Национальный Исследовательский Технологический Университет
«Московский Институт Стали и Сплавов»
(НИТУ МИСиС)
Кафедра пдсс Лабораторная работа №2
«ЗАЩИТА ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ»
Выполнил:
студент Макаров А.В.
группа МО-06-1
Допуск:
Выполнение:
Защита:
Москва 2010
Цель работы – ознакомление с основами теории теплового излучения, нормативными требованиями к тепловому излучению и промышленными методами защиты от него; приобретение навыков пользования приборами для измерения плотности тепловых потоков и оценка эффективности защитных экранов.
Общие сведения
Источники, характеристики и воздействие теплового излучения на организм человека
Любое тело, имеющее отличную от абсолютного нуля температуру, излучает энергию в виде электромагнитных волн с длиной волны от нуля до бесконечности. В зависимости от агрегатного состояния вещества его излучение может быть сплошным (твердые вещества, жидкости) и дискретным (пары и газы). Тепловым излучением называют излучение в видимом (длина волны = 0,4 – 0,75 мкм) и ближнем инфракрасном ( = 0,75 – 2,5 мкм) спектральном диапазоне.
Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое действие. Под влиянием теплового облучения в организме происходят биохимические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови, понижается венозное давление, замедляется кровоток и, как следствие, наступает нарушение деятельности сердечнососудистой и нервной систем.
Инфракрасное (ИК) излучение способно проникать в живую ткань организма на разную глубину в зависимости от длины волны излучения. Лучи длинноволнового диапазона (с длиной волны >1,5 мкм) поглощаются поверхностными слоями кожи на глубине 0,1 – 0,2 мм и их физиологическое воздействие на организм проявляется, главным образом, в повышении температуры кожи и перегреве организма. Они могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта. Лучи коротковолнового диапазона (0,76 – 1,5 мкм) обладают способностью проникать в человеческий организм на несколько сантиметров. Такое ИК излучение легко проникает через кожу и черепную коробку в ткань мозга, вызывая быструю утомляемость, снижение внимания, усиленное потоотделение, а при длительном облучении – тепловой удар. При облучении коротковолновыми ИК лучами наблюдается повышение температуры легких, почек, мышц и других органов. В крови, лимфе, спинномозговой жидкости появляются специфические биологически активные вещества, наблюдаются нарушения обменных процессов, изменяется состояние центральной нервной системы.
Кроме непосредственного воздействия на человека лучистая теплота нагревает окружающие конструкции. Эти вторичные источники отдают теплоту окружающей среде излучением и конвекцией, в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается.
Облучение организма малыми дозами лучистой теплоты полезно, но значительная интенсивность теплового излучения и высокая температура воздуха могут оказать неблагоприятное действие на человека. Тепловое облучение интенсивностью до 350 Вт/м2 при кратковременном воздействии не вызывает неприятного ощущения, при 1050 Вт/м2 уже через 3 – 5 мин на поверхности кожи появляется неприятное жжение (температура кожи повышается на 8 – 10 °С), а при 4000 Вт/м2 через несколько секунд возможны ожоги [1].
Интенсивность теплового облучения на отдельных рабочих местах может быть значительной. Например, в момент заливки стали в форму она составляет 12000 Вт/м2; при выбивке отливок из опок 350 – 2000 Вт/м2, а при выпуске стали из печи в ковш достигает 7000 Вт/м2 [1].
Общее количество теплоты, падающее на тело человека, зависит от размера облучаемой поверхности, температуры источника излучения и расстояния до него. Для характеристики теплового излучения принята величина, названная интенсивностью теплового облучения.
Интенсивность теплового облучения (плотность потока падающего излучения) qпад, Вт/м2 – это мощность лучистого потока, приходящаяся на единицу облучаемой поверхности.
Основные законы теплового излучения были открыты в следующей хронологической последовательности:
закон Кирхгофа – отношение плотности потока излучения к поглощательной способности всех тел одинаково, равно плотности потока излучения абсолютно черного тела (АЧТ) при той же температуре и зависит от температуры:
где q – плотность потока излучения тела, Вт/м2;
A – поглощательная способность тела;
q0 – плотность потока излучения АЧТ, Вт/м2;
T – температура, К.
закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость полной (по всем длинам волн излучения) плотности потока АЧТ от температуры:
где q0 – плотность потока излучения АЧТ, Вт/м2;
– постоянная Стефана-Больцмана, = 5,67 · 10-8 Вт/(К4·м2);
T – температура, К.
закон Вина устанавливает распределение энергии в спектре АЧТ в зависимости от температуры: произведение температуры на длину волны с максимальной энергией – величина постоянная:
где max – длина волны, соответствующая max излучению, м;
b – постоянная, b=2,9·10-3, (м·К);
T – температура, К.
закон Планка дает выражение для спектральной плотности потока АЧТ (нагретого до температуры Т) от длины волны излучения :
где q0 – спектральная плотность потока, Вт/м3;
;
;
h=6,6·10-34 – постоянная Планка, Дж/с;
с=3·108 – скорость света в вакууме, м/с;
k=1,4·10-23 – постоянная Больцмана, Дж/К;
– длина волны, м;
T – температура, К.