увеличении температуры – кинетическая энергия; при увеличении давления – потенциальная).

4. Мощность двигателей ракеты, которая вывела на орбиту космический корабль с первым в мире космонавтом Ю.Гагариным, достигала 20 000 000 л.с. Сколько топлива в среднем сжигалось в двигателях ракеты в секунду, если теплоту сгорания его принять равной       12 000 ккал/кг? Потерями тепла пренебречь.   (≈300 кг/сек).

5. Отработанный пар в паровой турбине охлаждается в градирнях (испарительных устройствах), имеющих форму башни. Какова мощность турбины, если в градирнях испаряется 0,85 м³ охлаждающей воды в секунду? КПД турбины принять равным 30%.   (840 МВт)

Электромагнитные явления.

1. Мощность генераторов Братской ГЭС равна 3 500 000 квт. Какую энергию вырабатывает станция в течение 10 месяцев?   (25,2 млрд. квт∙ч)

2. В дневное и вечернее время электростанции сильно перегружены и потребителям не хватает электроэнергии. Поэтому приходится строить дополнительные станции, которые ночью бездействуют. Для выхода из этого положения начали строить гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Ночью они за счёт избытка энергии качают насосами воду в высокоустроенный водоём. Днём насосы выполняют роль гидротурбин. Расскажите какие преобразования происходят в этом случае. Сколько воды накачивает насос-турбина на высоту 100 м, если он затрачивает на это энергию 700 000 квт∙ч?  (В ночное время насосы приводятся в действие электроэнергией и поднимают воду на некоторую высоту, электрическая энергия превращается в потенциальную энергию воды. В дневные часы потенциальная энергия воды используется для выработки электроэнергии.   2 600 000 Т).

3. При движении со скоростью 6,44 км/ч электродвигатель аккумуляторного рудничного электровоза развивает мощность 12 кВт. Определите силу тяги электровоза. В каком отношении эксплуатация такого локомотива в рудниках выгоднее, чем других видов транспорта?   (6,7 кН; питание энергией от контактной линии опасно, ибо в рудниках возможна взрывоопасная концентрация газов).

4. В будущем широкое применение найдут магнитогазодинамические генераторы тока, опытные образцы которых уже действуют в стране. Внутреннюю энергию газа они непосредственно преобразуют в электрическую. Ток в генераторе создаётся следующим образом. Струя плазмы (так называется газ, молекулы и атомы которого расщеплены вследствие высокой температуры на электроны и положительные частицы) направляется в промежуток между двумя пластинами, находящимися в сильном магнитном поле, при этом между пластинами создаётся напряжение. Объясните причину его возникновения. (Движущиеся электроны и положительные частицы, направленное движение которых представляет собой электрический ток, в магнитном поле отклоняются к пластинам: электроны – к одной из них, положительные ионы – к другой. Таким образом, одна из пластин заряжается отрицательно, другая – положительно. Между ними создаётся напряжение).

5. Почему в магнитогазодинамическом генераторе к продуктам сгорания добавляют пары металлов, например калия и цезия, атомы которых легко освобождают свои электроны? (Чем больше число ионов в газе, подаваемом в магнитное поле, тем больше они попадают на пластины (электроды). Вследствие этого электроды заряжаются сильнее, а следовательно, напряжение, создаваемое зарядами, достигает большего значения).

6. Почему необходимо обеспечить надёжное заземление корпусов электродвигателей, пусковых аппаратов, металлических оболочек кабелей, кожухов рубильников и других устройств, находящихся под напряжением? (Если заземление отсутствует, то в случае замыкания корпус электроаппарата оказывается под напряжением).

7. Почему при возникновении пожара в электроустановках нужно немедленно отключить рубильник? Почему нельзя гасить огонь, вызванный током, водой или обычным огнетушителем, а необходимо применять песок или пескоструйный огнетушитель? (Вода и струя обычного огнетушителя сами являются проводниками; ток может «ударить» человека по струе).

8. При ремонте электроустановок и линий электропередачи токоведущие провода после проверки отсутствия напряжения надёжно заземляются металлическими канатами. Объясните значение такой меры предосторожности. (Чтобы обслуживающий персонал не остался под напряжение в случае включения линии по ошибке).

9. При заземлении электролинии один конец каната сначала заземляют, а затем второй его конец набрасывают на провода линии. Почему не поступают наоборот? (Если провода находятся под напряжением, то рабочий, забрасывающий незаземленный канат на линию, рискует оказаться под напряжением, так как линия может быть по ошибке не выключена).

10. Почему, если нет возможности быстро отключить ток, нельзя спасать пострадавшего от электрического тока незащищёнными руками, а надо пользоваться сухой палкой, резиновыми перчатками, сухой материей или подложить под пострадавшего сухую доску? (Ток «ударит самого спасителя»).

11. Почему нельзя касаться трансформаторных будок и столбов высоковольтных линий? (Из-за ухудшения изоляции будки и столбы могут оказаться под напряжением).

12. Что нужно отключить сначала: вилку переносного шнура от розетки или другой конец шнура, подключенный к прибору? Почему? (Сначала вилку из розетки).

13. Почему работу под напряжением (например, смену плавких предохранителей) следует выполнять в предохранительных очках? (Могут образоваться сильные искры в случае короткого замыкания).

14. Продолжительность молнии примерно 0,001 с. Разность потенциалов между её концами 10⁹ В, а сила тока 2∙10⁴ А. Оценить «стоимость» молнии по существующим ценам на электроэнергию.

15. Линия электропередачи длиной 100 км работает при напряжении 200 000 В. Определить КПД линии, т.е. отношение напряжения на нагрузке к напряжению, подводимому к линии. Линия выполнена из алюминиевого кабеля площадью поперечного сечения 150 мм². Передаваемая мощность 30 000 кВт.   (98%)

16. Какую массу нефти нужно сжечь на тепловой электростанции, чтобы по телевизору мощностью 250 Вт посмотреть фильм продолжительностью 1,5 ч? КПД электростанции 35%.  (84ч)

Атомная энергия и радиоактивность. Их использование в мирных целях.

1. При распаде  всех ядер 1 г урана выделяется столько же энергии, сколько при сгорании 2500 кг угля. Реактор первой в мире атомной электростанции, построенной в СССР, потребляет в сутки 30 г урана. Сколько энергии вырабатывает реактор станции в течение суток? Определите мощность реактора.   (525 000 000ккал, то есть около 22∙10 кГ∙м∙000 ккал/сек, то есть 34 000 л.с.).

2. Реактор атомохода «Ленин» потребляет в сутки 200 г урана. Определите мощность реактора. Чему равна мощность ледокола, если КПД силовой установки 25%? Ответ дайте в лошадиных силах.   (10 000 ккал/сек, то есть 57 000 л.с.).

3. При непосредственной работе с радиоактивными веществами применяются механические руки. Это позволяет исследователю находится далеко от них за защитной стеной.

         1) Чем вызвана такая предосторожность? Почему исследователь должен находиться  за защитным устройством?

         2) Применение каких простых физических приборов даёт работающему с   манипулятором возможность видеть радиоактивное вещество без вреда для себя?

(1. Предохранить человека от облучения, которое вызывает лучевую болезнь   2. Системой зеркал).

4. Вычислите суточный расход урана в ядерном реакторе с тепловой мощностью 3ГВт. Сколько нефти потребовалось бы сжечь в сутки для получения такой же мощности?     (3,16 кг; 6100 т).

5. Тепловая мощность реактора на атомном ледоколе равна 90 МВт. Сколько урана будет израсходовано за год непрерывной работы на силовой установке ледокола состоящей из трёх таких реакторов? Сколько каменного угля потребовалось бы для получения такой же энергии?   (104 кг; 3,2∙10¹⁰ кг).

6. Сколько урана нужно израсходовать для получения такого же количества энергии, которое вырабатывает крупнейшая в мире Саяно-Шушенская ГЭС за сутки? Мощность этой ГЭС 6,4 ГВт. КПД АЭС около 40%? (6,75 кг).

7. Сколько урана потребовалось бы израсходовать в сутки, если всю электроэнергию, вырабатываемую в мире, получать на АЭС?  КПД АЭС принять равным 40%. Мощность электроэнергии, вырабатываемой в мире, равна примерно 9∙10¹²Вт.   (9,5 т).

8. Мировое потребление энергии составляет примерно 3∙10²⁰ Дж в год. Сколько дейтерия в секунду потребовалось бы сжечь в термоядерных реакторах для обеспечения всех современных энергетических потребностей человечества?   (16,5 г/с).

Лабораторный практикум.

Лабораторно-практическая работа №1. Органолептическая оценка воды.

Первичную оценку качества воды проводят, определяя ее органолептические характеристики. Эти характеристики воды определяются с помощью органов зрения (мутность, цветность) и обоняния (запах). Неудовлетворительные характеристики косвенно свидетельствуют о загрязнении воды. На правильность полученных результатов анализов влияет способ отбора пробы воды и условия ее хранения. Проба должна быть отобрана в чистую стеклянную или пластмассовую бутыль объемом не менее 0,5 л (в бутыли должно оставаться не менее 5-10 мл воздуха), пробы следует анализировать в течение нескольких часов либо хранить в холодильнике. Могут быть отобраны и проанализированы растаявшие пробы снега (льда) из разных мест: из леса, с поля, газона вблизи дороги, у промышленного предприятия и т.д.

Цель работы: оценка экологического состояния воды по величинам определяемых показателей.

Оборудование и материалы: колба для воды, протокол работы, вода, взятая из различных источников.

Задание 1. Определение запаха воды.

1.     Заполните колбу водой на треть объема и закройте пробкой.

2.     Взболтайте содержимое колбы.

3.     Откройте колбу и осторожно, неглубоко вдыхая воздух, сразу же определите характер и интенсивность запаха. Если запах сразу не ощущается или запах неотчетливый, испытание можно повторить, нагрев воду в колбе до температуры 60°С (подержав колбу в горячей воде). Интенсивность запаха определите по 5-бальной системе согласно табл. 1.

Таблица 1

Интенсивность запаха	Характер проявления запаха	Оценка интенсивности запаха
Нет	Запах не ощущается	1
Очень слабая	Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды)	2
Слабая	Запах замечается, если обратить на него внимание	3
Заметная	Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде	4
Отчетливая	Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья
Очень сильная	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья	5

Таблица 2

Запах «естественного» происхождения	Запах «искусственного» происхождения
Неотчетливый (или отсутствует)	Неотчетливый (или отсутствует)
Землистый	Нефтепродуктов (бензиновый)
Гнилостный	Хлорный
Торфяной	Уксусный
Травянистый	-
Другой (укажите, какой)	Другой (укажите, какой)

Характер запаха определите по табл. 2

Задание 2. Определение цветности.

1.     Заполните пробирку водой до высоты 10-12 см.

2.     Определите цветность воды, рассматривая пробирку сверху на белом фоне при достаточном освещении (дневном, искусственном).

Подчеркните наиболее подходящий оттенок либо заполните свободную строку в табл. 3.

Таблица 3

Цветность воды

Слабо-желтоватая

Светло-желтоватая

Желтая

Интенсивно-желтая

Коричневая

Красно-коричневая

Другая (укажите, какая)

Задание 3. Определение мутности.

1.     Заполните пробирку водой до высоты 10-12 см.

2.     Определите мутность воды, рассматривая пробирку сверху на темном фоне при достаточном боковом освещении. Подчеркните нужное в табл. 4.

Таблица 4

Мутность воды

Прозрачная

Слабомутная

Мутная

Очень мутная

Обработка результатов и выводы.

1.     Занесите полученные результаты в табл. 5.

2.     Сделайте выводы об экологическом состоянии источника, из которого была взята проба.

Таблица 5

Характеристика	Вывод (словесное описание)
Запах
Цветность
Мутность

Лабораторная работа №2. Оценка водопроводной воды и воды, прошедшей через бытовой фильтр

Цель работы: установить, необходимо ли фильтровать водопроводную воду.

Оборудование и материалы: любой бытовой фильтр, водопроводная вода, протокол работы.

Задание 1. Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации фильтра.

Задание 2. Провести органолептическую оценку непрофильтрованной водопроводной воды на запах и вкус.

Отметьте в табл. 1., присутствует ли в водопроводной воде посторонний запах и насколько он интенсивен. Напишите свои замечания о запахе водопроводной воды.

Таблица 1

Интенсивность запаха	Характер проявления запаха	Оценка интенсивности запаха
Нет	Запах не ощущается	1
Очень слабая	Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды)	2
Слабая	Запах замечается, если обратить на него внимание	3
Заметная	Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде	4
Отчетливая	Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья	5
Очень сильная	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья	6

Определите вкус водопроводной воды. Если в предыдущем задании вы установили, что вода непригодна для питья, то воздержитесь от дегустации. Если вода оказалась пригодной, то наберите немного воды в рот и через несколько секунд выплюньте ее. Во рту останется привкус воды. Определите его по табл. 2. (подчеркните нужное).

Таблица 2

Вкус водопроводной воды

Приятный вкус, характерный для качественной воды

Вкус не очень приятный и отличается от вкуса нормальной качественной воды

Вода оставляет неприятный привкус хлора

Вкус воды неприятный, заставляющий воздержаться от питья

Задание 3. Профильтруйте водопроводную воду, воспользовавшись бытовым фильтром. Действуйте в соответствии с инструкцией, приложенной к фильтру.

Снова проведите органолептическую оценку воды по тем же параметрам (табл. 1). Нужное подчеркните.

Задание 4. Сделайте вывод относительно качества водопроводной воды.

Сравните показатель профильтрованной и непрофильтрованной воды. Запишите полученные результаты и вывод о том, нужно ли фильтровать водопроводную воду.

Лабораторная работа №3. Определение уровня радиационного загрязнения

Цель работы: овладеть знаниями, умениями и навыками, связанными с определением уровня радиационного загрязнения окружающей среды.

Задачи:

·        освоить понятие «радиация» как вид физического загрязнения, уяснить его вредное воздействие на окружающую среду;

·        научиться измерять и объективно оценивать уровень радиационного загрязнения.

Оборудование: дозиметр бытовой.

Краткая теория.

Что такое радиация. Единицы измерения. Радиоактивные, или, как их еще иногда называют, ионизирующие, излучения бывают трех основных видов: альфа-, бета- и гамма-излучение. Они отличаются друг от друга по происхождению, свойствам и действию на организм человека. Излучения возникают в источниках радиоактивности и распространяются в воздухе, различных материалах и человеческом теле не непрерывно, а как бы некоторыми порциями. Порции альфа- и бета-излучения называют альфа- и бета-частицами, а порции гамма-излучения принято называть гамма-квантами, гамма-частицами или фотонами.

Источники радиации бывают либо природными, либо искусственными, т.е. созданными человеком. В окружающий нас радиационный фон вносит свою долю и природная, и искусственная радиация. Заметим, что чем больше мощности, или, как принято говорить у физиков и дозиметристов, активность, источника радиации, тем больше частиц или фотонов он излучает за одно и то же время.

Полезно помнить, что искусственные источники радиации бывают двух основных типов. Одни из них содержат радиоактивные вещества, называемые также радиоактивными изотопами, а в других радиоактивное излучение образуется в результате каких-либо технических процессов. В качестве примера источников, не использующих радиоактивные изотопы, можно привести медицинскую аппаратуру, применяемую для рентгеновских исследований, и даже самый обычный цветной телевизор, тоже являющийся, хотя и в очень небольшой степени, источником рентгеновского излучения.

Альфа-излучение обладает очень малой проникающей способностью: альфа-частицы полностью задерживаются слоем воздуха толщиной несколько сантиметров или листом обычной бумаги. При облучении человека они проникают лишь на глубину поверхностного слоя кожи.

Альфа-излучение опасно при попадании радиоактивного вещества на кожу и слизистую оболочку глаз и становится очень опасным, если источниками альфа-излучения загрязнены пища, воздух или вода, попадающие в организм человека. В этом случае облучению подвергаются не защищенные кожей внутренние органы.

Бета-излучение способно проходить до полного ослабления несколько метров в воздухе или один-два сантиметра в воде, а в человеческом теле – до двух сантиметров. Бета-частицы опасны при их воздействии на кожу или слизистую оболочку и хрусталик глаза. В случае их поступления в организм человека с пищей, водой и воздухом опасности подвергаются легкие, желудок и кишечник.

Гамма-излучение обладает высокой энергией и большой проникающей способностью – задерживается лишь слоем воздуха толщиной около ста метров и глубоко проникает в человеческое тело (в некоторых случаях может пройти его насквозь). Для защиты от гамма-радиации используют свинец, бетон и др.

Гамма-излучение легко регистрируется всеми бытовыми и профессиональными приборами, предназначенными для измерения радиации. Некоторые из этих приборов способны регистрировать и бета-излучение. Измерение альфа-излучения представляет собой более трудную задачу, ее решение доступно лишь специалистам, работающим с довольно сложным оборудованием.

Рентгеновское излучение, например, создаваемое медицинским рентгеновскими аппаратами, имеет такую же природу, как и гамма-излучение. Его энергия и проникающая способность зависят от того, для каких целей оно применяется (диагностика или лечение различных органов).

Радиоактивное излучение никак не воспринимается нашими органами чувств: его нельзя ни видеть, ни слышать, ни ощупать. Это увеличивает опасность.

Вес можно измерить в килограммах, ток – в амперах, а радиацию? Прежде чем дать ответ на этот вопрос, давайте условимся о том, что из всех характеристик радиации, которые используются физиками, дозиметристами и медиками, нас будут интересовать только три: активность источника излучения, уровень радиоактивного загрязнения территории или продуктов питания и, наконец, доза радиации, получаемая организмом человека.

Приборы, измеряющие уровень гамма-излучения, показывают его в миллирентгенах в час (мР/ч) или в микрорентген в час (мкР/ч).

1 Р = 1000 мР/ч = 1000000 мкР/ч.

Для определения получаемой дозы нужно умножить эту величину на время, в течение которого человек подвергался облучению. На территории нашей страны естественный фон колеблется от 4,5 до 30 мкР/ч, Это считается нормальным и опасности не вызывает.

Иногда можно встретить и другие единицы измерения: бэры и зиверты (Зв). 1 бэр приблизительно равен 1 Р, а 1 Зв = 100 Р.

Активность источников радиации измеряется в кюри (Ки), микрокюри (мкКи), нанокюри (нКи). 1 Ки равен миллиону мкКи или миллиарду нКи. В других случаях активность выражают в беккерелях (Бк). 1нКи = 37 Бк. Чем выше активность источника, тем больше он излучает радиации.

Допустимые уровни загрязнения радиоактивными веществами продуктов питания, воды и воздуха выражают в кюри и беккерелях на килограмм или на литр. Загрязнение местности радиоактивными веществами измеряется в кюри на квадратный километр (Ки/км²).

Действие радиации на организм человека. Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно сказываются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения – как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению, проявляются лишь в следующем или последующем поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.

Санитарные нормы. Согласно нормам радиационной безопасности НРБ – 76/87 для работающих в контакте с радиоактивными излучениями установлена предельно допустимая доза за год 5 бэр (Р), для ограниченной части населения (проживающего вокруг предприятий) – 0,5 бэр (Р), для всего остального населения области, края, республики, страны – в пределах естественного фона. Для Москвы это 100-120 мбэр (мР). Допустимое разовое аварийное облучение профессионалов – 25 бэр с компенсацией этой дозы в последующие годы.

Выполнение работы.

1.     Ознакомьтесь с устройством и принципом работы дозиметра.

2.     Подготовьте приборы к работе.

3.     В режиме «Поиск» обследуйте помещение на предмет обнаружения радиационного загрязнения. (Установите периодичность сигнала.)

4.     Определите радиационный фон в аудитории.

5.     Произведите несколько замеров радиационного фона в здании.

6.     По каждому измерению сделайте вывод об уровне радиационного загрязнения помещения.

Лабораторная работа №4. Определение уровня шумового загрязнения

Цель работы: овладеть знаниями, умениями и навыками, связанными с определением акустического шумового загрязнения окружающей среды.

Задачи:

·        освоить понятие «шум» как вид физического загрязнения, усвоить его вредное воздействие на человека;

·        научиться измерять и объективно оценивать уровень шума.

Оборудование: шумометр.

Краткая теория.

Шум – звуковое загрязнение, воспринимаемое человеком в качестве помехи. В зависимости от уровня и длительности воздействия шума он способен причинять кратковременный или длительный вред здоровью. В наши дни шум стал одним из значительных факторов, создающих проблемы защиты окружающей среды и охраны труда.

Не все гармонические колебания в воздушной среде человек воспринимает своими ушами – слышимые звуки имеют частоту колебаний от 16 до 20000 Гц; за пределами этого диапазона располагаются инфразвуковые частоты (менее 16 Гц) и ультразвуковые (Более 20000 Гц). Хотя инфразвуки и ультразвуки человек не слышит, но они также оказывают вредное влияние на его организм.

Минимальная интенсивность (сила) звука, воспринимаемая ухом, называется порогом слышимости. Порог слышимости различен для звуковых колебаний разных частот. Органы слуха человека наиболее чувствительны к частоте колебаний от 1000 до 3000 Гц. Верхней границей интенсивности звука, который человек еще способен воспринимать, называют порогом болевого ощущения.

Понятия «интенсивность» и «громкость шума» хотя и принимаются в быту за синонимы, однако не совсем тождественны: интенсивность – объективная характеристика процесса; громкость – характеристика его субъективного восприятия. Установлено, что громкость звука возрастает гораздо медленнее его интенсивности. Уровень звукового давления (громкость звука) измеряется в децибелах (дБА). Для человека практически безвреден шум в 20-30 ДБА; 80 дБА – допустимая граница; 130 дБА вызывают болевые ощущения, а 150 дБА уже непереносимы.

Главной проблемой больших городов с точки зрения шумового загрязнения является городской транспорт. Проблема борьбы с шумом особенно обострилась в последние годы в первую очередь в связи со значительно выросшей интенсивностью транспортного движения. Каждый день на улицы выезжают тысячи автомобилей. Возросли мощности двигателей, скорости, что также послужило причиной увеличения транспортного шума. Его уровень в часы пик на оживленных магистралях приближается к 75 дБА.

Для решения проблемы транспортного шума проводится целый комплекс мер. Идет работа по упорядочиванию транспортных потоков, запрещен проезд транзитного транспорта через крупные города, ограничен въезд грузовых автомобилей на центральные улицы. Конструкторы ведут работы по снижению шума двигателей. И все-таки пока не удается сколько-нибудь значительно снизить шум на оживленных магистралях. Поэтому особое значение приобретает разработка методов защиты от него.

Из архитектурных средств защиты наиболее распространено зонирование застройки: к проезжей части выносятся учреждения, предприятия, Создающие экранирующий эффект для жилых зданий. Однако возможности использования зонирования ограничены, так как масштабы жилищного строительства значительно превышают потребности в общественных зданиях.

Планируется и сооружение шумозащитных домов. Окна жилых комнат в них будут выходить только во двор, на улицу будут обращены кухни и лестничные клетки.

Выполнение работы.

1.     Ознакомьтесь с функциональной схемой шумометра.

2.     Определите на шкале предельно допустимый уровень шума.

3.     Выполните измерения шума и заполните таблицы А, Б, В.

А. Звук плейера.

Найти положение регулятора громкости, при котором уровень шума будет безвредным для человека.

Положение регулятора громкости	Минимум	Среднее значение	Максимум
Уровень шума, дБА

Б. Шум вблизи магистрали

Расстояние до дороги	1	25	50
Уровень шума, дБА

В. 2 – 3 измерения по своему усмотрению

4.     По каждому измерению в соответствии с табл. 1 сделайте вывод об уровне шумового загрязнения от каждого из источников, в каждом случае дайте свои рекомендации по снижению уровня шума.

5.     Обоснуйте свои рекомендации и выводы.

Таблица 1

Шум от различных источников (дБА)

170	Выстрел из тяжелого орудия
160	Выстрел из винтовки
150	Старт космической ракеты
140	Взлет реактивного самолета на расстоянии 25 м
130	Молния
120	Болевой порог
110	Оркестр поп-музыки
100	Тяжелый грузовик
90	Отбойный молоток
80	Звон будильника на расстоянии 1 м
70	Салон автомобиля
60	Машбюро
50	Нормальный шум около зданий
40	Нормальный шум в классе или квартире
30	Сельская местность
20	Шепот на расстоянии 1 м
10	Дыхание
0	Зимний лес в безветренную погоду

Обозначения:   допустимый уровень шума

предельно допустимый уровень шума

  недопустимый уровень шума

Лабораторная работа № 5. Определение сравнительной устойчивости древесных растений к выхлопным газам автотранспорта. Выявление биоиндикаторов

Выхлопные газы автотранспорта составляют в настоящее время 60 – 80% от суммы выбросов токсических веществ в городских экосистемах. Все их компоненты (а их более 200) действуют синергически, а иногда проявляют и эмерджентные свойства. От выхлопных газов страдают как автотрофы (зеленые растения), так и гетеротрофы (человек и животные). В то же время некоторые растения очищают атмосферу от вредных примесей.

В состав выхлопных газов входят такие токсичные вещества как угарный газ, окислы азота, сернистый газ, соединения свинца и различные канцерогенные углеводороды.

Оборудование: насос Камовского или электрический; автомобильная резиновая камера, предварительно наполненная газами от выхлопной трубы карбюраторного двигателя с использованием автомобильного насоса; специально смонтированные стеклянные камеры на 750 – 1000 мл, резиновые пробки к ним с двумя вмонтированными стеклянными трубками, резиновые шланги, зажимы лабораторные, Стеклянные заглушки; длинные пинцеты; пластилин; весы технохимические; разновесы; фольга; вата; зеленые неповрежденные листья различных древесных растений.

Предварительно учащимся дается задание принести небольшие ветки древесных растений с листьями. Концы веток завернуты в мокрую вату и в полиэтилен.

Выполнение работы.

8 г листьев древесных растений взвешивают на технохимических весах, складывают черешками вместе, последние обматывают мокрой ватой, а затем фольгой – для сохранения у растений нормального водообмена и фотосинтеза. Фольга формуется так, чтобы образовалась плоская поверхность, прилегающая ко дну колбы, а листья стояли вертикально.

Колбы и резиновые пробки со стеклянными трубками стерилизуют 5 мин над кипящей водяной баней горлышком вниз, затем переворачивают горлышком вверх и осушают на закрытой нагретой водяной бане (чтобы стенки колб не были запотевшими). На дно колб длинным пинцетом вертикально опускают пучки листьев разных древесных растений фольгою вниз, пробку закрывают, все возможные щели заделывают пластилином, на  все трубки укрепляют зажимы и заглушки. Камеру обертывают полотенцем во избежание ее растрескивания при работе со стеклянными емкостями, не предназначенными для вакуума. С такой предосторожностью и отработанностью методики в течение 5 лет у нас не было случая разрыва колб.

Насосом в колбе создают вакуум. Время для получения вакуума определяют опытным путем. В нашем случае – это 30 прокачиваний насосом Камовского. Затем трубку, идущую к насосу, зажимают зажимом и открывают трубку, идущую от автомобильной резиновой камеры с газом. При этом хорошо слышный хлопок показывает, что выхлопные газы вошли в безвоздушную камеру. Если хлопка не было, следует проверить герметичность камеры и создать вакуум заново. Затем, сняв зажимы, прокачивают газы через камеру. При использовании насоса Камовского для этого нужно 40 прокачиваний. После этого все трубки зажимают зажимами и для гарантии сохранности в колбе газов трубки на концах еще закрывают стеклянными запаянными заглушками. При надежности всех звеньев опыта накачка одной колбы-камеры с созданием вакуума занимает 10 мин.

Таким образом, в камеры можно накачивать любые газы (в том числе и из загазованных рабочих помещений цехов или с улиц). Однако, в последнем случае опыт с растениями значительно удлиняется по времени, ввиду меньшей концентрации газов, и может применяться только для курсовых, дипломных и научно-исследовательских работ.

Колбы с растениями в газовой среде устанавливают на естественном или искусственном сильном свету, т.к. поглощение вредных газов растениями в природе происходит в процессе фотосинтеза.

Наблюдение за растениями производится студентами по очереди через 1-2-3-5 дней и более под контролем лаборанта. Результату записывают на листе бумаги, лежащем около каждой камеры. Отмечают все видимые изменения: пожелтение листьев, побронзовение, почернение, некрозы, высчитывают процент этих изменений. Отмечают с какой стороны камеры у растений происходят более сильные изменения. Затем составляют ряд устойчивости растений к токсичному компоненту. Например, в наших опытах по увеличению устойчивости к выхлопным газам растения располагались так: липа мелколистная, клен платанолистный, береза повислая, тополь черный, ясень зеленый, вяз перистоветвистый.

В результате опыта студенты делают выводы относительно газоустойчивости различных видов растений.

Лабораторная работа № 6. Автотранспорт – основной загрязнитель биосферы больших городов. Определение загруженности улиц автотранспортом и некоторых параметров окружающей среды, усугубляющих загрязнение.

Существенной составляющей загрязнения воздушной среды городов, особенно крупных, являются выхлопные газы автотранспорта, которые в ряде столиц мира, административных центрах России и стран СНГ, городах-курортах составляют 60-8-% от общих выбросов. Многие страны, в том числе и Россия, принимают различные меры по снижению токсичности выбросов, путем лучшей очистки бензина, замены его на более чистые источники энергии (газовое топливо, этанол, электричество), снижение свинца в добавках к бензину. Проектируются более экономичные двигатели с более полным сгоранием горючего, создание в городах зон с ограниченным движением автомобилей и др. несмотря на принимаемые меры, из года в год растет число автомобилей и загрязнение воздуха не снижается.

Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду более 200 компонентов, среди которых угарный газ, углекислый газ, окислы азота и серы, альдегиды, свинец, кадмий и канцерогенная группа углеводородов. При этом наибольшее количество токсичных веществ выбрасывается автотранспортом в воздух на малом ходу, на перекрестках, остановках перед светофорами. Так на небольшой скорости бензиновый двигатель выбрасывает в атмосферу 0, 05% углеводородов, а на малом ходу – 0,98%. Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомобиля 15 тыс. км. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг кислорода и обогащает ее на 3250 кг углекислого газа, 530 кг окиси углерода, 93 кг углеводородов и 7 кг окислов азота.

Данная практическая работа дает возможность оценить загруженность участка улицы разными видами автотранспорта, сравнить в этом отношении разные улицы и изучить окружающую обстановку. Собранные параметры необходимы для расчетов уровня загрязнения воздушной среды, предлагаемого в следующей работе.

Выполнение работы.

Студенты разделяются на группы по 3-4 человека. Студентов предварительно инструктируют, затем размещают на определенных участках разных улиц с односторонним движением. В случае двустороннего движения каждая группа располагается на своей стороне. Сбор материалов по загруженности улиц автотранспортом может проводиться как путем разового практического занятия, так и более углубленно с замерами в 8, 13, 18 часов, в ночные часы. Из ряда замеров вычисляют среднее. Интенсивность движения автотранспорта определяется методом подсчета автомобилей  разных типов 3 раза по 20 минут в каждом из сроков. Учет ведется способом точкования и «квадратиков».

Запись ведется согласно таблице:

Время	Тип автомобиля	Число единиц
	Легкий грузовой Средний грузовой Тяжелый грузовой (дизельный) Автобус Легковой

На каждой точке наблюдений производится оценка улицы.

1.     Тип улицы: городские улицы с односторонней застройкой, жилые улицы с двусторонней застройкой, дороги в выемке, магистральные улица и дороги с многоэтажной застройкой с двух сторон, транспортные тоннели и др.

2.     Уклон. Определяется глазомерно или эклиметром.

3.     Скорость ветра. Определяется анемометром.

4.     Относительная влажность воздуха. Определяется психрометром.

5.     Наличие защитной полосы из деревьев и др.

Собранные материалы записываются на доске в аудиторном или лабораторном помещении. Автомобили разделяют на три категории: с карбюраторным двигателем, дизельные, автобусы «Икарус», согласно данным, представленным в таблице. Производят оценку движения транспорта по отдельным улицам. Строят графики.

Итогом работы является суммарная оценка загруженности улиц автотранспортом согласно ГОСТ – 17.2.2.03 – 77: низкая интенсивность движения – 2,7 – 3,6 тыс. автомобилей в сутки, средняя – 8 – 17 тыс. и высокая – 18 – 27 тыс.

Производится сравнение суммарной загруженности различных улиц города в зависимости от типа автомобилей, дается объяснение различий.

Лабораторная работа № 7. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации СО)

Загрязнение атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей удобно оценивать по концентрации окиси углерода, в мг/м³. Исходными данными для работы служат показатели, собранные студентами во время предыдущей работы.

Однако эту работу можно поставить и самостоятельной, обусловив исходные данные. Например, магистральная улица города с многоэтажной застройкой с двух сторон, продольный уклон 2º, скорость ветра 4 м/сек, относительная влажность воздуха – 70%, температура 20°С. Расчетная интенсивность движения автомобилей в обоих направлениях – 500 автомашин в час (N). Состав автотранспорта: 10% грузовых автомобилей с малой грузоподъемностью, 10% со средней грузоподъемностью, 5% с большой грузоподъемностью с дизельными двигателями, 5% автобусов и 70% легковых автомобилей.

Выполнение работы.

Формула оценки концентрации окиси углерода (Ксо):

Ксо = (0,5 + 0,01N · Кт) · Ка · Ку · Кс · Кв · Кп,

где:

 0,5 – фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного 

          происхождения, мг/м³,

 N – суммарная интенсивность движения автомобилей на городской дороге,  

        автом./час,

 Кт – коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный

         воздух окиси углерода,

Ка –  коэффициент, учитывающий аэрацию местности,

Ку – коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха

        окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона,

Кс – коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в

        зависимости от скорости ветра,

Кв – то же в зависимости от относительной влажности воздуха,

Кп – коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода

         у пересечений.

Коэффициент токсичности автомобилей определяется как средневзвешенный для потока автомобилей по формуле:

Кт = Σ Pi Кti,

где:

Pi – состав автотранспорта в долях единицы,

Кti – определяется по табл. 1.

Таблица 1

Тип автомобиля	Коэффициент Кт
Легкий грузовой Средний грузовой Тяжелый грузовой (дизельный) Автобус Легковой	2,3 2,9 0,2 3,7 1,0

Подставив значения согласно заданию (или собственные данные) получаем:

Кт = 0,1 · 2,3 + 0,1 · 2,9 + 0,05 · 3,7 + 0,05 · 0,2 +  0,7 · 1 = 1,41

Значение коэффициента Ка. учитывающего аэрацию местности, определяется по табл. 2.

Таблица 2

Тип местности по степени аэрации	Коэффициент Ка
Транспортные тоннели Транспортные галереи Магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с двух сторон Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и дороги в выемке Городские улицы и дороги с односторонней застройкой, набережные, эстакады, виадуки, высокие насыпи Пешеходные тоннели	2,7 1,5 1,0 0,6 0,4 0,3

Для магистральной улицы с многоэтажной застройкой Ка = 1.

Значение коэффициента Ку, учитывающего изменение загрязнения воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона. определяется по табл. 3.

Таблица 3

Продольный уклон, º	Коэффициент Ку
0 2 4 6 8	1,00 1,06 1,07 1,18 1,55

Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра Кс определяется по табл. 4.

Таблица 4

Скорость ветра, м/сек	Коэффициент Кс
1 2 3 4 5 6	2,70 2,00 1,50 1,20 1,05 1,00

Значение коэффициента Кв, определяющего изменение концентрации окиси углерода в зависимости от относительной влажности воздуха, приведено в табл. 5.

Таблица 5  

Относительная влажность	Коэффициент Кв
100 90 80 70 60 50	1,45 1,30 1,15 1,00 0,85 0,75

Коэффициент увеличения загрязнения воздуха окисью углерода у пересечений приведен в табл. 6.

Таблица 6

Тип пересечения	коэффициент Кп
Регулируемое пересечение: ·        со светофорами обычное ·        со светофорами управляемое ·        саморегулируемое Нерегулируемое: ·        со снижением скорости ·        кольцевое ·        с обязательной остановкой	1,8 2,1 2,0 1,9 2,2 3,0

Подставим значения коэффициентов, оценим уровень загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода:

Ксо = (0,5 + 0,01 ·500 · 1,4) · 1 · 1,06 · 1,20 · 1,00 = 8,96 мг/м³

ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равна 5 мг/м³. Снижение уровня выбросов возможно следующими мероприятиями:

·        запрещение движения автомобилей;

·        ограничение интенсивности движения до 300 авт/час;

·        замена карбюраторных грузовых автомобилей дизельными;

·        установка фильтров.

Лабораторная работа № 8. Измерение продолжительности жизни людей во временном плане под влиянием антропогенных факторов.

Продолжительность жизни людей является интегральным показателем, включающие в себя многие факторы. Известно, что за последние десятилетия продолжительность жизни в России и близлежащих странах постоянно снижается. Основной причиной этого является ухудшение экологической обстановки, общее понижение уровня жизни, ведущее к ослаблению человеческого организма, снижению его иммунитета. Так, под влиянием Чернобыльской аварии, сброса в некоторые озера и реки радиоактивных вод (например, в реку Теча на Урале), загрязнение наземных и водных экосистем тяжелыми металлами, пестицидами, нитратами происходит возрастание заболеваемости людей (онкологические, желудочно-кишечные болезни). Нарастание стрессовых нагрузок из-за неблагополучия экологических и социальных условий ведет к повышенному риску и в отношении сердечно-сосудистых заболеваний. При этом в каждом отдельном случае воздействию подвергаются определенные возрастные группы населения. Так, под влиянием радиоактивного облучения, загрязнения пестицидами, тяжелыми металлами в первую очередь подвергаются дети и старики; первые потому, что любое воздействие наиболее сильно влияет на делящиеся клетки, а вторые – из-за ослабления сопротивляемости организма с возрастом, нарастания «ошибок» в функционировании генетического аппарата клеточной ткани и др.

Данная работа предложена американским ученым и педагогом Б.Небелом (1993) и может быть проведена как практическое занятие со сбором материала о продолжительности жизни людей на долго действующих кладбищах и с последующей его обработкой в виде диаграмм, графиков, с интерпретацией полученных данных в зависимости от изменений экологической обстановки (для разных возрастных и половых групп населения).

Методика

Для сбора материала используют старые кладбища, где имеются сохранившиеся захоронения людей за последние 80 – 100 лет.

Обычно на кладбище всегда есть деление на старую и новую часть. На каждой из них, проходя по диагонали в одном и другом направлении, произвольно выбирают 80 – 100 могил, переписывают даты рождения, смерти, пол.

Строят кривую выживаемости в целом для данной человеческой популяции или по половому признаку. При этом показатели разбивают на классы. По оси ординат откладывают число людей (0, 5, 10, 15, 20, 30 человек), а по оси абсцисс – возраст, до которого они дожили (0 – 10; 10 - 20; 20 - 30; 30 - 40;50 – 60 лет и т.д.)

Тот же сбор материала производят на кладбище с более поздними сроками захоронения и строят такую же кривую.

Сравнивают кривые на графиках и объясняют изменения в продолжительности жизни определенных возрастных групп.

Можно построить график общей смертности по годам: по оси ординат – число людей, а по оси абсцисс годы (1930 – 1935; 1935 – 1940; 1940 – 1945 и т.д.)

Сравнивают кривые на графиках и объясняют изменения в продолжительности жизни людей за последние 50 – 100 лет.

Сбор материала на кладбище занимает 4 учебных часа, обработка материала и его интерпретация может быть проведена как домашнее задание или последующее занятие.

Лабораторная работа № 9. Определение площади листьев у древесных растений в загрязненной и чистой зонах.

Все метамерные органы растений реагируют на загрязнение среды или абиотические факторы. Ростовые процессы у растений включают в себя множество подпроцессов и фактически являются суммирующими. Растения подвержены очень большой изменчивости (особенно размеры листьев) и диапазон их нормы реакции очень широк. Так, размеры листьев могут сильно увеличиваться после обрезки деревьев, т.к. приток пластических веществ и фитогормонов из корневых систем распределяется на оставшиеся после обрезки листья, а также стимулирует пробуждение спящих почек. В то же время размер листьев может сильно уменьшаться в результате длительной весенней засухи. В связи с этим при биоиндикации загрязнения наземных экосистем для научных целей требуется исключение указанных вариантов и при взятии листьев нужно применять большую выборку (50 – 60 образцов). В санитарных зонах предприятий, в уличных посадках в большинстве случаев размеры листьев уменьшены по сравнению с более чистой загородной территорией. Исключением являются выбросы азотно-туковых заводов, в зоне влияния которых размеры листьев могут быть увеличены из-за включения азота в метаболические процессы.

Существует несколько способов измерения площади листьев. По методикам М.С.Миллера – это весовой, при помощи светочувствительной бумаги, подсчетов квадратиков на миллиметровой бумаге, планиметрический. Модификацией весового метода является разработка Л.В.Дорогань, где предварительно для древесной породы определяют переводной коэффициент, а затем путем измерения длины и ширины листа производят массовые вычисления площади листьев. Это значительно ускоряет работу при больших выборках, что необходимо при выполнении дипломных и научных работ, когда в измерения включается большое число образцов.

Оборудование: писчая бумага; ножницы; линейка; весы торзионные или аптекарские с разновесами; листья древесных растений с простой и небольшой листовой пластинкой: липы, клена полевого или американского, березы, тополя.

Выполнение работы.

Во время экскурсии по городу студенты срезают по 20 – 25 листьев каждой древесной породы с деревьев, растущих в разных экологических условиях, складывают в пакеты, а затем засушивают между листами газетной бумаги в лабораторных условиях. Это дает возможность провести работу в зимний период.

Установление переводного коэффициента основано на сравнении массы квадрата бумаги с массой листа, имеющего такую же длину и ширину. Для этого берут бумагу (лучше в клеточку) и очерчивают квадрат, равный длине и ширине листа, а затем аккуратно обрисовывают его контур. Вычисляют площадь квадрата бумаги, вырезают и взвешивают его, затем вырезают контур листа и также взвешивают.

Из полученных данных вычисляют переводной коэффициент по формулам 1 и 2:

К = Sл : Sкв    (1)                                     Sл = Рл · Sкв : Ркв     (2)

где:

К – переводной коэффициент,

S – площадь листа (л) или квадрата бумаги (кв),

Р – масса квадрата бумаги или листа.

Вычисление коэффициента производится на основании измерения 7 – 8 листьев. Таким же расчетом он устанавливается отдельно для каждого вида растений. Примерно он равен для березы – 0,64; для яблони – 0,71 – 0,72; для тополей – 0,60 – 0,66.

Затем измеряют длину (А) и ширину (В) каждого листа и умножают на переводной коэффициент (К):

S = А · В · К

Получаем ряд значений изменчивости площади листьев для каждой древесной породы в разных экологических условиях.

Для каждого ряда вычисляют среднеарифметические величины, сравнивают между собой. Делают выводы относительно различий в изменчивости площади листьев в зависимости от экологических условий.

Лабораторная работа № 10. Определение плодородия почвы по ее цвету и продуктивности растений.

Одним из главных признаков плодородной почвы является наличие в ней гумусовых веществ, которые обусловливают черную, темно-серую или серую окраски. Помимо этих цветов соединения окислов железа предают почве красноватый и бурый оттенок, от закисей железа формируются голубовато-зеленые тона; кремнезем, углекислый кальций, каолинит обуславливают белую и белесую окраску. Эти же тона формируются при наличии в почве гипса и некоторых легкорастворимых солей.

         Почву по содержанию гумуса  и цвету можно условно разделить на следующие категории по плодородию

Окраска почв	Содержание гумуса, %	Категории
Очень черная	10 – 15	Высокогумусная, очень плодородная
Черная	7 – 10	Гумусная, плодородная
Темно-серая	4 – 7	Среднегумусная, среднеплодородная
Серая	2 – 4	Малогумусная, малоплодородная
Светло-серая	1 – 2	Малогумусная, малоплодородная
Белесая	0,5 - 1	Очень малогумусная, очень малоплодородная

Плодородие почвы можно также определить по продуктивности растений. Для объективной оценки плодородия почвы надо использовать тесты с разными растениями (не менее трех). Каждый тест проводится в трехкратной повторности. Тестовые объекты – семена пшеницы, овса, ячменя, гороха, вики, редиса и др.

Оборудование: пластмассовые или стеклянные стаканчики объемом 100 – 150 мл; стеклянные трубочки диаметром 0,8 см; фольга; образцы почвы, взятые в разных местах и сильно различающихся по цвету; семена различных растений; чистый промытый и прокаленный песок; образец высокогумусной почвы с известным процентным содержанием гумуса (например, 10%).

Выполнение работы.

Образцы почв с разным содержанием гумуса рассматривают при разном освещении, сравнивают с эталонным образцом, определяют их категорию согласно вышеприведенной таблице. Затем эти же образцы помещают в пластмассовые или стеклянные стаканчики в трехкратной поверхности. Контроль – чистый промытый и прокаленный речной песок. Предварительно перпендикулярно дну каждого стаканчика вставляют стеклянную или пластмассовую трубочку, через которую производят полив почвы одинаковым для опытов и контроля количеством воды. Объем почвенных образцов в каждом сосуде – не менее 100 – 150 г.

За 2 – 3 дня до опытов семена пшеницы и других культур замачивают на сутки в воде, затем раскладывают пинцетом зародышем вверх в кювету, на дно которой уложен слой гигроскопической ваты, а сверху – два слоя фильтровальной бумаги. Систему увлажняют водопроводной водой до полной влагоемкости. Для этого надо налить воду под вату, а после ее впитывания, слить избыток. Кювету накрывают пленкой, края ее подгибают под кювету, систему ставят в термостат зародышами на север (это обеспечивает более дружное и ровное прорастание).

Проращивание осуществляется при температуре 26 - 27ºС до размера основной массы проростков 5 – 6 мм. Затем отбирают одинаковые проростки. Отобранные одинаковые проростки высаживают в стаканчики с почвой по 12 – 13 штук на одинаковую глубину предварительно сделав палочкой небольшие углубления. Через несколько дней после приживания приростков их отбраковывают и оставляют 10 штук в стаканчике. Почву поливают одинаковым количеством отстоянной водопроводной воды через трубочки. Воронку для налива воды делают из фольги.

После того как проростки вырастут до размера 8 – 12 см, их осторожно выкапывают из почвы, отмывают водой и обсушивают фильтровальной бумагой. Затем измеряют длину трубчатого листа и корневой системы отдельно; можно их взвесить.

Плодородие почвы определяют по высоте или массе проростков (по отношению к контролю, который принимается за 100%). Для этого составляется шкала оценок. Почва по плодородию делится на пять условных категорий:

1.     очень бедная, малоплодородная – песок (условная оценка – 100%);

2.     почва бедная, малогумусная, малоплодородная;

3.     седнегумусная, среднеплодородная;

4.     гумусная, плодородная

5.     очень плодородная для данной местности (например, высокогумусный типичный чернозем, горизонт «А»).

Описание результатов опыта. Например, средняя величина проростков на песке – 5 см (100%), а на очень плодородной почве – 10 см (200%). Промежуточные градации:

·        величина проростков 6 см (125%)

· 7,5 см (150%)

·        около 9 см (175%)

 Используемая литература.

1.     И.М. Низамов. «Задачи по физике с техническим содержанием». Просвещение , М-1980.

2.     Ю.Л. Хотунцев. «Экология и экологическая безопасность». М- 2002.

3.     А.И. Федорова, А.Н. Никольская. « Практикум по экологии и охране окружающей среды». М-2002.

4.     Д.П. Никитин, Ю.В. Новиков «Окружающая среда и человек». Высшая школа, М- 1986.

5.     Охрана окружающей среды (под ред. С.В. Белова). М., «Высшая школа» - 1991 .

6.     Ю.В. Новиков «Экология, окружающая среда и человек». М- «Гранд» - 1998.