Коронавирусная задачка по физике

Аватар пользователя ВладимирХ

Диоксид хлора (ClO2) является сильным окислителем и дезинфектантом. В частности, он используется для обеззараживания питьевой воды в водопроводе.

Какова будет частота соударений молекул ClO2 с единичным коронавирусом в воздухе при комнатной температуре и при концентрации ClO2 в воздухе в десять раз меньше предельно допустимой концентрации (ПДК) ?

Принять

- температуру воздуха - 25 градусов Цельсия

- диаметр коронавируса - 75 нм

- ПДК ClO2 - 0,1 мг/м3

Авторство: 
Авторская работа / переводика

Комментарии

Аватар пользователя Рамзес
Рамзес(4 года 1 месяц)

Какова будет частота соударений молекул ClO2 с единичным коронавирусом в воздухе

Единичных вирусов SARS-COV-2 в воздухе не бывает 

Комментарий администрации:  
*** отключен (систематический помойный срач, инфомусор) ***
Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Поясните свою мысль.

Бывают единичные, но не в воздухе или в воздухе они летают исключительно группами?

Аватар пользователя Рамзес
Рамзес(4 года 1 месяц)

Единичные экземпляры вирусных частиц можно встретить в организме человека.

Вирус передается главным образом через капельки жидкости от больного человека при кашле и чихании - то есть находится в капельках аэрозоля. 

Лидия Буруиба (Lydia Bourouiba) из Массачусетского технологического института решила записать рапидной камерой (частота 2000 кадров в секунду) процесс чихания, оценить скорость оседания капель разных размеров и измерить, насколько далеко они разлетаются. Получилось, что облако капель распространяется на 7–8 метров. Оседая, они загрязняют поверхности патогенами. Важен не только диаметр капель: в зависимости от влажности воздуха их взвесь может задерживаться от нескольких секунд до нескольких минут.

Автор предполагает, что эти данные могут оказаться важными и для борьбы с нынешней пандемией COVID-19. Они не противоречат тому, что обнаружили сотрудники сингапурских больниц: там пациенты заражались коронавирусом, даже когда в воздухе комнат его не находили.  Обеззараживание поверхностей помогало избавиться от вируса.

Так что попытки обеззараживания воздуха  ни к чему не приводят. Обеззараживать нужно поверхности.

Ну и держаться подальше от чихающих 

Комментарий администрации:  
*** отключен (систематический помойный срач, инфомусор) ***
Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Это будет следующая задачка. А пока попробуйте решить эту.

Анекдот в тему

Учитель: "Дети, пишите: "Рыба сидела на дереве".

Ученик: А разве рыбы сидят на деревьях?

Учитель: Ну... Это была сумасшедшая рыба.

Школьный анекдот

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 4 месяца)

Ученик: А разве рыбы сидят на деревьях?

Конечно сидят! Илистый прыгун называется.

Благодаря такой технике прыгуны могут взбираться на деревья или скалы.

Благодаря такой технике прыгуны могут взбираться на деревья или скалы.
Источник: %https://givotniymir.ru%
Благодаря такой технике прыгуны могут взбираться на деревья или скалы.
Источник: %https://givotniymir.ru%
Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Все логично. Значит, илистый прыгун - сумасшедшая рыба smiley

А за информацию спасибо.

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 4 месяца)

А за информацию спасибо

Всегда пожалуйста.laugh

Аватар пользователя Issi
Issi(11 лет 4 недели)

Насколько помню, вирусный аэрозоль может до часу в виде взвеси в воздухе быть.

Аватар пользователя Evg_Ban
Evg_Ban(11 лет 8 месяцев)

Хотелось бы почитать про это.

Не поделитесь?

Аватар пользователя Barry
Barry(6 лет 3 месяца)

28 раз в секунду.

Не верите? Покажите свой расчёт! Сравним.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Не верю. А расчет покажу, но попозже. Пусть народ поразвлекается.

Аватар пользователя balda74
balda74(8 лет 9 месяцев)

 

Аватар пользователя Older
Older(9 лет 11 месяцев)

Задачка номер два. Повышаем концентрацию и интенсивность воздействия диоксида хлора для гарантированного уничтожения всего живого на растоянии в полтора метра от "блокиратора вирусов" (а иначе вирусы просто не заметят никакого блокиратора). 

Каковы будут побочные эффекты с учетом того, что реакционноспособные молекулы диоксида не обладают селективностью по отношению к клетками организма человека?

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Задачка номер два.

Вы  первую решите, тогда обсудим вторую. А звиздеть - не мешки ворочать.

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 4 месяца)

Первая задачка некорректна. Вы не сказали сколько молекул ClO2 должно соудариться с вирусом, чтобы он пошел в страну Марльборо.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

В условии про "страну Марльборо" ничего нет. Для начала прсто оцените количество соударений.

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 4 месяца)

Для этого надо знать поверхностную площадь частицы как минимум. У вас ничего про это нет.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Считайте вирус просто шаром. Если форма сложнее, то количество соударений возрастет.

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 4 месяца)

Так сколько молекул должно столкнуться, с вирусом чтобы он разрушился, какова концентрация вирусных частиц в кубометре воздуха?

Или вы планируете получить ответ на свою задачу "42"?

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Так сколько молекул должно столкнуться, с вирусом чтобы он разрушился, какова концентрация вирусных частиц в кубометре воздуха?

Ответа не знаю, но полагаю сотни тысяч соударений хватит. Все-таки, коронавирус - механизм довольно сложный и  повреждение его поверхности во многих местах подавит его функциональность.

Или вы планируете получить ответ на свою задачу "42"?

Не понял смысла фразы.

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 4 месяца)

Ответа не знаю

Тогда поставленную вами задачу аналитически решить нельзя.

Не понял смысла фразы.

Проехали.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Тогда поставленную вами задачу аналитически решить нельзя.

Вы задали вопрос за пределами задачи.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Здорово. Тогда решите такую физическую задачу: какова должна быть плотность воздуха, чтобы короновирус диаметром 75 нм и массой порядка 10^10 дальтон стал броуновсой частицей?

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Сначала решите мою, потом обсудим Вашу.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Порядка двух с половиной тысяч в секунду.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Упс, лопухнулся на порядок... двадцати пяти тысяч.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

какова должна быть плотность воздуха, чтобы короновирус диаметром 75 нм и массой порядка 10^10 дальтон стал броуновсой частицей?

Если дадите определение "броуновской частицы", попробую ответить.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Частица, которая в результате теплового движения молекул среды находится в постоянном движении во взвешенном состоянии. То есть не оседает и хаотично движется.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Насколько я помню, пылинки в воздухе приводят как пример броуновского движения. Хотя, они со временем оседают. Но с темой броуновского движения я плотно не сталкивался.

Вы можете в этой связи сразу сформулировать положительный тезис, без наводящих вопросов.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Не совсем. Изначально Роберт Броун наблюдал движение пыльцевых зёрен в жидкости. Дело в том,что броуновское движение ни когда не прекращается. То есть частица постоянно находится в движении. Тепловое движение молекул среды не позволяет броуновским частицам осесть или слипнуться, одновременно заставляет их двигаться. Одна и та же частица может быть броуновской в жидкости, но не являться таковой в газе (пыльца, например). Вирус в жидкости не может осесть, а в газе - не может не осесть. Но если постепенно поднимать плотность газа, можно будет получить среду, в которой вирусная частица станет броуновской. Кроме того, если уменьшать силу тяжести, при неизменном давлении и температуре, то частица тоже сможет стать броуновской. То есть на МКС любой вирус - броуновская частица.

1. Частица должна обладать достаточно малой массой, чтобы молекула среды могла изменить её скорость (для вируса выполняется).

2. Силя тяжести, действующая на частицу, должна быть уравновешена суммой сил, действующих на неё, со стороны молекул среды.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Вы придаете особое значение взвешенности вирусов в воздухе. А это неважно. В осевшем состоянии контакт с воздухом (а значит, и с диоксидом) сохраняется. Так что, никуда эти вирусы не денутся smiley

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

С озоном - тоже. Пока вирус в капле его следует бить водорастворимым антисептиком, когда он сухой на поверхности - лучше воспользоваться более подходящим, для такого случая, средством.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Как мы знаем по водопроводу, диоксид хлора хорошо растворяется в воде.

Аватар пользователя Evg_Ban
Evg_Ban(11 лет 8 месяцев)

Решив вашу задачу попутно можно ответить на вопрос"Откуда в доме берется пыль".

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Не совсем. Пылинки - довольно интересные объекты. Они представляют собой довольно рыхлые агломераты. Плотность таких агломератов оказывается сравнимой с плотностью воздуха. Именно поэтому её и носит ветром. Чем плотнее частица, тем сложнее её поднять и перемещать воздушными потоками.

Аватар пользователя tiriet
tiriet(11 лет 1 месяц)

чисто по порядку величины: молярная масса вируса- примерно в 7503 раз выше молярной массы воздуха, то есть, примерно в 4*108 раз. при средней скорости молекул воздуха в 3*102 м/с каждый удар вызывает изменение скорости вирусной частицы на величину порядка 6*102/4*108=1,5*10-6м/с. при собственном диаметре 75нм такое изменение скорости должно быть заметно и вирус должен вести себя как вполне броуновская частица.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Не забывайте, что вирус находится в поле силы тяжести. Собственно, поэтому вирусы практически не летают самостоятельно. Способ их распространения воздушно-капельный или воздушно-пылевой. При высыхании капли в воздухе, вирусная частица довольно быстро оседает на поверхность и самостоятельно (под действием ударов молекул воздуха) подняться уже не может. Не может "сухой" вирус длительно удерживаться в воздушной среде во взвешенном состоянии. За то в воде - пожалуйста, не смотря на то, что молекула воды менее массивная чем молекулы воздуха.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

У вируса может быть два состояния:

1. В контакте с воздухом (неважно, в толще воздуха, или на какой-то поверхности).

2. В толще жидкости капли аэрозоля.

В первом случае ему достается "град" ядовитых для него молекул окислителя, которые его довольно быстро добьют.

Во втором случае жидкость капли (в силу своего малого размера) через поверхность быстро насытится молекулами диоксида (ClO2 хорошо растворяется в воде) и коронавирус уже в толще жидкости получит ту же самую интенсивность контактов с молекулами диоксида.

Так что, для вируса хрен редьки не слаще.

Это не голые рассуждения. Проводились эксперименты (2016 год), которые показали, что тот самый пресловутый бейдж полностью инактивирует вирусы гриппа в течение 10-12 минут. Цитата

Выводы Таким образом, в условиях аэрозольной камеры применение обез-зараживателя воздуха индивидуального (генератора диоксида хлора) приводит к инактивации вируса гриппа в составе аэрозоля, что позволяет прогнозировать его использование в качестве средства инактивации вируса гриппа в воздухе.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Так ведь озонирование не хуже справляется с обеззараживанием воздуха. И ПДК сравнимая. В статье, приведённой Вами, голословно, без всяких ссылок, утверждается "...эффект дезинфекции достигается за счет диффузии молекул озона, имеющей меньшую эффективность". И из проведённого исследования утверждение, что озон имеет меньшую эффективность тоже не следует. Если нужна высокая эффективность, то можно дезинфекцию проводить фторированием, только люди тоже будут дохнуть. При использовании озона как раз и достигается оптимальная эффективность обеззараживания при минимальном вреде для человека.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Как я понял, серьезных возражений против диоксида хлора у Вас нет. Просто Вам больше нравится озон.

Одна из причин: генераторы озона существенно сложнее.

Диоксид хлора генерируется очень просто. Бейджи-вирусблокаторы - гениальная штука, имхо.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Бейджи-вирусблокаторы, как я понял, содержат диоксид хлора, расходуя его постепенно. Следовательно это лишь картридж, заполненый активным веществом. После того, как активное вещество заканчивается, картридж следует заменить. Как индивидуальное средство защиты - вполне рабочая вещь. Но для обеззараживания помещений, имхо, гораздо удобнее озонатор, генерирующий активное вещество из атмосферы. Генерировать озон можно в ультрафиолетовом освещении, в коронном разряде, в дуге... не очень сложным оборудованием. Не имею личной неприязни к любым средствам дезинфекции, просто считаю разумным каждому средству выделить свою нишу, где это средство наиболее эффективно и наименее опасно для человека.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Бейджи-вирусблокаторы, как я понял, содержат диоксид хлора, расходуя его постепенно. Следовательно это лишь картридж, заполненый активным веществом.

Нет, не так. Основная реакция получения диоксида: NaClO2 (хлориТ натрия) + кислота = ClO2 + соль натрия + вода.

В бэйдже, как раз,обезвоженная смесь хлорита натрия с балластом. Под действием влаги воздуха происходит медленное выделение диоксида.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Не вижу существенной разницы между зарядкой готовым активным веществом и компонентами для синтеза. Суть одна: закончились компоненты заменяй картридж или заправляй. Если бы устройство генерировало активный компонент из окружающей атмосферы, а замены требовал бы источник энергии...

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Суть одна: закончились компоненты заменяй картридж или заправляй.

По инструкции индивидуального бейджа хватает после вскрытия на месяц, потом новый. А там - грамм хлорита и пять грамм балласта. Дешево и сердито ))))

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Примитивный китайский озонатор выдерживает 5000 часов работы, это более 200 суток непрерывной работы. При озонировании помещения по 1 часу три раза в день это более 4,6 лет. Для моей однокомнатной квартиры хватает 15 минут, следовательно срок службы озонатора вырастает до 22 лет. Купил я его за 1800 рублей. Грубо говоря, с учётом цены на электричество, меньше 7 рублей в месяц. Думаю для более продуктивных устройств себестоимость будет ниже. Ещё веселее рассчёты для уф-ламп тлеющего разряда.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Не чувствуете Вы прелести примитивных решений.

Бейлж - это такой оберег. Портативный, пассивный: прицепил и месяц носишь не думая. Не только дома, где розетка, а и в транспорте, магазине, в гостях.

Я не критикую Ваш озон, просто хочу показать прелесть, даже гениальность решения.

Аватар пользователя Баян
Баян(5 лет 9 месяцев)

Пятью комментами выше я писал: "Как индивидуальное средство защиты - вполне рабочая вещь."

Аватар пользователя tiriet
tiriet(11 лет 1 месяц)

грубая оценка. масса 1 кг воздуха- 1,3 кг. 0,1 ПДК диоксида хлора- это 1,0*10-2*10-6кг. Средняя молярная масса воздуха- 29г/моль. Молярная масса диоксида хлора- 67 г/моль.

итого, при наших концентрациях и вводных получим, что молярная концентрация оксида будет равна mu= (29/67)*1,0*10-8/1,3 = 3,3*10-9 (на каждые 3*108 молекул "воздуха" приходится 1 молекула хлороксида)

площадь поверхности вируса, она же "сечение захвата вируса".- 4*Pi*(75*10-9)2=70*10-15m2.

для воздуха при 300К средняя скорость движения молекулы составляет Vavg= 330 м/с, средняя концентрация молекул- n= (1300/29)*NA = e*1023 молекул/м3. "сечение рассеяния вируса" Sigma= 0,7*10-13m2

количество соударений молекул по вирусу вообще- nu = Sigma*n*Vavg = 0.7*10-13*2.7*1023*330 =6.2*1012 . Количество соударений именно оксида хлора- mu*nu = 6.2*1012*3.3*10-9 = 2*104 (ударов/секунду).

итохо: 20000.

P.S. если вирус на поверхности сидит- то его сечение захвата располовинивается (ибо удары только с одной стороны, а со второй половины ударов нет).

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Спасибо за решение. У меня получилась другая цифра. Сейчас на телефоне. Ближе к вечеру дам свой вариант решения и ответы. Пока замечание. Как я понял, Вы считали площадь поверхности шара, но взяли диаметр, а не радиус.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(11 лет 4 месяца)

Мое решение с несколько другой цифрой.

Масса молекулы m := mu/Na = 67.5/6e26 =1.125E-25 кг

Средняя скорость <v> = sqrt(8/Pi*k*T/m) = sqrt(8/Pi*1.38e-23*298/1.125E-25) = 305.10 м/сек

ПДК = 0.1 мг/м3 = 1e-7 кг/м3

Концентрация молекул n = 0.1*ПДК/m = 0.1*1e-7/1.125E-25 = 8.8889e16 1/м3

Частота соударений молекул с единичной поверхностью nu = 0.25*n*<v> = 0.25*8.8889e16* 305.10 = 6.7800e18 1/(сек*м2)

Поверхность коронавируса S = Pi*D^2 = Pi*75e-9^2 = 1.7671e-14 м2

Частота соударений молекул с вирусом f = nu*S = 6.7800e18*1.7671e-14 = 1.1980e5 1/сек

Т.е. 120К ударов/сек

Страницы