Лампы накаливания и газоразрядные лампы

Тип лампы	Напряжение на лампе, В	Мощность РЛ, Вт	Световой поток Фл, лм
Б 220-230-40-1	225	40	430
Б 220-230-60-1	225	60	730
Б 220-230-75-1	225	75	960
Б 220-230-100-1	225	100	1380
Б 235-245-150-1	240	150	2180
РН 220-230-200-1	225	200	2950
РН 220-230-300	225	300	3350
РН 230-240-300	235	300	4800
РН 215-225-500	220	500	8400
ЛБ-36	103	36	2800
ЛБ-40	103	40	2800
ЛБ-40-2	110	40	2800
ЛД-40	103	40	2300
ЛД-40-2	110	40	2300
ЛД-18	57	18	880
ЛБ-18	57	18	1060

Условные обозначения:

Б – биспиральная с аргоновым наполнением;

ЛБ – лампа белого света; ЛД – лампа дневного света

Контрольные вопросы

1. Какие три диапазона включает оптическая область спектра электромагнитных волн?

2. Назвать диапазон длин волн оптической области спектра электромагнитных волн для видимого света?

3. Указать достоинства и недостатки газоразрядных ламп и ламп накаливания?

4. Назвать количественные и качественные характеристики освещения?

5. Каковы основные требования, предъявляемые к производственному освещению?

6. По какому выражению оценивается коэффициент пульсаций освещенности, создаваемой электрическими источниками света?

7. Как подразделяется искусственное освещение по конструктивному исполнению и назначению?

8. Какова минимальная величина освещенности аварийного освещения производственных помещений?

9. Какие параметры учитываются при определении минимальной освещенности рабочих мест?

10. Назвать основные нормируемые параметры для естественного и искусственного освещения.

11. Какие методы используются при расчете искусственного освещения?

12. Указать долю общего освещения в системе комбинированного освещения.

Список рекомендуемой литературы

1. Безопасность жизнедеятельности: учебник / под ред С.В. Белова. М.: Высш. шк., 2001. - 485 с.

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

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

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, связанным 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 наш звуковой анализатор и мозг «логарифмируют» энергию сигнала.

Поэтому при оценке уровня интенсивности L_J (или энергии) звуковой волны используется десятичный логарифм энергии, умноженный на 10:

; ;, (1)

где J – интенсивность звуковой волны, 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10^-5 Па.

Уровень L_J измеряется в децибелах (дБ).

В логарифмическом масштабе зависимость L_J (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 (J_норм./J₀); 8 = lg (J_норм./J₀);

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

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

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

Возможен и другой вариант решения этой задачи:

Δ L_J = 100 -80 = 20 = 10 lg [(J_изм./J₀)× (J₀ / J_норм. )];

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

Уровни звукового давления

Таблица 1

Источник шума	Уровень звукового давления, дБ	Отношение J/J0
Порог ощущения Карманные часы Шепот на расстоянии 0,5 -1 м Речь средней громкости на расстоянии 1м Средний шум в цехе; норма Метро Работа на металлорежущих станках (на рабочем месте) Работа пневмоинструмента (на расстоянии 1м) Шум на дискотеке; признаки «шумового опьянения» Работа реактивного двигателя Порог болевого ощущения Смертельно опасный шум	0 20 30 – 40 60 80 90 – 100 90 – 110 110 - 120 110 – 135 более 140 140 160	1 100 1000 – 10 4 1 000 000 10 8 10 9 – 10 10 10 9-10 11 10 11 – 10 12 10 11 - 310 13 10 14 10 14 10 16

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

Задача. На поточной линии рядом стоят два станка; один издает шум 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:

1. станки, которые шумят особенно сильно, группируют и звукоизолируют; персонал, работающий на них, использует средства индивидуальной защиты от шума. В то же время персонал, который работает на малошумящих станках, находится в комфортных по шуму условиях;

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

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

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

Таблица 2

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

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 которого 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).

Спектры шума и звуковых волн

Спектром называется зависимость уровня интенсивности звука или шума от частоты L_J (f). Отметим следующие особенности спектров звука, рассматриваемых в нашей работе (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 с) и дисперсию (разброс уровня шума во времени). Это – второй классический пример случайной величины (первым является серия измерений какой-либо величины).

Замечание. При построении спектров шумов дисперсию обычно не указывают

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

0,75 f ≤ f ≤ 1,5 f.

Это октавная полоса частот .

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

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

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 (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 (например, табл. 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.

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 табл. 3:

Таблица 3

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

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

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

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

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

При изучении особенностей распространения фононов полезно вспомнить некоторые закономерности, связанные с соударением частиц (рис. 3).

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

Особенности расчета отражения и поглощения шума в лабораторной работе

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

(3)

здесь γ –плотность; (γ = 2,710 ³ кг/м³); h – толщина преграды, м;

S - единичная площадь; S = 1 м²; f – частота, Гц.

Формула учитывает передачу энергии преграде фононами; она называется «формулой масс» - эффективность отражения энергии пропорциональна «погонной массе» γh, кг/м² и частоте звука.

Для расчета звукопоглощения можно использовать формулы:

(4)

где α₁– коэффициент звукопоглощения необлицованных стен;

S₁ – площадь необлицованных стен; 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 табл. 4:

Таблица 4

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

Предполагается, что расчет ведется для частоты 1000 Гц.

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 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 свыше 75 дБ может привести к потере слуха. При действии шума уровнем более 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок; при уровне более 160 дБ – смерть.

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

- по предельному спектру (ПС );

- по шкале А шумомера (дБА).

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

Если частотный спектр отсутствует, то для ориентировочной оценки постоянного шума, а также непостоянного шума используют уровень звука (дБА), определяемый по шкале А шумомера. При этом выполняется следующее соотношение в соответствии с выражением (2).

Для разных видов производственной деятельности приняты значения предельных спектров, приведенные в табл. 5.

Таблица 5

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

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

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

Неспецифическое воздействие шума проявляется, в первую очередь, в нарушениях нервной и нервно-сосудистой деятельности. При длительном воздействии шума возрастает артериальное давление, появляются 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 на 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: чувством страха в темноте, ограниченном пространстве; приступами учащения пульса, потливости, спазмом в желудке, головными болями и чувством давления в голове.

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

Как видно из рис. 1, уровень загрязнения низкочастотными и высокочастотными составляющими промышленного шума ниже, чем шумом частотами, близкими к 1 кГц. Вследствие этого 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.

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 табл. 6:

Таблица 6

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

Сравнение с нормами табл. 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 значителен вклад в шумовое загрязнение автомобильного, авиационного и железнодорожного транспорта. Поэтому последние десятилетия нормы на шумность транспортных средств непрерывно ужесточаются (табл. 7-8).

Таблица 7