Воздействие на человека статических электрических и магнитных полей

Существование человека в любой среде связано с воздействием на него и среду обитания электромагнитных полей. В случаях неподвижных электрических зарядов мы имеем дело с электростатическими полями. При трении диэлектриков на их поверхности появляются избыточные заряды, на сухих руках накапливаются электрические заряды, создающие потенциал до 500В. Земной шар заряжен отрицательно так, между поверхностью Земли и верхними слоями атмосферы разность потенциалов составляет 400000В. Это электрическое поле создает между двумя уровнями, отстоящими на рост человека, разность потенциалов порядка 200В, однако человек этого не ощущает, так как хорошо проводит электрических ток и все точки его тела находятся под одним потенциалом.

При своем движении облака заряжаются в результате трения. Разные части грозового облака несут заряды различных знаков. Чаще всего нижняя часть облака заряжена отрицательно, а верхняя – положительно. Если облака сближаются разноименно заряженными частицами, между ними проскакивает молния – электрический заряд. Проходя над Землей, грозовое облако создает на ее поверхности большие наведенные заряды. Разность потенциалов между облаком и Землей достигает огромных значений, измеряемых сотнями миллионов вольт, и в воздухе возникает сильное электрическое поле. При благоприятных условиях возникает пробой. Молния иногда поражает людей и вызывает пожары.

Заряды имеют свойство в большей степени накапливаться на остриях или телах, близких по форме к остриям. Вблизи таких предметов создаются высокие электрические напряжения. Поэтому чаще всего молнии попадают в высокие отдельно стоящие объекты (деревья, башни и др.), и по этой причине человеку опасно находится на открытом пространстве во время грозы или вблизи отдельных деревьев, металлических предметов. Молнии являются также причиной около половины всех аварий в крупных линиях электропередачи. Для защиты зданий и различных сооружений от статического атмосферного электричества применяются молниеотводы. Это высокий металлический стержень с заостренным концом или в виде метелки тоненьких металлических прутьев. Стержень должен проходить вдоль стены здания, внизу к нему припаивается медная пластина, которая закапывается в землю. Если на здание грозовым облаком наводится заряд, он стекает через острие молниеотвода (за счет ионизации воздуха в электрическом поле у острия), уменьшая опасность попадания молнии. Если же разряд произойдет, то молния попадет в молниеотвод и уйдет в землю, не повредив здание.

Наряду с естественными статическими электрическими полями в условиях техносферы и в быту человек подвергается воздействию искусственных статических электрических полей.

Искусственные статические электрические поля обусловлены возрастающим применением для изготовления предметов домашнего обихода, игрушек, обуви, одежды, для отделки интерьеров, жилых и общественных зданий, для изготовления строительных деталей, производственного оборудования, аппаратуры, инструментов, деталей машин различных синтетических материалов, являющихся диэлектриками.

При трении диэлектриков, в результате разделения зарядов, на их поверхности могут появляться значительные некомпенсированные положительные или отрицательные заряды. Величина заряда определяется видом диэлектрика. Особенно сильно, например, электризуется полиэтилен.

Электрические поля от избыточных зарядов на предметах, одежде, теле человека, оказывают большую нагрузку на нервную систему человека. Исследования показывают, что наиболее чувствительны к электростатическим полям центральная нервная система и сердечно-сосудистая система организма. Установлено также благотворное влияние на самочувствие снятие избыточного электростатического заряда с тела человека (заземление, хождение босиком).

При функциональных заболеваниях нервной системы применяют лечение постоянным электрическим полем. Под действием внешнего строгого дозированного электрического поля происходит перераспределение зарядов в тканях организма, что улучшает окислительно-восстановительные процессы, лучше используется кислород, заживают раны.

Постоянные магнитные поля в обычных условиях не представляют опасности и находят применение в различных приборах магнитотерапии.

Воздействие на человека электромагнитных полей промышленной частоты и радиочастот

Линии электропередачи, электрооборудование, различные электроприборы – все технические системы, генерирующие, передающие и использующие электромагнитную энергию, создают в окружающей среде электромагнитные поля (переменные электрические и неразрывно связанные с ними переменные магнитные поля).

Действие на организм человека электромагнитных полей определяется частотой излучения, его интенсивностью, продолжительностью и характером действия, индивидуальными особенностями организма. Спектр электромагнитных полей включает низкие частоты до 3 Гц, промышленные частоты – от 3 Гц до 300 Гц, радиочастоты – от 30 Гц до 300 МГц, а также относящиеся к радиочастотам ультравысокие частоты (УВЧ) – от 300 МГц до 300 ГГц.

Электромагнитное излучение радиочастот широко используется в связи, телерадиовещании, в медицине, радиолокации, радионавигации и т.д.

Электромагнитные поля оказывают на организм человека тепловое и биологическое воздействие. Переменное электрическое поле вызывает нагрев диэлектриков (хрящей, сухожилий и др.) за счет токов проводимости и за счет переменной поляризации. Выделение теплоты может приводить к перегреванию, особенно тех органов и тканей, которые недостаточно хорошо снабжены кровеносными сосудами (хрусталик глаза, желчный пузырь, мочевой пузырь). Наиболее чувствительны к биологическому воздействию радиоволн центральная нервная и сердечно-сосудистая системы. При длительном действии радиоволн не слишком большой интенсивности (порядка 10 Вт/м²) появляются головные боли, быстрая утомляемость, изменение давления и пульса, нервно-психические расстройства. Может наблюдаться похудение, выпадение волос, изменение в составе крови.

Воздействие СВЧ-излучения интенсивностью более 100 Вт/м² может привести к помутнению хрусталика глаза и потере зрения, тот же результат может дать длительное облучение умеренной интенсивности (порядка 10 Вт/м²), при этом возможны нарушения со стороны эндокринной системы, изменения углеводного и жирового обмена, сопровождающиеся похудением, повышение возбудимости, изменение ритма сердечной деятельности, изменения в крови (уменьшение количества лейкоцитов).

Действию электромагнитных полей промышленной частоты человек подвергается в производственной, городской и бытовой зонах. Санитарными нормами установлены предельно допустимые уровни напряженности электрического поля внутри жилых зданий, на территории жилой зоны. Люди, страдающие от нарушений сна и головных болей, должны перед сном убирать или отключать электрические приборы, генерирующие электрические поля.

Воздействие электромагнитных полей может быть изолированным – от одного источника, сочетанным – от двух и более источников одного частотного диапазона, смешанным – от двух и более источников электромагнитных полей различных частотных диапазонов, и комбинированным – в случае одновременного действия какого-либо другого неблагоприятного фактора.

Воздействие может быть постоянным или прерывистым, общим (облучается все тело) или местным (облучается часть тела). В зависимости от места нахождения человека относительно источника излучения он может подвергаться воздействию электрической или магнитной составляющих поля или их сочетанию, а в случае пребывания в волновой зоне – воздействию сформированной электромагнитной волны. Контроль уровней электрического поля осуществляется по значению напряженности электрического поля, выраженной в В/м. Контроль уровней магнитного поля осуществляется по значению напряженности магнитного поля, выраженной в А/м.

Энергетическим показателем для волновой зоны излучения является плотность потока энергии, или интенсивность, – энергия, проходящая через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению, распространения электромагнитной волны за одну секунду. Измеряется в Вт/м². Нормирование уровней в соответствии с ГОСТ 12.1.006-84.

Длительное действие электрических полей может вызывать головную боль в височной и затылочной области, ощущение вялости, расстройство сна, ухудшение памяти, депрессию, апатию, раздражительность, боли в области сердца. Для персонала ограничивается время пребывания в электрическом поле в зависимости от напряженности поля (180 минут в сутки при напряженности 10 кВ/м, 10 минут в сутки при напряженности 20 кВ/м).

Воздействие электромагнитного излучения оптического диапазона

Электромагнитные волны в диапазоне от 400 до 760 нм называются световыми. Они действуют непосредственно на человеческий глаз, производя специфическое раздражение его сетчатки, ведущее к световому восприятию. Тесно примыкают к видимому спектру электромагнитные волны с диной волны менее 400 нанометров (нм) – ультрафиолетовое излучение, и с длиной волны более 800 нм – инфракрасное излучение. Все эти виды излучения не имеют принципиального различия по своим физическим свойствам и относятся к оптическому диапазону электромагнитных волн. Человеческий организм приспособился к восприятию естественного светового излучения и выработал средства защиты при превышении интенсивности излучения допустимого уровня: сужение зрачка, уменьшение чувствительности, за счет перестройки восприятия.

Современные технические средства позволяют усиливать оптическое излучение, уровень которого может значительно превышать адаптационные возможности человека. С 60-х годов в нашу жизнь вошли оптические квантовые генераторы, или лазеры.

Лазер – устройство, генерирующее направленный пучок электромагнитное излучения оптического диапазона. Широкое применение лазеров обусловлено возможностью получить большую мощность за счет монохроматичности излучения, малой расходимости луча при освещении лазером с земли спутника на высоте 1000 км образуется пятно света диаметром всего 1,2 м). Лазеры применяются в системах связи, навигации, в технологии обработки материалов, в медицине, в контрольно-измерительной технике и военной технике и многих других областях. В зависимости от используемого активного элемента лазеры оптического диапазона генерируют излучение от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной области. Так, азотный лазер генерирует излучение в ультрафиолетовой области, аргоновый – в сине-зеленой области спектра, рубиновый – красной, лазер на двуокиси углерода – в инфракрасной области.

Чем отличаются авария и катастрофа?

Авария – выход из строя, повреждение какого-либо механизма, машины и т.п. во время работы, движения.

Авария – чрезвычайное происшествие, как например, мощный выброс опасных веществ, пожар или взрыв, вследствие нарушения эксплуатации предприятия (объекта), которая приводит к негативной и/или за его пределами.

Производство, транспортировка, хранение и использование радиоактивных материалов строго регламентировано специальными правилами технологии, техники безопасности и контроля за их применением. Однако при авариях на атомных реакторах могут возникнуть разрушения конструкций, технологических линий, пожар, выход в окружающую среду РВ (радионуклидов), а также облучение людей гамма-нейтронным потоком и поступление РВ в органы дыхания, пищеварительный канал, попадание их на кожные покровы и слизисты оболочки.

Транспортные аварии (катастрофы)

Ежегодно в Украине общественным транспортом перевозится около 900 млн. грузов (в том числе большое количество опасных) и более 3 млрд. пассажиров. На железнодорожный транспорт приходится около 60 % грузовых перевозок, автомобильный – 26 %, речной и морской – 14 %.

Из-за того, что транспорт перевозит и потенциально опасные грузы (взрывоопасные, огнеопасные, химические и другие вещества – 15 %, от общего количества грузов), угроза жизни и здоровью людей возрастает. Сократилось обновление основных фондов всех видов транспорта. Уровень изношенности транспортных средств составляет около 50 %, а на некоторых предприятиях и значительно больше, большое количество транспортных средств подлежит списанию.

Наибольшее количество чрезвычайных ситуаций, особенно с гибелью людей, приходится на транспорт, что свидетельствует о высокой потенциальной опасности транспорта как отрасль хозяйства. В 1998 г. произошло 109 аварий и чрезвычайных ситуаций на транспорте, вследствие которых погибло 64 и пострадало 80 людей.

Катастрофа – внезапное нарушение технологических процессов или необычное природное явление, повлекшее за собой человеческие жертвы или нанесшее ущерб здоровью группе людей, одновременно нуждающихся в экстренной медицинской помощи или защите от вредных факторов внешней среды. К основным медицинским последствиям катастроф относят быстротечное появление значительного числа пострадавших, возникновение нарушений психики у людей в зоне бедствия, людские и материальные потери.

Проблемы катастроф широко обсуждаются в Комитетах Всемирной Организации здравоохранения, на международных конгрессах, а также на ассамблеях, научных конференциях и т.д. В результате систематического и глубокого изучения данной проблемы формируются взгляды на теорию и практику катастроф, уточняются определенные понятия «катастрофа» и «чрезвычайная ситуация», а также их классификация.

Общим критерием для определения понятия катастрофы в большинстве стран принято считать явление природы или акцию человека, представляющие реальную угрозу жизни людей. При этом к катастрофам стали относить происшествия, когда одномоментно возникало 10 и более пораженных (рекомендации ВОЗ), от 10 до 25 человек – с травмами и от 15 до 50 и более больных (рекомендации МЗ РСФСР, 1990 г.)

Потери населения при катастрофах нередко приобретают массовый характер. Катастрофы в этом случае проявляются как острейшая форма социальной патологии вообще и медико-санитарной проблемы в особенности. Они обозначают поворот в смысле изменения существенных условий жизни в районе, регионе, а иногда и в стране в целом (при землетрясении, наводнении и др.).

Неслучайно довольно часто катастрофы определяются как чрезвычайные события в жизни человека и общества, в природе, резко меняющее состояние благополучия, повседневной деятельности, обычного течения жизни, сопровождающиеся массовой гибелью людей и возникновением народных бедствий.

Ориентируясь на основные критерии приведенных выше определений, под катастрофой следует понимать опасное природное явление или действие человека, повлекшее за собой многочисленные человеческие жертвы, значительный материальный ущерб, нарушение условий жизнедеятельности вследствие чего может возникнуть чрезвычайная ситуация.

Основными поражающими факторами как природными, так и техногенных катастроф являются:

- динамические (механические). Поражение ударного волной взрыва за счет избыточного давления во фронте ударной волны – непосредственное воздействие механической силы на тело человека; скоростного напора – отбрасывание человека с последующим его падением; вторичных снарядов, образующихся в результате разрушающего действия ударной волны на объекте внешней среды.

Поражающие факторы катастроф могут воздействовать на различные органы или системы мгновенно и растянуть во времени. При этом вероятны сочетанные, множественные и комбинированные поражения.

Потери при катастрофах бывают безвозвратными (погибшие и пропавшие без вести) и санитарными (пораженные и больные, потерявшие трудоспособность).

Задача № 4

Население города – 150 000 человек. За год переболело гриппом 15 % населения. Количество заболевших за год другими инфекционными заболеваниями приведена в таблице. Найти риск заразиться каждой из инфекций на протяжении 5 лет, а также общий риск заболеть каким-либо инфекционным заболеванием за этот период.

ОРВИ	Гепатит	Туберкулёз	Киш.инф.	Кож.забол.	СПИД и венер.забол.
8500	120	20	440	1870	1287

Решение

R=n/N

R_ОРВИ=8500/150000=0.056 R_{киш.инф.}=0.003 R_{гепатит}=0.0008

R_тубер.=1.3*10^-4 R_{кож.инф}=0.012 R_СПИД=0.0086 R_грипп=0.15

R_x=1-(1-R_тубер)⁵=1-(1-1.3*10^-4)⁵=0.001 R_x=1-(1-R_ОРВИ)⁵=0.25

R_x=1-(1-R_гепат)⁵=0.004 R_x=1-(1-R_{киш.инф.})⁵=0.02 R_x=1-(1-R_СПИД)⁵=0.04

R_x=1-(1-R_{кож.заб.})⁵=0.06 R_x=1-(1-R_грипп)⁵=0.56

R_общ=1-П(1-R_i)

R_общ=1-(1-0.056)(1-0.008)(1-0.003)(1-1.3*10^-4)(1-0.012)(1-0.0086)(1-0.15)=0.22

Задача № 5

Определить вероятность аварии на протяжении года в цеху, в котором расположены 3 машины, если годовое время работы оборудования составляет 8000 часов.

	Корпус	Муфты	Пружины	Шестеренки	Шарниры
λ*106час-1	1.1	0.06	0.1125	0.3	2.5
Кол-во	1	2	4	2	1

Решение

Q_i=λ_i*τ

Q_корпус ≈1.1*10^-6*8000≈0.0088 Q_муф≈0.00048 Q_пруж≈0.0009

Q_шест≈0.0024 Q_шарнир≈0.02

Q_машины≈1-(1-0.0088)(1-0.00048)²(1-0.0009)⁴(1-0.0024)²(1-0.02)=0.04=4%

Q_τ=1-(1-0.04)³=0.1153=11.53%

Задача № 9

Для интенсивности звука нижний абсолютный порог чувствительности анализатора 10^-12 Вт/м² и логарифмический диапазон 140 дБ, в котором анализатор работает адекватно. Найти верхний абсолютный порог чувствительности.

Решение

L=10 lg I/I₀ I=10*I₀^I/10-12=0.1Вт/м²

Список литературы

1. Лапин В.М. Безопасность жизнедеятельности человека. 1999г.

2. Крикунов Г.Н., Беликов А.С., Залунин В.Ф. Безопасность жизнедеятельности. 1992г.

3. Желибо Е.Б., Завернуха И.Н., Зацарный В.В. Безопасность жизнедеятельности. 2002г.

4. Гайченко В.А., Коваль Е.П., Буравлев Г.М. Основы безопасности жизнедеятельности. 2006г.

5. Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности краткий конспект лекций. 1992г.