实验B设计及假设关于臭氧的第二个实验是关于臭氧的吸收速率的实验,考虑到现在家庭和公共场所喜爱利用植物做装饰,对于消除臭氧,我们主要考虑的方向是植物吸收。
经小组同学在花鸟市场调研,我们选择了4种比较常见的植物来进行探究。它们是:虎皮兰,长春花,吊兰和芦荟。每种植物我们购买了2株,用于实验。
实验装置是一个0.4X0.5X0.4(单位:m)的亚克力箱,整箱利用有机玻璃胶紧密粘合,以保证气密性。最顶上一个面是可活动舱盖,可以自由开合。
将2株待测植株放入亚克力箱,同时放入臭氧传感器和温湿度传感器以及臭氧发生器,考虑到此实验臭氧产气量大,泄漏后对实验环境危害巨大,本实验
全部在通风橱内完成。
实验装置如下图:
在实验中,待测量为不同植物的臭氧吸收速率,要控制放出臭氧的量以及传感器位置、环境温湿度相同。由臭氧发生器说明书可知,发生器在一定时间内放出的
臭氧总量一定,于是我将实验设置为:在密闭的空间内让臭氧发生器工作105s,每10s记录一次臭氧浓度数据,记录21分钟45秒(在发生器停止工作后持续记录20min)
我的基本猜测是叶面积较大的植物可能有更高的臭氧吸收速率。
相机将每隔10s拍摄一张照片,以辅助我们的数据记录
相机拍摄的图片
实验A数据收集及处理实验得到的原始数据
将得到的数据绘制成折线图
可以从图上看出,所有的植物均或多或少地起到了一定的吸收作用,但也有很明显的吸收能力的差距,为了更好地做计算,我将进一步对数据进行处理。
首先我对图像进行了分割,以浓度值达到峰顶为分割接线,然后利用散点进行拟合,使图像的关系式可以直接表达出来:
此实验的主要目的是计算吸收速率这个值,而在密闭空间内,环境臭氧的下降速率值正好对于植物的吸收速率加上臭氧自分解速率。
根据衰变公式,
也就是说 浓度的对时间的导数和浓度成正比,求出k值,即可知道自分解速率和吸收速率。
下面进行公式详细推导:
首先对此关系式进行变形
两边同时积分
得
变形得
得
所以kt的关系式为
所以只需要将N0/N的自然对数计算出来 ,画图,并且进行拟合,其必然是一个一次函数,其斜率就为k
于是进行这样的计算,得到含有关系式的函数
自分解速率k0,即为没有植物情况下的“吸收速率”即可求出,k0=0.001
所以k(plant)=k-k0
每个植物与自然分解速率相减后得到了绝对吸收速率
吸收速率和时间的函数图象为
总结 很显然,吊兰和长春花具有较强的除臭氧的能力。也基本验证了一开始的hypothesis。本实验的局限性在于高浓度臭氧环境可能并不适用于生活中,但要想完成低浓度臭氧吸收实验,首先需要灵敏度很高的臭氧传感器,其次需要长时间的实验才可得出结论。另外由于条件限制,没有更多种类的植物参与到测试中来,添加更多的植物有利于得出更为精确的结论。
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