Електромагнітні поля - студопедія

Науково-технічний прогрес супроводжується різким збільшенням потужності електромагнітних полів (ЕМП), створених людиною, які в окремих-них випадках в сотні і тисячі разів вище рівня природних полів.

Спектр електромагнітних коливань включає хвилі довжиною від 1000 км до 0,001 мкм і по частоті f від 3 × 10 2 до 3 × 10 20 Гц. Електромагнітне поле характеризується сукупністю векторів електричних і магнітних со-складових. Різні діапазони електромагнітних хвиль мають загальну фі-тному природу, але різняться енергією, характером поширення, поглинання, відображення і дією на середу, людини. Чим коротше довжина хвилі, тим більше енергії несе в собі квант.

Основними характеристиками ЕМП є:

- Напруженість електричного поля. В / м.

- Напруженість магнітного поля. А / м.

- Щільність потоку енергії. стерпний електромагнітними хвиля-ми I. Вт / м 2.

Зв'язок між ними визначається залежністю

Зв'язок енергії I і частоти f коливань визначається як:

де: f = с / l, а з = 3 × 10 8 м / с (швидкість поширення електромагніт-них хвиль), h = 6,6 × 10 34 Вт / см 2 (постійна Планка).

В просторі. навколишньому джерело ЕМП виділяють 3 зони (рис.9):

а) Ближня зона (індукції), де немає поширення хвилі, немає перенесення енергії, а отже електрична і магнітна со-ставлять ЕМП розглядаються незалежно. Кордон зони R

б) Проміжна зона (дифракції), де хвилі накладаються один на одного, створюючи максимуми і стоячі хвилі. Межі зони l / 2p

в) Зона випромінювання (хвильова) з кордоном R> 2pl. Є поширення хвилі, отже характеристикою зони випромінювання є щільність потоку енергії, тобто кіль-кість енергії, падаючої на одиницю поверхні I (Вт / м 2).

Мал. 1.9. Зони існування електромагнітного поля

Електромагнітне поле в міру віддалення від джерел випромінювання загасає обернено пропорційно квадрату відстаней від джерела. У зоні індукції напруженість електричного поля зменшується обернено пропорційно відстані в третього ступеня, а маг-нітних поля обернено пропорційно квадрату відстані.

За характером впливу на організм людини ЕМП поділяють на 5 діапазонів:

Електромагнітні поля промислової частоти (ЕМП ПЧ): f <10 000 Гц.

Електромагнітні випромінювання радіочастотного діапазону (ЕМВ РЧ) f 10 000 Гц.

Електромагнітні поля радіочастотної частини спектра розбиваються на чотири піддіапазони

1) f від 10 000 Гц до 3 000 000 Гц (3 МГц);

2) f від 3 до 30 МГц;

3) f від 30 до 300 МГц;

4) f від 300 МГц до 300 000 МГЦ (300 ГГц).

Джерелами електромагнітних полів промислової частоти є лінії електропередач високої напруги, відкриті розбраті-ділильні пристрої, всі електричні мережі і прилади, які харчуються змінним струмом 50 Гц. Небезпека впливу ліній зростає із збільшенням-ням напруги внаслідок зростання заряду, зосередженого на фазі. Напруженість електричного поля в районах проходження високо-вольтних ліній електропередач може досягати декількох тисяч вольт на метр. Хвилі цього діапазону сильно поглинаються грунтом і на видалили-ванні 50-100 м від лінії напруженість падає до декількох десятків вольт на метр. При систематичному впливі ЕП спостерігаються функцио-нальні порушення в діяльності нервової і серцево-судинної систе-ми. Із зростанням напруженості поля в організмі наступають стійкі функціональні зміни в ЦНС. Поряд з біологічною дією електричного поля між людиною і металевим предметом виникатимуть розряди, обумовлені потенціалом тіла, який досягає декількох кіловольт, якщо людина ізольована від Землі.

Допустимі рівні напруженості електричних полів на робочих місцях встановлюються ГОСТом 12.1.002-84 «Електричні поля промислової частоти». Гранично до-допустимих рівень напруженості ЕМП ПЧ встановлюється в 25 кВ / м. Допустимий час перебування в такому полі становить 10 хв. Перебуван-ня в ЕМП ПЧ напруженістю більше 25 кВ / м без засобів захисту не допускається, а в ЕМП ПЧ напруженістю до 5 кВ / м перебування допускається протягом всього робочого дня. Для розрахунку допустимого часу перебування в ЕП при напружено-сти понад 5 до 20 кВ / м включно використовується формула

де: Т - допустимий час перебування в ЕМП ПЧ, (година);

Е - напруженість електричної складової ЕМП ПЧ, (кВ / м).

Санітарні норми СН 2.2.4.723-98 регламентують ПДУ магнітної складової ЕМП ПЧ на робочих місцях. Напруженість магнітної складової Н не повинна перевищувати 80 А / м при 8-ми годинному перебуванні в умовах цього поля.

Напруженість електричної складової ЕМП ПЧВ житловій забудові і квартирах регламентується СанПіН 2971-84 «Санітарними нормами і правилами захисту населення від впливу електричного поля, що створюється повітряними лініями електропередачі змінного струму промислової частоти». Згідно з цим документом, величина Е не повинна перевищувати 0,5 кВ / м усередині житлових приміщень і 1 кВ / м на території міської забудови. Норми ПДУ магнітної складової ЕМП ПЧ для житлової та міського середовища в даний час не розроблені.

ЕМІ РЧ використовуються для термообробки, плавки металів, в радіо-зв'язку, медицині. Джерелами ЕМП у виробничих приміщеннях є при-чиною лампові генератори, в радіотехнічних установках - антенні системи, в СВЧ-печах - витоку енергії у разі порушення екрана робочої камери.

ЕМІ РЧ прідействіі на організм викликає поляризацію атомів і молекул тканин, орієнтацію полярних молекул, поява в тканинах іонних струмів, нагрівання тканин за рахунок поглинання енергії ЕМП. Це порушує структуру електричних потенціалів, циркуляцію рідини в клітинах ор-ганизма, біохімічну активність молекул, склад крові.

Біологічний еффектЕМІ РЧ залежить від його параметрів: довжини віл-ни, інтенсивності та режиму випромінювання (імпульсний, безперервний, пре-ривістий), від площі опромінюваної поверхні, тривалості об-лучения. Електромагнітна енергія частково поглинається тканинами і пре-обертається в теплову, відбувається локальне нагрівання тканин, клітин. ЕМІ РЧ ока-показують несприятливу дію на центральну нервову систему, викликає порушення в нервово-ендокринної регуляції, зміни в крові, помутніння кришталика очей (виключно 4 поддиапазон), порушення обмінних процесів.

Гігієнічненормування ЕМІ РЧ здійснюється з-гласно ГОСТ 12.1.006-84 «Електромагнітні поля радіочастот. Допусти-мі рівні на робочих місцях і вимоги до проведення контролю ». Рівні ЕМП на робочих місцях контролюються виміром в діапазоні частот 60 кГц-300 МГц напруженості електричної і магнітних складових, а в діапазоні частот 300 МГц-300 ГГц щільності потоку енергії (ППЕ) ЕМП з урахуванням часу перебування в зоні опромінення.

Для ЕМП радіочастот від 10 кГц до 300 МГц регламентується напруженість електричної і магнітної складової поля в залежності від діапазону-на частот: чим вище частоти, тим менше допускається величина напря-боргованості. Наприклад, електрична складова ЕМП для частот 10 кГц - 3МГц становить 50 В / м, а для частот 50 МГц - 300 МГц тільки 5 В / м. В діапазоні частоти 300 МГц - 300 ГГц регламентується щільність потоку енергії випромінювання і створювана ним енергетична навантаження, тобто потік енергії, що проходить через одиницю опромінюваної поверхні за час дії. Максимальне значення щільності потоку енергії не повинно перевищувати 1000 мкВт / см 2. Час перебування в такому полі не повинно перевищувати 20 хв. Перебування в поле в ППЕ рівному 25 мкВт / см 2 допускається протягом 8-ми годинний робочої зміни.

У міській і побутової середовищі нормування ЕМВ РЧ здійснюється згідно СН 2.2.4 / 2.1.8-055-96 «Електромагнітні випромінювання радіочастотного діапазону». У житлових приміщеннях ППЕ ЕМІ РЧ не повинна перевищувати 10 мкВт / см 2.

У машинобудуванні широко використовується магнітно-імпульсна і електрогідравлічна обробка металів низькочастотним імпульсним струмом 5-10 кГц (різка і обтиснення трубчастих заготовок, штамповка, вирубування отворів, очищення виливків). Істочнікаміімпульсного магнітного по-ля на робочих місцях є відкриті робочі індуктори, електроди, тоководящіе шини. Імпульсне магнітне поле впливає на обмін речовин в тканинах головного мозку, на ендокринні системи регуляції.

Електростатичне поле (ЕСП) - це поле нерухомих електричні-ських зарядів, взаємодіючих між собою. ЕСП характеризується на-пряжене Е. тобто відношенням сили, що діє в поле на те-Чечня заряд, до величини цього заряду. Напруженість ЕСП вимірюється в В / м. ЕСП виникають в енергетичних установках, в електротехнологіче-ських процесах. ЕСП використовується в електрогазоочістке, при нанесенні лакофарбових покриттів. ЕСП робить негативний вплив на ЦНС; у працюючих в зоні ЕСП виникає головний біль, порушення сну та ін. В джерелах ЕСП, крім біологічного впливу, певну небезпеку становить аероіони. Джерелом аероіонів є корона, яка виникає на проводах при напруженості Е> 50 кВ / м. Допустимі рівні напруженості ЕСП встановлено ГОСТ 12.1.045-84 «Електростатичні поля. Допустимі рівні на робочих місцях і вимоги до проведення контролю ». Допустимий рівень напруженості ЕСП встановлюється в залежності від часу перебування на робочих місцях. ПДУ напруженості ЕСП встановлюється рівний 60 кВ / м протягом 1 години. При напруженості ЕСП менше 20 кВ / м час пре-биванія в ЕСП не регламентується.

Основними характерістікамілазерного випромінювання є: довжина хвилі l, (мкм), інтенсивність випромінювання, що визначається за величиною енергії або потужно-сті вихідного пучка і виражається в джоулях (Дж) або ватах (Вт): дли-ність імпульсу (сек), частота повторення імпульсу (Гц). Глав-ними критеріями небезпеки лазера є його потужність, довжина хвилі, тривалість імпульсу і експозиція опромінення.

За ступенем небезпеки лазери розділені на 4 класи: 1 - вихідний випромінювання небезпечно для очей, 2 - небезпечно для очей пряме і дзеркально відбите випромінювання, 3 - небезпечно для очей дифузно відбите випромінювання, 4 - небезпечно для шкіри дифузно відбите випромінювання .

Клас лазера за ступенем небезпеки генерованого випромінювання визна-ляется підприємством-виробником. При роботі з лазерами персонал під-Вергал впливу шкідливих і небезпечних виробничих факторів.

До групи фізичних шкідливих і небезпечних факторів при роботі лазерів відносять:

- лазерне випромінювання (пряме, розсіяне, дзеркальне або дифузно відбите),

- підвищене значення напруги електроживлення лазерів,

- запиленість повітря робочої зони продуктами взаємодії ла-зерно випромінювання з мішенню, підвищений рівень ультрафіолетової та інфрачервоної радіації,

- іонізуючі і електромагнітні випромінювання в робочій зоні, по-щення яскравість світла від імпульсних ламп накачування і вибухонебезпечність систем накачування лазерів.

На персонал, що обслуговує лазери, діють хімічно небезпечні і шкідливі фактори, як-то: озон, оксиди азоту та інші гази, обумовлений-ні характером виробничого процесу.

Дія лазерного випромінювання на організм залежить від параметрів випромінювання (потужності, довжини хвилі, тривалості імпульсу, частоти проходження їм-пульсов, часу опромінення і площі опромінюваної поверхні), локалі-зація впливу і особливості об'єкта, що опромінюється. Лазерне випромінюючи-ня викликає в опромінюваних тканинах органічні зміни (первинні ефекти) і специфічні зміни в самому організмі (вторинні ефекти). При дії випромінювання відбувається швидке нагрівання опромінюваних тканин, тобто термічний опік. В результаті швидкого нагрівання до високих температур відбувається різке підвищення тиску в опромінюваних тканинах, що призводить до їх механічного пошкодження. Дії лазерного випромі-чення на організм можуть викликати функціональні порушення і навіть пів-ву втрату зору. Характер пошкодженої шкіри варіює від легких до різного ступеня опіків, аж до некрозів. Крім змін тканин, ла-зерно випромінювання викликає функціональні зрушення в організмі.

Гранично допустимі рівні опромінення регламентуються «Сани-тарний нормами і правилами пристрої і експлуатації лазерів» 2392-81. Гранично допустимі рівні опромінення диференційовані з урахуванням режиму роботи лазерів. Для кожного режиму роботи, ділянки оптичного діапазону величина ПДУ визначається за спеціальними таблицями. Дози-метричний контроль лазерного випромінювання здійснюють відповідно до ГОСТ 12.1.031-81. При контролі вимірюються щільність потужності неодмінно-ривного випромінювання, щільність енергії імпульсного і імпульсно-модульованого випромінювання та інші параметри.

Ультрафіолетове випромінювання - це невидиме оком електромагнітних-нітних випромінювання, що займає проміжне положення між світлом і рентгенівським випромінюванням. Біологічно активну частину УФ-випромінювання ділять на три частини: А з довжиною хвилі 400-315 нм, В з довжиною хвилі 315-280 нм і С 280-200 нм. УФ-промені мають здатність викликати фото-електричний ефект, люмінесценцію, розвиток фотохімічних реак-цій, а також мають значну біологічну активність.

УФ-випромінювання характерізуетсябактеріціднимі і ерітемнимі властивостями. Потужність Еритемний випромінювання - це величина, яка характери-зує корисну дію УФ-випромінювань на людину. За одиницю Еритемний випромінювання прийнятий Ер, відповідний потужності в 1 Вт для дли-ни хвилі 297 нм. Одиниця ерітемной освітленості (опромінення) Ер на квадратний метр (Ер / м 2) або Вт / м 2 .Доза опромінення Нер виміряти-ється в Ер × год / м 2. тобто це опромінення поверхні за певний час. Бактерицидность потоку УФ-випромінювання вимірюється в Бакта. Відповідно бактерицидна опромінення-Бакта на м 2. а доза Бакта на годину на м 2 (бк × год / м 2).

Джерелами УФ-випромінювання на виробництві є електрична дуга, Автогенне полум'я, ртутно-кварцові пальники та інші температурні випромінювачі.

Природні УФ-промені роблять позитивний вплив на організм. При недос-татка сонячного світла виникає "світлове голодування", авітаміноз Д, ос-лабленіе імунітету, функціональні розлади нервової системи. Разом з тим УФ-випромінювання від виробничих джерел може стати причиною гострих і хронічних професійних захворювань очей. Гостре ураження очей називається електроофтальмія. Нерідко обнаружи-ється еритема шкіри обличчя і повік. До хронічних поразок слід відне-сти хронічний кон'юнктивіт, катаракту кришталика, шкірні ураження (дерматити, набряки з утворенням пухирів).

Нормування УФ-випромінювання здійснюється згідно «Санітарні норми ультрафіолетового випромінювання у виробничих приміщеннях» 4557-88. При нормуванню-ванні встановлюється інтенсивність випромінювання в Вт / м 2. При поверхні опромінення 0,2 м 2 протягом до 5 хв з перервою 30 хв при загальній про- тривалості до 60 хв норма для УФ-А 50 Вт / м 2. для УФ-В 0,05 Вт / м 2 і для УФ-С 0,01 Вт / м 2. При загальній тривалості опромінювання-ня 50% робочої зміни і одноразовому опроміненні 5 хв норма для УФ-А 10 Вт / м 2. для УФ-В 0,01 Вт / м 2 при площі опромінення 0,1 м 2. а про-лучение УФ-С не допускається.