Самостоятельная работа студентов. Измерение энергетической освещенности инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра

Измерение энергетической освещенности
инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра

Энергетическая освещенность – поток излучения, падающий на поверхность, отнесенный к единице ее площади. Измерения величины энергетической освещенности носит не только научный характер в таких областях как физика, астрономия, биология и т.д., но находит широкое применение в метеорологии, в сельском хозяйстве, для контроля условий труда рабочих, в музейной практике для защиты от обесцвечивания и порчи материалов музейных экспонатов, архивных материалов, редких книг.

Энергетическая освещенность определяется оптическими приборами. Приборы, работающие в инфракрасной или ультрафиолетовой областях, снабжены светофильтрами, выделяющими определенный участок спектра излучения. Измеренные показатели индуцируются в цифровом виде на экране приборов.

· Радиометр РАТ-2П-Кварц-41 предназначен для измерения энергетической освещенности (тепловой облученности), создаваемой источником некогерентного неионизирующего излучения (спектральный диапазон от 200 до 25000 нм; диапазон энергетической освещенности от 10 до 2 х 10⁴ вт/м²).

· Радиометр неселективный АРГУС-03 предназначен для измерения энергетической освещенности различных объектов (диапазон измерений от 1 до 2 х 10³ вт/м²) в спектральном диапазоне от 200 до 50000 нм. В качестве преобразователя используется термоэлемент, который преобразует поток теплового излучения в электрический сигнал, пропорциональный энергетической освещённости.

· Радиометры ультрафиолетовые АРГУС-04/05/06 предназначены для измерения энергетической освещенности ультрафиолетового излучения (диапазон измерений от 0,001

до 20 вт/м²) в спектральном диапазоне от 200 до 400 нм.

· УФ-Радиометр ТКА-АВС предназначен для измерения энергетической освещенности (диапазон измерений от 0 до
200 вт/м²) в ультрафиолетовой области спектра в диапазоне от 200 до 400 нм.

Раньше для измерения интенсивности лучистой энергии широкое применение находили актинометры, которые показывали величину тепловой радиации в калориях на 1см² поверхности в течение одной минуты.

Гигиеническая оценка естественного освещения

Гигиеническая оценка естественного освещения помещений проводится на основании ознакомления с проектами зданий и осмотра их в натуре.

Оцениваются:

· ориентация окон;

· затемнение соседними зданиями, сооружениями (нормируемое расстояние между фасадами зданий – две с половиной высоты наиболее высокого из них или не менее 25 м; между торцами – не менее 15 м);

· расстояние от верхнего края окна до потолка (норма – не более 30 см);

· высота подоконника (норма – не более 90 см);

· расстояние между окнами (норма – не более полуторной ширины окна);

· площадь оконных рам и переплетов (норма – не более 25% общей поверхности окна);

· затененность окон шторами;

· качество и чистота стекол;

· окраска стен, потолка, пола и мебели;

· наличие высоких цветов на подоконниках.

Для гигиенической оценки достаточности естественного освещения помещений определяют геометрические и светотехнические показатели.

К геометрическим показателям относятся: световой коэффициент, угол падения и угол отверстия.

Световой коэффициент (СК) - это отношение площади остеклённой поверхности окон к площади пола. В учебных комнатах, в операционных он должен быть не менее 1:4 – 1:5, в больничных палатах - 1:5 – 1:6, в жилых помещениях – 1:8 – 1:10. Однако этот показатель не учитывает многих моментов, способных влиять на степень освещенности. Этот недостаток восполняется измерением угла падения и угла отверстия.

Угол падения показывает, под каким углом падают лучи света на рабочую поверхность (чем больше угол, тем выше освещённость). Угол падения АВС образуется двумя линиями, одна из которых горизонтальная, проводится от места определения к нижнему краю окна, другая - из этой же точки к верхнему краю окна (рисунок). Для определения угла падения измеряют высоту стола, на котором хотят произвести наблюдение, на стене у окна делают отметку найденной высоты и определяют расстояние от неё по горизонтали до центральной точки рабочего места и по вертикали до верхнего края окна (СА).

Рисунок. Углы освещения: АВС – угол падения; ABD – угол отверстия.

Эти отрезки наносят на бумагу в уменьшенном масштабе и крайние их точки соединяют диагональю. Угол АВС и будет углом падения, который можно определить при помощи транспортира. Угол АВС можно также определить, используя таблицы натуральных значений тригонометрических функций (тангенсов), зная, что tg Ð АВС= АС/ ВС.

Угол падения рабочей поверхности должен быть не менее 27^о.

Угол отверстия даёт представление о величине небосвода, непосредственно освещающего исследуемое место (чем больше видимый из окна участок неба, тем естественное освещение лучше). Угол отверстия АВД образуется двумя линиями, из которых одна (верхняя) идёт от места определения освещённости к верхнему краю окна, а другая (нижняя) направляется к высшей точке противолежащего здания. Величину угла отверстия определяют следующим образом: проводят мысленно прямую линию от поверхности рабочего стола к высшей точке противостоящего дома. Другое лицо, стоя у окна, отмечает на раме точку этой воображаемой линии, через которую она проходит (точка Д). Угол отверстия также определяют с помощью транспортира или таблицы тангенсов: ÐАВД=ÐАВС – ÐДВС; tg ÐДВС=
ДС/ ВС.

Угол отверстия должен быть не менее 5^о.

К светотехническим показателям относится коэффициент естественной освещённости.

Коэффициент естественной освещённости (КЕО) - это отношение освещённости в данной точке помещения к одновременной наружной освещённости в условиях рассеянного света, выраженное в процентах. Определяется КЕО экспериментально с помощью люксметра и расчет производится по формуле:

где Е₁- горизонтальная освещенность внутри помещения;

Е₂ – освещенность горизонтальной плоскости вне здания.

В учебных комнатах. в операционных КЕО должен быть не менее 1,5%, в жилых комнатах, больничных палатах – не менее 0,5%.

Гигиеническая оценка искусственного освещения

К искусственному освещению предъявляются следующие гигиенические требования:

· освещённость не ниже установленных норм;

· устранение слепящего действия источников освещения;

· равномерность освещения, его постоянство во времени;

· ограничение резких теней;

· приближение спектра источников света к спектру дневного света.

При оценке искусственного освещения обращают внимание на:

· вид источника света (лампы накаливания, лампы люминесцентные);

· систему освещения (общее, местное, комбинированное);

· тип осветительных приборов (прямого, отражённого, рассеянного света);

· высоту подвеса и порядок размещения осветительных приборов;

Достаточность искусственного освещения определяется фотометрическим и расчётным методами.

При первом методе используют люксметры различных типов:

· Люксметр Ю-16 состоит из фотоэлемента и присоединённого к нему гальванометра. При падении световых лучей на приёмную часть фотоэлемента в фотоактивном слое его – селене, на границе с золотой или платиновой пленкой возникает поток электронов (явление фотоэффекта). Он создает фототок во внешней цепи, отклоняющий стрелку гальванометра на угол, величина которого будет соответствовать интенсивности освещения. Если стрелка гальванометра выходит за пределы шкалы, применяют светопоглощающие насадки. Показания гальванометра при этом увеличивают в 10 – 1000 раз. Для измерения освещенности люксметр устанавливают на исследуемой поверхности горизонтально.

· Люксметр Аргус-01 предназначен для измерений освещенности, создаваемой источниками естественного и искусственного света (диапазон измерений от 0 до 200000 лк). В качестве преобразователя используется кремниевый фотодиод с системой светофильтров. Измеренные величины выносятся на экран.

· Люксметр ТЕSТО 545 предназначен для измерения освещенности, создаваемой естественным светом и различными источниками искусственного освещения, которые могут быть расположены произвольно относительно измерительной головки люксметра (диапазон измерений от 0 до 100000 лк). Прибор имеет функции удержания и усреднения текущих максимальных и минимальных показаний на дисплее.

При расчётном методе подсчитывают число ламп в помещении и определяют их суммарную мощность. Затем эту величину делят на площадь пола помещения и получают удельную мощность искусственного освещения в ваттах на 1 м². Удельная мощность ламп для учебных комнат должна составлять – 48-50 вт/ м², .жилых комнат – 20 вт/м².

Для перевода вт/м² в лк используется коэффициент Е, показывающий, какое количество люксов даёт удельную мощность, равную
1 вт/м². Коэффициент Е для помещений площадью не более 50 м² равен при лампах мощностью до 100 вт - 2,0, при лампах мощностью 100 вт и выше – 2,5 (при напряжении в сети 220 в).

Нормы общего искусственного освещения для жилых помещений и больничных палат при лампах накаливания 50 лк, люминесцентных лампах -100 лк, для учебных комнат - 150 лк и 300 лк, для операционных – 200 лк и
400 лк соответственно.

Определение и расчет биодозы

У лиц, работающих в шахтах и в помещениях без естественного освещения, а также у всего населения, живущего в средних и северных широтах, в зимнее время ощущается дефицит УФ-излучения. Вследствие этого развивается «световое голодание», наиболее частым проявлением которого является гиповитаминоз Д, а также отмечается предрасположенность к простудным заболеваниям. Для профилактики УФ-дефицита проводится облучение людей искусственными источниками УФ-излучения. Для достижения желаемого лечебного или профилактического эффекта, предупреждения ожогов и неблагоприятных общих реакций организма, облучение искусственными источниками УФ-лучей необходимо проводить строго дозировано (табл. 1). Для этого предварительно должна быть определена биодоза, которая представляет собой минимальную дозу облучения, способную вызвать на облучаемой коже едва заметную эритему.

В стационарах определяют биодозу для каждого больного, в поликлиниках – среднюю биодозу для сезона. Для этого применяют биодозиметр БД–2, представляющий собой металлическую пластину с шестью прямоугольными отверстиями площадью 27 х 7 мм каждое, которые закрываются подвижной заслонкой.

При определении биодозы медработник накладывает биодозиметр на область, предназначенную для облучения, или нижнюю часть живота – при общем облучении всего тела. Не подлежащие облучению участки тела закрывают простыней. Пациент должен надеть светозащитные очки. Облучатель с включенной и прогретой ртутно-кварцевой лампой устанавливают перпендикулярно к поверхности облучения на заданном расстоянии (обычно 50 см). Медработник открывает первое отверстие биодозиметра и облучает кожу под ним в течение 30 секунд. Затем через каждые 30 секунд он открывает поочередно следующие отверстия, продолжая облучать участки под открытыми ранее отверстиями, пока не будут облучены все 6 отверстий. Через 24 часа после облучения при осмотре кожи видны эритемные полоски, соответствующие отверстиям биодозиметра. Подсчитав их число, нетрудно узнать время, которое потребовалось для образования минимально выраженной полоски, т.е. собственно и определить биодозу. Так как биодозиметр имеет 6 отверстий, а время облучения кожи под каждым из них увеличивалось на 30 секунд, то время экспозиции (облучения) кожи под
1-м отверстием (в последовательности их открывания) должно составлять 3 минуты, под 2-м – 2 минуты 30 секунд, под 3-м – 2 минуты, под 4-м – 1 минуту 30 секунд, под 5-м – 1 минуту, под 6-м – 30 секунд. Так, например, если у больного появились 4 полоски, то минимально выраженная из них соответствует 4-му отверстию, т.е. она образовалась при облучении в течение 1 минуты 30 секунд, что и является биодозой.

Таблица 1

Схема облучения людей искусственными источниками УФ-излучения

Контингент облучения	Цель облучения	Схема облучения, биодозы в дни
1 день	2 день	3 день	4 день	5 день	6 день	7 день	8 день	9 день	10 день
Шахтеры	Закаливание	0,5	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5
Школьники	Закаливание	0,5	0,5	0,5	0,75	1,0	2,0	2,75	3,5	3,5	3,5
Школьники (ослабленные)	Профилактика УФ-недо-статочности	0,5	0,5	0,5	0,75	0,75	1,25	1,25	2,0	2,0	2,0
Дети дошкольного возраста (здоровые)	Закаливание	0,5	0,5	0,5	0,75	1,0	1,25	1,25	1,74	2,0	2,5
Дети дошкольного возраста (ослабленные)	Профилактика УФ-недо-статочности и рахита	0,5	0,5	0,5	0,8	0,9	1,0	1,0	1,25	1,25	1,25

Величина биодозы может рассчитываться и по формуле:

X = t х (n – m + 1), где

X – величина биодозы;

t – время облучения 6-го (последнего) отверстия биодозиметра, сек;

n – число облученных отверстий;

m – число эритемных полосок.

Для других расстояний биодозу можно установить расчетным путем. Известно, что освещенность поверхности обратно пропорциональна квадрату ее расстояния от источника света, поэтому

Y = А х (В/50)² , где

Y – биодоза с определяемого расстояния, мин;

А – биодоза с расстояния 50 см;

В – расстояние, с которого необходимо производить облучение.

Биодозу можно также определить с помощью таблицы 2.

Таблица 2

Время получения одной биодозы от различных источников излучения

Наименование источника излучения	Мощность, вт	Время одной биодозы при расстоянии
1м от лампы	2 м от лампы	3 м от лампы
Лампа ПРК - 4		6 минут	21,6 минуты	45 минут
Лампа ПРК - 2		3,5 минуты	13,6 минуты	26,8 минуты
Лампа ПРК - 7		0,5 минуты	10,8 минуты	3,7 минуты

Для определения уровня знаний студентам будут предложены тесты и ситуационные задачи.

Примеры тестов.

I. Какое действие оказывают на организм волны длиной 400-760 нм?

1. тепловое поверхностное

2. пигментообразующее

3. антирахитическое

4. обеспечивают функцию зрения

5. канцерогенное

II. Перечислите последствия возможного отрицательного действия
ультрафиолетового излучения

1. дерматит

2. катаракта

3. фотоофтальмия

4. фотосенсибилизация

5. рак кожи

III. Назовите признаки, характеризующие эритему, возникающую от
инфракрасной радиации

1. имеет размытые края

2. имеет строго очерченные контуры

3. переходит в загар

4. в загар не переходит

5. появляется сразу после воздействия

6. появляется после некоторого инкубационного периода

IV. Перечислите противопоказания к приему солнечных ванн

1. туберкулез

2. доброкачественные образования

3. психические заболевания

4. злокачественные образования

5. заболевания ЖКТ

V. Перечислите показатели, характеризующие естественное освещение

1. СК

2. ПДУ

3. КЕО

4. угол падения

5. ПДК

6. угол отверстия

VI. Что такое коэффициент естественной освещённости?

1. отношение площади окон к площади пола

2. отношение освещенности в наиболее удаленной части помещения к
освещенности у окна

3. отношение освещённости рабочего места к освещённости вне здания,
выраженное в процентах

4. отношение освещённости рабочего места в дневное время к
освещенности в вечернее время, выраженное в процентах

5. индивидуальное восприятие освещения рабочего места в зависимости от
вида выполняемых работ

VII. Перечислите методы определения интенсивности искусственного
освещения

1. актинометрия

2. фотометрия

3. кататермометрия

4. расчетный

5. гигрометрия

VIII. Как нормируется интенсивность искусственного освещения в
операционной при использовании ламп накаливания?

1. не более 50 лк

2. 75 лк

3. 150 лк

4. 200 лк

5. 300 лк

Эталоны ответов к тестам.

I - 4 II - 1,3,4,5 III - 1,4,5 IV - 1,2,3,4

V- 1,3,4,6 VI - 3 VII - 2,4 VIII- 4

Примеры ситуационных задач.

Задача I.

Расстояние между фасадами хирургического и терапевтического корпусов республиканской больницы – 15 м. Высота окон в операционной хирургического отделения – 1,8 м. Расстояние от окна до операционного
стола – 4 м. Расстояние от подоконника до точки на косяке окна, через которую проходит линия, соединяющая операционный стол и верхний край терапевтического корпуса, равно 1,6 м. Рассчитайте и оцените угол падения и угол отверстия на операционный стол. При необходимости дайте рекомендации.

Задача 2.

Школьный класс 40м² освещается 12 лампами накаливания по 200 вт. Высота подвеса светильников – 2,7 м от пола. Рассчитайте и оцените интенсивность искусственного освещения (коэффициент пересчета 2,5). При необходимости дайте рекомендации.

Эталоны ответов к ситуационным задачам.

Задача I.

Угол падения рассчитываем по тангенсу угла АВС (рис.). Он равен tg 1,8/4 = 0,45. С помощью таблицы натуральных величин тангенсов углов находим, что это соответствует 24^о. Далее рассчитываем угол отверстия: 1) tg 1,6/4 = 0,41, что соответствует по таблице 23^о; 2) 24^о- 23^о= 1^о.

Заключение. Угол падения и угол отверстия не отвечают гигиеническим требованиям (в норме угол падения должен быть не менее 27^о, а угол отверстия не менее 5^о). Расстояние между корпусами меньше нормы (не менее 25м). Для частичного улучшения естественного освещения в операционной необходимо разместить операционный стол ближе к светонесущей стене.

Задача 2.

Общая мощность ламп = 12 х 200 = 2400 вт. Удельная мощность – 2400/40 = 60 вт/м². Интенсивность искусственного освещения – 60 х 2,5 (коэффициент пересчета в лк) = 150 лк.

Заключение. Интенсивность искусственного освещения учебной комнаты достаточна (норма ­ – не менее 150 лк). Высота подвеса светильников отвечает гигиеническим требованиям (норма – 2,6 – 2,8 м).

Краткие указания к работе студентов на практическом занятии

Преподаватель осуществляет мотивационное введение в занятие, проводит контроль и корректировку исходного уровня знаний-умений, разбирает узловые вопросы темы.

Затем студенты приступают к 1. определению гигиенических показателей естественной освещенности учебной комнаты, определению интенсивности искусственного освещения учебной комнаты, оформлению заключения; 2. решению ситуационных задач.

Преподаватель принимает заключения по практической работе и ответы на ситуационные задачи, проводит их корректировку.