Пример выполнения задания 1.2

Условие. Какой объем займет угарный газ, выделяющийся при полном

сгорании древесины, угля или другого топлива в помещении (банька «по

черному») со следующими параметрами: l=4,0 м – длина помещения; n=2,0 м –

ширина помещения; h=3,0 м – высота помещения. Масса топлива m=12 кг;

коэффициент сгорания k=0,8; коэффициент, отвечающий количеству углерода,

подвергающегося неполному сгоранию (образующему СО) ψ1=0,1;

коэффициент, отвечающий количеству углерода, образующего СО во

вторичном процессе, ψ2=0,15. Т1=40°С=313 К; Р1=780 мм.рт.ст. Определить, с

какой высоты помещения будет начинаться зона, заполненная угарным газом.

Упрощенно полагаем, что угарный газ располагается вверху и не смешивается с

другими газами.

Решение:

Считаем, что все сгоревшее топливо – чистый углерод. Тогда его

количество определяется произведением массы топлива на коэффициент

сгорания:

m1 = m × k (1.5)

или m1 = 12 × 0,8 = 9,6 кг.

При сгорании топлива параллельно идут два процесса:

С + О2 → СО2↑ (1.6)

2С + О2 → 2СО↑. (1.7)

Часть углекислого газа вступает во вторичную реакцию с раскаленными

углями:

СО2 + С = 2СО. (1.8)

Масса углерода, участвующего в реакции (1.6), равна

m2 = m1 × ψ1 (1.9)

или m2 = 9,6 × 0,1 = 0,96 кг.

Масса углерода, участвующего в реакции (1.7), равна

m3 = m1 × ψ2 (1.10)

или m2 = 9,6 × 0,15 = 1,44 кг.

Общая масса углерода, образующего СО, равна

m4 = m2 + m3 (1.11)

или m4 = 0,96 + 1,44 = 2,4 кг.

Для простоты будем считать, что весь процесс образования угарного газа

идет по реакции (1.7). Исходя из соотношения масс, участвующих в

химической реакции (см. пояснения к решению задания 1.1), находим массу

или

m ÑÎ   5, 6êã

m СО = (1.12)

образовавшегося угарного газа.

2, 4  28

m С ´ M СО

M С

(молекулярную массу СО находим как сумму атомных масс углерода и

кислорода; коэффициенты перед СО и С в уравнении (1.7) взаимно

уничтожаются).

Объем, который займет это количество угарного газа при нормальных

условиях, составляет:

V CO = ´ 22, 4 л = 4480 л

5, 6 кг

0, 028 кг

или 4,480 м 3.

V ÈÑÒ  (1.13)

V ИСТ = » 5, 0 м 3.

(0,028 кг – масса одного моля СО; 22,4 л – объем, занимаемый одним молем

газа при нормальных условиях – см. пояснения к решению задания 1.1).

По уравнению объединенного газового закона найдем истинный объем

угарного газа при Т=313 К:

P 0 V 0 T 1

P 1 T 0

где V 0 =V СO =4,480 м 3; Т 0 =273 К; Р 0 =760 мм.рт.ст.

760 мм. рт. ст. ´ 4, 480 м 3 ´ 313 К

780 мм. рт. ст. ´ 273 К

№№	m, кг	Т 1, °С	Р1, мм.рт.ст.	К	ψ1	ψ2	l, м	n, м	h, м
1	15	42	780	0,75	0,1	0,15	2	4	2
2	25	46	784	0,83	0,18	0,17	2,5	5	3,7
3	17	50	786	0,82	0,19	0,18	8	3	2,75
4	24	54	785	0,76	0,17	0,19	3	6	2,7
5	19	40	788	0,79	0,2	0,14	3	3	3
6	31	58	787	0,77	0,3	0,12	2	4	2
7	26	52	783	0,78	0,21	0,13	2,5	5	3,7
8	10	48	782	0,84	0,16	0,11	8	3	2,75
9	21	44	789	0,85	0,14	0,1	3	6	2,7
10	37	56	781	0,8	0,15	0,2	3	3	3

h X = = = 0, 625 м.

Площадь помещения равна S = l×n = 4×2 = 8 м 2.

Определим высоту зоны, заполненной угарным газом:

V ИСТ 5, 0 м 3

S 8 м 2

Следовательно, угарный газ заполнит помещение выше уровня (h – hX)

или 3 м – 0,625 м = 2,375 м.

Ответ: зона, заполненная угарным газом, находится выше уровня 2,375 м.

Таблица 1.2

Варианты для выполнения задания

Практическое занятие 2

Задания по аутэкологии

При решении задач по аутэкологии (экологии особей) необходимо знать

следующие правила, принципы и понятия:

правило минимума (Ю. Либиха) - главным ограничителем

жизнедеятельности организма является наиболее дефицитный ресурс;

правило оптимума (В. Шелфорда) - для жизнедеятельности организма

одинаково неблагоприятны как недостаточная, так и избыточная доза

экологического фактора;

понятие толерантности - диапазон переносимых организмом значений

определенного фактора (от предельно низкого до предельно высокого) есть его

зона толерантности (выносливости) в отношении данного экологического

параметра;

понятие экологической ниши (Дж. Хатчинсона) - экологическая ниша

вида отражает зоны толерантности по всему комплексу экологических

факторов (условий и ресурсов), к которым организм адаптирован в условиях

данной экосистемы.

Пример решения задач

Задача. Бабочка яблоневая плодожорка – опасный вредитель садов.

Используя данные по выживаемости еѐ куколок при различных значениях

температуры и влажности воздуха, полученные в лабораторных условиях,

постройте в координатном пространстве (ось Х – температура, ось Y –

Температура, °С	+20	+22	+27	+26	+22	+30
Влажность, %	85	95	55	55	70	80

Температура, °С	+10	+4	+15	+28	+36	+37
Влажность, %	100	80	40	15	55	100

влажность) фигуры, отражающие пределы выносливости и оптимальные

значения этих двух климатических параметров для куколок плодожорки.

Исходные данные для построения графика.

Гибель куколок плодожорки наблюдается в 100% случаев при следующих

соотношениях температуры и влажности:

Минимальная смертность (менее 10% численности) наблюдается при

следующих соотношениях температуры и влажности:

Ответьте на вопрос: насколько велика опасность вспышки численности

яблоневой плодожорки в районе, где летние температуры составляют 18-25°, а

влажность воздуха - 70-90%? а в районах с температурой 20-35° и влажностью

20-35%?

Решение:

1. Построим диаграммы в соответствии с указаниями и условиями задачи:

Рис.2.1. Диаграмма выносливости для куколок плодожорки

2. Отметим две климатические зоны, в которых требуется определить

вероятность возникновения вспышки численности яблоневой плодожорки – А и

Б.

3. Проанализировав расположение этих зон в пространстве двумерной

экологической ниши яблоневой плодожорки, делаем вывод, что в зоне Б

выживаемость куколок крайне мала, что делает вероятность вспышки

численности низкой. А вот в зоне А выживаемость куколок весьма высока и

вспышки численности более чем вероятны.

Ответ: опасность вспышки численности яблоневой плодожорки в районе,

где летние температуры составляют 18-25°, а влажность воздуха - 70-90%,

весьма велика.

Задачи для самостоятельного решения

1. На расположенном ниже рисунке в координатном пространстве двух

осей (ось Х – температура в диапазоне от 0 до 40°С, ось Y – влажность в

диапазоне от 20 до 100%) построены округлые или овальные фигуры,

являющиеся графическими моделями экологических ниш четырех видов (1, 2, 3

и 4). Ответьте на вопросы:

1) Какие виды не могут обитать на одной территории и почему?

2) Какой фактор в большей степени лимитирует распространение вида 3 –

температура или влажность?

3) Какой из видов будет лучше других переносить диапазон условий,

обозначенный на рисунке белым квадратом?

4) Какие виды являются эвритермными, а какие – стенотермными?

Рис.2.2. Экологические ниши видов

2. Вредитель пищевых запасов – мучной клещик – может приносить

колоссальный ущерб на зернохранилищах, приводя зерно в состояние полной

непригодности для производства муки. Оптимальной для жизнедеятельности

клещика является температура +20- 22°С, а температура ниже +5-7°С и выше

+45°С для него губительна. При влажности зерна 10-12% он погибает от

повышенной сухости, а при влажности зерна 70% и выше – из-за развития

плесневых грибков. Оптимум влажности воздуха составляет 50-60%.

В координатном пространстве основных микроклиматических

параметров (ось Х – влажность, ось Y – температура) изобразите двухмерную

экологическую нишу клещика. Предложите безопасный способ защиты зерна

от этих вредителей пищевых запасов без использования пестицидов.

3. Внимательно рассмотрите расположенный ниже график зависимости

выживаемости куколок яблоневой плодожорки от двух факторов – температуры

и влажности и ответьте на вопросы:

1) Какой из факторов для выживаемости куколок яблоневой плодожорки

является лимитирующим (ограничивающим) при их сочетаниях,

соответствующих точкам 1, 2 и 3?

2) Какой диапазон температуры и влажности являются для вида

оптимальными?

3) Охарактеризуйте пределы выносливости вида по температуре и

влажности.

Рис.2.3. Зависимость выживаемости куколок яблоневой плодожорки от

температуры и влажности

Практическое занятие 3

Задание по охране атмосферы