Лабораторная работа Действие на организм человека электрического тока и первая помощь пострадавшим от него

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Курсовая работа Дипломная работа Контрольная работа Реферат Отчет по практике Эссе Доклад Решение задач Научно-исследовательская работа Монография Аспирантский реферат Магистерская работа Научная статья Публикация статьи в ВАК Публикация статьи в Scopus Дипломная работа MBA Бизнес-план Тест/экзамен online Чертеж Рецензия

Принимаю Политику конфиденциальности

Продолжить

Скидка 25% при заказе до 8.11.2024

Пороговые значения токов

Электрическое сопротивление тела человека

и емкостного  сопротивлений, включенных параллельно. Емкостное сопротивление обусловлено тем, что в месте прикосновения электрода к телу человека образуется конденсатор, обкладками которого являются электрод и хорошо проводящие внутренние ткани тела, а диэлектриком – наружный слой кожи, обладающий большим сопротивлением. Эквивалентная схема рис. 2

в позволяет написать полное сопротивление тела человека в комплексной форме: , или в действительной форме:

.

,

где  - сопротивление тела человека постоянному току. С ростом частоты сопротивления

(рис. 2 г). Для этого случая: .

Первая помощь пострадавшему

Рабочее задание

                                    (2.2)

                                    (2.3)

                                   (2.4)

           (2.5)

Цель работы:

- ознакомиться с особенностями воздействия звуковых волн и шума на организм человека;

- ознакомиться с нормативными требованиями к производственным шумам и шумам от других источников;

- определить эффективность средств поглощения звука и звукоизоляции;

- изучить характеристики и особенности использования шумомеров.
Общие положения.



1. Шумом называется совокупность звуков, издаваемых производственным оборудованием, природной средой, окружающей человека и т. п.

Общей особенностью шума, вибрации и зрения является принадлежность их к физическим явлениям, связанных с органами чувств. Все эти явления жизненно важны для человека и изменяются в очень широком диапазоне энергий и интенсивностей.

По интенсивности эти звуки отличаются в 10 ⁹- 10¹⁴ раз. Для «объективной линейной оценки» интенсивности в этом случае наши звуковой анализатор и мозг «логарифмируют» энергию сигнала.

Поэтому при оценке уровня интенсивности L_J (или энергии) звуковой волны используется десятичный логарифм энергии, умноженный на 10:
;         ;       ,       (1)
где J – интенсивность звуковой волны, J
₀
– пороговое  (минимальное) значение интенсивности при частоте 1 кГц, ощущаемое человеком; p – звуковое давление, ρ - плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, c
– скорость звука;  для порогового значения давления имеем p
₀
= 2 × 10 ^-5Па.

Уровень L_J
измеряется в децибелах (d
Б); эта единица измерения расшифровывается следующим образом:

- деци – «величина, умноженная на 10» (как «дециметр»);

- 1 бел ≡  lg
10; это обозначение введено одним из первых связистов Беллом.

В логарифмическом масштабе зависимость L_J

(
J
/
J
₀
) линейна, что и позволяет нам «объективно» сравнивать звуки разной интенсивности.

Эта особенность наших органов чувств определяется как «закон Вебера – Фехнера».

Развитие физики позволило создать приборы, способные объективно измерять давление и интенсивность звуковых волн. При этом установлено, что наша субъективная «операция логарифмирования» немного некорректна; на частоте 1 кГц необходимо вводить  поправку:
[дБА] = [дБ] + 5 дБ.                           (2)
где дБА – акустическая оценка уровня звука по физиологическому ощущению.



Задача 1. Нормируемый средний уровень шума в производственных помещениях равен 80 дБ. Чему равен уровень этого шума в дБА?

Ответ:
80 дБ + 5 дБ = 85 дБА.




Задача 2. Измеренный в цехе уровень шума равен 100 дБ.

1) Во сколько раз он превышает нормированный уровень по «физиологическому ощущению» персонала цеха?

Ответ: сравнение необходимо произвести в дБА; имеем: 100 дБ ≡ 105 дБА; норма 80 дБ ≡ 85 дБА;             105/85 = 1,24.
2) Во сколько раз измеренный уровень шума превышает норму по интенсивности (энергии)?

Ответ: сравнение энергий необходимо произвести на основе формулы (1); при этом после операции «потенцирования», имеем:

80 дБ= 10 lg (J_норм./J₀);      8 = lg (J_норм./J₀);

J_норм./J₀= 10⁸;                    100 дБ= 10 lg (J_изм./J₀ );

J_изм./J₀ = 10¹⁰ ;                   J_изм./J_норм.= 100.

Таким образом, неадекватно: по ощущению звук кажется всего на 24% больше нормы, в то время как по величине энергии он превышает ее в 100 раз.

Возможен и другой вариант решения этой задачи:
Δ L_J = 100 -80 = 20 = 10 lg [(J_изм./J₀)× (J₀ / J_норм. )];

20 = 10 lg (J_изм/ J_норм);       J_изм./ J_норм. = 100.

2. Уровни звукового давления
Таблица 1.

Источник шума	Уровень звукового давления, дБ	Отношение J / J 0
Порог ощущения Карманные часы Шепот на расстоянии 0,5 -1 м Речь средней громкости на расстоянии 1м Средний шум в цехе; норма Метро Работа на металлорежущих станках (на рабочем месте) Работа пневмоинструмента (на расстоянии 1м) Шум на дискотеке; признаки «шумового опьянения» Работа реактивного двигателя Порог болевого ощущения Смертельно опасный шум	0 20 30 – 40 60 80 90 – 100 90 – 110 110 - 120 110 – 135 более 140 140 160	1 100 1000 – 10 4 1 000 000 10 8 10 9 – 10 10 10 9-10 11 10 11 – 10 12 10 11 - 3×10 13 10 14 10 14 10 16

Большой диапазон уровней интенсивности звуков и шумов иногда ставит неожиданные задачи, например, перед проектировщиками поточных линий в цехах машиностроительных предприятий.



Задача. На поточной линии рядомстоят два станка; один издает шум с уровнем интенсивности 110 дБ; второй – 60 дБ. Каков суммарный уровень интенсивности шума?

Решение. Очевидно, в пространстве между станками суммируются энергии звуковых волн. При этом на основе формулы (1) первый станок создаст интенсивность шума J
₁ , равную:

                             110 = 10 lg (J₁ /
J₀ );      J₁ = 10¹¹ J₀ ;



второй:            60 = 10 lg (J₂ /
J₀ );       J₂ = 10 ⁶ J₀ ;



для суммы имеем:      ;


.




В случае, если уровень интенсивности шума двух станков одинаков (),суммарный уровень интенсивности может быть определен по выражению:


Уровень интенсивности шума практически не увеличился. При борьбе с шумом эту особенность приходится учитывать в следующих формах.

1)     Станки, которые шумят особенно сильно, группируют и звукоизолируют; персонал, работающий на них, использует средства индивидуальной защиты от шума. Зато персонал, который работает на малошумящих станках, находится в комфортных по шуму условиях.

2)     При борьбе с шумом основное внимание обращают на оборудование (станки, их узлы и т.п.), с работой которых связан наибольший уровень шума.

3) Особые трудности борьба с шумом вызывает в случае, при котором все элементы (станки, их узлы, узлы сложных изделий и т.п.) «шумят» почти одинаково. В этом случае приходится искать принципиально новые решения (вплоть до замены технологии или принципа работы оборудования). Типичным примером является замена технологии клепки на технологию сварки.

Эта же особенность учтена при разработке шумомеров. Дело в том, что Человек способен «логарифмировать» интенсивность шума лучше, чем электронные устройства; поэтому, например, в шумомере ШУМ – 1м пришлось ввести 3 диапазона измерений уровня интенсивности шума (таблица 2).
Таблица 2

Тип  шумомера	Диапазон измерений
ШУМ -1М30	30 дБ(А) – 120 дБ(А) 35 дБ(Б) – 130 дБ(Б) 40 дБ(С) – 130 дБ(С)

Разбиение на диапазоны позволило получить погрешность измерений меньше 1 дБ. Отметим, что прибор «измеряет дБ»; для перехода на уровни «акустического восприятия человеком» (дБА) необходимо использовать формулу (2).
Классификация шумов (ГОСТ 12.1.003-89 ССБТ)

1. По частоте различают:

·       низкочастотные шумы (менее 300 Гц),

·       среднечастотные шумы (300 ¼1000 Гц),

·       высокочастотные шумы (более 1000 Гц).

2. По времени воздействия различают:

·       постоянные шумы,

·       непостоянные шумы.

Постоянный шум – это шум, уровень звукового давления которого за рабочую смену изменится не более, чем на 5 дБ.

3. По частотному спектру различают:

·       широкополосный шум,

·       тональный шум.

Широкополосный шум – это такой вид шума, уровень звукового давления в пределах одной октавы непрерывен.

Тональный шум – это такой вид шума, уровень звукового давления в пределах одной октавной полосы () имеет ярко выраженные тона (пульсации).

4. По происхождению различают:

·        механические шумы, возникающие в подшипниках качения, зубчатых передачах, механизмах с возвратно-поступательным движением элементов кинематики и т.д.;

·        аэродинамические шумы, возникающие при выхлопах, пульсациях и виброобразованиях газов;

·        гидродинамические, возникающих при работе насосов (процесс кавитации, турбулентности, гидроудар);

·        электромагнитные, возникающие при работе электромагнитных устройств переменного тока (трансформаторы, двигатели).
3. Спектры шума и звуковых волн
Спектром называется зависимость уровня интенсивности звука или шума от частоты L_J

(
f
). Отметим следующие особенности спектров звука, рассматриваемых в нашей работе (см. рис. 1).

1) Многие тысячелетия человек использует музыкальные инструменты; при этом он добивается «идеального благозвучия». Оказалось, что правильная настройка музыкальных инструментов (например, струн рояля или арфы) соответствует отношению частот звука, издаваемых соседними струнами, равному двум.

Известно, что lg 2 = 0,3010 = const; поэтому при использовании по оси частоты логарифмической шкалы расстояние между последовательными частотами постоянно.

Такой же масштаб используется и при построении спектра шума.

2) По определению шум есть набор беспорядочных звуковых колебаний. В математике такие физические явления определяют как случайные функции; при этом уровень шума на заданной частоте есть случайная величина.
Вопрос: Почему при измерениях уровня шума на заданной частоте стрелка прибора шумомера колеблется?

Ответ: Уровень шума как случайная величина определяется двумя параметрами: математическим ожиданием и дисперсией. При измерениях мы визуально видим математическое ожидание (среднее значение за 3 – 6 сек.) и дисперсию (разброс уровня шума во времени). Это – второй классический пример случайной величины (первым является серия измерений какой – либо величины).

Замечание. При построении спектров шумов дисперсию обычно не указывают.

3) При измерениях спектра уровня шума на шумомерах высокого класса фильтры «вырезают» на каждой частоте f
интервал интенсивности в диапазоне частот:         

0,75
f

≤
f
≤ 1,5
f
.

Это октавная полоса частот .

Поскольку на этом сравнительно узком интервале уровень интенсивности шума изменяется мало, точность измерений оказывается достаточно высокой. Как отмечалось выше, проблемы с точностью измерений возникают, если мы пытаемся определить суммарную энергию (интенсивность) шума во всем диапазоне частот.

4) Для спектров производственных шумов характерно наличие экстремума (максимума) в средней части спектра. Поэтому при измерениях уровня шума с целью получить максимальную точность измерений необходимо вначале найти частоту, на которой уровень интенсивность максимален; для этой частоты устанавливается уровень, чуть меньший 120 дБ (применительно к оборудованию, используемому в лабораторной работе).



4. Область слухового восприятия



Диаграмма области слухового восприятия приведена на рис. 2.

Напомним, что диапазон слуха по частоте здорового человека лежит от 20 Гц до 20 000 Гц; с возрастом в области высоких частот наша чувствительность падает.

Частоты, меньшие 20 Гц, определяют как инфразвук; большие, чем 20 000 Гц, как ультразвук.

Особую роль в теории звуковых волн имеет частота 1000 Гц. При этой частоте:

·     наш природный механизм «логарифмирования» энергии звуковых волн наиболее совершенен – условие (1) выполняется с наибольшей точностью;

·     диапазон энергий звуковых волн, воспринимаемый нами, близок к максимальному значению;

·     близка к максимальной величине энергия как производственных, так и природных шумов (см. рис. 1);

·     «центр» частот речи () близок к «центру» производственных и природных шумов;

·     имеет место совпадение с  «центром» диапазона звуков, воспринимаемых нами.

Возможно, перечисленные особенности взаимосвязаны.

Поэтому:

·     порог ощущения звука выбран при частоте 1 кГц;

·     в случае, если в публикации не указана частота, предполагается, что речь идет о частоте 1 кГц (см., например, таблицу 1);

·     в нормах уровней интенсивностей шумов, которые нельзя превышать («предельных спектрах»), указывается уровень при частоте 1 кГц (используется обозначение ПС - 80).

Отметим также, что наше ухо более чувствительно при высоких частотах; при этом «порог ощущения» по энергии оказывается в 10 – 100 раз меньше, чем при частоте 1 кГц.

Наконец, нормы на предельно – допустимые уровни шума учитывают нашу повышенную чувствительность к высоким частотам.
5. Особенности поведения звуковых волн и работы средств шумоподавления.



Из курса физики известно, что в зависимости от объектов, с которыми он взаимодействует, звук может вести себя и как волны, и как частицы (фононы).

В первом случае длина волны много больше, чем размер препятствия; при этом характерны интерференция звуковых волн, огибание ими препятствий и распространение на большие расстояния (много больше длины волны).

Во втором случае размер объекта много меньше длины волны; при этом звуковая волна ведет себя как частица.

Для диапазона слышимости человеческого уха имеем длины волн, приведенные в таблице 3:

Таблица 3

f, Гц	2	5	20	100	...	1000	10000
λ , м	150	60	15	3	…	0,3	0,03

Принято, что  где 300 м/сек – скорость звука в воздухе.

Несложный анализ показывает, что в своей жизнедеятельности человек имеет дело с объектами, при взаимодействии с которыми звук может вести себя и как волны, и как частицы. Поэтому точный расчет распространения звука в реальных условиях чрезвычайно сложен; в расчетах приходится использовать эмпирические формулы. Кроме того, несложно отметить следующие общие закономерности:

- низкочастотные звуковые колебания (и тем более инфразвук) обладают ярко выраженными волновыми свойствами; они плохо поглощаются преградами и распространяются на большие расстояния. Эта особенность оказалась особенно неприятной в современном индустриальном обществе: обитатели мегаполисов живут и работают в едином инфразвуковом пространстве, причем уровни излучения уже представляют заметную опасность для здоровья и жизни;

- высокочастотные звуковые колебания чаще ведут себя как частицы; эта особенность важна как при распространении звука, так и при разработке мер по его ослаблению.  

При изучении особенностей распространения фононов полезно вспомнить некоторые закономерности, связанные с соударением частиц (рис. 3.3; рассмотрено упругое центральное соударение шаров).

При взаимодействии звуковой волны с войлоком, пенополиэтиленом и т.п. средние удельные массы воздуха, в котором распространяется звук, и преграды примерно равны. При этом по закону сохранения количества движения фонон потеряет свою энергию, передав ее ворсинкам и т.п. Упругая деформация ворсинок превратится в тепло; войлок, пенополиэтилен и т. п. «хорошо поглощают звук».

При падении звуковой волны или фононов на массивную преграду закон сохранения импульса запрещает заметную передачу энергии преграде; звук отражается, почти полностью сохраняя свою энергию. Это обстоятельство:

- помогает созданию концертных залов и больших учебных аудиторий; в них звуковая волна суммируется 10 – 30 раз;

- создает повышенное шумовое загрязнение в современных мегаполисах:  например, проспекты, состоящие из высоких зданий, многократно усиливают шум транспорта;

- служит основой проектирования кожухов и т. п., «герметизирующих» шумы в источнике.
6. Особенности расчета отражения и поглощения шума в лабораторной работе.



В лабораторной работе в качестве преграды используется пластина из алюминия; для расчета ослабления шума можно использовать полуэмпирическую формулу:

                                     (3)

 

здесь γ –плотность; (γ = 2,7×10 ³ кг/м³);

-
h
– толщина преграды, м;

- S - единичная площадь; S
= 1 м²

-
f
– частота, Гц.

Формула учитывает передачу энергии преграде фононами; она называется «формулой масс» - эффективность отражения энергии пропорциональна «погонной массе»

γ×
h
, кг/м² и частоте звука.

Для расчета звукопоглощения можно использовать формулы:
   (4)

где:    α₁– коэффициент звукопоглощения необлицованных стен;

S₁ – площадь необлицованных стен; S
₁
= 0,3 м²;

α₂ - коэффициент звукопоглощения стен с облицовкой;

S₂ - площадь стен с облицовкой; S
₂
= 0,6 м².

Расчет произвести для одной частоты; значения коэффициентов взять в соответствии с таблицей 4:

 Таблица 4

Номер бригады	1	2	3	4	5
Номер варианта	1	2	3	4	5
α1	0,05	0,10	0,15	0,075	0,12
α2	0,50	0,65	0,7	0,75	5

Предполагается, что расчет ведется для частоты 1000 Гц.
7. Особенности воздействия звуковых волн и шумов на организм человека. Нормирование шума.



Шум, в первую очередь, приводит к дискомфорту и снижению производительности труда; он не является причиной несчастных случаев, но может привести к профессиональным заболеваниям.

Исследования показали, что увеличение уровня шума на 1 – 2 дБ (или его энергии на 30 – 60%) сверх нормативных значений приводит к снижению производительности труда на 1%.

Шум с уровнем до 30 – 35 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40 - 70 дБ в условиях среды обитания создает излишние нагрузки на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия. Воздействие шума с уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха. При действии шума с уровнем более 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок; при уровне более 160 дБ – смерть.

Нормируемы параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003-89 ССБТ. При нормировании используются два метода:

- по предельному спектру (ПС ),

- по шкале А шумомера (дБА).

Первый метод нормирования является основным для постоянных шумов. При этом нормативные документы устанавливают предельно-допустимые уровни шума на рабочих местах в зависимости от вида производственной деятельности. Нормирование ведется в октавных полосах со среднегеометрическими частотами f_сг= 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Совокупность девяти допустимых уровней звукового давления называется предельным спектром (ПС). Каждый предельный спектр имеет свой индекс. Например, ПС-60 означает, что допустимый уровень звукового давления L_доп=60 дБ на частоте 1000 Гц. С увеличением частоты допустимые уровни шума уменьшаются.

Если частотный спектр отсутствует, то для ориентировочной оценки постоянного шума, а также непостоянного шума используют уровень звука (дБА),определяемый по шкале А шкмомера. Приэтом выполняется следующее соотношение в соответствии выражением (2):
L(дБА) = L(ПС) + 5 дБ.                                 (2)
Для разных видов  производственной деятельности приняты значения предельных спектров, приведенные в таблице 5.

Таблица 5

Рабочие места	Норма, ПС (указаны дБ при частоте 1000Гц)
Больницы, санатории; ночь	ПС - 30
Больницы, санатории; день	ПС - 40
Жилые помещения; день; внутри здания	ПС - 45
Жилые помещения; день; снаружи здания	ПС - 50
Помещения конструкторских бюро, расчетчиков, программистов и т. п.	ПС - 45
Помещения управления, рабочие комнаты	ПС - 55
Помещения и участки точной сборки; машинописные бюро	ПС - 60
Помещения лабораторий, для размещения агрегатов, вычислительных машин	ПС - 75
Постоянные рабочие места в производственных помещениях и на территории предприятий	ПС - 80

Повышенный шум действует как на органы слуха (специфические изменения), так и на весь организм человека (неспецифические изменения).

У человека, находящегося в условиях повышенного шума, через 5 лет слух ухудшается, а через 10 лет может возникнуть глухота.

Неспецифическое воздействие шума проявляется, в первую очередь, в нарушениях нервной и нервно - сосудистой деятельности. При длительном воздействии шума возрастает артериальное давление, появляется раздражительность, апатия, подавленное настроение. Возможно также ослабление памяти, замедление психических реакций и ухудшение качества переработки информации.

В последнее время наряду с шумом начинает уделяться внимание воздействию па людей инфразвука и ультразвука.

Инфразвук, как следует из формулы (3), почти не задерживается преградами. Поэтому он распространяется на очень большие расстояния. В крупных городах происходит наложение всех видов низкочастотного шума, уровень его становится опасным для здоровья жителей.

Инфразвук вызывает чувство страха, потерю ориентировки в пространстве, вредно воздействует на сердечно – сосудистую систему; отмечают возникновение сонливости и нарушение чувства равновесия.

Особенно неприятным является то обстоятельство, что инфразвук, как и ультразвук и проникающая радиация, не воздействует непосредственно на наши органы чувств.

Ультразвук проявляется нарушением рефлекторных функций мозга: чувства страха в темноте, в ограниченном пространстве; приступы учащения пульса, потливости, спазм в желудке, головных болей и чувства давления в голове.

Ультразвук, как следует из формулы (3), может эффективно экранироваться преградами и поглощаться пенополиэтиленовыми покрытиями и т. п. Он может представить опасность для персонала, работающего с ультразвуковыми установками, или при пренебрежении средствами борьбы с шумом.

Напомним, что из данных рис. 1 следует, что уровень загрязнения низкочастотными и высокочастотными составляющими промышленного шума ниже, чем шумом с частотами, близкими к 1 кГц. Поэтому как с точки зрения обеспечения жизнедеятельности человека, так и его производственной деятельности, пока основную опасность представляет «обычное» шумовое загрязнение. Однако с развитием мегаполисов и ростом мощностей производственного оборудования и транспортных средств все большую опасность начинает представлять низкочастотное и инфразвуковое загрязнение.

Достаточно неожиданными могут оказаться воздействия ультразвука. Как отмечалось выше, он имеет малую длину волны и потому способен вести себя как частица при малых размерах отражающей поверхности (порядка 10 – 400 см²).

Экспериментально установлено, что с повышением частоты ультразвуковых колебаний, допустимый уровень ультразвука возрастает.
8. Уровень акустического загрязнения среды, окружающей человека, и меры борьбы с шумом.
Население большинства крупных городов (не менее 60% горожан) живет в условиях акустического загрязнения, параметры которого существенно превышают допустимые нормы. Общее представление об уровне акустического загрязнения дает таблица 6:
Таблица 6

Город	Уровень интенсивности звука, дБ; 1000 Гц
Пекин	60
Мехико, Мадрид, Париж	65
Гонконг, Нью-Йорк, Москва	70
Рим, Берлин	75

Сравнение с нормами таблицы 3.5 показывает, что эти уровни шума превосходят комфортные для человека значения 30 – 35 дБ в 1000 – 30 000 раз (по энергии звука); при этом шум в Риме и Берлине приближается к нормам для постоянного шума в производственных помещениях.

Вклад в акустическое загрязнение часто вносят источники, обеспечивающие «комфортное жизнеобеспечение человека». Так, в Риме автомобильный транспорт дает 75% акустического загрязнения; железнодорожный – около 8%; авиатранспорт и строительство – 12%; промышленные объекты – 5%.

Особенно велик вклад в шумовое загрязнение автомобильного, авиационного и железнодорожного транспорта. Поэтому последние десятилетия нормы на шумность транспортных средств непрерывно ужесточаются; представление об этом дают таблицы 7 – 8.
    


Таблица 7

Нормы внешнего шума автотранспорта в Европе, дБ.

Годы	Легковой автотранспорт	Грузовой автотранспорт
1976 - 1982	82	91
1982 - 1988	80	88
1988 -1995	77	84
После 1995	74	80

Таблица 8

Снижение шума самолетов «Боинг»

Марка самолета	Год выпуска	L, дБ	Отношение энергий, J/J0
В 707-300	1960	118	1011 ,8
В 747-200	1970	100	1010
В 767-200 R	1985	86	108,6
В 777	1995	82	108,2

  

Таким образом, шум самолетов за 35 лет уменьшился примерно в 5 000 раз (по энергии).

Затраты на снижение шума существенны. Так, снижение шума на каждые 3 дБ увеличивает эксплуатационные затраты на 3 – 5%; стоимость модернизации по шуму авиационного лайнера увеличивает его стоимость  на 3 млн. долларов. В современных автомобилях стоимость средств защиты от шума может достигать 10% стоимости автомобиля; для пассажирских лайнеров эта величина близка к 25%.

Борьба с шумом ведется по трем основным направлениям:

     - борьба с шумом в его источнике;

     - борьба с шумом на путях его распространения (звукоизоляция, звукопоглощение);

     - использование индивидуальных средств борьбы с шумом (беруши, наушники, шлемофоны).

Главным направлением является борьба с шумом в источнике. Как ясно из данных таблиц 7 и 8, это направление достаточно эффективно, но необходимо внимательно следить за тем, чтобы производители нового оборудования не «экономили» на средствах борьбы с шумом.

По мнению специалистов по борьбе с шумом, наибольшие успехи достигнуты разработчиками авиалайнеров и автомобилей.

Примеры малошумящих элементов ограждений транспортных машин приведены на рис. 4. Отметим, что в них комбинируются элементы конструкций, обеспечивающие отражение и поглощение звука. Кроме того, задачи снижения шума и вибрации тесно связаны; их обычно решают совместно.

К средствам борьбы с шумом на путях его распространения относятся звукоизоляция и звукопоглощение. Принцип действия звукоизоляции основан на наиболее полном отражении звуковой волны от массивных преград, выполненных из плотного материала (металл, кирпич, бетон, мраморные плиты и т.д.). К таким средствам защиты относятся звукоизолирующие перегородки, звукоизолирующие кожуха и кабины, акустические экраны. Следует отметить, что акустические экраны эффективны для защиты от высокочастотных шумов. В области частот, близких инфразвуковым, эффективность использования акустических экранов чрезвычайно мала, так как за счет явления дифракции звуковой волны (огибания препятствий) акустическая тень за экраном существенно уменьшается и оператор может оказаться под воздействием звуковой волны большой интенсивности.

На промышленных предприятиях для укрытия источников шума (двигатели, компрессоры и т.д.) используют звукоизолирующие кожухи, внутренняя поверхность которых облицована звукопоглощающим материалом с коэффициентом поглощения a. Тогда степень ослабления звуковой волны с помощью такого устройства защиты может быть оценена по выражению:
,

где DL_из – эффективность защиты кожуха без средств звукопоглощения рассчитанная по формуле (3).

Принцип действия звукопоглощения основан на уменьшении энергии отраженной волны от преград с пористой структурой (поролон, капроновое волокно, минеральная вата). Это достигается за счет преобразования части энергии звуковой волны в тепловую за счет трения частиц воздуха в порах звукопоглощающего материала. С этой целью проводят акустическую обработку помещений – стены и потолок облицовывают звукопоглощающим материалом. Если такой возможности нет, то применяют поглотители, установленные в месте расположения источников шума на потолке здания.
Применяемые приборы и оборудование.
Установка состоит (рис. 5) из:

- камеры 1 с откидной крышкой размером 0,76×0,37 ×0,29 м³, имитирующей лабораторное помещение;

- источника шума 2 (динамика), подключенного к генератору промышленных шумов 3;

- измерителя октавного шума 4, соединенного с микрофоном 5;

- переносного измерителя 6 шума ШУМ – 1м;

- звукоизолирующей преграды 7, выполненной их алюминиевого листа толщиной 3 мм;

- звукопоглощающей облицовки 8, выполненной из листов поролона толщиной 10 мм; их располагают так, чтобы не перекрыть путь «динамик – микрофон».




Особенности работы с оборудованием стенда.



1. Генератор промышленных шумов имеет возможность генерировать три типа шума. По умолчанию стоит один из этих режимов; преподаватель может предложить Вам провести эксперимент для другого типа шума.

1.2. Как следует из анализа спектра промышленных шумов (рис. 1), максимальный уровень шума имеет место при частоте, близкой к 1000Гц. С целью полного использования возможностей стенда по точности измерений желательно, чтобы максимальный уровень шума был близок к пределу измерений прибора 4 шумомера (например, математическое ожидание уровня шума составляло 115 дБ при максимально возможном значении 120 дБ.)

Поэтому при первоначальной установке уровня шума необходимо экспериментально найти этот уровень (и во время экспериментов по подавлению исходного шума не менять его).

1.3. Прибор 4 шумомера переделан из микроамперметра, на шкалу которого по данным образцового прибора нанесены уровни шума. Для повышения точности измерений рекомендуется использовать график зависимости дБ (μА), размещенный на крышке камеры 1.

2. Прибор 3
(Шум – 1м), как отмечалось ранее (см. табл. 2), измеряет интенсивность уровня суммарного шума при всех частотах. В соответствии с таблицей 2 по умолчанию измерения проводятся по шкале Б (уровень шума 35 – 130дБ).

Эти измерения проводятся в конце каждого эксперимента (пустая камера 1; камера с преградой 7; камера с облицовкой 8). При этом данные измерений на всех частотах необходимо использовать для предварительной установки уровня измерений шума.

2.1. Особенностью прибора Шум – 1м является выбор уровня шума через каждые 10 дБ (переключатель «диапазон»).

2.2. Предполагается, что студенты будут использовать этот прибор при выполнении раздела «безопасность жизнедеятельности» в дипломном проекте. Поэтому при выполнении лабораторной работы необходимо приобрести навык работы с прибором; он может быть проверен преподавателем.

2.3. По умолчанию прибор не требует никаких действий студента, кроме работы с переключателем «диапазон».

2.4. В производственных условиях при наличии добавочного устройства этот прибор способен снимать полный спектр шума. В этом случае необходимо ознакомиться с заводской инструкцией и паспортом прибора.
Подготовка к работе.

1.      Ознакомиться с настоящим описанием работы.

2.      Подготовить заготовку для записи и обработки результатов эксперимента.

3.      Получить допуск у преподавателя, продемонстрировав готовность п.п. 1 и 2.

    

Порядок проведения эксперимента.



Задание 1. Измерить спектр шума в камере без средств шумопоглощения и звукоизоляции.

Как отмечалось выше, измерения проводить при максимальном уровне шума порядка 115 дБ; использовать градуировочную кривую.

Прибором Шум – 1м измерить общий уровень шума.

Результаты эксперимента нанести на график приложения и сделать выводы.

Задание 2. Вставить преграду 7 в камеру 1 и повторить эксперимент.

Примечание. В этом эксперименте исходный уровень сигнала, определяемый генератором шума 3, не изменяется.

Задание 3. Вынуть преграду 7; уложить поглощающие шум прокладки; повторить эксперимент.

Задание 4. Сравнить графики рисунка приложения 3.1 и сделать выводы.

Задание 5. Найти экспериментальные значения коэффициентов ослабления шума (вычесть из исходного уровня шума по заданию 1 уровни, полученные при выполнении заданий 2 и 3).

 Задание 6. Найти расчетные значения коэффициентов ослабления шума (по формулам (3 – 4)).
Результаты измерений спектра шума в камере
без средств шумопоглощения

Частота, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000	Шум 1 м
Уровень L , дБ

Результаты измерений спектра шума в камере
со звукоизолирующей преградой

Частота, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000	Шум 1 м
Lпр, дБ
L-Lпр, дБ
∆ Lрасч, дБ

Примечание.

1.       L_пр, дБ – шум с преградой.

2.       L-L_пр, дБ – экспериментальное ослабление шума.

3.       ∆
L_расч, дБ – расчетное ослабление шума.
Выводы: …
Результаты измерений спектра шума в камере с облицовкой

Частота, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000	Шум 1 м
Lобл, дБ
L-Lобл, дБ
∆ Lобл, дБ
ПС-80	99	92	86	83	80	78	76	74

S₁=… м² ;   S₂ =… м²;   A₁=…;   A₂=…;   α₁=…;  α₂=…
Выводы: …


Приложение

Графическая обработка результатов эксперимента.



Примечание. Построить L, L_пр, L_обл; сделать выводы.





Рекомендуемая литература.



1.     Безопасность жизнедеятельности (под ред. С.В.Белова). 3-е изд. – М.: Высш. шк., 2001. – 485 с.
Дополнительная литература.



1.     Инженерная экология и экологический менеджмент (под ред. Н.И. Иванова и И.М. Фадина.) – М.: Логос, 2002. – 528 с.

2.     Техническая акустика транспортных машин: Справочник / Под ред. Н.И. Иванова. СПб.: Политехника, 1985, 400с.

3.     Борьба с шумом на производстве: Справочник / Под ред. Е.Я. Юдина. М.: Машиностроение, 1985. 400 с.

4.     Иванов Н.И., Никифоров А.С. Основы виброакустики: Учебник. СПб.: Политехника, 2000. 482 с.

5.     Охрана труда в машиностроении. / Под ред. Е.Я. Юдина. – М.: Машиностроение, 1976, с. 120 – 157.


Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА

Цель работы – исследовать параметры напряжения прикосновения и напряжения шага в зоне растекания тока замыкания на землю и определить опасные зоны.

Теоретические положения

Рассмотрим распределение потенциала вдоль поверхности грунта на примере простейшего заземлителя полусферической формы (рис. 1).



Рис. 1. Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя

Примем, что земля однородна и ток растекается равномерно и симметрично. При постоянном токе и токе промышленной частоты 50 Гц поле растекания тока можно считать стационарным.

Для этого случая применим закон Ома в дифференциальной форме: , где Е – напряженность электрического поля растекания тока в грунте с удельным сопротивлением ρ.

Плотность тока δ в земле на расстоянии χ от центра полушара определяется как отношение тока замыкания I₃ к площади поверхности полусферы - 2πх²:        .

Для определения потенциала  поверхности с радиусом х выделим элементарный слой толщиной dx. Падение напряжения в этом слое - . Отсюда

.

Максимальное значение потенциала будет при х = r:

.

Минимальное значение потенциала φ_х=0 будет иметь точка
х = ∞.

Как следует из приведенных выше выражений потенциал вдоль поверхности земли вокруг полушарового заземлителя изменяется по закону двухсторонней гиперболы:

.                                   (4.1)

В реальных условиях уже при расстоянии от заземлителя x
 ≥ 20 метров плотность тока в грунте мала за счет большой поверхности стекания тока и можно считать –  = 0.
Напряжением прикосновения U_пр называется разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек. Для человека, который стоит за земле и касается оказавшегося под напряжением заземленного корпуса (рис. 2) напряжение прикосновения определяется разностью между потенциалом корпуса (заземлителя) φ_з, которого касается рука человека и потенциалом точки поверхности земли φ_х, на которой находятся ноги человека.

                (4.2)

где - коэффициент напряжения прикосновения.

Таким образом, напряжение прикосновения зависит от тока замыкания в землю I_з, удельного электрического сопротивления грунта, геометрии заземляющего устройства и расстояния х  человека от места замыкания (заземлителя).

Чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше U_пр и наоборот. Так, при х≥20 м (случай 1 на рис. 2) потенциал основания φ_х ≈ 0 и U_пр=φ_з, а коэффициент α=1. Это наиболее опасный случай прикосновения.

При наименьшем значении х, т.е. когда человек стоит непосредственно на заземлителе (случай 2 на рис. 2) и коэффициент напряжения прикосновения α = 0. Это безопасный случай.



Рис. 2. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:
I – потенциальная кривая; II – кривая, характеризующая изменение напряжения прикосновения U_пр при изменении расстояния от заземлителя х

При нахождении человека на грунте вблизи заземлителя или провода, с которого стекает ток I_з  (рис. 3), он оказывается в поле растекания тока и попадает под напряжение шага.

Напряжение шага – это разность потенциалов между двумя точками цепи тока замыкания, находящимися на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

  (4.3)

где  - коэффициент напряжения шага (0≤β≤1).

Наибольшие значения U_ш и β будут при наименьшем  расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит непосредственно на заземлителе, а другой – на  расстоянии шага а от него (случай 1 рис. 3).

Наименьшие значения U_ш и β будут за пределами поля растекания тока при х ≥ 20 м (случай 3 рис. 3).
Напряжения прикосновения и шага определяют падение напряжения в теле человека – I_h

^.

R_h.


Рис. 3. Напряжение шага при одиночном заземлителе
Применяемые приборы и оборудование

Работа проводится на моделирующем стенде, на котором приведена потенциальная электрическая схема

Измерение исследуемого напряжения поводится вольтметром.

Порядок проведения эксперимента.

Задание 1.

A. Замерить распределение потенциала вдоль поверхности земли.

Порядок выполнения эксперимента:

1. Включить стенд.

2. По указанию преподавателя замкнуть одну из фаз(А, В, С), для чего фазу(А, В, С) соединить с точкой "а". Затем с помощью вольтметра замерить распределение потенциала вдоль поверхности земли, для чего, один из проводов вольтметра включить в точку 4 (20 метров), а другой провод включить последовательно в точки (0,6 м; 2 м; 6 м; 8 м; 12 м; 16; 20 м).

Б. По полученным данным построить зависимость распределения потециала вдоль поверхности земли. Определить по формуле (4.1) потенциал заземлителя j₃, если x = 0,6 м; значение (j_осн взять на расстоянии 2 м). Нанести данную точку на построенную зависимость  j = f(x).
Задание 2.

f -^  тт" - г

А. Рассчитать зависимость коэффициента напряжения шага b от расстояния.

Б. По формуле (4.3) и данным п.1 определить напряжение шага в точках (0,6 м; 2 м; 4 м; 6 м; 8 м; 12 м; 16 м; 20 м). Расстояние а = 0,7 м. Построить зависимость U_ш от расстояния до точки замыкания.

Проанализировать зависимости U_ш = f
(x),   b = f
(x).

В. По данным пункта 2-Б рассчитать ток протекающий через человека в точках (0,6; 2; 4; 6; 8; 12; 16; 20 м ), приняв R_h = 1000 Ом.

Сделать вывод: в какой точке человек может самостоятельно освободиться от действия тока и построить зависимость. I_h
=
f (x).

Задание 3.

А. Рассчитать графически (или по формуле 4.2) напряжение прикосновения, построить полученную кривую U_np = f
(x).

Б. Рассчитать зависимость коэффициента напряжения прикосновения a от расстояния.

В. Проанализировать зависимости U_np = f (x);   a=f (x).

Г. Определить ток, протекающий через человека, в зависимости от расстояния приняв сопротивление человека равным R_h = 700 Ом.

Сделать вывод и построить зависимость. I_h
=
f (x).
Протокол проведения работ

Задание 1

L , м	r=0.6	2	4	6	8	12	16	20
j осн , В

Задание 2

L , м	r=0.6	2	4	6	8	12	16	20
b
U ш , В
Ih , мА

Задание 3

L , м	r=0.6	2	4	6	8	12	16	20
a
U пр , В
Ih , мА