Расчет влияния электромагнитных полей на человека

Расчет влияния электромагнитных полей на человека

Источники электромагнитных полей (ЭМП) - антенные устройства, линии электропередач и др.

Степень вредности зависит от времени  действия, интенсивности и длины  волны источника.

   Влияние ЭМП с большой интенсивностью связано с тепловым эффектом, приводит к усиленному кровотоку во внутренних органах, спасая их от перегрева.

   Особенно чувствительны органы с недостаточно развитой сетью кровообращения – хрусталик глаза и др. ЭМП влияет на биофизические процессы в клетках и тканях, поражает центральную нервную и сердечно – сосудистую системы.

   В начальной фазе повышается возбудимость, затем происходит снижение биоэлектрической активности мозга, ухудшение проводимости сердечной мышцы.

   В дальнейшем появляются головная боль, слабость, повышенная утомляемость, угнетенное состояние, нарушение сна, раздражительность, истощение нервной системы, изменения состава крови, ломкость ногтей, облысение.

 Эти изменения способны накапливаться,  но обратимы, если исключить воздействие ЭМП.

   Допустимая энергетическая нагрузка в диапозоне СВЧ на организм человека W не должна превышать 2 Втчас/м² (200 мкВтчас/см²), при облучении от вращающихся и сканирующих антенн – 20 Втчас/м².

   Количественная оценка энергетической нагрузки определяется интенсивностью излучения по плотности потока энергии ППЭ.

 На практике она определяется  через мощность излучения радиотехнического  устройства P (среднюю по времени  для радиолокационных станций), а  если антенна направленная, то  и через коэффициент ее усиления G, а также через расстояние r между антенной и точкой наблюдения:

ППЭ = PG / 4πr²   (1)

 

Эта формула действительна для  случая распространения радиоволн  в свободном пространстве, в частности, в воздухе.

   Реальная воздушная среда, в которой возможно облучение людей радиоволнами, всегда отличается от свободного пространства тем, что на некоторых конечных расстояниях от передающей антенны находятся: земля, ограждающие конструкции производственных помещений, различное оборудование, приборы и сами люди.

   Все эти предметы, обладая свойствами, отличными от свойств воздуха, определенным образом влияют на распространение радиоволн в нем, отражая, преломляя и поглощая их.    При диффузном отражении от негладкой поверхности земли (травяной покров, неровность, шероховатость и т. д.) отражение непосредственно в направлении на точку приема (точку наблюдения) невелико, и условия распространения радиоволн приближаются к условиям в свободном пространстве.

Тогда с большой точностью можно  пользоваться формулой (1).

   Подобные условия встречаются очень часто. 
Допустимое время T пребывания человека в зоне облучения ЭМП определяется по формуле:

T=W / ППЭ (2)

 

Из этого соотношения можно  определить значение допустимой энергетической нагрузки при любом времени нахождения человека в ЭМП:

 

ППЭ = W / T (3)

 

Допустимое значение ППЭ для  территории жилой застройки и  мест массового отдыха, т. е. при пребывании человека в ЭМП весь день составляет 0,10 Вт/м² (10 мкВт/см²), при облучении  от вращающихся и сканирующих антенн – 1, 0 Вт/м2. 
   По приведенным выше формулам можно вычислить размер санитарно-защитной зоны радиолокационной станции.

   Санитарно-защитная зона – это территория вокруг предприятия, за пределами которой вредное влияние от предприятия (загрязнение воздуха, почвы, электромагнитные, радиоактивные излучения и т.д.) не превышает допустимое значение, т.е. за пределами санитарно-защитной зоны проживание и вообще нахождение человека безопасно.

   В данном случае допустимое значение ППЭ=0,10 Вт/м² (или 1,0 Вт/м2).

Размер (радиус) санитарно-защитной зоны определяется расстоянием r между антенной и точкой, в которой ППЭ=0,10 Вт/м² (1,0 Вт/м²), по формуле (1).

 

ЗАДАЧА 1

   На поле с травяным покровом расположена радиолокационная станция, имеющая следующие характеристики излучения: импульсная мощность излучения Ри кВт, длительность импульса τ, мкс, частота повторения импульсов F, Гц.

  Коэффициент усиления вращающейся антенны G.

На расстоянии S, м, от этой станции  находятся дачные участки.

  Рассчитать, на каком расстоянии от радиолокационной станции можно находиться людям постоянно, т.е. размер санитарно-защитной зоны.

 Определить, опасна ли близость  радиостанции, и дать рекомендации  садоводам. 

Варианты решения задачи (номер варианта определяется двумя  последними цифрами пароля по таблице 1)

Вариант	Ри, кВт	τ, μс	F, Гц	G	S, м
4	350	2	350	15 000	500

 

Решение:

 

 1.Вычисляем среднюю мощность излучения по формуле:

 

 

2. Вычисляем размер санитарно-защитной зоны по формуле, т.е. определяем радиус r, учитывая, что допустимое значение ППЭ=1,0 Вт/м²: это расстояние равно  540 м. 

 

 3. Определим значение ППЭ на дачных участках.

Для этого по формуле  вычислим ППЭ для расстояния 0,54 км: ППЭ = 0,099 Вт/м², что не превышает допустимую величину. 

 

 4. Определим, сколько времени можно находиться на этих садовых участках: получается 20 часов в сутки.  

 

Ответ:

  При наличии указанной радиолокационной станции дачные участки можно располагать только на расстоянии 0,54 км от неё.

  На рассматриваемых дачных участках уровень электромагнитного излучения не превышает допустимый уровень.

 

Анализ промышленного  загрязнения озера

Цель: познакомиться с понятием предельно допустимой концентрации в окружающей среде.

Защита окружающей среды от загрязнения  регламентируется ПДК вредных веществ.

ПДК (предельно допустимая концентрация) - это максимальная концентрация (количество вредных веществ в единице  объёма: мг/мл, мг/кг, мг/м3), которая при воздействии на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного воздействия, включая отдалённые последствия.  
Это можно выразить формулой:

Сi ≤ ПДКi, (1)

 

где Сi - фактическая концентрация вредного вещества; 
ПДКi - предельно допустимая концентрация этого вредного вещества. 
    При совместном действии нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1: 
С₁/ПДК₁ + C ₂/ПДК₂ +...+ Ci /ПДКi ≤ 1 (2)

 

ЗАДАЧА 2

   На берегу озера площадью  S км²  и средней глубиной  H м  расположено промышленное предприятие, использующее воду озера для технических нужд и затем сбрасывающее загрязненную воду в озеро.

Цикл работы предприятия непрерывный (круглосуточный).

Объём сброса сточной воды – L л/сек.

Рассчитать, каким будет загрязнение озера через 1 год.

   Сделать выводы о промышленном загрязнении водоемов и дать рекомендации по сохранению озера.

Исходные данные к заданию 

№ варианта	S, км2	H, м	L, л/сек	Концентрация ВВ в сточной воде, мг/л
				мышьяк	ртуть	свинец
4	5,2	2,5	10	0,20	0,90	0,10

 

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ (ВВ), сбрасываемых в озеро:

мышьяк - 0,05 мг/л

ртуть -     0,005 мг/л

свинец - 0,1 мг/л

 

Общее загрязнение определяется по формуле:

С = С₁ / ПДК₁ + С₂ / ПДК₂ + С₃ / ПДК₃ = Σ Сi / ПДКi     

где Сi- фактическое загрязнение  воды ВВ.

 

ПДКi - ПДК этого ВВ

Безразмерная суммарная концентрация ВВ не должна превышать 1.

 

Решение

задачи следует выполнять в следующем порядке:

- вычислить объем сточной воды, поступающей в озеро за 1год;

- определить количество вредных веществ, поступивших в озеро со сточной водой, пользуясь данными таблицы исходных данных;

- вычислить фактическое загрязнение воды в озере каждым ВВ

по формуле: С₁ = кол-во ВВ в озере / объем воды в озере (мг/л).

 

Определяем общее загрязнение озера предприятием:

 

- в год   10 ∙ 365 ∙ 24 ∙ 60 ∙ 60 = 315 360 000 литров

 

Определяем количество вредных  веществ:

 

- в год (365 дней)

мышьяк - 0,20мг/л ∙ 315 360 000 л = 63072000 мг

ртуть -      0,090 мг/л ∙ 315 360 000 л = 28382400 мг

свинец -   0,10 мг/л ∙ 315 360 000 л = 31536000 мг

 

Вычислим фактическое загрязнение  воды в озере каждым ВВ, для этого  вычислим объем воды в озере:

V = 5,2 км² ∙ 2,5м = 5 200 000 м² ∙ 2,5м =13 000 000 м³ = 13 000 000 000 л

 

Считаем фактическое загрязнение  воды (Сi) в озере по формуле:

 

Сi = кол-во ВВ в озере / объем воды в озере (мг/л)

 

За год:

СAs = 63 072 000 / 13 000 000 000 л = 0,004851690 мг/л;

СHg = 28 382 400 / 13 000 000 000 л = 0,002183261 мг/л;

СPb = 31 536 000 / 13 000 000 000 л = 0,002425846  мг/л.

 

Определим общее загрязнение озера  предприятия по формуле

С = С₁ / ПДК₁ + С₂ / ПДК₂ + С₃ / ПДК₃ = Σ Сi / ПДКi,

где Сi - фактическое загрязнение  воды ВВ, ПДКi - ПДК этого ВВ.

 

За год:

 

С = 0,00485169 мг/л / 0,05 мг/л + 0,002183261 мг/л / 0,005 мг/л + 0,002425846 мг/л / 0,1 мг/л = 0,0970338 + 0,4366522 + 0,02425846 = 0,55794446.

 

Вывод:

Таким образом, через год озеро  не «пострадает» от выброса предприятием вредных веществ, т.к. концентрация их не превышает допустимое значение.

Более года, чтобы сохранить данный водоем как природный объект, предприятию  нужно:

· Снизить потребление чистой воды (создать замкнутые схемы промышленного  водопотребления);

· Сократить сброс сточных вод по объему и количеству загрязняющих веществ в водоемы;

· Установить на территории предприятия  очистные сооружения с установками  для механической, физико-химической и биологической очистки.