Интегрированный урок физики и биологии "Молния в руках человека"
(Физические и биологические аспекты аэроионификации)

Цели урока

 

– дать учащимся представление об отрицательно и положительно заряженных ионах воздуха;

– познакомить учащихся с назначением электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского и ее модификациями;

– познакомить учащихся с биологическим действием отрицательно заряженных ионов воздуха на живые организмы.

 

Необходимые оборудование и материалы

 

– плакат “Схема распределения аэроионов отрицательной и положительной полярности при работе электроэффлювиальной люстры” (рис. 11);

– одна из модификаций электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского;

– фотографии или рисунки других модификаций электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского (рис. 12-15);

– учебный фильм о применении электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского.

            Примечание. Возможна замена плаката на пленку и кодоскоп, а вместо одной из модификаций электроэффлювиальной люстры можно продемонстрировать ее фотографию.

 

Методические рекомендации

 

            Тему “Молния в руках человека” (физические и биологические аспекты аэроионификации) рекомендуется давать учащимся после изложения тем по физике “Основные положения электронной проводимости металлов” и “Явление электронной эмиссии”.

            С целью более успешного усвоения материала учащимися рекомендуется (по возможности):

– продемонстрировать одну из модификаций электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского и фотографии или рисунки других модификаций люстры;

– по возможности снять небольшой учебный фильм на 10-15 мин. или поручить учащимся подготовить реферативные сообщения на 5-10 мин. о применении электроэфлювиальной люстры А.Л.Чижевского в животноводстве и растениеводстве, на производстве и в быту. Будет полезным привлечение краеведческого материала.

 

Примерный текст проведения урока

 

            Учитель физики, демонстрируя электроэффлювиальную люстру А.Л.Чижевского, задает учащимся вопросы:

            Учитель физики. Кто знает, как называется этот прибор?

            Учащиеся. Электроэффлювиальная люстра А.Л.Чижевского (или просто люстра А.Л.Чижевского).

            Учитель физики. Для чего предназначена электроэффлювиальная люстра А.Л.Чижевского?

            Учащиеся. С ее помощью получают отрицательно заряженные ионы воздуха.

            Учитель физики. Какое действие оказывают отрицательно заряженные ионы воздуха на живые организмы?

            Учащиеся. Отрицательные ионы воздуха оказывают благоприятное воздействие на живые организмы.

            Если никто из учащихся не смог ответить на эти вопросы, то учитель отвечает на них сам.

            Учитель физики. Сегодня на уроке мы познакомимся с понятием отрицательно и положительно заряженных ионов воздуха и механизмом их получения при помощи электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского, с биологическим действием отрицательно заряженных ионов воздуха на живые организмы и с модификациями электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского.

            Рассмотрим сначала механизм получения отрицательно заряженных ионов воздуха.

 

            Учитель физики просит учащихся ответить на следующие вопросы:

1. Каковы основные положения электронной теории проводимости металлов?

2. Что представляет собой электрический ток?

3. Сравните скорость хаотического движения электронов в металлах со скоростью их упорядоченного движения.

4. Опишите поведение свободных электронов на границе с вакуумом.

5. Что такое работа выхода? Чему она приблизительно равна?

6. Назовите известные вам виды эмиссий электронов.

7. Как происходит ионизация газов?

8. Приведите примеры ионизаторов.

9. Как зависит сила тока, проходящего через газ, от приложенного напряжения при несамостоятельном разряде?

10. Объясните явление ионизации ударом.

11. Может ли несамостоятельный разряд перейти в самостоятельный?

12. Какой разряд называется несамостоятельным?

13. Какой разряд называется самостоятельным?

14. Назовите условие возникновения самостоятельного разряда.

 

Учитель физики. Основными элементами люстры являются маленькие иголки.

            При воздействии на металл некоторыми внешними факторами большее чем обычно количество электронов может покидать поверхность металла и переходить в окружающую среду (эмиссия электронов).

            Напряженность электрического поля и поверхностная плотность заряда у острий достигает максимальных значений и вызывает явление “стекания”, или “эффлювия”, электрических зарядов с острий. На остриях или металлических проводниках сравнительно малого радиуса кривизны при достаточной напряженности поля возникает явление электрического разряда, сопровождающееся ударной ионизацией. В результате ее появляются электронные и ионные лавины, и этот процесс распространяется далеко за пределы острия.

            Молекула кислорода легко присоединяет к себе один или два свободных электрона, ионизируется и превращается в аэроион кислорода отрицательной полярности. Атмосферный воздух всегда несет на известной доле своих частиц (молекул) электрический заряд (атмосферное электричество). Процесс возникновения заряда или зарядов на молекуле или их группе называется ионизацией, а заряженная молекула воздуха – легким (быстрым) ионом или легким аэроионом. Если к легкому иону (аэроиону) присоединятся частицы атмосферных загрязнений (пыль, копоть, испарения), то он станет тяжелым. Каждый из легких и тяжелых ионов может быть двух полярностей: положительной и отрицательной.

            При положительной ионизации воздуха его молекулы отдают электроны остриям (рис. 11). У острий и ниже образуются слои с преобладанием молекул, у которых не достает одного или двух электронов, т.е. слои положительных аэроионов.

 

Рис. 11.

 

При отрицательной ионизации молекулы кислорода приобретают в постоянном электрическом поле направленное движение к противоположному полюсу – земле, находящейся под положительным потенциалом. У земли происходит отдача электронов (рис. 11). Через землю и сеть аэроионификации электроны возвращаются снова в каждую иголку. Таким образом воздух оказывается насыщен отрицательными ионами.

            Электроэффлювиальная люстра А.Л.Чижевского позволяет обогащать воздух отрицательно заряженными аэроионами, что оказывает благоприятное воздействие на все живые организмы – от растений до животных и человека.

            За период своих исследований А.Л.Чижевский создал несколько вариантов прибора-генератора отрицательно заряженных аэроионов – электроэффлювиального аэроионизатора. До наших дней дошел один из них, называемый электроэффлювиальной люстрой А.Л.Чижевского, значительно облегченный вариант первичной громоздкой труднопередвигаемой установки. В настоящее время существует несколько модификаций электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского (рис. 12-15).

 

Рис. 12. Люстра, созданная А.Л.Чижевским.

 

Рис. 13. Модель «Элион-132Ш»

 

Рис. 14. Модель «Элион-131», «Элион-132»

 

Рис. 15. Модель «Аэрон-М»

 

Учитель биологии. Рассмотрим возможности применения электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского. Для этого поговорим о воздухе, которым мы дышим.

            Именно А.Л.Чижевский, всесторонне изучив биологическое действие униполярных ионов, смог убедительно доказать, что легкие аэроионы отрицательной полярности умножают жизненные силы организма, а ионы положительной полярности – имеют крайне неблагоприятное воздействие на организмы всех уровней. Без отрицательных аэроионов кислорода длительное сохранение здоровья и жизни невозможно. Доказательство А.Л.Чижевским данного факта представляет собой фундаментальное открытие XX в., ставшее крупнейшим событием в области биофизики и биологии.

            Свежий воздух содержит обычно в 1 см³ от 700 до 1500 отрицательных аэроионов кислорода. На приморских курортах и в горах их в 10 раз больше. А в комнатах и в закрытых помещениях число отрицательных аэроионов снижается до 25.

            Чижевский экспериментально установил, что направленный поток аэроионов очищает воздух в комнате, осаждает пыль и микроорганизмы. Это открытие нашло применение в очистке атмосферы закрытых помещений от загрязнений.

            Учение об аэроионификации воздуха, созданное А.Л.Чижевским, заставляет по новому оценить ход эволюции жизни на Земле. Первым обратил на это внимание известный русский биолог, профессор Петр Андреевич Коржуев.

            Почему наземные животные не в состоянии выключать на долгое время внешнее дыхание?  Почему в их организме нет запасных резервуаров для кислорода? Отсутствие “кислородных резервуаров” было очень непонятным, ведь резервы питательных веществ у животных подчас весьма обильны. Все дело в том, что отрицательные ионы кислорода живут не более 10 мин. Значит, говорит П.А.Коржуев, биологически активный кислород существовал бы в таких резервуарах около 10 мин., после чего он терял бы свою биологическую активность, и вместо пользы приносил бы вред. Поэтому эволюция животного мира пошла по пути создания не резервуаров кислорода, а таких систем дыхания, которые обеспечивали бы поступление к клеткам все новых и новых порций отрицательных аэроионов. Не будь этого, эволюция на Земле могла бы быть совсем иной.

            Учение о действии на организмы атмосферного электричества и искусственных аэроионов принадлежит к той группе достижений человеческого ума, которые преследуют созидающие цели и направлены на оказание помощи творящему и строящему человеку.

            Электроэффлювиальная люстра А.Л.Чижевского позволяет получать аэроионы воздуха отрицательной полярности. Однако, следует помнить, что аэроионный режим считается комфортным при концентрациях 3000-5000 отрицательных аэроионов в 1 см3, максимально допустимые концентрации отрицательных аэроионов составляют 50.000 в 1 см3.

            Опыты над животными доказали, что аэроионификация воздуха улучшает рост и продуктивность сельскохозяйственных животных, резко снижает их заболеваемость. Результаты этих опытов были теоретически обоснованы А.Л.Чижевским в его обстоятельной монографии “Аэроионификация в народном хозяйстве”.

Идеи А.Л.Чижевского по аэроионификации в 30-х годах вошли в некоторые клиники Москвы, но тем не менее на протяжении более 50 лет не получали должной научной разработки. Активная деятельность по продолжению и практическому внедрению трудов ученого началась в 90-х годах. Эксперименты проводились в научно-исследовательском институте скорой помощи им. Н.В.Склифософского (Москва) (Л.И.Герасимова, М.С.Мачабели) и в других лечебных учреждениях России. Значительный вклад в современное развитие аэроионификации и аэроионотерапии вносят ученые: С.Г.Болотов, Ю.А.Данилов, А.Р.Евстигнеев, М.Н.Кондрашова, П.А.Коржуев, В.П.Скипетров, В.П.Тихонов и др. По чертежам А.Л.Чижевского электроэффлювиальные люстры изготовил В.С.Иванов (80-е годы).

  Аэроионификация широко применяется в медицине:

–  при лечении больных, страдающих заболеваниями верхних дыхательных путей, бронхов и легких, болезнями вегетативной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, аллергическими заболеваниями;

– при лечении обширных ожогов (свыше 50%  площади тела) и в послеоперационные периоды болезней (предотвращение тромбозов);

– при коррекции психофизического состояния и умственной работоспособности у людей в условиях производства (повышение скорости и точности работы, улучшение памяти, профилактика переутомления, повышение умственной работоспособности, улучшение координации движений), при уменьшении психоэмоционального напряжения, при снятии состояний дискомфорта и стрессовых ситуаций;

– в целях повышения сопротивляемости организма к химическим и радиационным загрязнениям окружающей среды.

  Лечение аэроионами отрицательной полярности противопоказано при:

– острых инфекционных заболеваниях;

– злокачественных новообразованиях;

– дискомпенсированных формах сердечно-сосудистой системы, пороках сердца;

– открытой форме туберкулеза, эмфиземе легких, тяжелых формах бронхиальной астмы;

– органических поражениях нервной системы;

– склонностях к кровотечениям.

  В своей работе “Аэроионификация как физиологический, терапевтический фактор и как новый санитарно-гигиенический элемент кондиционированного воздуха” А.Л.Чижевский ставит одну из серьезных государственных задач – радикальное оздоровление воздуха, которым дышит человек внутри жилых помещений.

  В этом фундаментальном труде, переведенном ныне на многие языки, автор пишет, что недалеко то время, когда управление искусственной ионизацией воздуха в общественных и жилых помещениях станет таким же обычным явлением, каким стало в наши дни управление освещением, температурой и влажностью.

  В помещении кондиционированный воздух лишен всех аэроинов – их задержал фильтр. Поэтому требуется принудительное обогащение воздуха легкими аэроионами отрицательной полярности. Именно А.Л.Чижевский впервые сделал вывод о том, что для улучшения комфорта помещения необходимо сочетание кондиционирования и аэроионифицирования воздуха. Он предложил учитывать это при проектировании зданий. Ученый разработал универсальную аппаратуру, внедрение которой будет способствовать дальнейшей борьбе за здоровье человека, за повышение его трудоспособности и долголетия.

  Велик список лечебного эффекта аэроионов отрицательной полярности. Но А.Л.Чижевский особо выделял момент профилактического плана, ибо, “построив себе жилище, человек лишил себя нормального ионизированного воздуха, он извратил естественную для него среду и вступил в конфликт с природой своего организма”. В помещении, где находятся люди, необходим ионизатор воздуха как свет и водопровод. Он необходим в жилой и служебной комнате, в школьном классе и в спортивном зале, в цехе и в больничной палате.

  В настоящее время в ряде стран аэроионифицируют больничные палаты, санатории, курзалы, классы, аудитории, служебные помещения, офисы, залы для физкультуры и спорта, заводы и фабрики, частные квартиры и т.д.

  Один из примеров практического применения электроэффлювиальной люстры в Москве – НИИ СП им. Н.В.Склифософского (Л.И.Герасимова, М.С.Мачабели).

  Однако, следует знать, что помещение, в котором проводятся сеансы аэроионотерапии должно систематически и непрерывно проветриваться. Противопоказано ионизировать загрязненный воздух. Не допускается установка аэроионизаторов в помещениях с повышенной влажностью воздуха (бани, сауны, плавательные бассейны и т.д.).

 

Учитель физики. Электроэффлювиальную люстру А.Л.Чижевского не рекомендуется использовать в запыленных помещениях именно потому, что аэроионы воздуха соединяются с частичками пыли и намертво “приклеивают” ее к поверхности. В результате чего пылью покрываются стены и потолок.

            Именно на этом принципе основана электромаска для борьбы с неорганическими и бактериальными запылениями легких, автором изобретения которой также является А.Л.Чижевский.

            Маска основана на принципе электрофильтра, который представляет собой полый цилиндр с рядом концентрически расположенных полых трубок, находящихся под напряжением постоянно пульсирующего электрического тока. Микроорганизмы и частицы пыли, вдыхаемые с воздухом через маску, оседают на обкладке электрофильтра.

 

            В заключении урока рекомендуем показать фильм или заслушать рефераты учащихся о применении аэроионификации в животноводстве и растениеводстве, в производстве и быту.

 

Вопросы

 

1. Опишите принцип работы электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского.

2. Какие вы знаете модификации электроэффлювиальной люстры А.Л.Чижевского?

3. Каким должен быть воздух, которым мы дышим?

4. Почему в организме отсутствуют большие резервуары кислорода?

5. Где применяется электроэффлювиальная люстра А.Л.Чижевского?

6. При лечении каких заболеваний показана аэроионотерапия? При каких заболеваниях она противопоказана?

7. Каким санитарно-гигиеническим требованиям должно удовлетворять помещение для проведения сеансов аэроионотерапии?

8. Опишите принцип работы электромаски.

 

Рекомендуемый план дальнейшей работы

 

            Исследовать применение аэроионификации в животноводстве и растениеводстве, в производстве и быту. С результатами выступить на научных молодежных Чтениях памяти А.Л.Чижевского.

 

Литература

 

1. Архив РАН, фонд 1703, опись 1, ед. хранения 279.

2. Архив РАН, фонд 1703, опись 1, ед. хранения 632.

3. Герасимова Л.И., Данилов Ю.А., Евстигнеев А.Р. и др. Аэроионотерапия. – Калуга, 1996.

4. Герасимова Л.И., Кондрикова Е.С., Тихонов В.П., Евстигнеев А.Р., Данилов Ю.А. Аэроионизация и аэроионотерапия как методы лечения и профилактики осложнений у больных с термическими ожогами / Лазеры и аэроионы в биомедицине: Сб. докладов, статей, сообщений и исследований. – Калуга-Обнинск, 1997.

5. Коржуев П.А. Ионизация воздуха и проблема дыхания / Физико-математические и биологические проблемы действия электромагнитных полей и ионизации воздуха: Материалы Всесоюзного научно-технического симпозиума. – М.: “Наука”, 1975.

6. Шахмаев Н.М., Шахмаев С.Н., Шодиев Д.Ш. Физика: Учебник для 10 кл. средней школы. – М.: “Просвещение”, 1992.

7. Чижевский А.Л. Аэроионификация в народном хозяйстве. – М.: “Стройиздат”, 1989.

8. Ягодинский В.Н. Александр Леонидович Чижевский. – М.: “Наука”, 1987.