Расследование 3. Чем мы дышим
1. Крючок
Вспомни шестой урок. Голова тяжёлая, глаза слипаются, думать невозможно. Обычное объяснение — «устали».
А теперь честный вопрос: устали или задохнулись?
За окном воздух один и тот же весь день. В классе к шестому уроку — уже другой: тридцать человек шесть часов подряд его выдыхали. Насколько другой? В два раза? В десять?
Никто в школе этого не знает. Ни ты, ни учителя, ни завуч — потому что никто не измерял. Сегодня мы это измерим, и к концу расследования у нас будут цифры, которые можно показать тем, кто решает, когда проветривать.
2. Сквозная метафора урока: ванна с краном и сливом
Воздух в классе — это ванна.
- Кран — приток свежего воздуха: щели, открытая форточка, вентиляция.
- Слив — тот же путь наружу.
- Льём в ванну — мы сами: каждый человек непрерывно выдыхает углекислый газ.
Пока кран открыт достаточно — уровень держится. Закрыли форточку, а тридцать человек продолжают «лить» — уровень растёт. Открыли на перемене — сливается.
Углекислый газ (CO₂) — это уровень воды в ванне. Он не ядовит в наших концентрациях, но он честный индикатор: если его много, значит, воздух застоялся, и вместе с ним накопилось всё остальное.
3. Ядро: откуда берётся духота
Блок 1. Что мы выдыхаем
При дыхании организм забирает кислород и отдаёт углекислый газ:
Это то же самое, что происходит при горении, только медленно и внутри клеток. Ты буквально медленно горишь — отсюда и тепло тела 36,6.
Один человек в покое выдыхает примерно 20 литров CO₂ в час. Тридцать человек — 600 литров в час. За шесть уроков — почти 4 кубометра чистого углекислого газа в помещение объёмом 150–200 кубометров.
Блок 2. Чем меряют воздух
Концентрацию CO₂ измеряют в ppm (parts per million — частей на миллион). 1000 ppm означает: из миллиона молекул воздуха тысяча — это CO₂, то есть 0,1%.
| Уровень CO₂ | Что это значит | Как ощущается |
|---|---|---|
| 400 ppm | улица, свежий воздух | норма |
| 600–800 ppm | хорошо проветренное помещение | комфортно |
| 1000 ppm | порог нормы для класса | появляется вялость |
| 1400–2000 ppm | плохо проветрено | голова тяжёлая, внимание падает |
| выше 2000 ppm | воздух «спёртый» | сонливость, головная боль |
Блок 3. Почему от духоты «не думается»
Это не выдумка и не лень. Исследования показывают: при росте CO₂ с 600 до 1400 ppm способность принимать решения и концентрироваться заметно падает. Механизм до конца не изучен, но эффект воспроизводится в экспериментах.
Проще говоря: твоя вялость на шестом уроке может быть не характером, а концентрацией газа. И это можно проверить прибором, а не спорить.
Блок 4. Как датчик «чувствует» газ
Наш датчик не нюхает. Внутри него — маленькая камера, через которую светит инфракрасный луч. Молекулы CO₂ поглощают ИК-излучение определённой длины волны: чем больше газа, тем меньше света дойдёт до приёмника. Датчик меряет ослабление и пересчитывает в ppm.
Это называется NDIR — недисперсионный инфракрасный метод. Тот же принцип, что у алкотестера и у анализаторов выхлопа.
4. Концептуальный чек-ап
- Почему CO₂ считают показателем качества воздуха, если он в таких концентрациях не ядовит?
- В классе 30 человек, форточка закрыта. Что произойдёт с уровнем CO₂ за урок и почему? Нарисуй график в голове.
- Где CO₂ будет выше — у окна или в дальнем углу? Обоснуй до измерения.
- На улице 400 ppm. Может ли в классе стать меньше 400? Почему?
- Предскажи: что снизит CO₂ быстрее — открытая на 5 минут форточка настежь или приоткрытая на весь урок? Обоснуй.
5. Разбор: планируем измерение
Прибор — это половина дела. Вторая половина — как мерить, чтобы результату можно было верить.
Шаг 1. Что именно измеряем
Не «воздух вообще», а конкретно: уровень CO₂ в классе в течение учебного дня. Один параметр, одна единица (ppm).
Шаг 2. Где ставим датчик
На уровне дыхания сидящего человека (высота парты + 40 см), не у самой форточки, не в проходе. Одна и та же точка весь день — иначе сравнивать нечего.
Шаг 3. Когда снимаем показания
Каждые 5 минут в течение урока + обязательно: в начале урока, в конце урока, после перемены. Записываем время и значение.
Шаг 4. Что записываем кроме числа
Открыта ли форточка, сколько человек в классе, была ли перемена. Без этого цифры не объяснить.
Шаг 5. Проверка реальностью
Выносим датчик на улицу: должно быть около 400 ppm. Если прибор показывает это — ему можно верить. Если нет — калибруем или ищем ошибку. Проверка прибора по известному эталону — обязательный шаг любого измерения.
6. Практика
Перед стартом. Датчик CO₂ — дорогой прибор кабинета, домой не уносится. Работаем аккуратно: не дышим прямо в датчик (получишь 5000 ppm и испортишь измерение), не роняем, не разбираем.
Что уносится домой: светофорная шкала — твой личный индикатор на светодиодах, собранный на этом уроке.
Сборка A — «Светофор духоты» (базовая, уносится домой)
Что собрать: три светодиода — зелёный, жёлтый, красный — каждый через свой резистор 330 Ом. Пока это просто индикатор с ручным переключением: ты смотришь на показания датчика и зажигаешь нужный.
Зачем так: сначала ты сам работаешь «мозгом» прибора, решая, какой цвет зажечь. На следующем расследовании (и в 8–9 классе) это решение переедет в микросхему — но сначала надо понять, какое именно решение принимается.
| Цвет | Условие | Что делать |
|---|---|---|
| 🟢 Зелёный | до 1000 ppm | всё хорошо |
| 🟡 Жёлтый | 1000–1400 ppm | пора приоткрыть |
| 🔴 Красный | выше 1400 ppm | проветривать немедленно |
Довести до предела: сделай шкалу из 5 светодиодов вместо 3. Сколько границ придётся задать? Стало ли понятнее или наоборот?
Сборка B — «Измерение дня» (главная, всем классом)
Что делать: ставим датчик в классе и снимаем показания весь учебный день. Дежурная пара записывает.
| Время | Урок | CO₂, ppm | Форточка | Людей | Заметка |
|---|---|---|---|---|---|
| 8:30 | до занятий | пустой класс | |||
| 9:15 | 1 урок, конец | ||||
| 9:20 | перемена | ||||
| … | |||||
| 14:00 | 6 урок, конец |
Главный вопрос: насколько вырос CO₂ к шестому уроку по сравнению с утром? И падает ли он до нормы за перемену?
Довести до предела: построй график «время → ppm» на клетчатой бумаге. Отметь на нём перемены. Видно ли, как проветривание сбивает уровень? За сколько минут?
Сборка C — «Эксперимент с проветриванием» (доказательная)
Здесь мы не наблюдаем, а ставим эксперимент: меняем одно условие и смотрим на результат.
Что делать: два одинаковых урока в одном классе.
- Урок 1: форточка закрыта. Снимаем CO₂ каждые 5 минут.
- Урок 2: форточка приоткрыта всё время. Снимаем так же.
Всё остальное одинаково: тот же класс, то же количество людей, та же погода (насколько повезёт).
Главный вопрос: насколько отличаются кривые? Достаточно ли приоткрытой форточки, чтобы удержаться ниже 1000 ppm?
7. Разноуровневые задания
Воспроизведение.
- Что такое ppm? Что означает «1000 ppm CO₂»?
- Откуда в классе берётся углекислый газ? Назови источник.
- Какое значение CO₂ считается порогом нормы для учебного помещения?
8. Итог
Вернёмся к ванне. Тридцать человек непрерывно льют CO₂; форточка — кран и слив одновременно. Закрыли — уровень растёт, открыли — падает. Твоя тяжёлая голова на шестом уроке имеет измеримую причину.
Главное, что случилось сегодня: у тебя есть данные о собственной школе, которых не было ни у кого. Не мнение «душно», а график с цифрами и временем. Это разный вес в разговоре со взрослыми.
Домой. Светофорная шкала твоя. Дома интереснее всего измерить спальню утром: за ночь при закрытом окне CO₂ в маленькой комнате поднимается сильно. Если в семье есть датчик или умная колонка с датчиком — сравни с нашими измерениями.
Что делаем с результатом. Оформляем график и относим завучу. Это не жалоба, а данные: «вот как меняется воздух в кабинете №__, вот когда он выходит за норму, вот что помогает». Такой разговор выигрывают цифры, а не эмоции.
Мостик. Мы научились измерять и записывать. Но сидеть с блокнотом весь день — глупо: это работа для машины. На следующем расследовании посчитаем, сколько электричества едят приборы вокруг нас, а в 8–9 классе научим ESP32 писать данные за нас — всю неделю, без дежурных.
🧑🏫 Карточка учителя
Банк вопросов и типичных ошибок, тайминг занятия, ТБ, что делать, если пошло не так, и метапредметные выходы — кому из коллег что сказать про это расследование.