Электромагнитные поля и их влияние на здоровье человека

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра охраны окружающей среды

Курсовая работа по дисциплине «Экология»

Электромагнитные поля и их влияние на здоровье человека

Выполнил: студент группы АКВ-12,

направление 280700.62

«Техносферная безопасность»

Двенд Дмитрий

                                                                             Проверил: проф. кафедры ООС, д-р техн.наук Ишакова В.С.                     

Пермь, 2014

Содержание

ВВЕДЕНИЕ  3

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ 5

1.1. Определение электромагнитного  поля 5

1.2. Виды электромагнитного  поля 5

1.3. Характеристики электромагнитного  поля 6

1.4. Классификация электромагнитного  поля 7

2. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ  ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ 9

2.1. Линии электропередач 9

2.2. Электротранспорт 12

2.3. Бытовая техника 14

2.4. Теле и Радиостанции 15

2.5. Сотовая связь 17

2.6. Персональный компьютер 19

3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО  ПОЛЯ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА 21

3.1. Биологическое воздействие  электромагнитных полей 21

3.2. Влияние на нервную  систему 22

3.3. Влияние на иммунную  систему 22

3.4. Влияние на эндокринную  систему 23

3.5. Влияние на половую  функцию 23

4. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ  ЭЛЕКТРОМАГНТНЫХ ПОЛЕЙ 25

4.1. Организационные мероприятия  по защите от электромагнитных полей 25

4.2. Инженерно-технические  мероприятия по защите населения  от электромагнитных полей 26

ВЫВОДЫ 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 29

ПРИЛОЖЕНИЯ 31

Введение

В современных условиях научно-технического прогресса в результате развития различных видов энергетики и промышленности, электромагнитные излучения занимают одно из ведущих мест по своей экологической и производственной значимости среди других факторов окружающей среды. Распространённым и постоянно возрастающим негативным фактором являются электромагнитные поля (ЭМП), создаваемые различными устройствами, генерирующими, передающими и использующими электрическую энергию. Практически все живые организмы в процессе эволюции приспособились к определенному уровню ЭМП, но, резкое значительное повышение уровня ЭМП вызывает напряжение некоторых возможностей организма, долговременное действие этого фактора может привести к их истощению, что повлечет необратимые последствия на системном уровне. Сегодня присутствует точка зрения, что техногенные ЭМП(частота от 3-102 до 3-1020 Гц) и ЭМП естественного происхождения (напряженность около 24-40 А/м) могут играть заметную роль в распространении нервно-психических, сердечно-сосудистых, онкологических, офтальмологических и ряда других заболеваний. Они могут оказывать неблагоприятное воздействие на генетические структуры, эндокринную и иммунную системы организма, функции воспроизводства потомства. Поэтому Всемирная организация здравоохранения включила электромагнитное загрязнение среды в число наиболее важных экологических проблем, на решение которой направлены усилия ученых во всем мире[5]. В наше время проблема воздействия электромагнитных полей актуальна, так как  используется большое количество приборов, которые излучают электромагнитные поля. А как известно, все приборы, использующие электромагнитную энергию, негативно сказываются на здоровье человека. Поэтому человеку необходимо уметь защитить себя от  воздействия электромагнитных полей.

Цель работы: Оценка последствий воздействия электромагнитных полей на здоровье человека

Задачи:

• Выявить основные источники излучения электромагнитного поля;
• Оценить влияние электромагнитных полей на здоровье человека;
• Изучить мероприятия по защите здоровья человека от воздействия электромагнитных полей.

Глава 1. Электромагнитные поля

1. Определение электромагнитного поля

Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся вихревое электрическое поле: обе компоненты магнитного и электрического поля, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП отрывается от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника[10].

2. Виды электромагнитного поля

Электрическое поле – создается электрическими зарядами и заряженными частицами в пространстве. На рисунке представлена картина силовых линий (воображаемых линий, используемых для наглядного представления полей) электрического поля для двух покоящихся заряженных частиц (рис. 1.1.).

Рисунок 1.1. Электрическое поле двух заряженных частиц.

Магнитное поле – создается при движении электрических зарядов по проводнику (рис.1.2.). Физической причиной существования электромагнитного поля является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле – вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. Поле неподвижной или равномерно движущейся частицы неразрывно связано с носителем (заряженной частицей)[10].

Рисунок 1.2. Магнитное поле двух заряженных частиц

3. Характеристики электромагнитного поля

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Частота электромагнитного поля ( ν ) — это число колебаний поля в секунду. Единицей измерения частоты является герц (Гц) — частота, при которой совершается одно колебание в секунду.

Длина волны (λ) — это расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Единицей измерения длины волны является метр (м).

Поляризация — это явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля () или напряженности магнитного поля().

Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля (обозначение «E», размерность СИ – В/м, вектор). Магнитное поле характеризуется напряженностью магнитного поля (обозначение «H», размерность СИ – А/м, вектор). При частотах 3 – 300 Гц в качестве характеристики магнитного поля может также использоваться понятие магнитной индукции(обозначение «B», размерность СИ - Тл)[10].

1.4. Классификация электромагнитных полей

Наиболее применяемой является так называемая «зональная» классификация электромагнитных полей по степени удаленности от источника. По этой классификации электромагнитное поле подразделяется на «ближнюю» и «дальнюю» зоны.

«Ближняя» простирается до расстояния от источника, равного 0-3 λ, где λ - длина порождаемой полем электромагнитной волны. При этом напряженность поля быстро убывает (пропорционально квадрату или кубу расстояния до источника). В этой зоне порождаемая электромагнитная волна еще не полностью сформирована. 

«Дальняя» зона» – это зона сформировавшейся электромагнитной волны. Здесь напряженность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника. В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей:(E=377H, где 377 – константа, волновое сопротивление вакуума, Ом., E-напряженностью электрического поля, H-напряженностью магнитного поля) [10].

Также электромагнитные волны классифицируются по частотам (табл.1.1.).

Таблица 1.1- Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Глава 2. Основные источники электромагнитных полей

Любое техническое устройство, использующее, либо вырабатывающее электрическую энергию, является источником ЭМП, излучаемых во внешнее пространство. Особенностью облучения в городских условиях является воздействие на население как суммарного электромагнитного фона  так и сильных ЭМП от отдельных источников.

Основными источниками электромагнитных полей радиочастот являются радиотехнические объекты, телевизионные и радиолокационные станции, сотовая связь. Воздействие ЭМП промышленной частоты связано с высоковольтными линиями (ВЛ) электропередач, источниками постоянных магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях. Итак, рассмотрим основные источники электромагнитных полей:

• Линии электропередач
• Электротранспорт
• Бытовая техника
• Теле-радиостанции
• Сотовая связь
• ПК

2.1. Линии электропередач

Линии электропередач (ЛЭП) – это комплекс сооружений, в состав которого входят провода и различные вспомогательные устройства. Основной функцией является передача или распределение электроэнергии. Линии электропередачи исполняют роль главного звена в энергетической системе. Совместно с электрическими подстанциями, они образуют электрические сети. В связи с созданием современных электрических сетей, линии электропередачи также постоянно развиваются и совершенствуются. В конечном счете, все они объединяются в единые энергетические системы.

Напряжение ЛЭП полностью зависит от длины линии и мощности передаваемого по ней тока. В воздушных линиях используются различные не изолированные провода из меди, алюминия и других металлов. Эти провода должны иметь хорошую проводимость, механическую прочность, быть стойкими к атмосферным и химическим воздействиям. На воздушных линиях, напряжением до 35 киловольт, устанавливают разрядники или специальные грозозащитные тросы с целью защиты от атмосферных перенапряжений. ЛЭП, у которых протяженность в пределах 100 км рассчитаны для работы с напряжением 220-330 киловольт. Свыше 100 км сооружаются электропередачи, у которых напряжение свыше 500 киловольт.

Классификация ЛЭП по напряжению:

• до 1000 В (низший класс напряжения)
• 1-35 кВ (средний класс напряжения)
• 110—220 кВ (высокий класс напряжения)
• 330—750 кВ (сверхвысокий класс напряжения)
• выше 750 кВ (ультравысокий класс напряжения)

Санитарные нормы

Исходя из мощности ЛЭП, для защиты населения от действия электромагнитного поля установлены санитарно-защитные зоны для линий электропередачи (санитарные правила СанПин № 2971-84 – «Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты»).Для воздушных высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) устанавливаются санитарно-защитные зоны по обе стороны от проекции на землю крайних проводов[11].  Эти зоны определяют минимальные расстояния до ближайших жилых, производственных и непроизводственных зданий и сооружений(табл.2.1. и табл. 2.2.):

Таблица 2.1- Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП

Таблица 2.2 - Допустимые уровни воздействия электрического поля ЛЭП

В пределах санитарно-защитной зоны ЛЭП запрещается:

• размещать жилые и общественные здания и сооружения;
• устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;
• размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;
• производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.

В случае, если на каких-то участках напряженность электрического поля за пределами санитарно-защитной зоны окажется выше предельно допустимой 0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кВ/м на территории зоны жилой застройки (в местах возможного пребывания людей), должны быть приняты меры для снижения напряженности. Для этого на крыше здания с неметаллической кровлей размещается практически любая металлическая сетка, заземленная не менее чем в двух точках В зданиях с металлической крышей достаточно заземлить кровлю не менее чем в двух точках. На приусадебных участках или других местах пребывания людей напряженность поля промышленной частоты может быть снижена путем установления защитных экранов, например это железобетонные, металлические заборы, тросовые экраны, деревья или кустарники высотой не менее 2 м [13].

2.2. Электротранспорт

Вид транспорта, использующий в качестве источника энергии электричество, а в приводе используется — тяговый электродвигатель. Его основными преимуществами перед транспортом с двигателями внешнего или внутреннего сгорания являются более высокая производительность и экологичность. Электротранспорт - мощный источник электромагнитных полей частотой до 100 Гц. (низкочастотные поля). Пользуясь электротранспортом, на человека действуют электромагнитные поля, создаваемые силовыми установками, электротехническими средствами, которыми оснащено транспортное средство(табл. 2.3.). «Установлено, что уровень электромагнитных излучений в вагонах общественного электрического транспорта во время работы двигателей в 10 000 раз превышает естественный электромагнитный фон планеты Земля» [13].

Таблица 2.3 - Превышение нормы магнитной индукции электротранспортом

2.3. Бытовая техника

Все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока, являются источниками электромагнитных полей (табл. 2.4.). Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой “No Frost”, кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа. Значения магнитного поля тесно связаны с мощностью прибора - чем она выше, тем выше магнитное поле при его работе. Значения электрического поля промышленной частоты практически всех электробытовых приборов не превышают нескольких десятков В/м на -+ (см. Приложение 1) [9].

Таблица 2.4 - Уровни магнитного поля промышленной частоты бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м.

Сейчас очень сложно полностью отказаться от использования бытовых приборов, излучающих электромагнитные поля, но можно защитить себя, проделав некоторые мероприятия по своей защите. Вот некоторые из них:

• При приобретении бытовой техники необходимо обращать внимание на отметку о соответствии прибора требованиям «Межгосударственных санитарных норм допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях».
• использование приборов с меньшей мощностью;
• место отдыха необходимо достаточное его удаление от бытовых приборов, излучающих достаточно большой уровень магнитного поля, таких как холодильники «no frost», некоторые типы полов с электрическим подогревом, телевизоры, нагреватели, блоки питания и зарядные устройства;
• размещение электрических приборов на некотором расстоянии друг от друга и удаление их от места отдыха. Приборы, работающие длительное время (холодильники, ТВ, СВЧ-печи, компьютерную технику, электрообогреватели, кондиционеры и пр.) следует размещать на расстоянии не менее 1,5 м от мест постоянного пребывания или ночного отдыха [14].

2.4. Теле- и радиостанции

На территории России в настоящее время размещается значительное количество передающих радиоцентров различной принадлежности. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории. По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком.

Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части. Первая часть зоны - это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется, и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны - это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны.

Высокие уровни ЭМП наблюдаются на территориях, а нередко и за пределами размещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты (ПРЦ НЧ, СЧ и ВЧ). Детальный анализ электромагнитной обстановки на территориях ПРЦ свидетельствует о ее крайней сложности, связанной с индивидуальным характером интенсивности и распределения ЭМП для каждого радиоцентра. В связи с этим специальные исследования такого рода проводятся для каждого отдельного ПРЦ.

Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду ультракороткие волны ОВЧ и УВЧ-диапазонов.

• Радиостанции ДВ (частоты 30 - 300 кГц). В этом диапазоне длина волн относительно большая (например, 2000 м для частоты 150 кГц). На расстоянии одной длины волны или меньше от антенны поле может быть достаточно большим, например, на расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 500 кВт, работающего на частоте 145 кГц, электрическое поле может быть выше 630 В/м, а магнитное - выше 1,2 А/м.
• Радиостанции СВ (частоты 300 кГц - 3 МГц). Данные для радиостанций этого типа говорят, что напряженность электрического поля на расстоянии 200 м может достигать 10 В/м, на расстоянии 100 м - 25 В/м, на расстоянии 30 м - 275 В/м (приведены данные для передатчика мощностью 50 кВт).
• Радиостанции КВ (частоты 3 - 30 МГц). Передатчики радиостанций КВ имеют обычно меньшую мощность. Однако они чаще размещаются в городах, могут быть размещены даже на крышах жилых зданий на высоте 10- 100 м. Передатчик мощностью 100 кВт на расстоянии 100 м может создавать напряженность электрического поля 44 В/м и магнитного поля 0,12 Ф/м.
• Телевизионные передатчики . Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций [13].

2.5.Сотовая связь

Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся телекоммуникационных систем. В настоящее время во всем мире насчитывается более 6 миллиардов абонентов, пользующихся услугами этого вида мобильной связи (в России – 234,11 миллиона).

Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в ультравысокочастотном диапазоне. Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц. Антенны БС устанавливаются на высоте 15–100 метров от поверхности земли на уже существующих постройка, или на специально сооруженных мачтах. Среди установленных в одном месте антенн БС имеются как передающие, так и приемные антенны, которые не являются источниками ЭМП

Исходя из технологических требований построения системы сотовой связи, диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости рассчитана таким образом, что основная энергия излучения сосредоточена в довольно узком "луче". Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормальной работы системы (табл. 2.6.) [6].

Таблица 2.6 - Краткие технические характеристики стандартов системы сотовой радиосвязи, действующих в России

2.6. Персональный  компьютер

Персональные компьютеры стали частью жизни многих людей. Некоторые используют их только на работе или дома, а некоторые проводят большую часть своего времени за компьютером. Влияние компьютеров однозначно сказывается на здоровье человека, влияя как на общее состояние, так и на зрение и другие органы. Но, это влияние складывается множеством разнообразных факторов, таких как эргономика устройств персонального компьютера и рабочего места пользователя, освещенность и зашумленность помещения, электромагнитное поле, создаваемое компьютером [9].

Основными составляющими частями персонального компьютера (ПК) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер, и т. п. Каждый персональный компьютер включает средство визуального отображения информации называемое - монитор, дисплей. ПК часто оснащают сетевыми фильтрами , источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным электрооборудованием. (табл. 2.7.). В условиях современного прогресса в разработке новых технологий, мониторы с электронно-лучевой трубкой постепенно уступают место ЖК-мониторам, которые наносят менее вредное влияние на здоровье человека.

Таблица 2.7 - Источники электромагнитного излучения ПЭВМ