Физические факторы опасности

 

К физическим факторам опасности относятся факторы, взаимодействие которых с человеком и окружающей средой основано на преобразовании энергии. К ним относятся факторы:

Ø механические (характеризуются потенциальной или кинетической энергией),

Ø термические (характеризуются тепловой энергией),

Ø электрические (характеризуются электрической энергией),

Ø электромагнитные (характеризуются энергией электромагнитных колебаний).

 

В3.1. Приведите примеры факторов опасности.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Электрический ток. Повсеместное использование электроэнергии обуславливает тот факт, что опасность поражения электрическим током человека - наиболее распространенная опасность [10].

Тело человека является проводником электрического тока. Разные ткани тела имеют разное объемное сопротивление, например:

· кожа - 300-2000 кОм*см,

· кость - 100-2000 кОм*см

· жировая ткань - 3-6 кОм*см,

· мышечная ткань - 150-300 Ом*см

· кровь - 100-200 Ом*см,

· спинномозговая жидкость - 50-60 Ом*см

Сопротивление тела человека определяется сопротивлением:

Ø кожи, которая имеет большое сопротивление и состоит из:

· наружного слоя - эпидермиса, который в свою очередь состоит из:

· рогового слоя толщиной 0,05...0,2 мм, состоящего из ороговевших клеток, сопротивление в сухом и незагрязненном состоянии 10...100 мОм см (можно рассматривать как диэлектрик);

· росткового слоя, состоящего из живых клеток, слой в несколько раз тоньше рогового слоя и его сопротивление значительно меньше;

· внутреннего слоя - дермы, который является собственно кожей (живая ткань), здесь находятся кровеносные сосуды, нервы, корни волос, потовые и сальные железы, выводные протоки которых пронизывают эпидермис, сопротивление слоя невелико;

Ø внутренних тканей (мышечные и жировые ткани, кровеносные каналы и др.) сопротивление которых мало.

 

В3.2. Составьте эквивалентную схему сопротивления тела человека и получите формулу для определения величины сопротивления (см. [10]).

О. Полная эквивалентная схема :Упрощенная эквивалентная схема

 

 

Активное сопротивление тела человека (напряжение до 15-20 В):

3 000...100 000 Ом – при сухой, чистой и неповрежденной коже,

1 000.......5 000 Ом – при соскобленном роговом слое,

500..........700 Ом – при удаленном верхнем слое (эпидермисе),

300..........500 Ом – при полностью удаленной коже.

В3.3. Заполните пропущенные ниже места.

О.Сопротивление тела человека:

* с увеличением частоты электрического тока _______________________ за счет _____________________________________________;

* с увеличением силы электрического тока _________________________ за счет _____________________________________________;

* с временем прохождения тока через тело человека__________________ за счет _____________________________________________;

* с увеличением напряжения, приложенного к телу __________________ за счет _____________________________________________;

* с ростом температуры и влажности воздуха _______________________ за счет _____________________________________________;

* при употреблении алкоголя ____________________________________ за счет_____________________________________________ .

При частоте 10-20 кГц можно пренебречь активным сопротивлением наружного слоя и общее сопротивление считать равным 300...500 Ом.

Расчетное (условное) сопротивление тела человека равно 1 кОм.

На поражение человека влияют величина, частота, длительность воздействия и путь тока через тело человека. Характерные значения тока [10]:

Переменный : Постоянный

ток : ток

0,5. 1,5 мА: 5.......7 мА - пороговый ощутимый ток,

10...15 мА: 50.....80 мА - пороговый неотпускающий ток,

100.500 мА: 300...500 мА - пороговый фибрилляционный ток

свыше 500 мА - безусловно смертельный ток.

 

В3.4 + О. Фибрилляция - это____________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Установлены следующие наибольшие приложенные напряжения к человеку (частота тока 50 Гц) и допустимое время протекания тока:

напряжение, В -175 100 80 75 18 6 ,

время, с - 0.2 0.5 0.7 1 3-30 >30.

Действия электрического тока на человека:

Ø биологическое - вызывает сокращение мышц;

Ø термическое- вызывает нагрев тканей;

Ø электролитическое - изменяется химический состав жидкостей в теле человека.

Возможны следующие поражения человека электрическим током:электрические травмы - четко выраженные места нарушения целостности тканей организма, вызванные воздействием тока:

Ø электрический ожог (60-65%), различают ожоги токовый (при прохождении тока) и дуговой (при воздействии электрической дуги);

Ø электрические знаки - четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи после воздействия тока;

Ø металлизация кожи - проникновение в кожу мельчайших частиц металла под воздействием электрической дуги (до 10 %);

Ø механические повреждения - возникают при непроизвольных сокращениях мышц человека под действием тока;

электрический удар - возбуждение живых тканей электрическим током, сопровождающееся судорожным сокращением мышц, различают удары 1 степени - происходит без потери сознания, 2 степени - происходит с потерей сознания, 3 степени - происходит с потерей сознания, сопровождается нарушением сердечной деятельности, прекращением спонтанного дыхания, 4 степени - наступает немедленная смерть.

 

В3.5. Сформулируйте фактор опасности, обусловленный опасностью поражения человека электрическим током.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Микроклимат. Состояние человека определяется тепловым обменом с окружающей средой. Условие теплового равновесия имеет вид:

 

, (3.1)

где - количество тепла, образованного человеком, - количество тепла, поступившего извне к человеку, - количество тепла, отданного человеком в окружающую среду.

 

В3.6 Выполните анализ условия теплового равновесия.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Пути теплообмена:

Ø излучение – происходит "лучевой" теплообмен между телом человека и окружающими его поверхностями, интенсивность зависит от перепада температур и свойств окружающих поверхностей и тела человека, за счет излучения происходит 50-65 % всех теплопотерь человека;

Ø конвекция – происходит перенос тепла за счет подвижности воздуха, что составляет до 15 % всех теплопотерь;

Ø теплопроводность – происходит отдача тепла за счет непосредственного соприкосновения человека с окружающими его предметами (в том числе воздухом), роль в теплообмене не значительная;

Ø испарение – происходит потеря тепла при испарении влаги с кожи и дыхательных путей (пот и др.), зависит от влажности окружающей среды и составляет до 20-25 % всех теплопотерь.

При нарушении теплового равновесия "включаются" защитные системы человека: химической теплорегуляции - изменяются обменные процессы и физической теплорегуляции - изменяются физические параметры тела (поверхность кожи, температура верхней части кожи и др.).

Теплообмен, а следовательно состояние человека в системе «Ч-М-С», определяется сочетанием температуры , влажности , скорости движения воздуха v и температуры окружающих поверхностей . Тогда микроклимат может быть записан в следующем виде:

 

(3.2.)

 

С точки зрения БЖД определяющими параметрами микроклимата являются температура и влажность воздуха. Температура окружающих человека поверхностей существенна только при высоких значениях. Что касается подвижности воздуха, то при температуре воздуха менее 35°С подвижность – это фактор, влияющий на отвод тепла от человека, при температуре 35...40°С влияние подвижности на тепловой обмен незначительно, при температуре свыше 40°С - подвижность играет отрицательную роль в тепловом обмене.

В3.7. Какие факторы опасности могут возникнуть при изменении микроклимата?

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Механические воздействия на тело человека возникают при взаимодействии тела человека с вещественными объектами (механическими конструкциями, материалами, элементами земной поверности, избыточным давлением воздуха и др.). Механические воздействия могут быть динамическими и статическими, активными и пассивными.

Возможные последствия механического воздействия – это механические повреждения тела человека (травмы различной тяжести).

 

В3.8. Сформулируйте факторы опасности, связанные с механическими воздействиями.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Шум. С точки зрения БЖД шум - это любой нежелательный звук или совокупность звуков, оказывающих неблагоприятное воздействие на организм человека. Шум возникает при соударении, трении или скольжении твердых тел, истечении жидкостей и газов.

Частотный диапазон слышимого шума - 16...20000 Гц. Для частотной характеристики шума применяется спектр, состоящий из октавных полос. Октава - полоса частот, верхняя и нижние границы которой различаются в 2 раза. По спектру шумы делятся на узкополосные (полоса до 1 октавы), широкополосные (полоса более 1 октавы), тональные (имеются дискретные тона).

Воздействие шума на организм человека зависит от уровня шума, времени воздействия, индивидуальной чувствительности к шуму, функционального состояния вегетативной нервной системы и других факторов [1].

Основные параметры шума:

Ø уровень звукового давления - переменная составляющая, возникающая при прохождении через воздух звуковых волн, (измеряется в "децибелах"),

Ø интенсивность звука - мощность, передаваемая в направлении распространения звуковых волн через единицу площади; определяемая в свободном звуковом поле через звуковое давление , плотность среды и скорость распространения звука ,

Ø доза шума - применяется для оценки акустической энергии, воздействующей на человека за определенный период времени

 

, (3.3.)

, (3.4.)

, (3.5.)

 

где - звуковое давление (н/кв.м), - звуковое давление, соответствующее порогу слышимости на частоте 1000 Гц, н/кв.м;

В3.9 Вспомните анализаторы человека и объясните, почему уровень звукового давления удобно характеризовать с помощью логарифмических единиц?

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

В3.10. Получите формулу для измерения интенсивности звука в децибелах.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Возможные последствия воздействия шума:

Ø физиологические:

· акустическая травма, проявляющаяся, кроме явно выраженных механических повреждений, в виде нарушения нервно-сенсорных структур и снижения чувствительности анализатора;

· развитие утомления и снижение производительности труда;

· снижение иммунологической реактивности, проявляющееся в повышении уровня заболеваемости;

Ø психологические:

· раздражение;

· неудобство при речевом общении.

В3.11 Сформулируйте фактор опасности, связанный с шумом.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Инфразвук. Инфразвуком являются колебания до 16 Гц. Источники инфразвука - технологическое оборудование.

Возможные последствия воздействия инфразвука [1]:

Ø снижение слуха (преимущественно на низких и средних частотах);

Ø при уровне давления 110 дБ и выше происходят изменения в центральной нервной системе (ЦНС), сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном аппарате.

Ультразвук. Частотный диапазон - колебания свыше 20000 Гц. Источниками ультразвука являются генераторы колебаний, используемые для производственных целей, в медицине, для научных исследований, а также производственное оборудование, имеющее в спектре шума высокочастотные составляющие.

Возможные последствия воздействия ультразвука [1]:

Ø при малом уровне воздействия (80…90 дБ) и небольших дозах ультразвук имеет эффект микромассажа (ускоряются обменные процессы);

Ø увеличение уровня воздействия ультразвука приводит к изменению функционального состояния ЦНС и снижению артериального давления;

Ø воздействие с уровнем более 120 дБ дает поражающий эффект.

 

В3.12. Сформулируйте факторы опасности, связанные с инфра- и ультразвуком.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Вибрации. Под вибрацией понимаются механические колебательные движения системы с упругими связями. Источниками вибраций являются машины ударного, ударно-вращательного и вращательного действия. Вибрация характеризуется относительными (логарифмическими) уровнями виброскорости и виброускорения , выраженными через абсолютные уровни виброскорости и виброускорения :

 

, (3.6)

. (3.7)

 

Здесь нулевые уровни виброскорости и виброускорения соответствуют среднеквадратичной колебательной скорости и ускорению при стандартном пороге звукового давления.

Вибрации обладают значительной биологической активностью. Характер, глубина и направленность функциональных сдвигов различных систем организма человека определяются уровнем, спектральным составом и дозой вибрационного воздействия, а также резонансными явлениями человеческого тела.

При частоте:

· 0,1…0,8 Гц - происходит укачивание,

· 1…10 Гц - затрудняется дыхание,

· 0,9…15 Гц –влияние на зрение,

· 6…650 Гц – влияние на сердечно-сосудистую систему,

· 10³…10⁶ Гц – происходит нагревание тканей и разрушение клеток.

Области резонанса:

· тело в положении сидя - 4...6 Гц,

· голова в положении сидя: 20...30 Гц при вертикальных вибрациях ,

1,5...2 Гц при горизонтальных вибрациях,

· органы зрения 60...90 Гц.

Возможные последствия воздействия вибраций:

Ø вестибулярные расстройства (головокружения, головные боли);

Ø при длительном воздействии возникает вибрационная болезнь, характеризующая расстройством чувствительности, сосудистыми расстройствами, появлением (преимущественно по ночам и во время отдыха) ноющих, ломящих, тянущих болей в верхних конечностях.

 

В3.13 Сформулируйте фактор опасности, связанный с вибрациями.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Освещение. Под освещением понимается использование световой энергии солнца и искусственных источников света для обеспечения зрительного восприятия окружающего мира [1]. Свет является естественным условием жизнедеятельности человека. Обеспечивая непосредственную связь организма человека с окружающей его средой, свет является сигнальным раздражителем для организма в целом: достаточное освещение улучшает протекание основных процессов высшей нервной деятельности, стимулирует обменные и иммунологические процессы, оказывает влияние на формирование суточного ритма физиологических функций организма.

На видимом участке спектра длина волны составляет 380…760 нм. Основные светотехнические единицы: световой поток, сила света, освещенность, яркость, цветность.

Если показатели фотометрии в системе «Ч-М-С» не соответствуют определенным требованиям, то возможно возникновение следующих отрицательных последствий:

Ø физиологические: при недостаточном освещении развиваются утомление и близорукость, а при чрезмерной освещении – ослепление, раздражение и резь в глазах, головокружение, снижение остроты зрения;

Ø психологические: недовольство и раздражение;

Ø инициирующие - это последствия, способствующие возникновению несчастных случаев, например за счет малой освещенности и др.

 

В3.14. Сформулируйте факторы опасности, связанные со светом.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Ультрафиолетовое излучение (УФИ). УФИ занимает промежуточное положение между видимым светом и рентгеновским излучением. Источниками УФИ являются температурные излучатели (горелки, ртутно-кварцевые лампы, светокопировальные аппараты).

По биологическому воздействию УФИ имеет три диапазона:

Ø область А (315...400 нМ) - характеризуется слабым воздействием;

Ø область В (200...315 нМ) - промежуточная область;

Ø область С (180...200 нМ) характеризуется активным воздействием.

Влияние УФИ зависит от уровня и продолжительности воздействия:

· при недостатке УФИ наблюдаются авитаминоз, ослабление иммунологических реакций, обострение хронических заболеваний, функциональное расстройство нервной системы;

· при малых дозах и уровне УФИ наблюдается положительное воздействие: нормализуется артериальное давление, интенсивно выводятся из организма многие ядовитые химические вещества (например, свинец), повышается иммунологический статус;

· при значительных дозах и уровне УФИ - отрицательное воздействие:

o поражение глаз - фотоофтальгия (острый коньюктевит);

o кожные поражения: местные и общетоксические (солнечный ожог);

o хронические изменения кожных покровов (атрофия эпидермиса);

o изменение воздушной среды: образуются озон, оксиды азота.

 

В3.15 Сформулируйте факторы опасности, связанные с УФИ.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Электромагнитные поля (ЭМП). Источниками ЭМП являются антенные системы и непреднамеренные излучатели (электротранспорт, высокочастотные установки, линии электропередачи и подстанции, газоразрядные лампы, устройства проводной связи, теле-, радиоприемники и др.).

Среди ЭМП следует выделить:

· поля неподвижных зарядов,

· поля тока промышленной частоты,

· низкочастотные импульсные поля,

· поля радиочастот, которые делятся на принятые в гигиенической практике диапазоны волн: длинные (10…1 км), средние (1 км…100 м), короткие (100…10 м), ультракороткие (10…1 м) и микроволны (1 м…1 мм).

 

В3.16.Укажите основные параметры всех ЭМП.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

При рассмотрении ЭМП необходимо различать:

Ø поглощение ЭМП, характеризующее физико-химические процессы, служащие причиной поглощения ЭМП в живых тканях;

Ø воздействие ЭМП, характеризующее изменения, происходящие в организме в результате поглощения его тканями энергии ЭМП.

Для описания биологического воздействия ЭМП на человека применяются теория ионной проводимости и теория молекулярной поляризации.

Ионная проводимость применяется при малых частотах ЭМП. Под воздействием ЭМП происходит движение ионов, из-за их трения выделяется тепло и клетки живой ткани переходят в состояние возбуждения. Основной проводящей средой в тканях является межклеточная жидкость.

Внутриклеточная жидкость окружена тонкой непроводящей мембраной, сопротивление которой изменяется с частотой.

В3.17. Как?

О .__________________________________________________________________________

Молекулярная поляризация применяется для СВЧ диапазона. Молекулы под воздействием поля начинают колебаться и возможны резонансные колебания. Увеличение энергии молекул приводит к химическим реакциям и их перестройке. ЭМП проникают на большую глубину в ткани.

При поглощении энергии ЭМП происходят следующие явления:

Ø энергия поглощается неравномерно, разные слои тканей обладают неодинаковой проводимостью и неодинаковой диэлектрической проницаемостью;

Ø происходит микронагрев тканей и переход электромагнитной энергии в нетепловую форму, например, в химические превращения;

Ø с увеличением частоты ЭМП тепловой эффект возрастает и происходит более полное поглощения энергии.

Биологическое действие ЭМП зависит от:

· поглощенной энергии;

· физических параметров поля;

· продолжительности пребывания человека в поле;

· площади облучаемой поверхности тела (находящейся в поле);

· анатомического строения органа (ткани), находящегося в поле;

· отражательной способности тела (определяется, прежде всего, содержанием воды в тканях).

Возможные последствия воздействия ЭМП на человека показаны в табл.3.1, а клинические проявления отрицательного влияния - в табл. 3.2 (в таблицах знаком Y обозначена возможность воздействия поля на человека).

 

В3.18. Сформулируйте факторы опасности ЭМП.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

 

Таблица 3.1 - Возможные последствия воздействия ЭМП на человека

Последствия воздействия ЭМП
1.Функциональные нарушения нервной деятельности	Y	Y	Y	Y
2.Функциональные нарушения сердечно-сосудистой системы	Y	Y	Y	Y
3. ЦНС	-	-	Y	Y
4. Обменные процессы	-	-	Y	Y
5. Состоя ние крови и иммунологические реакции	-	-	-	Y
6. Эндокринная система (гормоны)	-	-	-	Y
Обозначения: 1 - поле неподвижного заряда и постоянного тока, 2 - ЭМП тока промышленной, 3 – низкочастотные импульсные ЭМП, 4 - ЭМП радиочастот

Таблица 3.2 - Клинические проявления воздействия ЭМП на человека

Клинические проявления
1. Головная боль, раздражительность, расстройство сна	Y	Y	Y	Y
2. Угнетенное настроение, апатия, депрессия	-	Y	Y	Y
3. Повышенная утомленность	-	Y	Y	Y
4. Ухудшение памяти	-		Y	Y
5. Ухудшение зрения				Y
Обозначения: 1 – поле неподвижного заряда и постоянного тока, 2 - ЭМП тока промышленной, 3 – низкочастотные импульсные ЭМП, 4 - ЭМП радиочастот

 

Ø Ионизирующее излучение. При взаимодействие с веществом энергия излучения затрачивается на ионизацию - отрыв электронов от атомов вещества, через которое проходит излучение. Различают два вида ионизирующих излучений: рентгеновское излучение и радиоактивность.

Ø Рентгеновское излучение. Возникает при резком торможении быстро движущихся электронов при постановке на пути их движения экрана. Длина волны рентгеновского излучения составляет (0,006...2,5)х10-¹⁰ м (или 0,006…2,5 ангстрем). Различают два вида излучения: целевое (используемое) излучение и не целевое (неиспользуемое).

Ø Радиоактивность. Явление радиоактивности заключается в самопроизвольном распаде ядер вещества, сопровождающееся, как правило, излучением. Образуются ядра новых элементов. При распаде испускаются:

 

· "альфа"-частицы - поток ядер гелия, энергия - 3...9 МэВ, пробег в воздухе - 3...12 см, в организме человека – до десятых долей миллиметра;

· "бета"-частицы - поток электронов или позитронов, энергия - 0,03...3,5 МэВ, пробег в воздухе - 8...14 см;

· нейтроны - поток незаряженных частиц, взаимодействующих только с ядрами атомов, превращаясь в протоны;

· "гамма"-излучение – электромагнитное излучение, возникающее при переходе ядер атома с одного энергетического состояния на другое, длина волны 10^-9...10-¹² см.

Радиоактивное облучение может быть внешним и внутренним -радиоактивные вещества попадают внутрь при дыхании, с едой и др.

Ионизирующая способность излучения характеризуется удельной ионизацией - числом пар ионов, создаваемых на единице расстояния:

o рентгеновское излучение - несколько пар ионов на 1 см³ в воздухе,

o "альфа"-частицы - в воздухе около 3000 пар ионов на 1 мм пробега,

o "бета"-частицы - в воздухе десятки пар ионов на 1 мм пробега,

o "гамма"-излучение - в воздухе несколько пар ионов на 1 мм пробега.

Ионизирующее излучение определяется дозой излучения. Ионизирующее излучение поглощается организмом частично. Поглощенная энергия характеризуется дозой поглощения.

 

В3.19. В каких единицах измеряются дозы излучения и поглощения?

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

 

Эффект ионизирующего облучения зависит от:

Ø поглощенной дозы;

Ø размеров облучаемой поверхности тела;

Ø индивидуальных особенностей организма;

Ø вида излучения, периода полураспада.

 

В3.20 Как можно определить дозу поглощения?

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

При воздействии ионизирующего излучения происходит разрыв молекулярных связей и изменяется химическая структура соединений. В живых тканях происходит распад воды на ионы Н⁺ и Н^-, эти продукты расщепления имеют высокую химическую активность и вступают в соединения, образуя вещества, не свойственные живой ткани. Также нарушается обмен веществ.

Возможные поражения:

· острые – проявляющиеся при больших дозах за короткий промежуток времени;

· хронические - развивающиеся при воздействии малых доз в течение длительного времени.

При воздействии ионизирующего излучения может возникнуть лучевая болезнь, имеющая признаки: 1 стадия - головная боль, вялость, слабость, нарушение сна, аппетита, 2 стадия – происходят сердечно-сосудистые изменения, нарушается обмен веществ, 3 стадия - происходят изменения в ЦНС.

 

В3.21. Сформулируйте факторы опасности для ионизирующего излучения.

О.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________