Лекция 13
Электромагнитные излучения: определения, источники, область распрострения,
законы Вина и Стефана-Больцмана, действие на человека, нормирование и защита ИК
Электромагнитные излучения
Электромагнитные излучения – электромагнитные волны (ЭВ), возбуждаемые заряженными частицами, атомами, молекулами, антеннами и др. так называемыми излучаемыми системами. Различают индуцированное, спонтанное, тормозное, тепловое излучение, а также люминесценцию.
Электрическое поле (ЭП) – одно из физических полей, посредством которого осуществляется взаимодействие электрически заряженных частиц или частиц, обладающих магнитным моментом. ЭП характеризуется векторными величинами: напряженность эл. поля Е и напяженность магнитного поля Н (магнитная индукция В).
ЭВ – возмущения ЭП, т.е. переменное эл.магнитное поле, распрстраняющи- еся в пространстве с конечной скоростью. В зависимости от длины волны эл.магнитного излучения различают радио волны, оптическое излучение (ИК, видимое, УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи. Спектр ЭМП достигает частот в 10-21 Гц.
Источники, область распространения ЭП
Источники могут быть естественными и искусственными. Естественные: атмосферное электрич-во, радиоизлучения Солнца и галактик,
электрические и магнитные поля Земли. Естестест-е эл. поле Земли – 100-500 В/м, магнитное – 40 А/м.
Искусстаенные: индукторы, конденсаторы с ламповыми генераторами, фидерные линии, трансформаторы, антенны, концы волноводов, генераторв СВЧ.
Источники ЭП промышлен. частоты: линии электропередач U до 1150 кВ, открытые распрдел-е аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы. Источники постоянных магнитных полей: электромагниты, соленоиды, импульсные установки, литые и металлокерамические магниты.
Радиоволны делятся на: низкочастотные НЧ (0,003 Гц до 100 кГц, дл. волны >3 км), ВЧ (100 кГц - 30 МГц, 3км- 10 м), УВЧ (30-300 МГц, 10-1 м), СВЧ (300 МГц- 300
Ггц; 1м- 1 см, 1-10 см, 1см- 1мм).
Область распространения три зоны: (зона индукции) с R=1/6 λ,
промежуточная (зона интерферренции), дальняя (волновая), начиная с 6 λ .
Действие ЭМП на человека
Степень воздействия излучений на организм человека зависит от: 1) диапазона частот 2) продолжительности облучения
3)интенсивности воздействия соответствующего фактора
4)характера излучения (непрерывное, модулированное)
5) режима облучения 6) размеров облучаемой поверхности тела
7)индивидуальных особенностей организма.
ВЭП атомы и молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуются и ориентируются по направлению распространения ЭМП, возникают ионные токи, вызывающие нагрев тканей. Избыточ-я теплота отводится до известного предела, начиная с величины энергии I= 10 мВт/см2 (тепловой порог) организм не справляется с отводом, что сопровождается повышением темп-ры тела, локальным нагревом тканей, возможны изменения в крови ( количество лейкоцитов, эритроцитов, гемоглобина). Длительное воздействие НЧ: нарушения ЦНС, ССС; СВЧ: головная боль, утомляемость, нарушение сна, боли в сердце...
Тяжелые поражения только в аварийных случаях и редки.
Нормирование
В эл.магнитном поле пром. частоты нормируются (ГОСТ 12.1.002-84, СНиП 2.2.4.1191-03) напряженности электрического Е и магнитного Н поля:
Е менее 5 кВ/м – продолжительность пребывания в ЭП в течении суток - без ограничений, от 5 до10 ≤ 180 мин, свыше 10 до 15 ≤ 90 мин, свыше 15 до 20 ≤ 10 мин, свыше 20 до 25 кВ/м ≤ 5 мин;
Н = 1600 A/м не более 1 ч, 800 - 2 ч, 400 - 4 ч, 80 - 8 ч.
В радиодиапазоне частот 60 кГц...300 МГц нормируются (ГОСТ 12.1.006-84)
напряженности |
электрической Е и магнитной Н |
составляющих ЭМП: |
по Е , В/м: 50 для частот 60 кГц до 3 МГц, 20 для 3-30 МГц, 10 для 30-50 МГц, |
||
5 для 50-300 МГц; |
|
|
по Н, А/м: 5 |
для частот от 60 кГц до 1,5 МГц; 0,3 для |
30-50 МГц. |
В диапазоне частот 300 Мгц...300ГГц нормируется плотность потока энергии (ППЭ) ≤ 10 Вт/м2, а при наличии рентгеновского излучения или высокой т-ры (>28 0С)
– 1 Вт/м2.
Для постоянного магнитного поля нормируется напряженность Н ≤ 8 кА/м. ПДУ электростататического поля = 20 кВ/м, допускается 60 кВ/м в течении 1 час (ГОСТ 12.1.045-84)
Защита от ЭМП
Коллективные методы защиты:
1) уменьшение напряженности и плотности потока энергии
2)экранирование рабочего места (отражением или поглощением)
3)удаление рабочего места от источника эл. магнитных излучений
4)рациональное размещение оборудования
5) |
рациональные режимы работы |
оборудования и персонала |
||
6) |
прменение |
предупреждающей |
сигнализации |
( свет, звук ) |
7) |
заземление |
изолированных от |
земли машин, |
механизмов. |
Средства индивидуальной защиты:
спецодежда из метализированной ткани в виде: комбинезонов; халатов, курток с капюшоном; фартуков; жилетов; рукавиц, перчаток; обуви; средств защиты лица. Все части защитной одежды должны иметь между собой электрический контакт.
Очки обязательны при интенсивности >10 Вт/см2, например, очки ОРЗ-5 со стеклами, покрытыми слоем полупроводникового оксида олова, ослабляют мощность в диапазоне длин волн 0,8...150 см не менее, чем в 1000 раз.
Инфракрасные (тепловые) излучения
Инфракрасное (ИК) излучение представляет собой невидимую часть оптического эл. магнитного спектра, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект. ИК излучение генерируется любым нагретым телом, температура которого определяет интенсивность и спектр излучаемой эл. магнитной энергии.
Источниками могут быть: открытый огонь, расплавленные материалы (металл, стекло), нагретые детали (слитки, заготовки), а также поверхности тепловых агрегатов (корпуса плавильных, нагревательных печей).
Спектр ИК излучения находится в пределах от 0,76 до 1000 мкм и имеет
3области:
1.коротковолновая 0,76 – 1,4 мкм (излучают тела с температурой >100 оС),
2.средневолновая 1,4 – 3,0 мкм (излучают тела с температурой 50-
100 оС), 3. длинноволновая 3-1000 мкм ( < 50 оС, в том числе тело человека).
Мах проникающая способность у ИК лучей с λ= 1,5 мкм, глкбоко проникают в ткани (до 4 см), мало поглощаются кожей.
Мощность излуч-я, з-ны Вина, Стефана-Больцмана
Мощность (интенсивность) излучения зависит в основном от темпе-ры излучающей поверхности, приведенной степени черноты:
Еобл = 5,7 [(Т/100)4 – А] εпр φо Соs αО
В практических условиях излучение является интегральным, т.к.
нагретые тела излучают одновременно волны разной длины. Максимальная энергия излучения соответствует волнам, длина которых определяется по
закону Вина:
λmax = 0,29 х 10 3/Т,
где: Т- температура излучаемого тела, 0К.
Потеря тепла человеком путем излучения может ориентировочно оцениваться по закону
Стефана – Больцмана:
Е = к х (Т41 – Т42), где: Е – энергия ЭМИ с единицы поверх-ти тела в ед-цу времени, Вт/м2
Т1 – абсолютная т-ра тела человека Т2 - абсолютная т-ра окружающих поверхностей.
Нормирование параметров микроклимата (ГОСТ 12.1.005-88, СанПиН 2.2.4.548-96)
Параметры производственного микроклимата (температура воздуха, оС; относительная влажность, %; скорость движения воздушных потоков, м/с) подразделяются на оптимальные и допустимые, устанавливаются для холодного (ниже +10оС) и теплого (выше +10оС) периода года для различных категорий работ по тяжести, характеризующихся величиной энергозатрат.
Категории работ: легкая Ιа до 140 Вт, легкая Ιб 140-175 Вт, средней тяжести ΙΙа 175-232 Вт, средней тяжести ΙΙб 233-290 Вт, тяжелая ΙΙΙ более 290 Вт.
В горячих цехах нормируется интенсивность теплового излучения и температура нагретых поверхностей. Интенсивность от открытых источников не должна превышать 140 Вт/м2, от нагретых поверхностей 100 Вт/м2 (при облучении не > 25% поверхности тела), 70 Вт/м2 (25-50%), 35 Вт/м2 (>50%). Т-ра поверхностей оборудования должна быть ≤ 35 оС при т-ре внутри источника тепла до 100 оС и ≤ 45 оС
– более 100 оС.
