4. The student conducted an experiment in which he made 4 inhalations and exhalations, then measured the volume
4. The student conducted an experiment in which he made 4 inhalations and exhalations, then measured the volume of exhaled air (using a device). He determined the percentage composition of gases in the air during breathing (oxygen, carbon dioxide, nitrogen). The results of the experiment were recorded in a table: (a) Fill in the "Inhaled Air" column with the percentage content of oxygen and carbon dioxide during inhalation. [1] (b) Describe how the composition of the air changed during breathing, and show your calculations. - Amount of oxygen in the lungs in calculations: - Amount of carbon dioxide in the lungs in %. Calculations:
Zvezdopad_V_Kosmose_3979 58
диоксида в легких при расчетах: - Количество азота в легких при расчетах: [2] (c) Explain why the percentage composition of gases in exhaled air is different from that in inhaled air. [2] (d) Analyze the results of the experiment and draw conclusions about the gas exchange that occurs during breathing. [3](a) Заполните столбец "Вдыхаемый воздух" процентным содержанием кислорода и углекислого газа при вдыхании. [1]
Решение:
В процентах состав атмосферного воздуха следующий: около 21% - кислород и около 0,04% - углекислый газ. Поэтому при вдыхании 100% воздуха в легкие, его состав будет следующим:
Вдыхаемый воздух:
- Кислород: 21%
- Углекислый газ: 0,04%
(b) Опишите, как меняется состав воздуха в процессе дыхания и предоставьте расчеты.
Решение:
В процессе дыхания происходит газообмен, при котором выдыхается часть вдыхаемого воздуха с измененным составом. Давайте рассчитаем, как изменяется процентное содержание кислорода и углекислого газа в легких после каждого цикла вдох-выдох.
Предположим, что объем выдыхаемого воздуха после четырех циклов вдох-выдох равен Х. Обозначим процентное содержание кислорода в выдыхаемом воздухе как Y и процентное содержание углекислого газа как Z.
После первого цикла вдох-выдох:
- Количество выдохнутого кислорода: (Y/100) * Х
- Количество выдохнутого углекислого газа: (Z/100) * Х
- Количество оставшегося кислорода: (1 - (Y/100)) * Х
- Количество оставшегося углекислого газа: (1 - (Z/100)) * Х
После последнего, четвертого цикла вдох-выдох:
- Количество выдохнутого кислорода: (Y/100)^4 * Х
- Количество выдохнутого углекислого газа: (Z/100)^4 * Х
- Количество оставшегося кислорода: (1 - (Y/100)^4) * Х
- Количество оставшегося углекислого газа: (1 - (Z/100)^4) * Х
(c) Объясните, почему процентное содержание газов в выдыхаемом воздухе отличается от вдыхаемого. [2]
Решение:
Процентное содержание газов в выдыхаемом воздухе отличается от вдыхаемого из-за газообмена, происходящего в легких. Во время вдоха, мы получаем чистый кислород и незначительное количество углекислого газа из атмосферы. Однако, в процессе обмена газами в легких, кислород поступает в кровь, а углекислый газ выделяется из крови, поэтому процентное содержание газов в выдыхаемом воздухе изменяется.
(d) Проанализируйте результаты эксперимента и сделайте выводы о газообмене, происходящем во время дыхания. [3]
Решение:
Результаты эксперимента показывают, что в результате газообмена в легких в процессе дыхания происходит уменьшение процентного содержания кислорода и увеличение процентного содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе по сравнению с вдыхаемым воздухом. Это свидетельствует о том, что организм поглощает кислород из вдыхаемого воздуха и выбрасывает углекислый газ во время выдыхания. Газообмен в легких необходим для поддержания нормального уровня кислорода в организме и избавления от углекислого газа, продукта обмена веществ.