Тема- определение величины интегрального потока солнечной радиации. Изменение и оценка интенсивности инфракрасного излучения с помощью приборов и субъективным методом.

Цель занятия: научить студентов методам определения интегрального потока а солнечной радиации. Освоить правила измерения и оцеки лучистой энергии искусственных источников инфракрасной радиации.

ОБЪЕМ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СГУДЕНТОВ:

1. Ознакомиться с устройством и правилами работы приборов для измерения уровня интенсивности солнечной радиации.

2. Ознакомиться с устройствами и правилами работы приборов для измерния лучистой энергии от искусственных источников.

3. Провести определение уровня солнечной радиации с помощью пиранометра Янишевского на рабочих участках, указанных преподавателем.

4. Провести измерение и оценить интенсивность лучистой энергии (тепловой радиации) актинометром на различных расстояниях oт заданного источника.

5. Определить величину радиационной теплоотдачи дифференциальным радио- метром А.Н.Сизякова.

6. Результаты всех выполненных измерений оформить в виде протокола по при­веденной ниже форме.

7. Решение ситуационных задач по оценке интенсивности теплового излучение в производственных условиях и обоснование комплекса санитарно-технических мероприятий.

Контрольные вопросы

1. Солнечная радиация, ее определение, спектральный состав и природа излуче

ний.

2. Что понимается под прямой и рассеянной (диффузной ) солнечной радиацией: их отличительные особенности и гигиеническое значение.

3.Какие основные области выделяяются в интегральном потоке солнечного

излучения и длина их волн.

4.Что понимается под "солнечной постоянной", едчницы ее измерения ; ее величины в верхних слоях атмосферы и приземном слое.

5.Особенности солнечного спектра в верхних слоях и приземной атмосферы.

6.Перечислите факторы, влияющие на спектральный состав солнечной радиации в приземной атмосферы.

7.Биологическое действие инфракрасной радиации солнца.

8.Источники лучистой энергии в производстве и быту; их влияние на организм человека.

9.Приборы для измерения солнечной радиации, их разновидности, способы измерения.

10.Устройство пиранометра Янишевского, правила работы

11. Устройство актинометра ЛИОТ-Н, его назначение и правила работы.

12.Назначения дифференциального радиометра А.Н.Сизякова, его устройства и правила работы.

Под солнечной радиацией понимается интегральный поток радиации корпу­скулярной и электромагнитной природы, испускаемой солнцем.

Лучистая энергия солнца представляет собой мощный профилактический и лечебный фактор. Помимо теплового эффекта и влияния на функции органа зрения она оказывает многообразное биологическое действие на весь организм.

Чрезвычайно большое биологическое значение солнечной радиации обуслов­ливает важность определения величины напряжения и спектрального состава солнечной радиации.

Эти характеристики особенно важны в практике гелиотерапии и закаливания, т.к. положительное действие воздушно-солнечных ванн проявляется лишь при определенных, оптимальных дозах солнечной радиации. Избыток радиации мо­жет нанести существенный вред, в том числе в виде отдаленных последствий со стороны нервной, сердечно-сосудистой и других систем и органов человека.

Наряду с лучистой энергией солнца, организм человека постоянно подверга­ется воздействию электромагнитного излучения от различных искусственных источников излучения. В зависимости от длины волны и биологического действия электромагнитные излучения подразделяются на:

радиоволновое - 30 км - 1 мм

инфракрасное - 346000 - 760 нм

видимые - 760 - 400 нм

ультрафиолетовые - 400 - 20 нм

рентгеновское - 20 - 0,071 нм

гамма-лучи - 0,071 - 0,019 нм

Как указывалось выше, действие этих лучей на человека может быть обусловлено природными или искусственными источниками. Причем, излучение может быть интенсивным (особенно в производственных условиях), и врачу необходимо в этих случаях разрабатывать мероприятия по защите рабочих от их неблагоприятного воздействия. Поэтому необходимо знать приемы и способы измерения всех источников излучения и приборы, с помощью которых они регистрируются. Измерение напряжения (интенсивности) лучистой энергии солнца и других источников производится с помощью приборов, называемых актинометрами. Они показывают напряжение радиации в малых калориях, получаемых в течение одной минуты на 1 см поверхности, расположенной перпендикулярно к источнику лучей.

Актинометрические приборы подразделяются на АБСОЛЮТНЫЕ, дающие показания непосредственно в малых калориях, и ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ, показания которых необходимо переводить в тепловые единицы с помощью разработанных переводных коэффициентов.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

Актинометрические приборы, предназначенные для определения рассеянной и суммарной солнечной радиации (а по их разности - прямой радиации) называются пиранометрами.

В отечественной практике для измерения интенсивности солнечной радиации используются пиранометры Янишевского, Носкова, актинометр Капитана, актинометр термоэлектрический (АТ-50), универсальный гелиограф (ГУ). Принцип устройства их аналогичен.

ПИРАНОМЕТР ЯНИШЕВСКОГО. Для измерения солнечной радиации чаще всего применяется пиранометр Янишевского, имеющий сравнительно простое устройство, высокую чувствительность и постоянство коэффициентов. Прибор позволяет измерять суммарную и рассеянную радиацию.

Приемником у пиранометра Янишевского служит термоэлектрическая батарея-пластинка, составленная из полосок манганина и константана, последовательно спаянных между собой. С одной стороны поверхность термобатареи-пластинки окрашена белой (окись магния) и черной (окопоть) красками таким образом, что все последовательные спаи оказываются окрашенными в различный цвет.

Термобатарея-пластинка при помощи лака прикреплена к ребрам металлических призм, расположенных на верхней части металлического цилиндра, который служит корпусом прибора. К конечным пластинкам термобатареи припаяны мед­ные провода, соединяющие ее с клеммами, к которым подключается стрелочный гальванометр с чувствительностью порядка 1*10^-6 а. Сверху металлического цилиндра навинчивается кольцо, на котором укреплен полусферический стеклянный колпак, защищающий термобатарею от действия дождя, снега, ветра и т.п. Для осушения воздуха в пиранометре внутри цилиндра на винтовой нарезке укреплена сушилка, заполненная гигроскопическим веществом (обычно металлическим натрием). Сбоку металлического цилиндра на шарнире укреплен теневой экран в виде диска. Он служит для защиты пиранометра от прямых солнечных лучей в случаях, когда хотят определить интенсивность рассеянной радиации. При наблюдениях пиранометр укрепляют на треножной подставке, имеющей два установочных винта и уровень, при помощи которых устанавливают прибор так, чтобы его приемник (термобатарея) был расположен горизонтально. Прибор вы­носят на место наблюдения за 10-15 минут до начала измерения, чтобы он принял температуру окружающего воздуха. Первый этап работы состоит в установлении нулевого положения стрелки гальванометра. Для этой цели закрывают пиранометр специальной крышкой, включают гальванометр и, пользуясь корректирующим винтом, приводят стрелку гальванометра возможно ближе к нулю. Отсчет нулевого положения стрелки делают с точностью до десятых долей шкалы п'_О. После этого снимают крышку, устанавливают экран, защищающий прибор от прямой радиации, и через 20 секунд производят три отсчета по гальванометру ,(n₁, n₂, n₃ ) с промежутками 15 секунд. Затем экран убирают, производят такую же серию отсчетов (n₄, n₅, n₆ ) без него (суммарная радиация), вновь ставят экран и повторяют при нем еше одну серию отсчетов(n₇, n₈, n₉ ). После этого пиранометр снова закрывают крышкой и вторично производят определение нулевого положе­ния стрелки гальванометра п"о.

Величину рассеянной радиации вычисляют по формуле:

Величину суммарной радиации вычисляют по формуле:

где: J - интенсивность рассеянной радиации;

J₁ - интенсивность прямой радиации;

J₁ +J - суммарная радиация;

n - отсчет по гальванометру;

К - переводной коэффициент пиранометра, полученный путем сравнения с показаниями абсолютного актинометра.

ИЗМЕРЕНИЕ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ ИСКУССТВЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФРАКРАСНОЙ РАДИАЦИИ

Искусственными источниками инфракрасной радиации являются все нагретые тела (предметы), от температуры которых зависит и длина волны излучения. Мощность этого излучения выражается в калориях на см²поверхности, расположенной перпендикулярно потоку лучей в одну минуту (кал/см²мин). Причем установлено, что мощность излучения не зависит <от окружающей среды, а опре­деляется лишь состоянием тела (закон Прево-Кирхгофа). По закону Стефана-Больцмана, мощность излучения определяется температурой нагретого тела:

Е = К • Т⁴

где: Е - мощность излучения;

К - постоянная, равная 1,38 х 10^-12 кал/см² сек (7,98 х 10^-11 кал/см² мин);

Т - температура тела в градусах Кельвина. Измерение потока лучистой энергии искусственных источников может быть произведено актинометром Ленинградского института гигиены труда и профессиональных болезней (ЛИОТ-Н).

Данный прибор имеет широкий диапазон измерений, портативен, прост в эксплуатации. Его устройство основано на принципе термоэлектрического эффекта. Если в замкнутой электрической цепи, состоящей из двух разных металлов, места контактов имеют разную температуру, то в цепи возникает ток, сила которого пропорциональна разнице температур на термоспаях. В качестве термоприемника в актинометре использована термобатарея-пластинка, состоящая из ряда тер­моэлементов, спаянных между собой. Эти спаи поочередно имеют белый и черный цвет. При действии на такую пластинку инфракрасного излучения соседние спаи приобретают разную температуру вследствие разности поглощения лучистого тепла черным квадратиком и отражения его белым. Разность температур обусловливает появление в батарее тока, который измеряется гальванометром. Шкала последнего градуирована в единицах измерения тепловой радиации - калориях на см² в мин. Предел измерения от 0 до 20 кал/см² мин.

Измерение интенсивности тепловой радиации актинометром проводится следую­щим образом. Перед измерением стрелку гальванометра ставят в "О" положение с помощью корректора при закрытом от радиации теплоприемнике. Затем открывают крышку, и прибор в вертикальном положении направляют термоприемником в сторону источника излучения. Отсчет показаний гальванометра производят через 3 секунды на месте измерения, после чего теплоприемник закрывают крышкой. Актинометр нельзя длительное время непрерывно держать под облучением! Необходимо также предохранять его от резких толчков и сотрясений.

Таблица 11. Шкала субъективной оценки интенсивности теплового излучение (по Н.Ф.Галанину).

Интенсивность радиации в кал/см^2 мин	Интенсивность радиации	Время переносимости
0,4-0,8	Слабая	Переносится неопределенно долго
0,8-1,5	Умеренная	3-5 мин
1,6-2,3	Средняя	40-60 сек
2,3-3,0	Повышенная	20-30 сек
3,0-4,0	Значительная	12-24 сек
4,0-5,0	Сильная	7-10 сек
Свыше 5,0	Очень сильная	2-5 сек

Полученные результаты измерения лучистой энергии от искусственного источника можно оценить по приведенной в таблице 11 шкале Н.Ф.Галанина субъективной оценке интенсивности теплового излучения.

ИЗМЕРЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

МАЛОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

Для измерения инфракрасного излучения малой интенсивности, а также для измерения теплопотерь человека используется ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РАДИОМЕТР А.Н.СИЗЯКОВА.

Воспринимающей частью радиометра является термостолбик, состоящий из трех блоков, каждый из которых имеет 30-40 медно-константановых термопар. Термостолбик вмонтирован в алюминиевое кольцо, на которое навинчиваются алюминиевые конусы.

Термостолбик соединен с гальванометром. Радиометр позволяет определить радиационный теплообмен между двумя телами (организмом человека и окружающими предметами). Интенсивность теплообмена выражается в кал на см² в час. Для того, чтобы получить данные о тепловом радиационном обмене, необходимо показания гальванометра уменьшить на модуль прибора (градуировочный коэф­фициент прибора).

Перед измерением стрелка гальванометра устанавливается в нулевое положение. Один из конусов радиометра направляется к телу человека, другой - к предмету (положительный конус в сторону тела, имеющего более высокую температуру, отрицательный - к предмету с низкой температурой). Через 3-4 секунды снима­ются показания гальванометра. Исследования проводятся трижды, и вычисляется среднее значение, которое умножается на градуировочный коэффициент прибора. Величина радиационной теплоотдачи "человек-окружающие предметы" для жилых и общественных зданий в пределах 1-1,5 кал/см² час определяет состояние теплового комфорта человека.