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

Лабораторная работа № 1

ДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

И ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ПОСТРАДАВШИМ ОТ НЕГО

Цель работы: ознакомиться с действием электрического тока на организм человека и обучение на манекене правилам оказания первой помощи пострадавшим от электрического тока.

Общие положения

Действие электрического тока на живую ткань носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток оказывает следующие виды воздействия:

термическое: ожоги тканей и нагрев кровеносных сосудов;

электролитическое: разложение крови и лимфы в электрических полях протекающих токов;

биологическое: раздражение и возбуждение живых тканей организма;

механическое: повреждение и разрыв тканей, сухожилий электродинамическими силами полей токов.

Такое разнообразие действия приводит к различным электротравмам. Это травмы, вызванные поражением человека электрическим током или электрической дугой.

Все электротравмы можно свести к двум видам: местные электротравмы и общие электротравмы (электрический удар).

Местная электротравма – это ярко выраженное местное нарушение целостности тканей тела, в том числе костных тканей, вызванное действием электрического тока или электрической дугой.

К местным электротравмам относятся:

1. Электрические ожоги – самая распространенная электротравма. В зависимости от условий возникновения различают ожоги токовые (контактные), возникающие при прохождении тока непосредственно через тело человека в результате контакта человека с токоведущей частью, и дуговые, обусловленные воздействием на тело человека электрической дуги. Токовый ожог возникает в электроустановках напряжением не более 1-2 кВ, дуговой при более высоких (6-10 кВ).

2. Электрические знаки (метки) представляют собой резко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности тела человека размеров 1-5 мм, с углублением в центре. Форма электрических знаков может быть либо овальной, либо соответствовать форме токоведущей части, которой коснулся пострадавший, а также напоминать фигуру молнии.

3. Металлизация кожи – проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги.

4. Механические повреждения – являются следствием резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через человека. В результате могут произойти разрывы сухожилий, кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей, иметь место вывихи суставов и переломы костей.

Механические повреждения возникают при относительно длительном нахождении человека под напряжением в установках до 380 В.

5. Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз – роговицы и коньюктивы (слизистой оболочки, покрывающей глазное яблоко), возникающее в результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей, которые энергично поглощаются клетками организма и вызывают в них химические изменения. Такое облучение возможно при наличии электрической дуги, которая является источником интенсивного излучения не только видимого света, но и ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

Электрический удар – возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц.

В зависимости от исхода поражения электрические удары делятся на четыре степени:

I – судорожное сокращение мышц без потери сознания;

II – судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работой сердца;

III - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания ( или того и другого вместе);

IV – клиническая смерть, то есть отсутствие дыхания и кровообращения – переходное состояние от жизни к смерти, наступающее с момента прекращения деятельности сердца и легких. У человека при этом отсутствуют все признаки жизни. Однако в первый момент во всех клетках продолжаются обменные процессы (клеточное дыхание) хотя и на очень низком уровне, но воздействуя на сердце и легкие можно оживить организм. Длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток коры головного мозга, в большинстве случаев 4-6 мин. (редко 7-8 мин.).

Причинами смерти от электрического тока могут быть:

1. Нарушение сердечной деятельности. При протекании тока через человека может возникнуть Фибрилляция сердца или его остановка.

Фибрилляция сердца – хаотические разновременные сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), при которых сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам. Фибрилляция сердца наступает при прохождении через тело человека переменного тока 100 мА с частотой 50 Гц, или постоянного тока 300 мА в течение нескольких секунд. Переменный ток менее 100 мА и более фибрилляцию сердца не вызывает. При протекании переменного тока и постоянного тока 5 А наблюдается остановка сердца. Фибрилляция продолжается обычно короткое время, сменяясь полной остановкой сердца.

2. Прекращение дыхания – нарушение работы легких, может быть вызвано относительно небольшим током (от 20 до 100 мА), если он длительно (несколько минут) проходит через человека.

3. Электрический шок – своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма в ответ на чрезмерное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.п. Состояние может длиться от нескольких десятков минут до суток, после чего может наступить смерть.

Поражение электрическим током может произойти: при прикосновении к токоведущим частям, находящимся по напряжением; при пробое изоляции фазного провода на корпус электрооборудования (воздействие напряжений прикосновения и шага); при прикосновении к отключенным токоведущим частям емкостных накопителей энергии; при несоблюдении минимальных расстояний в электроустановках напряжением свыше 1000 В и поражение электрической дугой.

Характер и последствия поражения обуславливаются рядом факторов, прямо или косвенно влияющих на исход поражения: величина и длительность протекания тока; род и частота тока; путь протекания тока через организм, состояние организма и параметры окружающей среды. Электрическое сопротивление тела и приложенное напряжение также влияют на исход поражения, поскольку определяют величину тока через организм.

Главным и определяющим фактором воздействия является величина электрического тока. Чем больше величина ток, тем опаснее его действие.

Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него тока при его значениях:

Iощ = (0,6 - 1,5)mА - для переменного тока частотой f = 50 Гц;

Iощ = (5 - 7)mА - для постоянного тока.

Эти значения называются пороговыми ощутимыми токами. Для переменного тока характер ощущения проявляется в виде пощипывания, дрожания пальцев, для постоянного тока – в виде зуда, ощущения нагрева.

При дальнейшем увеличении величины тока возникает второе пороговое значение – это неотпускающие или удерживающие токи. При этом происходит судорожное сокращение мышц рук и человек не в состоянии разжать пальцы и отпустить токопровод, за который он взялся.

Для переменного тока частотой f=50 Гц – Iнеотп=(10 - 15) mА, для постоянного тока Iнеотп=(50 - 80) mА. Причем у разных людей значения неотпускающих токов будут различны. Нижние значения неотпускающих токов приведены для женщин, верхние значения – для мужчин.

При значениях токов (20 – 25) mА (переменное напряжение f=50 Гц) действие тока распространяется и на мышцы грудной клетки, что ведет к затруднению и даже прекращению дыхания, а при длительном воздействии таких величин токов возможен летальный исход.

При значениях переменного тока 100 mА его воздействие передается непосредственно на мышцу сердца. При длительности воздействия 0,5 сек может наступить остановка или фибрилляция сердца. В последнем случае, за счет беспорядочного (хаотичного) сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл) сердце перестает выполнять функцию насоса, что ведет к прекращению в организме кровообращения. Это третье пороговое значение токов – токов фибрилляции: для переменного напряжения, f = 50 Гц –
Iф = 100 mА, для постоянного напряжения - Iф = 300 mА .

Рис. 1

Вероятность наступления фибрилляции сердца зависит от длительности протекания тока. Здоровое сердце сокращается (60 – 80) раз в минуту, то есть длительность одного кардиоцикла составляет одну секунду. Каждый цикл сердечной деятельности состоит из двух периодов: диастолы, когда желудочки сердца находятся в расслабленном состоянии и заполняются кровью, и систолы, когда сердце, сокращаясь, выталкивает кровь в артериальные сосуды. Экспериментально установлено, что чувствительность сердца к раздражителю в форме электрического тока неодинакова в разные фазы его деятельности. Наиболее уязвимым сердце оказывается в фазе Т, продолжительность которой равна 0,2 сек (рис. 1).

Если время действия тока не совпадает с фазой Т, большие величины токов не вызывают фибрилляцию, но могут привести к остановке сердца. При длительности протекания тока, соизмеримой с периодом кардиоцикла, ток через сердце проходит также и в течение фазы Т. При этом вероятность наступления фибрилляции наибольшая. И чем меньше длительность действия тока, тем меньше вероятность наступления фибрилляции сердца.

При прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением, человек включается в электрическую цепь и может рассматриваться как элемент цепи. Тело человека является проводником электрического тока. Однако в отличии от обычных проводников проводимость живой ткани обусловлена не только ее физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи. В силу этого сопротивление тела человека является переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов, состояния окружающей среды.

Электрическое сопротивление различных тканей тела человека неодинаково. Кожа, кости, жировая ткань имеют относительно большое значение – ρкож ≈ ρкост = (3.103 – 3.104) Ом.м. Мышечная ткань, кровь, лимфа и, особенно, спинной и головной мозг – малое значение удельного сопротивления – ρмышц = (1,5 – 3)Ом.м; ρкр = (1 – 2)Ом.м; ρмозг = (0,5 – 0,6) Ом.м.

Таким образом, обладая большим удельным сопротивлением, кожа определяет сопротивление тела человека в целом. Кожа состоит из двух основных слоев: наружного – эпидермиса (верхний слой кожи толщиной 0,2 мм, состоящий из мертвых ороговевших клеток), обладающего большим сопротивлением и внутреннего – дерма, имеющего относительно малое сопротивление, близкое по значению к сопротивлению внутренних тканей.

Р ис. 2. К определению сопротивления тела человека.

а) – схема измерения сопротивления; б, в) – эквивалентные схемы сопротивления тела человека; г) – упрощенная эквивалентная схема.

1 – электроды; 2 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 – внутренние ткани тела (внутренний слой кожи и подкожные ткани).

Таким образом, в соответствии с приведенной на рис. 2 а схемой включения человека в электрическую цепь между двумя электродами, сопротивление тела человека состоит из трех последовательно включенных сопротивлений: двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи – эпидермиса (роговой и ростковый слои) и одного сопротивления внутренних подкожных тканей, называемого внутренним сопротивлением. Оно включает два сопротивления внутреннего слоя кожи и сопротивления подкожных тканей тела и составляет величину – Rвн = (300 – 500) Ом. Сопротивление тела у различных людей, измеренное в разное время и в различных условиях неодинаково. Электрическое сопротивление сухой, чистой, неповрежденной кожи, измеренное при напряжении (15 – 20) В, составляет (3 – 100)·103 Ом.

Если на участках, где прикладываются электроды, снять роговой слой, сопротивление тела упадет до (1 – 5)·103 Ом; при удалении всего наружного слоя эпидермиса – (500 – 700) Ом. Эквивалентные схемы сопротивления тела человека представлены на рис. 2б, в. Сопротивление эпидермиса Zэ состоит из активного Rэ 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:

.

Из приведенного выражения следует, что с уменьшением частоты сопротивление тела возрастает, а на постоянном токе имеет наибольшие значения:

,

где - сопротивление тела человека постоянному току. С ростом частоты сопротивления Zh уменьшается за счет уменьшения емкостного сопротивления и при (5-10) кГц можно считать, что Zh = Rвн =(300-500) Ом.

Эквивалентную схему можно упростить, представив сопротивление тела как параллельное соединение сопротивления Rh=2Rэ+Rв и емкости Сh=0,5Cэ (рис. 2 г). Для этого случая: .

При частота f = 50 Гц переменного напряжения учитывается лишь активная составляющая полного сопротивления и при раcчетах принимается Rh = 1000 Ом. Однако на самом деле Zh величина переменная и зависит от многих факторов. Так, в зависимости от места приложения электродов, с увеличением площади касания сопротивление уменьшается. Значение тока и длительность его прохождения через тело человека непосредственно влияют на электрическое сопротивление Zh . С увеличением тока и времени его прохождения сопротивление уменьшается, что связано с нарушением процессов терморегуляции в организме: за счет усиления местного нагрева кожи и внутренних органов сосуды расширяются, усиливается снабжение этих участков кровью, что увеличивает потовыделение. Сопротивление влажной кожи уменьшается, ток еще более возрастает, усиливая нагрев и т.д.

Аналогичным образом ведет себя зависимость сопротивления от величины приложенного напряжения. Повышение напряжения уменьшает сопротивление тела человека в десятки раз: во-первых, за счет нарушения процессов терморегуляции из-за увеличения тока, как это было рассмотрено выше; во-вторых, за счет развития процессов пробоя кожи при величине приложенного напряжения выше 50 вольт. При этом величина сопротивления Zh стремится к значению Rвн = (300-500) Ом.

Установлено, что для отпускающих токов - Zh = (2-3). 103 Ом; при неотпускающих токах - Zh = 1. 103 Ом; при смертельном токе - Zh = 500 Ом.

Факторы, влияющие на исход поражения.

Путь тока в теле человека. Если на пути тока оказываются жизненно важные органы, опасность поражения очень высока. Если же ток проходит по другим путям, минуя сердце, легкие, мозг, то воздействие может быть рефлекторным, через ЦНС. Ток в теле не всегда проходит по кратчайшему пути, так как различные участки тела имеют различное удельное сопротивление, как это было показано выше. Наибольшую опасность представляет продольный путь тока. Отмечено, что через сердце проходит:

по пути «рука – рука» - 3,3% Ih;

по пути «левая рука – нога» - 3,7% Ih;

по пути «правая рука – нога» - 6,7% Ih;

по пути «голова – нога» - 6,8% Ih;

по пути «голова – рука» - 7% Ih;

по пути «нога – нога» - 0,4% Ih..

Статистика показывает, что наибольшая потеря трудоспособности (87% случаев) наблюдается при поражениях «правая рука – ноги», наименьшая (15% случаев) при поражениях «нога – нога». Однако, если ток велик, судорожное сокращение ног приведет к падению с возможным летальным исходом.

Род и частота тока. Установлено, что переменный ток более опасен, чем постоянный ток. Как следует из сопоставления пороговых значений токов, одни и те же воздействия вызываются большими значениями постоянного тока, чем переменного. Однако даже небольшой постоянный ток (ниже порога ощущения) при быстром разрыве цепи дает очень сильные удары, вплоть до судорог мышц рук. Так же установлено, что в электроустановках с уровнем напряжения выше 500 В опаснее постоянный ток. Увеличение частоты ведет к увеличению опасности поражения, так как уменьшается полное сопротивление Zh. Наибольшую опасность представляет переменный ток частотой от 20 до 1000 Гц. При частотах ниже 20 Гц и выше 1000 Гц опасность поражения уменьшается, так как величины предельно допустимых токов Iнеотп изменяются от значения 20 mА в большую сторону. Выпрямленные токи содержат постоянную и переменную составляющие, которые оказывают совместное действие на организм человека, в то время как приборы показывают только постоянную составляющую. При однополупериодном выпрямлении пороговые значения тока по постоянной составляющей в 1,5 раза ниже, чем для переменного тока. При двухполупериодном выпрямлении пороговые значения переменного и выпрямленного токов одинаковы.

Состояние окружающей среды. Изменение влажности, температуры от оптимальных условий, наличие токопроводящей пыли, паров кислот увеличивает опасность поражения, так как во всех помещениях, кроме сухих и чистых сопротивление тела человека уменьшается, а в пыльных помещениях с токопроводящей пылью, с химически и биологически активной средой происходит разрушение изоляции.

Согласно ПУЭ все производственные помещения по опасности поражения электрическим током подразделяются на три категории:

Помещения без повышенной опасности – помещения сухие.

Помещения с повышенной опасностью, характеризуются наличием одного из следующих признаков:

а) высокая температура (> 300С);

б) влажность выше 75%;

в) токопроводящий пол;

г) токопроводящая пыль;

д) наличие возможности одновременного прикосновения к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, механизмам – с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой стороны.

Помещения особо опасные, характеризуются наличием одного из трех условий:

а) 100% влажность, особая сырость;

б) химически и биологически активная среда, разрушающе действующая на изоляцию и токоведущие части оборудования;

в) два и более признаков одновременно, свойственных помещениям с повышенной опасностью.

Предельно допустимые значения токов. Как показывает статистика электротравматизма, безопасного тока нет, так как любое значение тока оказывает определенное воздействие на организм человека. Ток, вызывающий слабые ощущения у одного человека может быть неотпускающим током для другого. Характер воздействия при одной и той же величине тока зависит от состояния центральной нервной системы и всего организма в целом, массы человека, его физического развития. Приводимые выше данные для пороговых значений тока получены на основе статистических данных. Поэтому речь может идти лишь о допустимом значении тока. Исходя из пороговых значений тока, допустимым можно считать ток, при котором возникает реальная опасность поражения. Это возможно лишь при неотпускающем токе, когда человек не в состоянии самостоятельно освободиться от токоведущих частей. Поэтому недопустимо, чтобы через человека длительно протекал ток выше отпускающего. То есть, при случайном прикосновении в нормальных условиях наибольший длительно допустимый ток через человека равен порогу неотпускающего тока – около 10 mА.

При кратковременном действии тока судорожное сокращение мышц рук не имеет значения, паралич дыхания развивается за (15-30) сек и тоже не успеет развиться при кратковременном действии. Большие токи (несколько десятков mА) вызывают фибрилляцию сердца за (1-2) сек. Поэтому в качестве кратковременно допустимых токов принимаются наименьшие значения токов, вызывающих фибрилляцию сердца.

Исходя из вышеизложенного, ГОСТ 12.1.038-82 устанавливает допустимые значения токов, протекающих через тело по пути «рука – рука», «рука – ноги» при нормальном режиме работы электроустановок производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 Гц и 400 Гц. Нормируемые кривые приведены на рисунке.

Р
ис. 3

Первая помощь пострадавшему при действии электрического тока состоит из двух этапов:

I – освобождение пострадавшего от действия тока;

II – оказание первой доврачебной помощи.

I. Так как исход поражения током зависит от длительности протекания тока (паралич дыхания, фибрилляция сердца, остановка сердца, клиническая смерть), то очень важно как можно быстрее освободить пострадавшего от тока и приступить к оказанию первой доврачебной помощи.

Освобождение человека от действия тока, когда человек находится в контакте с токоведущей частью, сводится, если это возможно, к отключению электроустановки с помощью ближайшего рубильника, выключателя или иного отключающего аппарата. Если пострадавший находится на высоте, то отключение напряжения проводят только после принятия мер, обеспечивающих его безопасное падение.

В случае невозможности быстрого отключения установки (например, из-за удаленности или недоступности выключателя) необходимо принять иные меры освобождения пострадавшего. При напряжении до 1000 В можно перерубить провода топором с деревянной ручкой, или перекусить их инструментом с изолированными рукоятками (кусачками и т.п.). Перерубать (перекусывать) следует каждый провод в отдельности, чтобы не вызвать короткого замыкания между проводами. Можно оттянуть пострадавшего за одежду, руки оказывающего помощь при этом должны быть защищены либо диэлектрическими перчатками, либо сухой тканью (шарфом, рукавами халата и т.п.) и оказывающий помощь не должен касаться тела и обуви пострадавшего, а также окружающих заземленных металлических предметов.

Рекомендуется действовать одной рукой, держа вторую в кармане или за спиной. Можно отбросить провод, которого касается пострадавший, пользуясь сухой деревянной палкой, доской и пр.

Если пострадавший судорожно сжимает провод рукой, то можно разжать его руку, отгибая пальцы по отдельности. Для этого оказывающий помощь должен быть в диэлектрических перчатках и стоять на изолирующем основании (коврике, подставке).

В установках свыше 1000 В для отделения пострадавшего необходимо одеть диэлектрические перчатки и боты и действовать штангой или изолирующими клещами, рассчитанными на напряжение данной установки.

Можно преднамеренно замкнуть накоротко и заземлить фазы электроустановки, в результате чего произойдет автоматическое отключение установки. Замыкание и заземление проводов воздушной линии можно осуществить путем наброса на них заземленного одним концом голого проводника (например, медного). Сечение набрасываемого проводника должно быть достаточным, чтобы он не перегорел при прохождении по нему токов короткого замыкания. Наименьшее сечение его (по меди) во всех случаях должно быть 16 мм2 для линий до 1000 В и 25 мм2 для линий свыше 1000 В. Перед набрасыванием один конец проводника надежно заземляется путем присоединения его к имеющемуся поблизости заземляющему устройству подстанции, телу металлической опоры или специально забитому в землю стержневому заземлителю.

II. Меры первой доврачебной помощи. Первая медицинская помощь пострадавшему от электрического тока должна оказываться немедленно после его освобождения от действия тока.

Меры первой доврачебной помощи пострадавшему от электрического тока зависят от его состояния и сводятся к проведению искусственного дыхания и наружного массажа сердца.

Для определения состояния пострадавшего необходимо уложить его на спину и проверить наличие дыхания и пульса.

Наличие дыхания определяется визуально по подъему и опусканию грудной клетки во время самостоятельного вдоха и выхода пострадавшего.

Нормальное дыхания характеризуется четкими ритмичными подъемами и опусканиями грудной клетки. В таком состоянии пострадавший не нуждается в искусственном дыхании.

Нарушенное дыхание характеризуется нечеткими и неритмичными движениями грудной клетки при вдохах либо отсутствием видимых на глаз дыхательных движений грудной клетки. Пострадавшему в таких случаях необходимо искусственное дыхание.

Наличие пульса, свидетельствующего о работе сердца, следует проверять на сонной артерии на шее с правой и левой сторон выступа щитовидного хряща, адамова яблока). Отсутствие пульса свидетельствует о прекращении работы сердца (прекращении движения крови в организме). Об этом можно судить также по состоянию глазного зрачка, который в этом случае расширен. Пострадавшему необходимо проводить наружный массаж сердца.

Проверка состояния пострадавшего, включая придание его телу соответствующего положения, проверку дыхания, пульса и состояния зрачка, должна производиться в течение 15-20 с.

В зависимости от степени электрического удара пострадавшему должна быть оказана та или иная медицинская помощь:

1. Пострадавший в сознании с сохранившимися дыханием и работой сердца, но до этого долго находился под действием тока. В этом случае пострадавшего необходимо уложить на сухую подстилку, накрыть его сверху и дать покой до прихода врача. Ни в коем случае нельзя разрешать пострадавшему двигаться или работать, даже если он чувствует себя хорошо, так как отрицательное воздействие тока может сказываться не сразу, а спустя некоторое время.

2. Пострадавший находится в бессознательном состоянии, но с сохранившимися устойчивым дыханием и работой сердца. Его следует удобно уложить на подстилку, расстегнуть одежду и пояс, чтобы они не затрудняли дыхания, обеспечить приток свежего воздуха и принять меры к приведению его в сознание – поднести к носу ватный тампон, смоченный нашатырным спиртом, либо обрызгать лицо холодной водой, растереть и согреть тело. Пострадавшему необходимо обеспечить покой и наблюдение до прихода врача.

3. Пострадавший находится в бессознательном состоянии и плохо дышит, но с сохраненной работой сердца. В этом случае необходимо производить искусственное дыхание.

4. При отсутствии признаков жизни, т.е. когда отсутствуют пульс и дыхание, а зрачки глаз расширены и не реагируют на свет, пострадавший находится в состоянии клинической смерти и нужно немедленно приступить к его оживлению.

Достоверными признаками необратимой смерти являются трупные пятна, окоченение, охлаждение тела до температуры окружающей среды.

Искусственное дыхание необходимо для обеспечения газообмена в организме: насыщения крови кислородом и удаления из крови углекислого газа, и восстановления самостоятельного дыхания пострадавшего.

Искусственное дыхание может проводиться различными способами. Все они делятся на две группы: аппаратные и ручные.

Аппаратные – требуют применения специальных аппаратов, которые обеспечивают вдувание и удаление воздуха из легких.

Ручные (наиболее часто применяемые) способы, хотя и менее эффективны и более трудоемки, чем аппаратные, обладают тем преимуществом, что могут проводиться немедленно при обнаружении нарушения дыхания.

Из многочисленных ручных способов наиболее эффективными являются способы искусственного дыхания «изо рта в рот» или «изо рта в нос». Детям делают искусственное дыхание одновременно двумя этими способами. Эти способы заключаются в том, что оказывающий помощь вдувает воздух из своих легких пострадавшему через рот или нос. Этот способ позволяет вдувать в легкие пострадавшего объем воздуха до 1500 мл, что в несколько раз больше, чем дают другие способы; при этом способе исключена опасность повреждения организма пострадавшего и имеется возможность просто контролировать поступление воздуха в легкие пострадавшего – по расширению (подъему) грудной клетки. Во избежание взаимного инфицирования искусственное дыхание необходимо производить через марлю, носовой платок или другие неплотные ткани, или через специальную трубку.

Подготовка к искусственному дыханию. Прежде чем приступить к искусственному дыханию, необходимо выполнить следующие операции:

а) уложить пострадавшего на спину на горизонтальную поверхность;

б) освободить пострадавшего от стесняющей одежды (расстегнуть ворот и пояс, развязать галстук и т.п.);

в) максимально запрокинуть голову пострадавшего назад, положив под затылок ладонь одной руки, а второй рукой надавливать на лоб до тех пор, пока подбородок не окажется на одной линии с шеей.

При таком положении головы обеспечивается свободный проход для воздуха в легкие. Если оказывается невозможным открыть рот пострадавшего, искусственное дыхание следует производить «изо рта в нос».

г) Освободить рот (нос) от слизи, если во рту имеются зубные протезы, то убрать их. Для удаления слизи и крови необходимо голову и плечи пострадавшего повернуть в сторону, а затем с помощью носового платка или края рубашки, намотанного на указательный палец, очистить полость рта и глотки. После чего придать голове первоначальное положение.

По окончании подготовительных операций оказывающий помощь делает глубокий вдох и затем с силой выдыхает воздух в рот (нос) пострадавшего. При этом он должен охватить своим ртом весь рот пострадавшего, а щекой или пальцами зажать нос. Затем делает новый вдох, а в этот период грудная клетка пострадавшего опускается и происходит пассивный выдох (рис. 4).

Рис. 4. Искусственное дыхание методом «изо рта в рот»:

а — подготовка пострадавшего;

б — проведение искусственного дыхания

Если после вдувания воздуха грудная клетка пострадавшего не расправляется (поднимается), это свидетельствует о непроходимости дыхательных путей. В этом случае необходимо запрокинуть голову пострадавшего еще ниже.

При проведении искусственного дыхания в одну минуту следует делать 10-12 вдуваний взрослому человеку (т.е. через 5-6 с) и 15-18 вдуваний ребенку (т.е. через 3-4 с), причем ребенку вдувание делается менее резко.

При появлении у пострадавшего первых слабых вдохов следует приурочивать искусственный вдох к началу самостоятельного вдоха. Искусственное дыхание следует производить до восстановления глубокого ритмичного дыхания.

Наружный массаж сердца (ритмичное надавливание на грудь) проводят для искусственного поддержания кровообращения в организме пострадавшего и восстановления нормальных естественных сокращений сердца.

Подготовка к массажу сердца является одновременно и подготовкой к искусственному дыханию, поскольку массаж сердца должен производиться совместно с искусственным дыханием.

Для выполнения массажа необходимо уложить пострадавшего на спину на жесткую поверхность и обнажить его грудь.

При выполнении массажа сердца оказывающий помощь встает с какой-либо стороны пострадавшего и занимает такое положение, при котором возможен более или менее значительный наклон над ним.

Определив прощупыванием место надавливания (на два пальца выше мягкого конца грудины, рис. 5, место указано стрелкой), оказывающий помощь должен положить на него

Рис. 5. Искусственная вентиляция легких и непрямой массаж сердца (выдох)

нижнюю часть ладони одной руки, а затем поверх первой руки положить ладонь другой руки, так, чтобы они образовали прямой угол и надавливать на грудную клетки, слегка помогая наклоном всего корпуса. Пальцы обеих рук должны быть сведены вместе и подняты вверх, чтобы не касаться грудной клетки пострадавшего. Надавливать следует быстрым толчком так, чтобы сместить нижнюю часть грудины вниз на 3-4 см, а у полных людей на 5-6 см. Усилие при надавливании следует концентрировать на нижней части грудины, которая является более подвижной. Нельзя надавливать на верхнюю часть грудины, область окончания нижних ребер и ниже края грудной клетки (на мягкие ткани), т.к. в первых двух случаях это может привести к перелому ребер, а в последнем – к повреждению внутренних органов и в первую очередь печени.

Надавливание (толчок) на грудину следует повторять примерно 1 раз в секунду для взрослого человека и 2 раза – для ребенка.

Для обогащения крови пострадавшего кислородом одновременно с массажем сердца необходимо проводить искусственное дыхание.

Если оказывающих помощь двое, то один из них проводит массаж сердца, а другой – искусственное дыхание, при этом надавливание на грудину надо приурочивать к выдоху: после одного глубокого вдувания производится 5 надавливаний на грудную клетку или после двух вдуваний – 15 надавливаний.

Если же оказывающий помощь один, то следует чередовать искусственное дыхание с массажем сердца: после двух глубоких вдуваний в рот (в нос) 15 надавливаний на грудину.

Искусственное дыхание и массаж сердца необходимо производить до появления самостоятельного дыхания и пульса у пострадавшего. Для проверки пульса через каждые 2 минуты прерывают массаж на 2-3 с. Сохранение пульса во время перерыва свидетельствует о восстановлении работы сердца.

Длительное отсутствие пульса при появлении других признаков оживление организма (самостоятельного дыхания, сужение зрачков, попытки пострадавшего двигать руками и ногами и др.) служит признаком фибрилляции сердца. В этом случае необходимо продолжать оказывать помощь до прибытия врача.

Первая помощь пострадавшему от электрического тока.

Работа на манекене предусматривает 2 этапа: 1 – этап обучения и 2 – этап проверки навыков.

Перед началом работы на манекене преподаватель информирует студентов о целях и задачах обучения, проводит опрос студентов с целью выяснения основных моментов по оказанию пострадавшему первой помощи.

1. Этап обучения.

I. Искусственное дыхание «изо рта в рот» («изо рта в нос»).

1. На груди манекена, лежащего на спине, расстегнуть одежду и установить необходимость проведения дыхания по неподвижному состоянию грудной клетки.

2. Осмотреть полость рта с целью выявления инородных предметов, препятствующих проведению дыхания.

3. Голову манекена повернуть набок, при необходимости удалить инородные предметы, затем привести в первоначальное положение.

4. Голову максимально запрокинуть назад путем подкладывания одной руки под шею и надавливания другой на лоб (этим обеспечивается проходимость дыхательных путей).

5. Положить марлевую салфетку на рот манекена. Сделать глубокий вдох, двумя пальцами сжать ноздри носа и затем, плотно прижав свой рот ко рту манекена, произвести в него выдох (при этом грудная клетка манекена должна подняться, а на пульте управления должна загореться сигнальная лампа «Давление нормально»). Ритм искусственного дыхания задается на пульте лампой «Искусственное дыхание», «Ритм». Вдувание воздуха производится каждые 5-6 с, что соответствует частоте дыхания 10-12 раз в минуту. Каждым студентом делается по 5-6 вдуваний.

II. Наружный массаж сердца.

По состоянию пульса (на руках и шее) и зрачка установить необходимость проведения массажа.

2. Занять место слева или справа у груди манекена и определить место надавливания посредством прощупывания участка грудной клетки, имитирующей конец грудины.

3. Отступить на два пальца от края грудины, наложить на нее нижнюю часть ладони одной руки, а затем поверх правой руки положить под прямым углом вторую руку (пальцы рук должны быть плотно соединены и несколько откинуты назад).

4. Надавливание следует производить быстрым толчком, слегка помогая наклоном всего корпуса так, чтобы сместить нижнюю часть грудины вниз на 4 см. При этом на пульте загорается зеленая лампа «Усилие нормально». После толчка руки остаются в нижнем положении в течение около 0,5 с, после чего следует слегка выпрямиться и расслабить руки, не отнимая их от груди манекена. При приложении усилия больше нормального на пульте загорается красная лампа «Усилие больше нормы». Надавливание производится в такт с лампой «Ритм сердца» (один раз в секунду). Каждый студент делает 8-10 надавливаний.

5. В случае оказания помощи пострадавшему двумя лицами – один проводит искусственное дыхание (1 вдох), второй на выдохе пострадавшего делает массаж сердца (5 надавливаний).

6. При оказании помощи пострадавшему одним лицом, оказывающий помощь делает 2 вдоха и 12-15 надавливаний на грудную клетку.

2. Этап проверки навыков.

Преподаватель задает различные ситуации: а) отсутствие дыхания; б) отсутствие сердечной деятельности; в) клиническая смерть и контролирует правильность соответствующих действий обучаемого.

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Цель работы: ознакомиться с приборами и методами измерения освещенности на рабочих местах, порядком нормирования и расчета искусственного освещения.

Общие положения

Одним из основных вопросов охраны труда является организация рационального освещения производственных помещений и рабочих мест.

Прием и анализ информации зрительным анализатором (глазом) человека происходит в световом диапазоне λ = 0,38…0,76 мкм оптической области спектра электромагнитных волн. Наибольшее значение чувствительности достигается при длине волны λm = 0,554 мкм (желто-зеленая часть спектра).

При освещении производственных помещений используется как естественное освещение, создаваемое светом небесного купола (прямым и рассеянным), так и искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света. Имея более благоприятный для зрительного восприятия спектральный состав естественное освещение, меняется в зависимости от географической широты, времени года и суток. Поэтому для освещения в те часы суток, когда естественное освещение недостаточно для проведения технологических операций используют искусственное освещение.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями.

К количественным светотехническим характеристикам относятся:

световой поток Ф – часть лучистого потока, воспринимаемая зрением человека как свет; характеризует мощность светового излучения; измеряется в люменах (лм);

освещенность Е – это отношение светового потока Ф, равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади S (м2), т.е. Е = Ф/S; за единицу освещенности принят люкс (лк);

сила света J – это отношение светового потока Ф к телесному углу ω, в пределах которого световой поток равномерно распределяется; рассчитывается по формуле J= Ф/ω; измеряется в канделах (кд);

яркость В поверхности под углом α к нормали – это отношение силы света Jα, излучаемой поверхностью в этом направлении, к площади Sпроекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению; измеряется кд/м2 и определяется по формуле:

К качественным характеристикам освещения относятся фон, контраст объекта с фоном К, коэффициент пульсации освещенности kп, показатель ослепленности Р0, видимость V.

Коэффициент пульсации освещенности kп – это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока; рассчитывается по формуле:

где Еmax, Еmin, Еср – максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период колебаний.

Критерием слепящего действия, создаваемого осветительной установкой, является показатель ослепленности Р0, значение которого определяется по формуле:

где V1 и V2 – видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух видов – общее и комбинированное, когда к общему освещению помещения добавляется местное, установленное непосредственно на рабочих местах, где выполняются точные зрительные работы. При комбинированном освещении освещенность рабочих поверхностей от общего освещения должна быть равной или больше 10% нормируемой.

Общее освещение подразделяется на рабочее, аварийное и специальное.

Рабочее освещение предназначено для нормального выполнения производственного процесса, прохода людей и движения транспорта и является обязательным для всех помещений.

Аварийное освещение обеспечивает минимальную освещенность на рабочем месте и предусматривается для продолжения работы при внезапном отключении рабочего освещения. Оно необходимо для обслуживания оборудования, способного вызвать пожар, взрыв, отравление людей и т. п.

Минимальная освещенность рабочих поверхностей, требующих обслуживания в аварийном режиме, должна быть равна 5% нормируемой освещенности в системе общего освещения. В то же время она не должна быть ниже 2 лк внутри зданий и 1 лк на открытых территориях. Наименьшая освещенность на полу, земле или ступенях при аварийном освещении для эвакуации людей должна быть в помещениях 0,5 лк, а на открытых территориях 0,2 лк.

Специальные виды освещения и облучения:

охранное освещение устраивают вдоль границ территории, охраняемой в ночное время. Его следует по возможности выполнять, используя частично рабочее и аварийное освещение;

эритемное освещение (искусственное ультрафиолетовое облучение) предусматривается на промышленных предприятиях, расположенных в районах с дефицитом естественного ультрафиолетового облучения;

бактерицидное освещение применяется для обеззараживания воздуха в производственном помещении.

Для искусственного освещения (общего и комбинированного) применяют электрические лампы накаливания и газоразрядные лампы: люминесцентные типа ЛД, ЛБ и др., дуговые ртутные лампы (ДРЛ), дуговые ксеноновые трубчатые лампы (ДКсТ), натриевые лампы (ДНаТ) и др. Все типы ламп ДРЛ, ДКсТ и ДНаТ имеют резьбовые цоколи, аналогичные цоколям ламп накаливания. Световая отдача ламп накаливания общего назначения 7-20 лм/Вт, люминесцентных – 40-75 лм/Вт, ртутных высокого давления – 60 лм/Вт, натриевых – до 100 лм/Вт.

Осветительные установки состоят из источника света и арматуры (светильника), которая предназначена для перераспределения излучаемого источником светового потока в требуемом направлении, предохранении глаз рабочего от слепящего действия ярких элементов источника света. Различают светильники общего и местного освещения.

Для ламп накаливания применяют светильники типа «Глубокоизлучатель», «Универсаль», «Люцетта», «Молочный шар» (у вышеперечисленных светильников количество ламп в светильнике n=1), а для газоразрядных ламп – типа ЛПО («Циклон Де Люкс», «Леванто») и ЛВО («Муссон»). Светильники типа ЛПО предназначены для n=2 люминесцентных ламп мощностью 36, 40 Вт каждая и крепятся к любому типу потолков. Светильники типа ЛВО предназначены для n=4 люминесцентных ламп мощностью 18 Вт и устанавливаются в подвесной потолок.

Искусственное освещение должно обеспечить освещенность на рабочих местах в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95.

Освещенность принято нормировать раздельно в зависимости от применяемых ламп и систем освещения. Наименьшую освещенность в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95 устанавливают согласно условиям зрительной работы, которые определяются следующими параметрами:

1. Размер объекта различения – наименьший размер, который необходимо выделить при проведении работы (размер самой маленькой детали, самой тонкой линии на чертеже и пр.).

2. Фон – поверхность, на которой рассматривается объект различения. Характеризует фон коэффициент отражения ρ, который зависит от цвета и фактуры поверхности; в зависимости от коэффициента отражения фон может быть светлым при ρ>0,4; средним при ρ=0,2…0,4 и темным при ρ<0,2.

3. Контраст объекта с фоном К – характеризуется соотношением яркости Воб объекта различения и яркости Вф фона; определяется по формуле

контраст считается большим, если К>0,5 (объект резко выделяется на фоне),

средним при К=0,2…0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости)

малым при К < 0,2 (объект слабо заметен на фоне).

К другим нормируемым параметрам искусственного освещения относятся показатель ослепленности Р0 и коэффициент пульсации освещенности kп. Диапазон изменения допустимых значений этих нормируемых параметров определяется разрядом зрительной работы: Р0 = 20…80 единиц; kп = 10…20 %.

Расчет искусственного освещения

Основной задачей светотехнических расчетов является определение мощности осветительной установки для создания заданной по нормам освещенности. При этом используются три метода расчета: метод коэффициента использования светового потока, точечный метод и метод удельной мощности.

Для расчета общего равномерного освещения горизонтальной рабочей поверхности основным является метод коэффициента использования светового потока, при этом учитывается отражение светового потока от потолка и стен.

Световой поток Фл (лм) одной лампы или группы люминесцентных ламп одного светильника

, (2.1)

где Енорм – нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05-95, лк; S – площадь освещаемого помещения, м2; z – коэффициент неравномерности освещения, это отношение средней освещенности к минимальной, обычно z = 1,1…1,2; N – число светильников в помещении; η - коэффициент использования светового потока (в долях единицы), то есть отношение потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп; находится по справочным данным в зависимости от типа светильника, коэффициента отражения стен ρс, потолка ρп, индекса помещения

(2.2)

где А и В – длина и ширина помещения на плане, м;

h – высота подвеса светильников над рабочей поверхностью (расстояние между светильниками и освещаемой поверхностью), м.

Коэффициент запаса kз, зависящий от вида технологического процесса и типа применяемых источников света приводится в Приложении 1.

Обычно для расчета задаются числом светильников N, по нормам определяют значение минимальной освещенности Енорм (Приложение 2), по справочным данным находят значения η (Приложение 3), kз (Приложение 1) и z, по формуле (2.1) рассчитывается световой поток. По полученному в результате расчета световому потоку по ГОСТ 17677-82 и ГОСТ 6825-91 выбирается ближайшая стандартная лампа и определяется необходимая электрическая мощность (Приложение 4). При выборе лампы допускается отклонение светового потока от расчетного в пределах 10…20 %.

Для проверочного расчета местного освещения, а также для расчета освещенности конкретной точки на горизонтальной и наклонной поверхности при общем локализованном (с учетом расположения рабочих мест) освещении применяют точечный метод.

В основу точечного метода положено уравнение, связывающее освещенность и силу света:

(2.3)

где ЕА – освещенность горизонтальной поверхности в расчетной точке А, лк;

Jα – сила света в направлении от источника к расчетной точке А (значение силы света определяется выбранным источником света и типом светильника);

α – угол между нормалью к поверхности, которой принадлежит точка, и направлением вектора силы света в точку А;

r – расстояние от светильника до точки А, м.

Учитывая, что r=Н/cosα и вводя коэффициент запаса kз, можно записать

(2.4)

При ориентировочных расчетах применяют наиболее простой, но менее точный метод – метод удельной мощности:

(2.5)

где Руд – удельная мощность источника света, Вт;

Рл – мощность одной лампы, Вт;

N – число светильников;

S – площадь освещаемой поверхности, м2.

Применяемые приборы и оборудование

Фотоэлектрический люксметр типа Ю-17, предназначенный для измерения освещенности в люксах. Принцип действия прибора основан на явлении фотоэлектрического эффекта. Прибор имеет три основных предела измерения. Измеряя освещенность от источника света с иным, чем у ламп накаливания, спектральным составом, необходимо учитывать поправочные коэффициенты. Для люминесцентных ламп поправочный коэффициент равен 1,5, для ЛД – 0,98, для ДРЛ – 1,2 и естественного света – 0,8.

Полученная фактическая освещенность должна быть больше или равна нормируемой минимальной освещенности, умноженной на коэффициент запаса. При несоблюдении этого соотношения осветительная установка непригодна для эксплуатации.

Порядок проведения эксперимента

Задание 1.

Определить параметры, характеризующие условия работы с точки зрения освещения. При замере освещенности исключить влияние естественного освещения.

1. Включить все верхние светильники, определить тип ламп и систему освещения.

2. Пользуясь люксметром, определить освещенность на рабочем месте. Для этого положить фотоэлемент на поверхность чертежа чувствительным слоем вверх, снять показания прибора. Во время измерений учесть поправочный коэффициент для применяемой лампы.

3. Определить размер объектов в миллиметрах (объекты – линии на чертеже, размер объекта – толщина линии на чертеже).

4. Определить контраст объекта с фоном с помощью нижеприведенной таблицы.

5. По СНиП 23-05-95 (Приложение 2) определить нормируемую минимальную освещенность для всех возможных случаев (рассмотреть 3-4 линии разного цвета и толщины, имеющиеся на чертеже), принимая во внимание параметры, определенные выше. Полученные данные занести в таблицу 1. Сделать вывод в отчете о возможности проведения работ.

Таблица 1.

сточника	Система освещения	Измеренная освещенность, лк	Фон	Объект	Контраст объекта с фоном	Размер объекта, мм	Разряд зрительной работы	Нормируемая минимальная освещенность, лк

Задание 2.

Исследование комбинированного освещения.

1. Включить 4 светильника, которые расположены на потолке.

2. Замерить освещенность на рабочем месте.

3. Включить светильник местного освещения.

4. Замерить освещенность в одной и той же точке при высоте подвеса h лампы местного освещения 35, 70, 100 см. Полученные данные занести в таблицу 2.

5. Определить в каждом случае долю общего освещения в процентах, сделав заключение, достаточно ли оно. Выводы занести в отчет.

Таблица 2

Задание 3.

Провести расчет искусственного освещения в помещении конструкторского бюро методом коэффициента использования светового потока по данным, приведенным в нижеследующей таблице (номер варианта указывается преподавателем).

Данные для расчета искусственного освещения

Условные обозначения:

Л – люминесцентные, П – потолочные,

В – встраиваемые, О – для общественных зданий.

1. Вычислить площадь помещения S = А*В.

2. Определить индекс помещения i по формуле (2.2).

3. Найти значение коэффициента использования осветительной установки η с помощью Приложения 3.

4. Найти значение коэффициента запаса kз (Приложение 1).

5. По Приложению 2 выбрать нормируемую минимальную освещенность Енорм, соответствующую разряду зрительной работы выполнения чертежа.

6. Полученные и заданные значения подставить в формулу (2.1) и произвести расчет светового потока.

7. По рассчитанному значению светового потока Фл подобрать тип и мощность лампы светильника (Приложение 4).

Условные обозначения:

Б – биспиральная с аргоновым наполнением,

ЛБ – лампа белого света,

ЛД – лампа дневного света.

8. Определить суммарную электрическую мощность осветительной установки по формуле Р = Рл·N·n.

Приложение 1. Значения коэффициента запаса kз

Приложение 2. Нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05-95

Приложение 3. Таблица коэффициентов использования светильников

Приложение 4. Лампы накаливания и газоразрядные лампы

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности. Учебник / Под ред. С.В. Белова. – М.: Высшая школа, 2001г. – 485с.

2. Справочник для проектирования электрического освещения. – М.: Госэнергоиздат, 1960г.

3. Строительные нормы и правила СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

Лабораторная работа №3

Исследование шума и методов борьбы с ним

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 LJ (или энергии) звуковой волны используется десятичный логарифм энергии, умноженный на 10:

; ; , (1)

где J – интенсивность звуковой волны, J0– 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 p0 = 2 Ч 10 -5Па.

Уровень LJизмеряется в децибелах (dБ); эта единица измерения расшифровывается следующим образом:

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

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

В логарифмическом масштабе зависимость LJ(J/J0)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 (Jнорм./J0); 8 = lg (Jнорм./J0);

Jнорм./J0= 108; 100 дБ= 10 lg (Jизм./J0 );

Jизм./J0 = 1010 ; Jизм./Jнорм.= 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 LJ = 100 -80 = 20 = 10 lg [(Jизм./J0)Ч (J0 / Jнорм. )];

20 = 10 lg (Jизм/ Jнорм); Jизм./ Jнорм. = 100.

2. Уровни звукового давления

Таблица 1.

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 J1 , 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.

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.

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

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 1000 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 LJ(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 fинтервал 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

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 = 2,7Ч10 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»

γЧ h, кг/м2 и частоте звука.

Для расчета звукопоглощения можно использовать формулы:

(4)

где: α1– коэффициент звукопоглощения необлицованных стен;

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

α2 - коэффициент звукопоглощения стен с облицовкой;

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

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

Таблица 4

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 fсг= 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 Lдоп=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

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

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.

Таблица 8

Снижение шума самолетов «Боинг»

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 . Тогда степень ослабления звуковой волны с помощью такого устройства защиты может быть оценена по выражению:

,

где Lиз – 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 0,76Ч0,37 Ч0,29 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.

Ознакомиться с настоящим описанием работы.

Подготовить заготовку для записи и обработки результатов эксперимента.

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

Результаты измерений спектра шума в камере
со звукоизолирующей преградой

Примечание.

Lпр, дБ – шум с преградой.

L-Lпр, дБ – экспериментальное ослабление шума.

∆Lрасч, дБ – расчетное ослабление шума.

Выводы: …

Результаты измерений спектра шума в камере с облицовкой

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

Выводы: …

Приложение

Графическая обработка результатов эксперимента.

Примечание. Построить L, Lпр, Lобл; сделать выводы.

Рекомендуемая литература.

Б езопасность жизнедеятельности (под ред. С.В.Белова). 3-е изд. – М.: Высш. шк., 2001. – 485 с.

Дополнительная литература.

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

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

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

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

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.

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 φх=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 Uпр 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) φз, которого касается рука человека и потенциалом точки поверхности земли φх, на которой находятся ноги человека.

(4.2)

где - коэффициент напряжения прикосновения.

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

Чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше Uпр и наоборот. Так, при х≥20 м (случай 1 на рис. 2) потенциал основания φх ≈ 0 и Uпр=φз, 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 Uпр при изменении расстояния от заземлителя х

При нахождении человека на грунте вблизи заземлителя или провода, с которого стекает ток Iз (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 Uш 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 Uш 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 – Ih . Rh.

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 3, если x = 0,6 м; значение (осн взять на расстоянии 2 м). Нанести данную точку на построенную зависимость  = f(x).

Задание 2.

f-^ тт" - г

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 Uш от расстояния до точки замыкания.

Проанализировать зависимости Uш = f (x),  = 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 Rh = 1000 Ом.

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

Задание 3.

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

Б. Рассчитать зависимость коэффициента напряжения прикосновения  от расстояния.

В. Проанализировать зависимости Unp = f (x); =f (x).

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

Сделать вывод и построить зависимость. Ih= f (x).

Протокол проведения работ

Задание 1

Задание 2

Задание 3