Исследовательская работа на тему: Исследование влияния статического электричества на человеческий организм

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

Самарской области средняя общеобразовательная школа с. Новый Буян муниципального района Красноярский Самарской области

НАУЧНО ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

Исследование влияния статического электричества

 на человеческий организм

Работу выподнил ученик

8 класса Князев Никита

  Руководитель: Цалковская

Наталья Петровна

учитель физики

2012 г  

Оглавление

Введение.........................................................................................................................3

Глава 1.Электризация тел..........................................................................................5

1. Легенда об открытии электризации...........................................................5
2. Происхождение электризации....................................................................5

 Глава 2. Статическое электричество вокруг нас...................................................7

1. Статическое электричество в природе........................................................7
2. Статическое электричество  на производстве............................................9
3. Статическое электричество в быту.............................................................12

Глава 3. Влияние статического электричества на человеческий организм….13

1. О вреде  статического электричества.........................................................13
2. Практическая часть......................................................................................14

Заключение …..............................................................................................................16

Список литературы …................................................................................................17

Приложения ….............................................................................................................19

Введение

       Наши далекие предки вели тяжелую жизнь. Жили в пещерах, кутались в звериные шкуры и, уходя на охоту, не знали, удастся ли что-нибудь добыть. Статического электричества на них не было, так как люди находились в постоянном контакте с землей. Время шло, человечество все больше изолировало себя от почвы, начав носить одежду и обувь. Правда, шили их все-таки из натурального сырья. А кроме того, люди «заземлялись», когда мокли во время дождя. Однако человечество развивалось и придумало зонтик. Следом — резину, а затем синтетические материалы. Так началась эра статического электричества. Непроводящие электричество синтетика и резина стали одеждой и обувью человека. Они также стали входить в состав стен, напольных покрытий, мебели. Мало того, что одежда из синтетических материалов мешает «стекать» с тела человека статическому электричеству, она при каждом движении еще и вырабатывает дополнительную порцию электричества. Особенно зимой, когда на человеке больше одежды, а значит, и электроэнергии он вырабатывает больше. В итоге человек становится похож на генератор и сегодня освобождается от статики, только умываясь или принимая ванну. Если, конечно, она не акриловая. Горожане ходят по асфальту и живут в домах, полных синтетических материалов. Статическое электричество окружает людей и на работе, и в общественном транспорте, и в общественных местах.

Актуальность

Говоря об экологических проблемах, мы, как правило, представляем себе нечто глобальное — вредные выбросы в атмосферу, заражение водоемов или загрязнение почвы отходами промышленных предприятий. Но существуют «менее» масштабные проблемы, способные, однако, причинить неприятности нам и нашему здоровью. Актуальность темы определяется проблемой экологического состояния помещения, в котором человек находится, будь то квартира, офис или школа. Экологически грязные дома — это не фантазии учёных и специалистов, а реальный факт, от которого страдает множество людей. Одним из таких загрязнений является электростатическое поле, как вид энергетического загрязнения. Например, в школе я не однократно ощущал на себе действие статического электричества, и мне захотелось понять, оказывает ли оно какое-либо влияние на человеческий организм?

Цель работы:

Изучить влияние электростатического поля на человеческий организм.

Задачи:

1. Изучить происхождение статического электричества

2. Определить проявления статического электричества в окружающей среде

3. Изучить вред и пользу статического электричества

Методы работы:  

1. Теоретический

2. Анализ-синтез собранной информации

3. Экспериментальный

Глава 1. Электризация тел.

1.1. Легенда об открытии электризации

     Древние греки очень любили украшения и мелкие поделки из янтаря, названного ими за его цвет и блеск «электрон» - что значит "солнечный камень". Отсюда произошло, правда много позже, и само слово «электричество». Способность янтаря электризоваться была известна давно. Впервые исследованием этого явления занялся знаменитый философ древности Фалес Милетский. Вот как об этом рассказывает легенда. Дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном, изделием финикийских мастеров. Как-то уронив веретено в воду, девушка стала обтирать его краем своего шерстяного хитона и заметила, что к веретену пристало несколько шерстинок.  Думая, что они прилипли к веретену, потому что оно было все еще влажным, она принялась вытирать его еще сильнее. И что же? Шерстинок налипало тем больше, чем сильнее натиралось веретено. Девушка обратилась за разъяснением этого явления к отцу. Фалес понял, что причина в веществе, из которого сделано веретено, и в первый же  раз, как к пристани Милета подошел корабль финикийских купцов, он накупил различных янтарных изделий и убедился, что все они, будучи натерты шерстяной материей, притягивают лёгкие предметы, подобно тому, как магнит притягивает железо.

1.2. Происхождение электризации 

Статическое электричество — это «электричество от трения». Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил. При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с противоположными знаками электрических зарядов. Фактически атомы  и молекулы одного вещества обладающие более сильным притяжением отрывают электроны от другого вещества. Проще говоря, тело электризуется, если количество электронов в нем увеличивается или уменьшается.  А когда количество заряда становится достаточно большим, происходит электрический разряд, проскакивает искра.  Например, когда мы снимаем с себя шерстяную шапку, она трется о наши волосы. Электроны с волос переходят в шапку. Следовательно, каждый волос на нашей голове приобретает положительный заряд. Как известно, предметы, заряженные одноименными зарядами, отталкиваются. Именно поэтому наши волосы пытаются оттолкнуться друг от друга как можно дальше, на столько, на сколько это возможно. То же самое наблюдается при простом  расчёсывании волос  в сухой день. Максимальное расстояние между волосами будет, если они будут стоять "дыбом". Когда мы идем босиком по ковру, электроны перемещаются с ковра на нас. Следовательно, мы становимся носителями  дополнительных электронов (отрицательный заряд). Мы прикасаемся к металлической дверной ручке и .........БА-БАХ!!! Дверная ручка сделана из металла, а металл это проводник. Электроны перескакивают с нашей руки на ручку. Происходит щелчок, как будто нас ударило электрическим током. Обычно статическое электричество проявляет себя зимой, когда воздух очень сухой. Летом воздух гораздо более влажный. Пары воды в воздухе помогают электронам быстрее "уйти" от нас, следовательно, мы не можем накапливать  на себе большой электрический заряд. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.

Вывод: Статическое электричество возникает при трении диэлектриков. При этом заряды не создаются, а только разделяются. Часть отрицательных  электронов переходит с одного тела на другое. Электризация тел лучше проявляется, когда воздух сухой, а при влажности воздуха более 85% статическое электричество практически не возникает.

Глава 2. Статическое электричество вокруг нас

1. Статическое электричество в природе

1. Впервые электризация жидкости при дроблении была замечена у водопадов Швейцарии в 1786 г. С 1913г. явление получило название баллоэлектрического эффекта. Эффект электризации наблюдается не только у водопадов на открытой местности, но и в пещерах. Заряд воздуху у водопадов сообщают микроскопические капельки воды и молекулярные комплексы, которые при дроблении отрываются от водной поверхности и уносятся в окружающую среду. Наиболее значительный эффект электризации воздуха наблюдается у самых больших водопадов мира - Игуассу на границе Бразилии и Аргентины (высота падения воды - 190 м, ширина потока - 1 500 м) и Виктория на реке Замбези в Африке (высота падения воды - 133 м, ширина потока -1600 м). У водопада Виктория за счет дробления воды возникает электрическое поле напряженностью 25 кВ/м. При дроблении пресной воды в воздух переходит отрицательный заряд. Поэтому в воздухе у водопадов количество отрицательных ионов превышает количество положительных. У небольшого водопада Учан-Су в Крыму отношение отрицательных ионов к количеству положительных равно 6,2.
2. У берегов морей воздух приобретает положительный заряд, вследствие разбрызгивания соленой воды. На поверхности морей и океанов разбрызгивание воды начинается при скорости ветра более 10м/с, когда на волнах появляются гребешки пены. Отношение положительных зарядов к отрицательным зарядам в воздухе над Черным и Азовским морями достигает при бурном море 2,04, при зыби- 1,48.
3.  Покоритель Джомолунгмы Н. Тенсинг в 1953 г. в районе южного седла этой горной вершины на высоте 7,9 км над уровнем моря при -30 °С и сухом ветре до 25 м/с наблюдал сильную электризацию обледеневших брезентовых палаток, вставленных одна в другую. Пространство между палатками было наполнено многочисленными электрическими искрами.
4.  Движение лавин в горах в безлунные ночи иногда сопровождается зеленовато-желтым свечением, благодаря чему лавины становятся видимыми. Обычно световые явления наблюдаются у лавин, движущихся по снежной поверхности, и не наблюдаются у лавин, проносящихся по скалам. На озерах Антарктики во время полярной ночи иногда возникает свечение при разламывании крупных масс озерного льда.
5.  Молния - одна из наиболее  распространенных форм  мгновенно высвобождающейся энергии  статического электричества. В результате движения  воздушных потоков, насыщенных водяными порами,  образуются грозовые облака,  которые являются носителями статического электричества. Электрические разряды  образуются между  разноименными  заряженными облаками  или, чаще  между заряженным облаком и землей.  При достижении определенной разницы потенциалов  происходит разряд молнии   между облаками или на земле. Заряды имеют свойство в большей степени накапливаться на остриях или телах, близких по форме к остриям. Вблизи таких предметов создаются высокие электрические напряжения. Поэтому чаще всего молния выбирает самый короткий путь к земле и попадает в высокие отдельно стоящие объекты (деревья, башни и др.), и по этой причине человеку опасно находится на открытом пространстве во время грозы или вблизи отдельных деревьев, металлических предметов. Молнии являются также причиной около половины всех аварий в крупных линиях электропередачи. Для защиты зданий и различных сооружений от статического атмосферного электричества применяются молниеотводы — металлические прутья, по которым электрический разряд уходит в землю. По-другому их называют   громоотводами. Грозовой разряд идет на землю и обратно по одному и тому же пути. Это происходит с такой скоростью, что наш глаз видит только одну вспышку. На своем пути молния раскаляет воздух, который, быстро расширяясь, создает звуковую волну. Это вызывает громовые раскаты. Мы слышим их после того, как увидим молнию, так как звук распространяется значительно медленнее, чем свет.

Помимо молний, грозовые облака могут вызывать на изолированных металлических предметах опасные электрические потенциалы из-за электростатической индукции.

2.2. Статическое электричество  на производстве

 При статической электризации во время технологических процессов, сопровождающихся трением, размельчением твердых частиц, пересыпанием сыпучих тел, переливанием жидкостей-диэлектриков на изолированных от земли металлических частях производственного оборудования возникает относительно земли электрическое напряжение порядка десятков киловольт. Так, при движении резиновой ленты транспортера и в устройствах ременной передачи на ленте(ремне) и на роликах (шкивах) возникают электростатические заряды противоположных знаков большей величины, а потенциалы их: достигают 45 кВ. Основную роль при этом играют влажность и давление воздуха и состояние поверхностей лент (ремней) и роликов (шкивов), а также скорость относительного движения (пробуксовки). Аналогично происходит электризация: и при сматывании тканей, бумаги, пленки и. др. Статическое электричество  способно вызвать взрыв бензина в бензобаке автомобиля, нефти в танкере, угольной пыли в шахте, и даже мучной пыли на мукомольном комбинате! Может поражать рабочих, занятых на подобном производстве. Оно вызывает помехи в работе разных приборов и мелкие неприятности в быту. В июне 2007 года на российско-американской космической станции «Мир» из-за статического электричества вышли из строя шесть компьютеров. Жизнеобеспечение станции оказалось под угрозой. Даже стоял вопрос об экстренной эвакуации экипажа.
Таким образом, можно выделить следующие основные проблемы, вызываемые статическим электричеством:

•         выход из строя электронных компонентов;

•         притяжение или отталкивание заряженных объектов;

•         возгорание;

1.      электропоражение.

Устранение опасности возникновения электростатических зарядов достигается следующими мерами:

1. заземлением производственного оборудования и емкостей для хранения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей;
2. увеличением электропроводности поверхностей электризующихся тел путем повышения влажности воздуха или применением антистатических примесей к основному продукту (жидкости, резиновые изделия и др.);
3.  ионизацией воздуха с целью увеличения его электропроводности;
4. введения в основной продукт специальных антистатических веществ (присадок).  

Статическое электричество может быть верным помощником человека, если изучить его закономерности и правильно их использовать. Например,

1. Смешение веществ

Если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого — отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно. Например, на хлебозаводе теперь не приходится совершать большую механическую работу, чтобы замесить тесто. Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они встречаются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащей дрожжи. Крупинки муки и капельки воды, притягиваясь друг к другу, образуют однородное тесто. Можно привести много других примеров полезного применения статической электризации. Основанная на этом явлении технология удобна: потоком заряженных частиц можно управлять, изменяя электрическое поле, а весь процесс легко автоматизировать.

 В технике применяют метод, сущность которого заключается в следующем. Мельчайшие твердые или жидкие частицы материала поступают в электрическое поле, где на их; поверхность «оседают» электроны и ионы, т. е. частицы приобретают заряд и далее движутся под действием электрического поля. В зависимости от назначения аппаратуры можно с помощью электрических полей по-разному управлять движением частиц в соответствии с необходимым технологическим процессом. Эта технология уже пробила себе дорогу в различные отрасли народного хозяйства.

2. Маляр без кисточки

Движущиеся на конвейере окрашиваемые детали, например корпус автомобиля, заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они устремляются к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный. Действительно одноименно заряженные частицы красителя отталкиваются друг от друга — отсюда равномерность окрашивающего слоя. Частицы, разогнанные электрическим полем, с силой ударяются об изделие — отсюда плотность окраски. Расход краски снижается, так как она осаждается только на детали. Метод окраски изделий в электрическом поле сейчас широко применяют в нашей стране.

2.3.  Статическое электричество в быту

   Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит меховой ковер, то при трении об него человеческое тело может получить электрический заряд. Другим примером может служить наэлектризованная расческа. Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек получит легкий удар током.

 Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчесывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать. Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд. При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема.

Вывод: проявления статического электричества встречается и в природе (мощные водопады, молния), и в быту, и на производстве. Оно возникает, хотим мы этого или нет. На производстве, где оно мешает, принимают меры по его устранению. Есть случаи, когда статическое электричество может быть верным помощником человека,

Глава 3. Влияние статического электричества на человеческий организм

3. О вреде статического электричества

   Вообще, о вреде статического электричества известно давно.
Эта напасть особенно опасна для человеческого организма еще потому, что она ему в новинку. Возникла менее века назад. И природа за период эволюции не выработала защитного механизма от статического электричества. Люди научились защищать от вредного воздействия статического электричества здания, промышленную технику и бытовые приборы. Даже об одежде подумали, изобретя специальный аэрозоль, чтобы к ней ничего не липло.
Позаботились обо всем, кроме… себя. И, как итог — статическое электричество превратилось едва ли не в главную угрозу организму современного человека. Оно накапливаться не только на предметах, и воздухе, но и на самом человеке, особенно на одежде и волосяном покрове. Оно наносит вред функционированию нервной системы, всячески раздражает.

Действие статического электричества выражается в непосредственном раздражении чувствительных нервных окончаний кожи, либо раздражение возникает вторично, за счет поляризации клеточных элементов и изменения ионных отношений в тканях. Бесконечные «щелчки» от соприкосновений раздражают.

Жалобы:
Люди, подвергающиеся длительному воздействию статического электричества,  жалуются на повышенную утомляемость, раздражительность, плохой сон и т.п.
Исследования показывают, что наиболее чувствительны к электростатическим полям центральная нервная система и сердечно-сосудистая система организма.
Кроме того синтетическая ткань не даёт телу дышать: в процессе движений тело нагревается, нарушается нормальный теплообмен, увеличивается потоотделение.
Такая одежда не пропускает влагу - она водонепроницаема: пот, который выделяется телом, не испаряется из ткани одежды, а задерживается между телом и одеждой. Возникает эффект паровой бани, только при этом занимающийся парится в собственном поте, щёлочи, жирах и кислотах которые выделяются вместе с ним.

3.2. Практическая часть

Чтобы изучить влияние электростатического поля на организм, я решил найти в Интернете простые методики, которые позволяют оценить работу и состояние нервной системы человека и предложил моим товарищам поучаствовать в исследованиях. Я нашёл две таких методики. Это проба Ромберга и пальценосовая проба. Кроме этого, мы стали отслеживать и состояние сердечно-сосудистой системы, замеряя пульс и давление.

Центральная нервная система (ЦНС) — самая сложная из всех функциональных систем человека.

Главная функция нервной системы состоит в быстрой и точной передаче информации. Сигнал от рецепторов к сенсорным центрам, от этих центров — к моторным центрам и от них — к эффекторным органам, мышцам и железам, должен передаваться быстро и точно.

Оценка функционального состояния нервной системы.

Методика выполнения пробы Ромберга

Пробу Ромберга выполнить не сложно, она позволяет выявить нарушение равновесия в положении стоя. Проба проводится в виде 4 тестов:

 Первый тест. Необходимо встать прямо, ноги вместе, руки вытянуть вперед, пальцы развести в стороны, глаза закрыть.

Оценка теста: тест считается выполненным «очень хорошо», если удалось сохранить равновесие в течение 15 сек, при этом не было пошатывания тела, рук и век. «Удовлетворительно» - если удалось сохранить равновесие в течение 15 сек, но при этом было дрожание или пошатывание тела, рук и век. Тест не пройден, оценка «неудовлетворительно» - если в течение 15 сек. равновесие было нарушено.

Если  удалось хорошо пройти данное испытание, т.е. выполнить пробу Ромберга в первом тесте, можно перейти к испытаниям в усложненных вариантах. В норме здоровый человек должен выполнить первый тест пробы Ромберга на оценку «Очень хорошо». Второй, третий и четвертый тесты хорошо выполняют спортсмены, занимающиеся акробатикой, спортивной гимнастикой, прыжками на батуте, фигурным катанием и др.

Проба Ромберга широко применяется при отборе спортсменов для занятий данными видами спорта, но мы их не стали проводить из-за ненадобности.

Методика выполнения пальценосовой пробы.

Данная проба очень проста и применяется для определения координации движений.

Для ее выполнения необходимо стать прямо, закрыть глаза, руки вытянуть вперед и дотронуться указательным пальцем до кончика носа с закрытыми глазами сначала одной, потом другой рукой. В норме должно быть точное попадание пальцем в кончик носа без промахивания и лишних движений.

Если данную пробу не удается выполнить без нарушений, необходимо обратиться к врачу, что бы вовремя пройти обследование.

       В исследованиях принимало участие  5 человек. У всех мы сначала замерили давление, ЧСС, пробу Ромберга и пальценосовую пробу до действия статического электричества и потом выполнили те же самые замеры после. Результаты наших исследований занесли в таблицу. (Приложения) Из таблицы видно, что у всех существенно  изменились и пульс, и давление. Также есть изменения по пробе Ромберга и  по пальценосовой пробе. С первого испытуемого мы не смогли  снять замеры после действия статического электричества, так как у него не получилось наэлектризоваться.

Заключение
В результате проделанной работы я пришёл к выводу, что статическое электричество на самом деле влияет на человеческий организм, не смотря на то, что не вызывает определённого заболевания. Я убедился, что наиболее чувствительны к электростатическим полям центральная нервная система и сердечно-сосудистая система организма. Об этом свидетельствуют результаты эксперимента. Чтобы защитить себя от действия статического электричества, нужно по возможности следовать правилам:

1. Стараться меньше носить синтетической одежды;

2. Снимать избыточный электростатический заряд с тела (заземление, хождение босиком);
3. Очень полезны водные процедуры, купание в естественных водоемах и любая работа на земле. Просто поваляться на травке, заниматься огородом;
4. Проветривать помещения и делать их влажную уборку не менее двух раз в день.( Или можно увлажнять воздух в помещении специальными гель-спреями).

   Выполняя эти несложные правила, можно обеспечить комфорт и здоровье своему организму, оградить себя от излишней раздражительности и волнений.

Список литературы:

1. Книга для чтения по физике. И.Г.Кириллова. М., «Просвещение», 1978.
2. Скажи мне ПОЧЕМУ. А.Ликум. М., «Дрофа», 1997.
3. Учебник по физике 8 класс. А.В.Перышкин. М., «Дрофа», 2010.
4. Интернет ресурсы: http://wikipedia.org./

                                 http://www.fpss.ru/gazeta/health/43

       http://www.zor-da.ru/muz/metodichsekie-materialy/

ПРИЛОЖЕНИЯ

Результаты исследования: