P.Dyp- Elektryczne źródła światła PL.doc

(1634 KB) Pobierz
POLITECHNIKA LUBELSKA

POLITECHNIKA  LUBELSKA

WYDZIAŁ  ELEKTROTECHNIKI  I  INFORMATYKI

 

KATEDRA SIECI ELEKTRYCZNYCH I ZABEZPIECZEŃ

 

 

 

 

 

 

 

 

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

 

TEMAT:   STANOWISKO LABRATORYJNE DO OCENY ELEKTRYCZNYCH ŹRÓDEŁ ŚWIATŁA ZE  WZGLĘDU NA ZAWARTOŚĆ PROMIENIOWANIA UV

 

 

 

 

 

 

 

 

PROMOTOR                                                                                                  WYKONAŁ:

DR INŻ. FRANCISZEK ŚWITAŁA                          

                                                                                                 

 

 

 

 

                                            LUBLIN 2003 ROK

 

Spis treści

     Wstęp ...............................................................................       5

 

       1. Pojęcie  fal elektromagnetycznych ...........................       7              

 

 

1.1. Spektrum fal elektromagnetycznych .............................................        7

1.2. Rodzaje fal i ich opis fizyczny ......................................................        7

1.3. Otrzymywanie fal elektromagnetycznych .....................................        8

1.4. Różnice pomiędzy falami elektromagnetycznymi.........................        9

 

2. Promieniowanie nadfioletowe .........................   10                                        

2.1. Charakterystyka promieniowania  UV ..............................     10

 

2.1.1  Zakresy promieniowania  nadfioletowego .................................      10

2.1.2. Naturalne źródła promieniowania nadfioletowego ....................      11

2.1.3. Ilość promieniowania UV docierającego na ziemię ..................      12

2.1.4. Sztuczne źródła promieniowania ...............................................      12

 

     2. 2. Oddziaływanie promieniowania UV ......................     15

 

2.2.1.Oddziaływanie promieniowania UV na materię .........................      15

2.2.2. Reakcje promieniowania UV z tlenem i ozonem .......................      16

 

2. 3. Działanie  promieniowania UV na człowieka ........     17

 

2.3.1. Absorpcja promieniowania elektromagnetycznego ...................      17

2.3.2.Oddziaływanie promieniowania nadfioletowego                                        

na organizmy żywe ....................................................................       19   

2.3.3. Podstawy anatomii i fizjologii skóry .........................................       21

2.3.4. Pigmentacja skóry człowieka ....................................................       23

2.3.5. Oddziaływanie na skórę ............................................................       23

2.3.6. Budowa oka .............................................................................         27

2.3.7. Wpływ promieniowania  nadfioletowego na oczy ..................         28

 

2.4. Aspekty oddziaływania promieniowania  UV na organizmy  żywe .................................................................       30

 

2.4.1. Naświetlanie zwierząt ..............................................................        30

2.4.2. Wpływ na roślinność ...............................................................        30

2.4.3   Fotosynteza witaminy D .........................................................        32

2.4.4.  Działanie dezynfekujące .........................................................        33

2.4.5. Terapeutyczne znaczenie promieniowania nadfioletowego ...         34

 

              2.5. Wykorzystanie promieniowania ultrafioletowego w solariach ..............................................................................       34

 

2.5.1. Źródła promieniowania UV stosowane  w kabinach

              solaryjnych ................................................................................         34

2.5.2. Proces powstawania opalenizny .............................................         37

2.5.3. Metody pomiarów promieniowania UV w kabinach

              solaryjnych ................................................................................         39

 

   2.6. Promieniowanie nadfioletowe w przemyśle ...........      41

 

2.6.1. Zastosowanie promieniowania nadfioletowego w przemyśle..        41

 

   3.1. Promieniowanie UV –metrologia ............................       42

 

3.1.1. Metody pomiarów i oceny promieniowania nadfioletowego w  przemyśle ..........................................................................................         42

3.1.2. Pomiary spektroradiometryczne .............................................         45

3.1.3. Metoda radiometryczna ..........................................................         45

3.2. Ocena bezpieczeństwa opraw i źródeł wykorzystywanych do

ogólnych celów oświetleniowych ....................................................          47

 

4. Stanowisko laboratoryjne .............................................       49

5. Wykresy i wyniki pomiarów .........................................       52

6. Wnioski ...........................................................................       70

    Literatura .......................................................................       73 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wstęp

 

Podczas całego swojego życia człowiek narażony jest na działanie fal elektromagnetycznych pochodzenia naturalnego, których źródłem jest Słońce oraz odległe gwiazdy. Jednym ze składników promieniowania  elektromagnetycznego jest promieniowanie nadfioletowe, będące częścią promieniowania optycznego, zawarte między promieniowaniem widzialnym i nadfioletowym. Promieniowanie UV  emitowane jest również przez sztuczne źródła promieniowania, których ilość i rodzaj gwałtownie wzrasta wraz z  rozwojem technologicznym.

Promieniowanie  nadfioletowe ze względu na dużą efektywność biologiczną należy do bardzo  ważnych czynników środowiska fizycznego człowieka. Odpowiednie jego dawkowanie zwiększa odporność organizmu i zapobiega licznym schorzeniom wynikającym z  niedostatku promieniowania UV. Natomiast nadmierne napromieniowanie powoduje szereg schorzeń o ostrym lub przewlekłym przebiegu.

Promieniowanie nadfioletowe  jest wykorzystane do:

-         celów kosmetycznych

-         sterylizacji pomieszczeń, urządzeń produktów

-         profilaktycznego naświetlania przy niektórych schorzeniach

-         procesów technologicznych.

Promieniowanie UV jest również efektem niepożądanym powstającym w trakcie niektórych procesów technologicznych  i technologii produkcji takich jak:

-         łuki elektryczne,

-         piece łukowe,

-         plazmotrony,

-         kopiowanie, utwardzanie fotopolimerów, farb i lakierów.

Emisja fal krótkich UV ma miejsce również w widmie promieniowania źródeł światła służących do ogólnych celów oświetleniowych:

-         lampy wyładowcze,

-         lampy luminescencyjne,

-         żarówki halogenowe.

W związku z tym pojawia się konieczność ochrony człowieka oraz wszystkich  organizmów żywych przed szkodliwym promieniowaniem nadfioletowym. Wymaga to dokładnej kontroli  pomiarowej naświetlania, która pozwoli  na określenie otrzymanych dawek promieniowania                i określenie dopuszczalnego czasu pracy. Ważność  tego problemu podkreśla fakt, że w sierpniu 2002 roku została opublikowana  nowa Polska Norma  PN-T-06589, zastępująca  normę PN-79/T-06589,  wprowadzająca  kryteria stosowane w krajach Unii Europejskiej .

Celem pracy jest przystosowanie stanowiska  laboratoryjnego do klasyfikacji elektrycznych  źródeł światła ze względu na zawartość promieniowania UV. Stanowisko  umożliwia pokazanie w sensie fizycznym obecności promieniowania nadfioletowego w źródłach światła  stosowanych w życiu codziennym do oświetlania pomieszczeń, w których przebywamy niejednokrotnie po kilka, a nawet kilkanaście  godzin dziennie. 

              W  pierwszym rozdziale omówiono   fale elektromagnetyczne,

w drugim scharakteryzowano promieniowanie nadfioletowe, jego oddziaływanie na organizmy żywe i możliwości  wykorzystania.

Rozdział trzeci charakteryzuje metrologię  związaną                            z promieniowaniem UV, czwarty i piąty rozdział zawiera opis stanowiska pomiarowego oraz pomiary i wykresy pomiarowe.

 

 

 

1.1. Spektrum fal elektromagnetycznych

 

                    Różne rodzaje fal elektromagnetycznych były odkrywane w różnych okresach. Światło jako falowanie  „eteru” zostało zidentyfikowane przez  Ch.  Huygensa  w 1690 roku, ale dopiero odkrycie przez H. Hertza w 1887 roku fal elektromagnetycznych radiowych  pozwoliło wyjaśnić różne  zjawiska związane z rozchodzeniem się światła  i uznać fale świetlne (widzialne) za fale elektromagnetyczne. Obserwacje  światła słonecznego dokonane przez  J. W.  Rittera  i W. H. Wollastona

w 1802 roku  pozwoliły  na stwierdzenie,  że w falach  promieniowania widzialnego poza krańcem fioletowym  istnieją fale o długościach nie rejestrowanych  przez oko ludzkie, a powodują zaczernienie chlorku srebra. Jednak dopiero H. Becquerel  przeprowadził systematyczne badania promieniowania elektromagnetycznego z tego zakresu, nadał mu nazwę promieniowania ultrafioletowego (nadfioletowego) około 1896 roku .

Najkrótsze fale z tego zakresu, promieniowanie hamowania, X, albo rentgenowskie  zostało odkryte przez W. K. Roentgena w 1895 roku,

i nazwane jego imieniem.

    

1.2. Rodzaje fal i ich opis fizyczny

 

                    W przyrodzie  znane są nam trzy  rodzaje  fal ( fale mechaniczne , fale elektromagnetyczne, fale materii, czyli fale de Brogle’ a ),  ale tylko  fala elektromagnetyczna  ma zdolność przechodzenia przez próżnię, pozostałe fale wymagają obecności materii.

        Wszystkie rodzaje fal opisuje się  za pomocą trzech parametrów :

-         długości  λ

-         częstotliwość v

-         prędkość rozchodzenia się w danym ośrodku c, lub w próżni υ

związanych wzorem:

 

                            λ = c/v              (1)

 

                    Częstotliwość fali promieniowania jest niezmienna, jednak prędkość

i długość mogą się zmieniać w zależności od tego przez jaki ośrodek  przechodzi fala elektromagnetyczna. Długość fali λ oraz jej częstotliwość v pozwalają wyznaczyć kilka zakresów fal elektromagnetycznych.

 

Spekrtum elektromagnetyczne

               

1.3. Otrzymywanie fal elektromagnetycznych

 

                   Rozgrzane ciało emituje fale elektromagnetyczne o długości zależnej od jego temperatury;  im temperatura niższa tym większa długość fali. Tak więc w tym przypadku energia ruchu translacyjnego molekuł zostaje przekształcona w kwanty fal elektromagnetycznych o różnych wielkościach, dając widma ciągłe. Fakt, że energia translacyjna  nie jest skwantowana  (może przyjmować dowolne wartości), otrzymywane są kwanty fal o różnych  długościach dając widma ciągłe. Sformułowane przez Wiena w 1894 roku prawo pozwala określić maksymalną ilość fal elektromagnetycznych wysyłanych przez ciało o określonej temperaturze T

 

 

              [m]              (2)

 

             

           Dla ziemi będzie to dolna podczerwień. Ciało człowieka przy temperaturze około 37°C emituje  najwięcej fal podczerwonych  o długości 0,093 nm. Powierzchnia Słońca przy temperaturze 6000°C ma maksimum emisji fal o długości 4,8*10-7 m , czyli pośrodku zakresu widzialnego (kolor żółty). Gwiazdy cieplejsze od Słońca emitują fale elektromagnetyczne o długości z zakresu widma widzialnego w kolorze  czerwonym, a zimniejsze od Słońca , w kolorze niebieskim.

                     Prawo Wiena sprawdza się jedynie dla fal dłuższych niż promieniowanie widzialne, nie sprawdza się natomiast dla promieniowania nadfioletowego.[12] M. Planck w swoich  badaniach odkrył fakt istnienia kwantu promieniowania, co pozwoliło mu opracować zależność na długość i częstotliwość fal radiowych,  ustalając pojemność C i indukcyjność L    w obwodzie prądu zmiennego tak aby można otrzymać fale o określonej  częstotliwości.

 



              (3)
 

 

Fale elektromagnetyczne z zakresu mikrofal  wymagają stosowania bardzo skomplikowanej aparatury  zdolnej wzbudzić atomy, cząsteczki i jądra atomowe. Ich powrót ze stanu wzbudzonego do podstawowego odbywa się z jednoczesną emisją fali elektromagnetycznej.

 

1.4. Różnice pomiędzy falami elektromagnetycznymi

 

                   Długość fali λ oraz jej częstotliwość pozwalają wyróżnić kilka zakresów fal elektromagnetycznych. Rozróżniamy  więc :                                                        -  fale radiowe,                                                                                                 -  mikrofale,                                                                                                            -  podczerwień,                                                                                                 -  pasmo widzialne,                                                                                             - ultrafiolet,                                                                                                             -   rentgen,                                                                                                             -  gamma,                                                                                                   przy czym długości fal radiowych są rzędu kilometrów i metrów, ale dla promieniowania mikrofalowego rzędu  centymetrów, fal podczerwonych rzędu milimetrów, a fal gamma rzędu femtometrów (10-15m). Różnice pomiędzy wartościami kwantów energii niesionych poprzez poszczególne fale są...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin