Как нам всем известно, воздух содержит азот, кислород, углекислый газ, инертные газы и механические примеси. В воздухе также есть положительные и отрицательные ионы, получившие название «аэроионы».
Аэроионами максимально насыщен воздух в горной местности, на морском побережье, в хвойном лесу, в соляных пещерах, там, где химический состав воздушной смеси чище и целебнее, чем в районе мегаполиса, со своими промышленными и автомобильными выбросами.
Отрицательные аэроионы успешно применяются в лечебных целях, улучшая работу сердца и органов дыхания, повышая иммунитет, нормализуя функциональное состояние центральной и периферической нервной системы человека, увеличивая работоспособность, активность и снижая утомляемость. О пользе отрицательных ионов для живых организмов известно достаточно давно. Результаты благотворного влияния различных концентраций отрицательных ионов получены многими исследователями, в частности известным исследователем в данном направлении А.Л. Чижевским [9].
Воздух в помещениях, как правило, лишён «свежести» и природной чистоты. Однако улучшить его возможно с помощью очистителя и увлажнителя воздуха, а также простым проветриванием, влажной уборкой помещений и комнатными растениями, удерживающими до 60 % пыли, которая является переносчиком микроорганизмов, в том числе и патогенных. При этом насытить воздух отрицательными аэроионами возможно только с помощью использования ионизатора. Искусственная ионизация воздуха внутри современных помещений предназначена для восполнения недостатка отрицательных ионов. По данным проведенных исследований [1], даже используя вентилятор приточной вентиляции, наружный воздух после достижения помещений полностью лишается отрицательных ионов. Непреодолимой преградой для отрицательных аэроионов при попадании в квартиры и производственные помещения становятся также различного рода сетки, гардины и марлевые завесы. Сам отрицательный ион, как правило, атомарный кислород или более крупные агломераты молекул и аэрозолей воздуха, имеет ограниченный срок существования – срок «жизни». При встрече с положительно заряженным ионом или поверхностью отрицательный заряд теряется [1].
Универсальность действия ионизатора воздуха заключается в производстве отрицательных аэроионов, которые способны заряжать кровь в лёгких и, соответственно восстанавливать заряд клетки. Наряду с этими процессами происходит образование озона в количестве не вредном для человека, который придает воздуху характерный «запах свежести». Озон обладает бактерицидными свойствами, он очищает воздух от нежелательной микрофлоры, неприятных запахов и мелкой домашней пыли.
В настоящее время в бытовых приборах ионизации воздуха используется встроенный генератор отрицательных ионов ГАБИ-01 [3] (производитель «НТМ-Защита») и его модификации. В нем при помощи высокого напряжения можно получать легкие аэроионы отрицательной полярности. Именно такие ионы обладают полезными свойствами, о которых было сказано выше.
Прибор ГАБИ-01 позволяет генерировать аэроионы отрицательной и положительной полярности как одновременно, так и поочередно до 50000 ион/см3 с регулируемой градацией в процентном отношении. Показания каждого из счетчиков [7] сравнивали при замерах одинаковой концентрации аэроионов при неизменных параметрах окружающей среды (температура, влажность и др.). В процессе проведения измерений было исключено движение воздуха, как одного из факторов, влияющего на результаты подсчетов. Для этого счетчик (на переднем плане) и генератор аэроионов помещались в воздуховод (рис. 1) [6].
Нами изучались показания прибора «Сапфир-3М» [7], с помощью которого можно определять концентрацию аэроионов в воздухе. Использование прибора «Сапфир-3М» позволило провести количественный анализ анионов и катионов в воздухе в закрытом пространстве.
Рис. 1. Счётчик и генератор аэроионов внутри воздуховода
Проведение экспериментальных работ заключалось в сравнении получаемых показаний счетчиков при прочих равных условиях, а также анализе результатов с последующей корректировкой дальнейших измерений. Наработан значительный дискретный материал, позволяющий применить математический аппарат к обработке результатов. Опыты проводились при следующих параметрах окружающей среды: температура воздуха 22 °C, влажность 25 %, атмосферное давление 755 мм рт. ст.
Методика, определяющая замеры количества аэроионов в воздухе с минимальной погрешностью измерения, была разработана в [6]. В качестве критерия стабильности можно принять наименьшее значение суммы отклонений результатов опытов [6] от функциональной зависимости, коэффициенты которой можно определить методом наименьших квадратов.
На рис. 2–3 показаны точечные графики, построенные в MathCad по результатам опытов [6]. Эмпирически достаточно ясно, что результаты измерений в каждой серии из сорока опытов A1, A2, …, B4, представленных графически, колеблются около некоторой прямой, уравнение которой в общем виде y = ak + b, где a, b – неизвестные коэффициенты. Для определения коэффициентов a и b можно исследовать функцию двух переменных на минимальное значение методом наименьших квадратов
(1)
где n = 40; xk – табличные значения A1, A2, …, B4, полученные по результатам опытов [6].
Рис. 2. Результаты измерений прибором «Сапфир-3М» № 14060
Рис. 3. Результаты измерений прибором «Сапфир-3М» № 14066
После вычисления частных производных 
и 
функции (1) можно получить систему уравнений для определения коэффициентов a и b
(2)
Решение системы (2) имеет вид
(3)
где
Результаты вычислений по формулам (1)–(3) представлены в табл. 1.
По результатам вычислений можно сделать вывод: прямая, представляющая собой отклонение эмпирических данных, будет практически горизонтальной, так как угловой коэффициент a прямой y(k) = ak + b близок к нулю. Графическую иллюстрацию можно изобразить, например, для опытов A2 и B3 (рис. 4).
Таблица 1
Уравнения прямых, полученных в MathCad [4, 5] по табличным данным опытов A1, A2, …, B4 [6]
|
Опыт Результат |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
|
a |
–0,007 |
0,086 |
–0,073 |
0,006 |
–0,059 |
0,004 |
0,097 |
–0,03 |
0,006 |
|
b |
44,957 |
98,985 |
45,583 |
9,343 |
126,778 |
44,608 |
98,45 |
44,324 |
9,352 |
|
y = ak + b |
y = –0,007k + 44,957 |
y = 0,086k + 98,985 |
y = –0,073k + 45,583 |
y = 0,006k + 9,343 |
y = –0,059k + 126,778 |
y = 0,004k + 44,608 |
y = 0,097k + 98,45 |
y = –0,03k + 44,324 |
y = 0,006k + 9,352 |
Рис. 4. Отклонение результатов опытов A2 и B3 от прямой y(k)
Таблица 2
Уравнения логарифмических кривых, полученных в MathCad [4, 5] по табличным данным опытов A2 и B3 [6]
|
Опыт Результат |
A2 |
B3 |
|
a |
–0,127 |
–0,208 |
|
d |
101,087 |
44,283 |
|
y(k) = a•ln(k) + b |
y = –0,127ln(k) + 101,087 |
y = –0,202ln(k) + 44,283 |
Достаточно интересные результаты получаются при замене уравнения прямой на уравнение логарифмической функции вида y(k) = a•ln(k) + b (рис. 5). Это уместно, так как 1 ≤ k ≤ 40. Коэффициенты a и b можно определить с помощью процедуры, аналогичной (1)-(3). Для сравнения в табл. 2 можно записать, например, результаты вычислений, полученные для опытов A2 и B3.
Можно определить сумму абсолютных величин отклонений δ данных опытов A2 и B3 [6] от значений функции y(k) по формуле
(4)
Рис. 5. Отклонение результатов опытов A2 и B3 от логарифмической кривой y(k)
Таблица 3
Значения суммы отклонений δ в опытах A2 и B3 [6] от значений функции y(k)
|
Опыт Функция |
A2 |
B3 |
|
y(k) = ak + b |
229 |
75 |
|
y = a•ln(k) + b |
230 |
76 |
Рис. 5 практически идентичен рис. 4, полученные значения отклонения δ в табл. 3 показывают правильность первоначального предположения о расположении значений опытов около уравнения прямой. Аналогичные результаты можно получить и для других серий опытов из [6].
Таким образом, несмотря на отклонение результатов измерений концентрации ионов, результаты получаются стабильные. Это выражается в том, что табличные данные, полученные в [6], укладываются в линейную зависимость. Попытка использовать логарифмическую функцию показывает, что зависимость остается линейной. При этом требуются дополнительные исследования на выявление факторов и критериев, при которых положительный эффект от ионизации воздуха в закрытых помещениях будет увеличиваться.