Влияние освещенности на здоровье человека и измерение ее самодельным люксметром.

ВЛИЯНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА И ИЗМЕРЕНИЕ ЕЕ САМОДЕЛЬНЫМ ЛЮКСМЕТРОМ.

Прасол Олег

Класс 8 а БОУООШ №7 ст. Пластуновской

Научный руководитель: Сысоева Елена Анатольевна

Учитель физики БОУООШ №7 ст. Пластуновской

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Введение

1.1 Чем заинтересовала меня тема

2. Различные характеристики, параметры и показатели освещения.

3. Измерение освещенности самодельным люксметром.

3.1 Фотоэлектрический экспонометр.

3.2 Изготовление люксметра.

3.3 Диаграмма освещенности в школьных помещениях.

3.4 Полярная диаграмма освещенности, создаваемая настольной лампой.

Заключение.

Рецензия.

Введение.

Чем заинтересовала меня тема.

Наше самочувствие во многом зависит от воздействия на организм электромагнитного излучения естественного дневного света. Например, северяне испытывают дефицит солнечного света и знают, как плохо это на них отражается. Зимой как выясняется, только крестьянин торжествует. Все остальные страдают от депрессий, которая нападает от недостатка света. А все потому, что зимний день короток, солнышко всходит поздно, а заходит рано. Как известно именно на эти времена года приходится интенсивная учебная работа в школе.

Правильно спроектированное и выполненное освещение обеспечивает возможность нормальной учебной деятельности.

Из общего объема информации человек получает через зрительный канал около 80 %. Качество поступающей информации во многом зависит от освещения: неудовлетворительное количественно или качественно оно не только утомляет зрение, но и вызывает утомление организма в целом. Нерациональное освещение может, кроме того, являться причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие источники света и блики от них, резкие тени ухудшают видимость настолько, что вызывает полную потерю ориентировки на местности.

При неудовлетворительном освещении, кроме того, снижается производительность труда и как следствие качество знаний.

Ученик проводит в помещениях и в школе большую часть своего времени. Вот почему просто необходимо знать, и не просто знать, а еще и выполнять все требования к освещению школьных помещений и рабочих мест.

Различные характеристики, параметры и показатели освещения.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями.

К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, освещенность и яркость.

Часть лучистого потока, которая воспринимается зрением человека как свет, называется световым потоком Ф и измеряется в люменах (лм).

Световой поток Ф - поток лучистой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению, характеризует мощность светового излучения.

Единица светового потока - люмен (лм) - световой поток, излучаемый точечным источником с телесным углом в 1 стерадиан при силе света, равной 1 канделе.

Световой поток определяется как величина не только физическая, но и физиологическая, поскольку ее измерение основывается на зрительном восприятии.

Все источники света, в том числе и осветительные приборы, излучают световой поток в пространство неравномерно, поэтому вводится величина пространственной плотности светового потока - сила света I.

Сила света I определяется как отношение светового потока dФ, исходящего от источника и распространяющегося равномерно внутри элементарного телеcного угла, к величине этого угла.

За единицу величины силы света принята кандела (кд).

Одна кандела - сила света, испускаемого с поверхности площадью 1/6·105м2 полного излучения (государственный эталон света) в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания платины (2046,65 К) при давлении 101325 Па.

Освещенность Е - отношение светового потока dФ падающего на элемент поверхности dS, к площади этого элемента

Е = dФ/dS.

За единицу освещенности принят люкс (лк).

Яркость L элемента поверхности dS под углом относительно нормали этого элемента есть отношение светового потока d2Ф к произведению телесного угла dЩ, в котором он распространяется, площади dS и косинуса угла ?

L = d2Ф/( dЩ·dS·cos и) = dI/(dS·cosи),

где dI - сила света, излучаемого поверхностью dS в направлении и.

Коэффициент отражения характеризует способность отражать падающий на него световой поток. Он определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Фотр. к падающему на него потоку Фпад..

К основным качественным показателям освещения относятся коэффициент пульсации, показатель ослепленности и дискомфорта, спектральный состав света.

Для оценки условий зрительной работы существуют такие характеристики, как фон, контраст объекта с фоном.

При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое светом неба, проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях, искусственное, осуществляемое электрическими лампами и совмещенное, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Естественное освещение помещения через световые проемы в наружных стенах называется боковым, а освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания называется верхним. Сочетание верхнего и бокового естественного освещения называется комбинированным естественным освещением.

Качество естественного освещения характеризуют коэффициентом естественной освещенности (КЕО). Он представляет собой отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба, к значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода; выражается в процентах.

По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух систем - общее и комбинированное. В системе общего освещения светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение). В системе комбинированного освещения к общему освещению добавляется местное, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах.

Применение одного местного освещения не допускается.

Измерение освещенности самодельным люксметром.

1. Фотоэлектрический экспонометр.

Все старые фотолюбители знакомы с удобным прибором, определяющим экспозицию при съемке - с фотоэлектрическим экспонометром. Вы открываете крышку прибора, направляете его «глаз»  на предмет, который хотите сфотографировать, и стрелка на шкале тут же показывает, какую надо сделать выдержку. Прибор не требует никаких источников питания – батареек, аккумуляторов. Он преобразует световую энергию в энергию электрического тока, отклоняющую стрелку. Свет превращается в ток.

Чувствительный элемент экспонометра сделан из полупроводника селена, обладающего дырочной проводимостью. Он лежит на стальной подложке. На внешнюю поверхность селена нанесена тонкая пленка металла, например золота. И эта добавка превращает поверхностную область полупроводника из дырочной - в электронную.

В электронной области обстрел световыми частицами (фотонами) освобождает из атомов электроны. Они мечутся, сталкиваются и, «не умещаясь» в тоненьком слое электронного селена, уходят в пленку золота. Иного пути у них нет, так как в дырочную область дорога закрыта запирающим слоем. Поэтому в пленке золота накапливается избыток электронов – отрицательный электрический заряд. Вместе с электронами в электронной области, естественно, образуется и некоторое количество дырок. Для них запирающий слой не преграда. Положительный заряд как бы «пропуск» для прохода через границу. И благодаря этому на стальной подложке возникает положительный заряд. Таким образом, энергия света создает разность потенциалов между противоположными поверхностями полупроводниковой пластинки. Если эти поверхности соединить проволочкой, возникает электрический ток, который будет течь, пока селен освещен. И сила тока будет тем больше, чем сильнее освещение.

Наша задача изготовить люксметр – прибор для измерения освещенности (используя фотоэлектрический экспонометр); измерить освещенность в школьных помещениях и выяснить соответствуют ли они санитарным нормам. Снять полярную диаграмму освещенности, создаваемую настольной лампой.

Оборудование: фотоэлектрический экспонометр, микроамперметр, вольтметр, электрическая лампочка (6в, 21 Вт), источник тока, соединительные провода, линейка.

Так как показания фотоэлектрического экспонометра зависят от освещенности фотоэлемента, то, если проградуировать его шкалу в единицах освещенности (люксах), можно получить люксметр.

Для такой градуировки шкалы нужно иметь эталонный источник света, например электрическую лампочку с известной силой света I. Меняя освещенность фотоэлемента путем изменения расстояния R между ним и лампочкой, нужно построить градуировочный график зависимости освещенности фотоэлемента Е=I/R2 (в люксах) от показаний фотоэлектрического экспонометра. После этого по показаниям фотоэлектрического экспонометра можно определять освещенность в том месте, где расположен фотоэлемент.

Следует иметь в виду, что поскольку нить электрической лампочки не точечный источник, сила света существенно зависит от направления наблюдения. На рисунке показана полярная диаграмма силы света используемой в работе электрической лампы 6в, 21 кд).

Выполнение работы: мы собрали электрическую цепь. Расположили лампочку цоколем вниз так, чтобы ее нить была параллельна плоскости фотоэлемента. Расстояние лампочки и фотоэлемента от поверхности стола должно быть одно и то же, напряжение на лампочке 6В. (Только при выполнении этих условий силу света лампочки можно считать равной 26 кд.)

Записали в отчетную таблицу показания фотоэлектрического экспонометра при различных расстояниях R между фотоэлементом и лампочкой. Для каждого расстояния определили освещенность фотоэлемента Е=I/R2

Построили график градуировки шкалы фотоэлектрического экспонометра.

При помощи самодельного люксметра произвели измерения освещенности классной доски и освещенности в классе на уровне 0,8 м от пола, а так же вестибюля школы и других помещений.Измерения производились в солнечную погоду, в пасмурный день при естественном освещении и в пасмурный день при смешенном освещении. Результаты занесены в таблицу, и полученные результаты сопоставлены с необходимыми для учебных помещений санитарными нормами освещенности.

Из графика мы видим, что в пасмурную погоду необходимо использовать смешенное освещение, идеальным для глаз, конечно, является солнечный свет, но не яркий, а рассеянный.

Затем была снята полярная диаграмма освещенности, создаваемая настольной лампой.

Освещение на рабочем месте учащегося должно быть таким, чтобы он мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:

недостаточность освещенности;

чрезмерная освещенность;

неправильное направление света.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

полярная диаграмма освещенности, создаваемая настольной лампой.

Освещение на рабочем месте учащегося должно быть таким, чтобы он мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:

недостаточность освещенности;

чрезмерная освещенность;

неправильное направление света.

Это приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, наступает преждевременная утомленность. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Исследуемая настольная лампа имеет освещенность на уровне глаз учащегося превышающую санитарные нормы, отмечается и неправильное направление света, что невозможно исправить, так как абажур и подставка жестко зафиксированы, такая лампа может использоваться высоким человеком рост которого около 2 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы рассмотрели требования к освещению школьных помещений и рабочих мест, гигиенические характеристики естественного и искусственного освещения, нормы освещенности, выбор источников света, светильников. Все это в непосредственной мере влияет на микроклимат, а значит и на здоровье, самочувствие человека. Вот почему так важно соблюдать все требования и нормы, связанные с освещением.

Рецензия.

При выполнении данной работы учащийся изучил дополнительный материал: характеристики, параметры и показатели освещения, познакомился с механизмом возникновения фотоЭДС при освещении фотоэлемента.

Так же изготовил самодельный прибор для измерения освещенности – люксметр и с его помощью измерил освещенность в классе, сравнив ее с санитарными нормами. График градуировки шкалы фотоэлектрического экспонометра позволяет делать измерения освещенности в пределах от 30-1200 лк.

Диаграмма измерений освещенности в солнечную погоду, в пасмурный день при естественном освещении и в пасмурный день при смешенном освещении наглядно показывает о необходимости применения смешенного освещения в пасмурную погоду.

Полярная диаграмма освещенности, создаваемая настольной лампой показала, что к осветительным приборам, имеющимся в продаже надо подходить дифференцированно, так как  исследуемая настольная лампа имеет освещенность на уровне глаз учащегося превышающую санитарные нормы, отмечается и неправильное направление света, что невозможно исправить, так как абажур и подставка жестко зафиксированы, такая лампа может использоваться высоким человеком рост которого около 2 м.

Недостатки в работе вижу в большой погрешности изготовленного прибора и небольших пределах измерения, в данном случае можно порекомендовать использовать фотоэлемент селеновый подключенный к микроамперметру и проградуировать микроамперметр, увеличив его чувствительность, переключив на измерение силы тока до 100 мкА. Градуировку люксметра можно проводить и в частично затемненном помещении. Вблизи лампы и фотоэлемента не должно быть посторонних предметов (это позволит уменьшить влияние отраженного света), а поверхность стола желательно покрыть черной бумагой или темной тканью. Проградуировать шкалу микроамперметра в люксах можно, используя и другие электрические лампочки. В таблице приведены значения максимальной силы света лампочек.

Зная интерес учащегося к медицине (он из семьи медиков), могу порекомендовать ему продолжить работу по изучению света в светотерапии. В настоящее время наиболее популярен метод цветовой медитации. Основан он на том, что все цвета имеют свое излучение, несущее свою информацию. Воздействуя цветом на определенный внутренний орган, можно его лечить, нормализуя его деятельность, наполняя силой и здоровьем.

Список литературы:

1. СП 23-102-2003 Естественное освещение жилых и общественных зданий

2. СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение