Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Подвижная игра "Солнышко и дождик" для детей от 1,5 до 3-х лет

Вариант 1

Раскройте большой зонт и поставьте его в стороне на пол таким образом, чтобы дети не видели сидящего под ним игрушечного зайчика. Подумайте, где вы разместите солнышко и тучку. Обратите внимание детей на солнышко – оно на малышей смотрит ласково, а тучка спит, и дождик из неё капает. Если дождя нет, зонтик нужно закрыть и поскорее начать весёлую игру.

Дети помогают поднять зонт и видят сидящего под ним зайчика. Он «пришёл» к малышам из леса. Зайка увидел тучку и подумал: «А вдруг пойдёт дождик и намочит мою шубку!» - и спрятался под зонт.

Малыши позвали зайку играть и вместе с ним бегают, догоняют друг друга, прыгают, как зайчики.

Но вот тучка спрятала солнышко.

Прочитайте ребятам следующие строки:

Дождь закапал на ладошки.

Кап-кап-кап! Кап-кап-кап!

Дети поднимают ладошку, стучат по ней пальчиком и медленно произносят короткие слова.

Дождик капает на ножки.

Кап-кап-кап! Кап-кап-кап!

Поочерёдно ставят ножки на пяточку и также медленно произносят те же слова.

Вдруг из тучки дождь полил,

Зайке хвостик намочил.

Какой сильный дождик!

Берут зайчика и бегут прятаться под зонтик.

Какой сильный дождик!

Взрослый раскрывает зонт, малыши стоят под ним.

Дождик, дождик, веселей,

Капай, капай, не жалей!

Подпевают «песенку дождя» и одновременно хлопают в ладоши.

Ты по зонтику стучи,

Только нас не намочи!

«Кап, кап, кап! Кап-кап-кап!» - повторяют малыши.

Дождик песенку поёт:

«Кап, кап, кап!»

Только кто её поймёт?

Кап, кап, кап!

Поют вместе со взрослым.

Но вот капельки падают всё рее и реже…

Произнесите медленно: «Ка-а-а-п, ка-а-а-п!»

Дети протяжённо повторяют за взрослым.

Дождик прошёл, выглянуло солнышко, дети пошли гулять. А играть «после дождика» они будут как-то по-другому, а как именно – зависит от вашей находчивости и изобретательности.

Примечание

При повторении игры дети могут поиграть с зайчиком в догонялки. Может быть и другой, не менее интересный вариант: зайчик прячется в корзину с мячами; дождик прошёл, а зайчика нигде нет. Дети ищут его, берут мячи из корзины и находят там зайца.

Вариант 2

На площадке (в зале) положите несколько цветных дорожек разной длины, а на них кружочки основных цветов различного диаметра таким образом, чтобы дети могли бегать между ними свободно, не мешая друг другу.

Перед началом игры поговорите с малышами: «Когда светит солнышко, всем весело: птички песни поют, летают бабочки и жуки, на цветочках пчёлки сидят. Но вот подул ветер, солнышко закрыла тёмная туча, пошёл дождик, птички улетели в свои гнёздышки, бабочки и пчёлки спрятались под листочками. А куда спрячутся дети, если пойдёт дождик? Конечно, под зонтик!»

Пригласите детей побегать по дорожкам между цветными кружочками. Игра начинается под весёлую музыку. Сопровождайте действия детей чтением следующих стихотворных строк:

Дети бегают по дорожкам, обегают кружочки, кто-то из малышей прыгает.

Быстрые ножки выбрали дорожку,

По дорожке я бегу,

Остановиться не могу.

Ах, какие! Ох, какие!

Наши детки озорные!

Детям было так весело, что они не заметили, как тучка закрыла солнышко.

Остановите малышей:

«Посмотрите, солнышко спряталось за тучку, мне на ладошки капает дождик: ка-а-а-п, ка-а-а-п!»

Дети поднимают ладошку, стучат по ней пальчиком и медленно произносят: «Ка-а-а-п, ка-а-а-п!»

«Но вот дождик пошёл сильный-сильный», - раскройте зонтик, дети бегут и прячутся под ним. – «Какой сильный дождик! Как он часто капает» Кап, кап, кап, кап!»

Малыши повторяют слова быстро-быстро.

Дети стоят под зонтиком. Звучит музыка. Подражая каплям дождя, стучите пальцем по зонтику и напевайте.

Дождик, дождик, веселей,

Капай, капай, не жалей!

Дети поют «песенку дождя»: «Кап, кап, кап! Кап, кап, кап!»

Ты по зонтику стучи,

Только нас не намочи!

Дождик проходит, капельки падают редко, дети говорят нараспев: «Ка-а-ап, ка-а-ап, ка-а-ап!»

Дождик, дождик,

Что ты льёшь,

Погулять нам не даёшь?

Дождик прошёл, выглянуло

Солнышко, детки пошли гулять.

Выходят из-под зонтика, поднимают руки, а на ладошки дождик уже не капает.

Игра повторяется несколько раз.

В этой игре взрослый является активным участником, который направляет весь ход игры, эмоционально настраивает детей, помогает им ориентироваться на площадке (в зале), подсказывает, до какого кружочка ребёнок ещё не добегал, по какой дорожке не пробегал.

Примечание

При повторении игры можно что-то изменить в оборудовании площадки (зала).

После дождя на земле остаются разные по форме лужи. Сделать их можно из плотной цветной бумаги – голубой, серой, зелёной. Может быть, вы сделаете лужи из другого материала, но он должен быть плотным, хорошо прилегать к полу и не сбориться.

Взрослый раскладывает «лужи» и читает малышам следующие строки:

Эта лужа, как колечко,

Эта лужица – сердечко,

Эта лужа, как банан,

Эта – словно океан.

И. Ищук

Дети ходят вокруг «луж», рассматривают их, пытаются через них перешагивать.

Шлёп! Шлёп! Шлёп! Шлёп!

Ножки шлёпают по лужам,

Это тёплый летний дождь,

Зонтик нам совсем не нужен.

Бегают босиком, перебегают из одной «лужи» в другую, прыгают, ходят и шлёпают босыми ногами.

У нас ножки босиком

Шлёпают по лужам.

Шлёп! Шлёп! Шлёп!

(По мотивам стихотворения Н. Нищевой.)

Если игра проходит в зале, силуэты солнышка и тучки крепятся на стене, рядом друг с другом, чтобы по ходу игры тучка солнышко закрывала.

При слове «аэрозоль» нам обычно представляется баллончик, из которого распыляется нечто полезное – либо средство от тараканов и мух, либо лекарство для горла. Такое представление, в принципе, соответствует действительности, но лишь отчасти.

Для начала разберёмся, какой смысл вкладывается в слово «аэрозоль» вообще. С точки зрения физики аэрозоль – это разновидность дисперсной системы. Что такое дисперсная система? Это сочетание физических тел (в данном случае они называются фазами), которые находятся в разных агрегатных состояниях (твёрдом, жидком или газообразном) или даже в одном (за исключением тех случаев, когда оба тела газообразные – при этом дисперсной системы не получится), но при этом не смешиваются друг с другом и не вступают в химическую реакцию, причём одно из них (оно называется дисперсионной фазой) равномерно распределяется во втором (дисперсионной среде). Агрегатным состоянием каждой из этих двух составляющих как раз и определяется разновидность аэрозолей.

Так вот, если дисперсная среда будет газообразной, а распределенная в ней дисперсная фаза жидкой или твёрдой – это и есть аэрозоль. Если быть точным, это будет один из двух видов аэрозолей, причём с обоими видами мы встречаемся практически каждый день. Так, облака, плывущие над землёй, или туман, покрывающий долины в предрассветный час – это тоже аэрозоли. В данном случае в газообразной дисперсионной среде взвешены мельчайшие капельки жидкости. Нечто подобное можно наблюдать и возле фонтанов или водопадов.

Дым – это тоже аэрозоль, в данном случае дисперсная фаза, взвешенная в воздухе, представлена мельчайшими твёрдыми частицами несгоревшего топлива. И даже пыль в воздухе – это тоже аэрозоль! Такой аэрозоль называется грубодисперсионным. Взвешенная в воздухе пыльца растений во время цветения, не дающая покоя тем, кто страдает аллергией – это тоже аэрозоль.

Но это ещё не самое удивительное. Аэрозоли бывают… живыми! Об этом можно говорить в том случае, если рассеянные в воздухе твёрдые частицы представляют собой какие-то микроорганизмы – например, бактерии. Впервые подобное явление обнаружил французский учёный Луи Пастер – объяснив таким образом, как инфекционный заболевания могут передаваться воздушно-капельным путём. Такой «живой аэрозоль» иначе называется аэропланктоном, и обнаруживали этих бактерий не только у земной поверхности, но и на изрядной высоте – в 70 км над поверхностью Земли! Итак, с аэрозолями в природе мы более или менее разобрались, а какие аэрозоли создаёт человек на пользу себе?

Прежде всего, аэрозоли используются в медицине. Ещё в древности помещения, где находились больные, окуривали дымом, образующимся при сжигании лекарственных растений. Определённую пользу это приносило, но в наше время существуют более эффективные способы, например – ингаляция. Раствор лекарства либо нагревают, либо подвергают какому-то другому воздействию (например, ультразвуком), в результате чего она превращается в аэрозоль, который и вдыхает больной. Лекарство таким образом глубоко проникает в дыхательные пути – это незаменимо, например, при лечении бронхита. Другой способ превращения лекарства в аэрозоль – распыление жидкости с помощью пульверизатора – устройства, действующего за счёт разницы в давлении. Аэрозолем можно обработать больное место «прицельно» – например, антибиотик в виде аэрозоли, которой опрыскивают горло, допустим даже беременным. В то же время, это не так мучительно, как смазывать горло лекарством.

В виде аэрозолей применяются не только лекарства, но и дезодоранты, упоминавшиеся уже яды для насекомых, краска, и даже оружие (газовые баллончики). И ещё один вид аэрозолей, к сожалению, созданный человеком – это смог.

Жидких) частиц, взвешенных в воздухе или любой другой газовой среде. Совокупность этих частиц - дисперсная фаза - перемещается вместе с газовой дисперсионной средой. Частицы аэрозолей могут также смещаться относительно самой среды в результате броуновского движения, направленного движения под действием сил инерции, гравитации, электрического поля, давления света, под влиянием разности температур или концентраций частиц в различных местах системы.

При столкновении аэрозольных частиц происходит их коагуляция с образованием хлопьевидных скоплений (агрегатов), оседающих на поверхности твёрдого тела или жидкости. Однако частицы аэрозолей, несущие одноимённые электрические заряды (главным образом вследствие адсорбции на аэрозольных частицах присутствующих в газовой фазе ионов), взаимно отталкиваются и не склонны к коагуляции; такая система способна длительно сохранять агрегативную устойчивость. Свойства аэрозолей зависят от размера и формы частиц, их химической природы и структуры, величины и знака электрического заряда, температуры, давления, скорости и характера движения газовой среды. Размеры частиц аэрозолей находятся приблизительно в пределах от 1 до 10 5 нм.

Аэрозоли образуются путём диспергирования (тонкого измельчения сравнительно крупных кусков твёрдого тела, распыления жидкости) или путём конденсации паров вещества в первоначально однородной (гомогенной) газовой среде.

В последнем случае в результате спонтанного скопления молекул (флуктуации плотности) в объёме пересыщенных паров формируются зародыши новой дисперсной фазы, которые затем превращаются в устойчивые жидкие или твёрдые микрочастицы. Путём диспергирования идёт образование атмосферной пыли в процессе выветривания горных пород, эрозии почвы, вулканических извержений; аналогично образуются аэрозольные загрязнения при механической обработке строительных материалов, добыче твёрдых полезных ископаемых, производстве и переработке порошкообразных продуктов. Диспергированием, используя различные средства распыления, получают аэрозоли с жидкой дисперсной фазой разного промышленного и бытового назначения. Путём конденсации в природных условиях при пересыщении атмосферного воздуха влагой возникают облака и туманы. При неполном сгорании топлива и в некоторых химических процессах образуется дым - аэрозоли с твёрдыми микрочастицами, в атмосфере экологически неблагоприятных промышленный районов - смог с разнородными аэрозольными частицами, находящимися как в жидком, так и твёрдом агрегатном состоянии.

Аэрозоли широко распространены в природе (смотри, например, Атмосферный аэрозоль), играют большую роль в различных технологических процессах, влияют на здоровье и повседневный быт человека. В виде аэрозолей используют лакокрасочные материалы для создания декоративных и защитных покрытий в машиностроении и строительстве. Распылением с помощью форсунок в аэрозоль превращают жидкое и твёрдое топливо при сжигании в тепловых энергетических установках, реактивных двигателях. Аэрозольные баллончики с различными препаратами бытовой химии широко применяются в повседневной жизни человека. В аэрозольном виде используют средства борьбы с бытовыми насекомыми и сельскохозяйственными вредителями, некоторые парфюмерные и гигиенические средства, лекарства (аэрозольтерапия), средства дезинфекции и пр. Способность аэрозолей рассеивать и поглощать свет используется в военном деле (маскирующие дымы) и пиротехнике (цветные дымы).

Вредны для здоровья аэрозоли, возникающие в подземных выработках при добыче каменного угля и рудного сырья, в заводских цехах металлургических и химических предприятий, при взрывных работах, сжигании топлива или органических отходов производства и потребления. Они загрязняют воздух и, действуя на органы дыхания и кожные покровы человека, могут вызывать острые и хронические заболевания (в том числе различные пневмокониозы). Особенно вредны для здоровья радиоактивные аэрозоли (смотри в статье Горячие частицы), а также аэрозоли, содержащие болезнетворные микроорганизмы, токсичные химические вещества. Большую опасность представляют пожаро- и взрывоопасные пыли (например, угольная, мучная, древесная, хлопковая, алюминиевая), которые могут образоваться в угольных шахтах, а также на мукомольных, деревообрабатывающих, текстильных и других предприятиях, перерабатывающих сыпучие и пылящие материалы.

Существует много эффективных средств защиты от вредных аэрозолей: от промышленных воздушных фильтров и различного рода поглотителей (смотри Пылеулавливание, Туманоулавливание) до индивидуальных средств защиты (противогаз, противопылевой респиратор и пр.). В борьбе с высокодисперсными аэрозолями очень эффективен фильтр Петрянова - слой нетканого материала из тонких полимерных нитей, задерживающий аэрозольные частицы разного происхождения. Однако важнейшей проблемой современного производства, во многих случаях успешно решаемой, остаётся создание и освоение таких технологических процессов, при которых образование аэрозольных загрязнений было бы полностью исключено.

Процессы образования и разрушения аэрозолей в окружающем пространстве, в том числе космическом, никогда не прекращаются. За один год в аэрозольные частицы превращается около 20 тонн различных твёрдых и жидких веществ в расчёте на 1 км 2 земной поверхности. Аэрозольные частицы поступают в атмосферу с поверхности суши, открытых водоёмов, из космоса. Разрушение аэрозолей различного происхождения и состава происходит естественным путём или его вызывают искусственно. Основные процессы, приводящие к распаду аэрозолей, - седиментация укрупнённых аэрозольных частиц под действием гравитационных или центробежных сил и осаждение частиц на поверхности твёрдого тела или жидкости под действием сил притяжения молекулярной или электростатической природы, а также испарение частиц, если они образованы из летучих веществ.

Аэрозоли одного типа можно использовать для разрушения аэрозолей другого типа. Например, в угольных шахтах зоны образования вредной для здоровья и взрывоопасной угольной пыли орошают водным аэрозолем (обычно с добавками поверхностно-активных веществ), который получают с помощью специальных распылителей. Капельки воды захватывают угольные частицы и вместе с ними осаждаются на отбитый уголь, стенки выработки и другие поверхности, очищая окружающее воздушное пространство. Другой пример: искусственный вызов дождя путём распыления в атмосферные облака химических реагентов, инициирующих процесс укрупнения водяных микрокапель.

Лит.: Грин Х., Лейн В. Аэрозоли - пыли, дымы, туманы. Л., 1969; Руденко К. Г., Каминков А. В. Обеспыливание и пылеулавливание при обработке полезных ископаемых. 3-е изд. М., 1987; Петрянов Соколов И. В., Сутугин А. Г. Аэрозоли. М., 1989; Щукин Е.Д., Перцов А. В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М., 1992. С. 328-335; Зимон А. Д. Аэрозоли, или Джинн, вырвавшийся из бутылки. М., 1993.

АЭРОЗОЛИ

(от греч. aеr – воздух и лат. solluti – раствор) свободные дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей их твердых или жидких частиц.

Сам термин аэрозоль был предложен профессором Доннаном (Англия) в конце первой мировой войны для обозначения высокодисперсных систем, таких как ядовитые дымы фенилхлорарсина, которые начали применять в военных целях. Независимо от Доннана этим термином стал пользоваться и немецкий ученый Шмаусс, которому принадлежит первая статья (1920 г.), где он был использован.

Классификация.

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

туманы (Ж/Г) – дисперсная система, состоит из капелек жидкости;

дымы (Т/Г) – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения;

пыли (Т/Г) – твердые частицы, образованные путем деспиригирования;

смог (Ж+Т/Г) – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма);

2. По дисперсности:

ультрадисперсные аэрозоли (наночастицы) с размерами 0,001 – 0,01 мкм;

высокодисперсные аэрозоли (ВДА) 0,01 – 0,1 мкм;

среднедисперсные аэрозоли 0,1 – 10 мкм;

грубодисперсные аэрозоли 10 – 100 мкм.

Появление нового класса наночастиц произошло совсем недавно, когда стало возможным создание нового поколения аэрозольных приборов для изучения этих ультрадисперсных аэрозолей.

Характерные размеры аэрозольных частиц:

3. По методам получения:

конденсационные;

диспергационные.

Аэрозоли могут возникают естественным путем, образуются искусственно и сопутствуют промышленному производству.

Аэрозоли, которые возникают естественным путем :

До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Ежегодно в среднем 1 км 2 земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли.

Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5 – 6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысячами километров (в Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара).

При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколько десятков миллионов тонн грунта, большая часть которого переходит в аэрозольное состояние (так, в результате гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количество пыли, что следующий, 1816 г, вошел в историю как «год без лета»).

Микроорганизмы, вирусы и споры растений подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозоли, таки аэрозоли биологического происхождения могут переносятся на огромные расстояния (отмечены случаи, когда споры грибов были обнаружены над Карибскимморем в 1000 км от ближайшего возможного места их образования).

Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение которых приводит к возникновению дождя, снега, града.

Аэрозоли, которые получают искусственно:

Около 10% всех аэрозолей получается искусственно: это распыление ядохимикатов и удобрений, орошение, бытовые аэрозоли и т. д.

Промышленные аэрозоли:

В шахтах, карьерах для добычи полезных ископаемых, около металлургических и химических комбинатов, при работе различных агрегатов (дробилок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источниками аэрозолей за счет сгорания топлива (достаточно сказать, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100т твердых и 1 млн.т газообразных веществ).

Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.

Основные безразмерные критерии подобия для описания аэродисперсных систем.

Они возникают при анализе и обезразмеривании определяющих уравнений, описывающих тот или иной элементарный процесс с одиночной частицей.

Кроме того, данные критерии имеют самостоятельное значение для понимания специфики и закономерностей процессов и явлений с аэрозолями.

Число Маха

где q p и q g – характерные скорости движения частицы и газа соответственно

Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и характеризует скоростные режимы движения аэрозольной частицы относительно центра масс газа.

Диапазон изменения критерия: от очень малых значений до единицы. Для атмосферных аэрозолей характерен диапазон M <<1, поэтому можно сказать, что динамика аэрозолей – это низкоскоростная аэродинамика.

Умеренные числа M ≈1 могут быть характерны для ряда технологических аэрозольных приложений.

Число Рейнольдса

где ρ– плотность

u – среднемассовая скорость

η – вязкость газа

R– радиус частицы

Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и выражает соотношение сил инерции и сил вязкого трения в газе.

Диапазон изменения критерия – от 0 до очень больших значений.

Для атмосферных и технологических аэрозолей число Re изменяется от очень малых (гравитационное осаждение частиц) до очень больших значений (турбулентный перенос частиц, газоочистные аппараты).

Число Кнудсена

где λ – средняя длина свободного пробега молекул газа

R – радиус частицы

Оно возникает при анализе уравнения Больцмана, применяемого для описания дисперсионной газовой среды, и характеризует структурность газа.

Формальный диапазон изменения критерия 0 < Kn < ∞

Для атмосферных аэрозолей 0.001мкм ≤ R ≤ 100мкм , λg ≈ 0. 065мкм при н.у., тогда

10−3 ≤ Kn ≤ 100

Число Стокса

где τ – время механической релаксации частицы

L – некоторый характерный размер процесса

Оно возникает при анализе уравнений движения частицы в механике аэрозолей и характеризует соотношение между силами инерции частицы и силами вязкого трения в газах.

Диапазон изменений критерия может быть достаточно большим (особенно для процессов с технологическими аэрозолями).

Число Брауна

где v p и v g –тепловая скорость движения аэрозольной частицы и молекулы газа

Возникает при анализе уравнений броуновского движения аэрозолей, характеризует интенсивность броуновского движения аэрозольных частиц. Диапазон изменения критерия от 0 до 1.

Для атмосферных аэрозолей обычно число Брауна Br << 1 (за исключением ультрадисперсного аэрозоля, где Br ≤ 1).

Свойства аэрозолей

Свойства аэрозолей определяются:

природой веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды

частичной и массовой концентрацией аэрозоля

размером частиц и распределением частиц по размерам

формой первичных (неагрегированных) частиц

структурой аэрозоля

зарядом частиц.

Для характеристики концентрации аэрозолей, как и других дисперсных систем, используются:

массовая концентрация – масса всех взвешенных частиц в единице объема дисперсной системы:

массовая и объемная доли :

, где m 0 и V 0 – общая масса и общий объем дисперсной системы

численная концентрация – число частиц в единице объема дисперсной системы

Где V 0 –общий объем дисперсной системы

N ч – число частиц

Особенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:

малой концентрацией частиц дисперсной фазы

(например, в 1 см 3 гидрозоля золота содержится 1016 частиц, а в таком же объеме аэрозоля золота менее 107 частиц).

малой вязкостью дисперсионной среды (воздуха), т.е., малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц

малой плотностью дисперсионной среды, следовательно ρ част » ρ газа

Все это приводит к тому, что движение частиц в аэрозолях происходит значительно интенсивнее, чем в гидрозолях.

Броуновское движение

Это непрерывное хаотичное равновероятностное для всех направлений движение частиц, распространяющихся за счет воздействия дисперсионной среды.

Согласно уравнению Эйншнейна, средний квадрат смещения частицы  х 2 за промежуток времени t вдоль оси x равен:

где K – коэффициент сопротивления (сила, действующая на частицу, движущуюся со скоростью 1м/с)

В случае справедливости закона Стокса K=3d, так что уравнение приобретает вид:

Первые измерения броуновского движения частиц в газах, сделанные Де Бройлем, подтвердили справедливость уравнения Эйншнейна.

Диффузия

Это самопроизвольные процесс распространения дисперсионной фазы из области с большей концентрацией а область с меньшей концентрации.

где n – концетнрация частиц в данной плоскости.

По закуну Фика:

где D – коэффициент диффузии.

Тогда, можно выразить коэффициент диффузии в функции размера частицы:

где член представляет собой подвижность частицы.

Электрические свойства аэрозолей

До сих пор аэрозольные частицы рассматривались как незаряженные, и пренебрегали действием электрических сил как между самими частицами, так и между частицами и приложенным внешним электрическим полем. В реальности большинство аэродисперсных систем обладает электрическим зарядом, это свойство фактически является универсальным как для технологических, так и для природных атмосферных аэрозолей.

Электрические свойства частиц аэрозоля значительно отличаются от электрических свойств частиц в лиозоле.

Большинство аэрозолей несут заряд, который может постоянно перераспределяться между частицами;

Внешние электрические поля могут влиять как на величину заряда частиц, так и на характеристики их движения;

На частицах аэрозоля не возникает двойной электрический слой, так как из-за низкой диэлектрической проницаемости газовой среды в ней практически не происходит электролитическая диссоциация;

Заряд частиц носит случайный характер, и для частиц одной природы и одинакового размера может быть различным как по величине, так и по знаку.

В отсутствие специфической адсорбции заряды частиц очень малы и обычно превышают элементарный электрический заряд не более чем в 10 раз.

К основным процессам, приводящим к образованию заряда на частице, относятся прямая ионизация частиц; статическая электризация частиц; столкновения с ионами; ионизация частиц электромагнитным излучением (УФ, рентгеновским или гамма-излучением).

Согласно Смолуховскому, заряд зависит от числа положительных и отрицательных ионов, находящихся в капельке в момент ее отделения от жидкости, т.е. определяется концентрация ионов в жидкости, то есть:

где - средний квадрат заряда капельки, выраженный через число элементарных

N – концентрация ионов одного знака в жидкости

V – объем капельки

Эта теория была проверена Натансоном в опытах с жидкостями, имеющими очень низкую концентрацию ионов (менее 310 -9 моль/л), например с трансформаторным маслом. Он нашел, что распределение зарядов вполне симметрично во всей области размеров капелек 0,5 – 2,1 мк.

Но заряд жидкой капли не может достичь предельного значения кроме случая, когда ее размеры очень малы.

На заряд накладывается дополнительное ограничение, известное как предел Рэлея. Сильно заряженная капля будет испаряться до тех пор, пока внешняя сила электрического поля на поверхности капли не превысит внутреннюю силу ее поверхностного натяжения. В этот момент капля разорвется на части, а ее заряд распределится по большей поверхности нескольких более мелких капелек.

Рэлей получил выражение для количества электронов на капле, необходимого для ее разрыва:

где σ – коэффициент поверхностного натяжения

d – диаметр капли

Правильность этой формулы была подтверждена экспериментально

Устойчивость

Под устойчивостью системы понимается способность системы сохранять свои свойства, дисперсионный состав, равномерное распределение частиц по объему.

Есть два вида устойчивости:

1. Молекулярно-кинетическая устойчивость – это устойчивость дисперсной системы по отношению к действию силы тяжести. Она препятствует седиментации и определяется наличием броуновского движения, зависит от степени дисперсности частиц, вязкости среды, температуры.

2. Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять свою степень дисперсности.

Аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми системами. Устойчивость аэрозолей является лишь кинетической, термодинамические факторы устойчивости отсутствуют.

К нарушению устойчивости аэрозолей приводят следующие процессы:

седиментация частиц, которая по причине малой вязкости среды протекает быстрее, чем в гидрозолях;

коагуляция частиц, протекающая в газовой среде из-за интенсивного броуновского движения с большой скоростью, которая ещё более возрастает с увеличение концентрации аэрозоля. Ускорению коагуляции способствует повышенная влажность среды;

влияние температуры, особенно на устойчивость туманов, так как их равновесное состояние возможно только при условии, когда давление насыщенного пара дисперсных жидких частиц  равно давлению насыщенного пара жидкости, из которой они образованны ( 0). При  >  0 идет испарение капель, а при  <  0 – конденсация.

а) Испарение

Продолжительность существования аэрозолей ограничивается скоростью испарения отдельных частиц; для данного вещества при постоянной температуре испарение будет происходить с максимальной скоростью в случае, когда окружающий воздух не содержит паров вещества; для вопроса об устойчивость аэрозолей эта максимальная скорость испарения имеет существенное значение.

Если построить графическую зависимость площади поверхности s от времени t для капельки чистого высококипящего вещества, то полученный график сначала приблизительно линеен (ds/dt=const), но затем постепенно отклоняется от оси времени. Причем кривизна тем заметнее, чем меньше частица. То есть, скорость испарения мелких капелек постепенно падает по мере уменьшения их размеров.

Расчеты времени полного испарения капелек важны при сравнении устойчивости различных веществ в аэродисперсном состоянии, но полное испарение частиц маловероятно. Наличие нелетучих примесей, присутствовавших в исходном веществе, или возникших уже в дисперсном состоянии в результате окисления или разложения, или приобретенных при столкновении с частицами пыли в воздухе, может замедлять испарение и даже останавливать его.

Поэтому «время полуиспарения» капли, т.е время, в течение которого капля потеряет за счет испарения половину своей первоначальной массы, оказывается более удобным параметром.

б) Коагуляция

Коагуляция – наиболее важный процесс межчастичного взаимодействия в аэрозолях. Ее надо понимать как эффект слипания, агрегирования первичных частиц в процессе их взаимного движения и парных столкновений (тройные столкновения частиц обычно не учитываются как весьма маловероятные).

Слияние жидких капель называется коалесценцией , для твердых частиц часто используется термин агломерация. Оба эффекта в целом можно характеризовать как агрегацию частиц.

В общем случае под коагуляцией понимают уменьшение степени дисперсности частиц (т.е. их укрупнение) при снижении числовой концентрации частиц.

Рассмотрим теорию коагуляции Смолуховского.

Монодисперсный аэрозоль из сферических частиц, которые первоначально были

равномерно распределены в объеме газа. Они испытывают поступательное броуновское движение, которое приводит к их сближению и столкновениям. Каждое парное столкновение частиц приводит к их слипанию.

Рассматривается процесс броуновской диффузии частиц из неограниченного объема газа к одной неподвижной частице – так называемой «поглощающей сфере».

В итоге, решение уравнения Смолуховского имеет вид:

Эти уравнения позволяют предсказать изменение числовой концентрации монодисперсных частиц во времени.

Видно, что данный процесс является достаточно медленным, а скорость изменения концентрации частиц сильно зависит от их начальной концентрации.

Зависимость числовой концентрации частиц n от времени для броуновской коагуляции монодисперсного аэрозоля (разные кривые соответствуют различной начальной концентрации частиц)

Оптические свойства

Определяются рассеянием светового потока при прохождении через аэрозоль.

Интенсивность излучения I, рассеянного в данном направлении определенным объемом аэрозоля, становится пропорциональной счетной концентрации частиц n и радиусу частиц в некоторой степени p, т.е. :

Специфические свойства

К особенностям физических свойств аэрозолей, связанным с газообразной дисперсной средой, относятся явления термофореза, фотофореза.

Явление термофореза наблюдается в аэрозолях под влиянием градиента температуры.

Термофорезом называют движение частиц аэрозоля в направлении области более низких температур. Причиной этого служит то, что более нагретую сторону частицы молекулы газа бомбандируют с большей скоростью. Чем менее нагретую. Частица получает импульс для движения в сторону более низкой температуры.

Фотофорезом называют перемещение частиц аэрозоля при одностороннем освещении. Направление движения зависит от многих свойств частиц – размера, формы, прозрачности и т.д.

Фотофорез отсутствует или проявляется очень слабо у веществ, хорошо отражающих свет, например фторида кальция, трехокиси сурьмы, и очень заметно у сильных поглотителей света: сажи, железных опилок.

Если сильнее нагревается сторона частицы, обращенная к источнику света, то благодаря усилившейся бомбардировке этой стороны молекулами окружающего газа частица смещается от источника света – имеет место положительный фотофорез. Если же сильнее будет нагреваться противоположная сторона частицы, то получается обратные эффект – отрицательный фотофорез.

Стоит сказать о роли фотофореза в медицине. Фотофорез лекарств метод, в основе которого лежит одновременное воздействие излучением и лекарственным веществом.

Суть фотофореза: на ограниченный участок кожи (до 80 см 2) наносится около 1 мл р-ра лекарственного вещества и равномерно распределяется по поверхности кожи. Далее этот участок облучают расфокусированным лучом красного или инфракрасного света. Время облучения около 10-20 мин. В основе фотофореза лежит повышение проницаемости кожи под влиянием низкоинтенсивного лазерного излучения и ускорение диффузии лекарств.

Фотофорез имеет большой диапазон воздействия на организм. Он способен повышать повышать иммунитет, увеличивать выработку антител, усиливать клеточный обмен, синтез коллагена и эластина, улучшать микроциркуляцию крови и лимфы, усиливать проникновение питательных веществ в глубину кожи, нормализовать АД и т.д.

Методы получения аэрозолей

Аэрозоли образуются при взрывах, дроблении и распылении веществ, а так же в процессах конденсации при охлаждении перенасыщенных паров воды и органических жидкостей.

Как и другие микрогетерогенные системы, аэрозоли могут быть получены двумя разными путями:

из грубо-дисперсных систем (диспергационные методы),

из истинных растворов (конденсационные методы).

Конденсационный метод .

Связан с образованием в гомогенной системе новой фазы. Обязательным условием ее образования является наличие пересыщенного пара, конденсация которого и приводит к образованию частиц дисперсной фазы.

Объемная конденсация пересыщенного пара может происходить в трех случаях:

*при адиабатическом расширении (образование облака);

*при смешении паров и газов, имеющих разные температуры (образование атмосферных туманов);

*при охлаждении газовой смеси.

Кроме того, конденсационный аэрозоль может образовываться в результате газовых реакций, ведущих к образованию нелетучих продуктов:

при сгорании топлива образуются дымовые газы, конденсация которых приводит к появлению топочного дыма;

при сгорании фосфора на воздухе образуется белый дым (Р 2 О 5);

при взаимодействии газообразных NH 3 и НСl образуется дым МН 4 Сl (тв);

окисление металлов на воздухе, происходящее в различных металлургических и химических процессах, сопровождается образованием дымов, состоящих из частиц оксидов металлов.

Особенность конденсации продуктов химических реакций – возможность каталитического действия конденсированных частиц на превращение исходных веществ.

Диспергационный метод.

Диспергационные аэрозоли образуются при измельчении (распылении) твердых и жидких тел в газовой среде и при переходе порошкообразных веществ во взвешенных состояниях при действии воздушных потоков.

Распыление твердых тел происходит в две стадии:

измельчение

распыление.

Среди методов распыления жидкостей различают следующие:

1. Пневматическое (или аэродинамическое)распыление;

2. Гидравлическое (или гидродинамическое) распыление;

3. Центробежное распыление;

4. Прочие методы (электростатическое, акустическое, с помощью пропеллентов и другие)

Перевод вещества в состояние аэрозоля должен быть осуществлен в момент применения аэрозоля, так как в отличие от других дисперсных систем (эмульсий, суспензий), аэрозоли нельзя приготовить заранее. В бытовых условиях почти единственным средством получения жидких и порошкообразных аэрозолей является устройство, называемое «аэрозольной упаковкой», вещество в нем упаковывается под давлением и распыляется при помощи сжиженных или сжатых газов.

Самобалансирующийся волчок Уолтона и Пруэтта.

Приводится в действие сжатым воздухом (вход справа), угловая скорость вращения – несколько тысяч оборотов в секунду, радиальное ускорение – порядка миллиона g. Жидкость подается сверху из узкой трубки (3) в центр ротора (2) и растекается на его поверхности в виде тонкой пленки. Капли отрываются от конуса ротора, тонокодисперсный туман выходит в зазор между вращающимся ротором и корпусом волчка.

Методы разрушения аэрозолей

Несмотря на то, что аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми, проблема их разрушения стоит очень остро. Основные проблемы, при разрешении которых возникает необходимость разрушения аэрозолей:

Очистка атмосферного воздуха от промышленных аэрозолей;

Улавливание из промышленного дыма ценных продуктов;

Искусственное дождевание или рассеивание облаков и тумана.

неоднородные системы, состоящие из взвешенных в газообразной среде частицтвердогоилижидкого вещества размером обычно 10~6 или 10~2 см. В криминалистике используются для выявления следов, их фиксации и пр. Некоторые виды А. используются правоохранительными органами при действиях в особых условиях (при массовых беспорядках и др.).

Отличное определение

Неполное определение ↓

АЭРОЗОЛИ

неоднородные полидисперсные системы из взвешенных в газообразной среде частиц твердого или жидкого вещества размером 10–6-10–2 см. Различают А. конденсационные (дымы, туманы, смог) и диспергационные (пыль и жидкие частицы). А. могут быть естественные и искусственные. Их свойства определяются природой вещества, из которого состоят частицы, природой дисперсионной среды, массовой концентрацией А. (общей массой частиц в ед. объема), частичной концентрацией (числом частиц в ед. объема), размером, формой и зарядом частиц. А. широко применяются в сельском хозяйстве (опыление растений инсектицидами, искусственное дождевание, борьба с градом и т.д.), промышленности (пневматическое, окрашивание, распыление топлива для сжигания и т.д.), медицине (аэрозолетерапия), метеорологии (для рассеивания туманов), для борьбы с запыленностью воздуха, загрязнением атмосферы и др. В гражданской защите большое значение имеют мероприятия по осаждению и устранению радиоактивных А. и аэрозольных ОВ при применении ОМП и техногенных авариях. Защитные свойства А. используются при световом излучении ядерного взрыва и лучевого оружия.