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
2.1. Charakterystyka promieniowania UV .............................. 10
2.1.2. Naturalne źródła promieniowania nadfioletowego .................... 11
2.1.3. Ilość promieniowania UV docierającego na ziemię .................. 12
2.2.2. Reakcje promieniowania UV z tlenem i ozonem ....................... 16
2. 3. Działanie promieniowania UV na człowieka ........ 17
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
2.4. 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
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.
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.
kamil16gks