Получение воды с помощью конденсации

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Получение воды с помощью конденсации

Быстревская А.С. 1
1МБОУ Гимназия №3 г.о.Самары
Абрамова М.В. 1
1МБОУ Гимназия № 3 г.о.Самары
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

I Введение

 

Актуальность темы

Мы все прекрасно знаем, что в настоящее время очень остро стоит вопрос о чистоте воды и ее нехватке. Вода – это источник жизни на Земле. На территориях многих стран воды катастрофически не хватает, некоторые народы вообще пользуются некачественной водой, что влечет за собой развитие многих заболеваний, ведущих к смертельному исходу. Проблема чистой воды также связана и с постоянно увеличивающимися объемами ее потребления, так как происходит рост числа жителей планеты и объемов хозяйственной деятельности человека. Основным поставщиком воды служат реки и озера, а их водоносность может снижаться в результате вырубки лесов, распашки лугов, осушения пойменных болот. Все это ведет к уменьшению уровня грунтовых вод, которые и являются основным источником питания рек и озер. Лет через пять чистая вода будет дороже, чем нефть и газ. Как написано в докладе ООН, более чем в два раза увеличится число территорий с дефицитом питьевой воды. Уже сегодня 1 миллиард 400 миллионов человек в мире не имеют доступа к чистой качественной воде. Вода-это стратегический запас государства.

Обратимся к фактам:

  • 3,5 миллиона людей умирает каждый год в мире от болезней, связанных с употреблением некачественной воды. Из них 84%- дети в возрасте до 14 лет.

  • 884 миллиона людей, то есть, каждый восьмой человек на Земле, не имеют доступа к безопасной питьевой воде.

  • Каждые15 секунд на Земле умирает 1 ребенок из-за болезни, связанной с употреблением некачественной воды.

  • Миллионы женщин и детей тратят по несколько часов каждый день на то, чтобы принести издалека воду в свое жилище. При этом воду носят даже из загрязненных источников.

  • Из-за нехватки воды и недостаточной санитарии в мире умирает больше людей, чем было убито в любой войне.

Поэтому мы считаем, что получение чистой, пригодной для применения воды-это одна из актуальных проблем современности.

Гипотеза: Существуют способы получения воды из воздуха.

Объект исследования: конденсация .

Предмет исследования: водяной пар

Цель работы - спроектировать и изготовить устройство, позволяющее собирать воду путем конденсации ее из воздуха.

Задачи:

1. Познакомиться со способами получения воды из воздуха.

2. Собрать установку по получению конденсированной воды из воздуха.

3. Определите пригодность для питья полученной нашим устройством воды.

4. Выяснить какое количество воды можно собрать при помощи нашего устройства.

Методика исследования

Для решения этих задач наша работа была организована в несколько этапов:

  • подбор литературы и изучение её по данной теме; сбор экспериментальной установкой;

  • составление плана практической части работы;

  • проведение исследования и обработка данных;

  • анализ результатов и выводы по ним.

II Теоретическая часть

Готовый механизм для извлечения влаги из воздуха дает нам сама природа. Речь идет о росе, которая появляется на траве, на стекле,.. Дело в том, что при понижении температуры воздуха водяного пара, содержащегося в воздухе, может оказаться слишком много, и часть его выпадет в виде капелек воды — росы. Росу можно заставить выпадать не только по утрам и вечерам, но и днем. Простейшим приспособлением для этой цели может служить куча обыкновенного щебня. За ночь щебенка охлаждается, а днем воздух нагревается быстрее, чем щебенка.

Днем т еплый воздух, содержащий большое количество воды, проходит через поры и щели и охлаждается. Избыточная влага осаждается на камнях и стекает вниз. Остается только собрать воду. Камни постепенно нагреваются, и количество конденсируемой воды постепенно уменьшается. Но за ночь щебенка снова остывает, и на следующий день куча щебня вновь готова к работе. Большая поверхность соприкосновения камней с теплым воздухом обеспечивает надежный теплообмен и полную конденсацию избыточной влаги. Такая «установка» лучше всего будет работать там, где воздух содержит много влаги днем. Но количество выделяемой воды зависит не только от влажности воздуха, но и от разности температур и от количества проходящего через кучу щебня воздуха. Поэтому в Приволжье (г.Самара) это будет работать также весьма успешно.

Пирамиды-конденсаторы...

Существовал в древности хитроумный способ, позволяющий раздобыть воду там, где ее почти нет. В ближайших окрестностях собирали мелкие камни и щебень, а затем складывали их в огромные кучи — пирамиды, на специально подготовленное место на земле, не пропускающее воду. И... о чудо! Спустя некоторое время из-под каменной кучи появлялась первая струйка воды.

В течение суток поток ее то увеличивался, то ослабевал, заполняя водоем для сбора воды. Откуда бралась вода?

Потоки горячего воздуха, которые всегда содержат пары воды, пронизывают каменную пирамиду. Соприкасаясь с поверхностью камней, пар охлаждается и конденсируется, то есть переходит из газообразного состояния в жидкое. Образующиеся капли стекают вниз, формируя водный поток. Пирамида-конденсатор -это своеобразный вечный двигатель по производству воды из воздуха.

Аналогичным свойствам обладают и пирамиды в Египте.
Известно, что Феодосию водой, пирамиды- конденсаторы снабжали больше 1000 лет. Под Феодосией есть сады где такие пирамиды щебеночные сделаны в 19 веке, для полива, и до сих пор работают.

Висячие сады Семирамиды

На весь мир прославились в свое время и остались в памяти потомков как одно из чудес света знаменитые висячие сады Семирамиды в древнем Вавилоне. Давно это было, около 2600 лет назад. Но до сих пор многие исследователи ходят в задумчивости, стараясь разгадать главный секрет висячих садов: как удавалось подавать воду на-верх, чтобы напоить влагой деревья! Какие тайные знания использовали строители вавилонского царя Навуходоносора II для создания этого шедевра! А может быть, никакого секрета не было. Может быть, воду вовсе не подавали наверх, качая ее день и ночь из Евфрата, а получали на месте из воздуха с помощью своеобразных щебеночных «куч»? Обратите внимание на подобные каменные кучи в кратерном саду древних инков - Морай.
Известно, что сады Семирамиды росли на террасах, поднимающихся по склонам ступенчатого сооружения. Если в нем был использован тот же принцип, что и в щебеночных кучах, то вырабатываемой из воздуха воды вполне могло хватать для подпитки сада. Воду могли собирать на разных уровнях. И даже вершина сооружения была сделана таким образом, что часть сконденсированной воды стекала в находящийся здесь водоем. Расчеты сделанные учеными показывают, что пирамидальный конденсатор воды, при высоте 2,5 м за сутки может дать, в зависимости от влажности воздуха и суточных перепадов температуры, от 150 до 350 литров воды.
Разумеется, чем больше пирамида, тем больше выход воды из неё. Пирамида высотой 1,5-2 метра даёт до 200 литров воды в сутки.

II Практическая часть

Эксперимент № 1

Мы зн аем, что теплоемкость камня и воздуха сильно различаются. Воздух быстро прогревается под лучами Солнца и быстро охлаждается после его захода. А вот камень медленно нагревается и также медленно остывает. Наружные камни под Солнцем нагреваются, а вот основная масса камней внутри кучи имеет более низкую температуру. Когда потоки горячего воздуха, которые всегда несут в себе пары воды, пронизывают каменную кучу и соприкасаются с поверхностью холодных камней, пар конденсируется. То есть, он охлаждается, сгущается и переходит из газообразного в жидкое состояние. Так образуются капли воды. Процесс конденсации пара не прекращается и ночью..

Для насыпки пирамиды лучше брать крупную щебёнку (гравий) размером 5-7 см. т.к. тогда вся конструкция свободно будет продуваться тёплым воздухом. Т.к. наша конструкция была не огромных размеров, за сутки получено всего 30 мл воды. Чтобы получить воду таким способом мы сделали следующее:

вечером дополнительно увлажнили воздух (с помощью увлажнителя); днем на кучу гравия направили потоки теплого воздуха (с помощью тепловой пушки); вставили наклонно трубку в щебень (под наружный конец трубки поставили сосуд для сбора воды, противоположный конец трубки находился в основании кучи щебня в небольшом углублении, куда вода сконденсированная собиралась).

Эксперимент № 2.

Мы установили пустотелую пирамиду из стекла и алюминия (см рис 1) и из деревянного каркаса, обтянув полиэтиленом (см рис 2). В основании пирамид (на их дно) положили клеёнку, сделав углубления по периметру дна, в них и будет скапливаться сконденсированная вода. В центре основания пирамиды поместили смятую бумагу малой плотности (салфетки, 30 упаковок).После захода Солнца, когда падает температура, дверцы пирамиды открываем, а бумага начинает активно впитывать влагу, содержащуюся в воздухе. Утром, когда Солнце восходит, дверцы закрываем. Под воздействием солнечных лучей температура внутри пирамиды достигает достаточно высокой температуры и влага из бумаги испаряется. Пар поднимается к вершине пирамиды, где конденсируется, превращаясь в воду. По стенкам сконденсированная вода стекает в резервуар.

Пирамида в 1,5 метра высотой за сутки дала нам почти 1 литр воды.

Эксперимент № 3.

Оборудование: термометр, гигрометр, металлический полый шар, вода и лед.

Измеряли температуру на высоте 50см от пола в помещении и относительную влажность воздуха, используя гигрометр.

По таблице определили температуру "точки росы".

Tr= 15,3ºС

Точка росы (Tr)— это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться (выпала роса). При значениях точки росы свыше 20 °С большинство людей чувствуют дискомфорт, воздух кажется душным; свыше 25 °С люди с болезнями сердца или дыхательных путей подвергаются опасности,— однако подобные значения наблюдаются крайне редко даже в тропических странах.

Мы измерили температуру сферической поверхности. T= 25ºС. С помощью воды со льдом, охладили сферу до Tr= 15,3ºС, на поверхности появились капельки воды, конденсат. Вода стекала в блюдце. Если поддерживать температуру сферы равной Tr, то количество конденсированной воды увеличивается. Таким образом, за 2-3часа можно получить из воздуха около 30мл воды. Если увеличить площадь поверхности металлической сферы, то можно увеличить и количество конденсированной воды.

Полученную воду мы протестировали на возможность применения. Под микроскопом хорошо видно, что в первых, в двух первых экспериментах в воде были примеси (не чистая вода), которую с помощью фильтра можно удалить. В третьем эксперименте вода чистая, ее можно пить даже без дополнительной обработки.

ВЫВОД:

  1. Я познакомилась с интересными способами получения воды из воздуха .

  2. На практике, выполняя эксперимент, я доказала, что воду можно получить из воздуха, путем конденсации.

  3. Протестировав полученную воду в школьной химической лаборатории, мы выяснили, что она вполне пригодна для использования , но всё же лучше ее предварительно вскипятить, прежде, чем употреблять в пищу.

  4. Конечно, эти способы не решат полностью проблему нехватки пресной воды, но все-таки позволят получить воду, пригодную для употребления.

Список литературы:

  • http://acule.ru/generator-vody-dobycha-vody-iz-vozduxa/

  • http://interesko.info/kak-poluchit-vodu-iz-vozduxa/

  • https://www.youtube.com/watch?v=QCdKHVrY5kU

  • http://24gadget.ru/1161062892-eta-butylka-dobyvaet-vodu-iz-vozduha-13-foto-video.html

  • Учебник по физике за 8 класс, Перышкин А.В. издательство: Дрофа 2020 год.

Просмотров работы: 50