XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Воздействие ЭМИ на организм человека
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность - каждый человек сталкивается с ЭМИ в повседневной жизни и ему необходимо иметь представление о них, а так же не забывать о мерах предосторожности при использовании бытовых приборов.
Цель - провестиисследование, которое покажет, на сколько человек подвержен воздействию ЭМИ. Создать учебное пособие в виде плаката для кабинета физики.
Задачи:
обратиться к интернету и литературе для подробного изучения темы;
провести исследование, с помощью специального устройства, измеряющего электромагнитное излучение, которое покажет результаты в виде данных о силе ЭМИ измеряемого бытового прибора;
сделать выводы на основе данной информации;
создать учебное пособие на основе выводов для кабинета физики, доступное любому читателю.
Проблема - ЭМИ опасно и человеку нужно исключить его воздействие на себя, ведь сейчас везде «опасно».
Гипотеза - моё исследование покажет, что в бытовых условиях на человека не действует ЭМИ больше допустимых значений, на протяжении долгого времени.
Назначение - мой проект поможет простому человеку, школьнику, а так же любому другому читателю узнать о том, как много человеческий организм подвергается воздействию ЭМИ в жилом помещении, а так же напомнит о мерах предосторожности при использовании бытовых приборов
Электромагнитные волны
Открытие электромагнитных волн объединило, казалось бы, абсолютно разнородные свойства - электричество и магнетизм, обнаружив в них различные стороны одного и того же физического явления - электромагнитного взаимодействия. Электромагнитные колебания, возникающие в колебательном контуре, по теории Максвелла могут распространяться в пространстве. В своих работах он показал, что эти волны распространяются со скоростью света в 300 000 км/с. Однако очень многие ученые пытались опровергнуть работу Максвелла, одним из них был Генрих Герц. Он скептически относился к работам Максвелла и попытался провести эксперимент по опровержению распространения электромагнитного поля. В электромагнитном поле магнитная индукция и напряженность электрического поля располагаются взаимно перпендикулярно, и из теории Максвелла следовало, что плоскость расположения магнитной индукции и напряженности находится под углом 900 к направлению распространения электромагнитной волны (рис. 1).
|
Рис.1 Плоскости расположения магнитной индукции и напряженности |
Рис.2 Вибратор |
Эти выводы и попытался оспорить Генрих Герц. В своих опытах он попытался создать устройство для изучения электромагнитной волны. Для того чтобы получить излучатель электромагнитных волн, Генрих Герц построил так называемый вибратор Герца, сейчас мы называем его передающей антенной (рис. 2).
Рассмотрим, как Генрих Герц получил свой излучатель или передающую антенну.
|
Рис.3 Закрытый колебательный контур Герца |
Рис.4 Излучение электромагнитной волны |
Имея в наличии закрытый колебательный контур (рис. 3), Герц стал разводить обкладки конденсатора в разные стороны и, в конце концов, обкладки расположились под углом 1800, при этом получилось, что если в этом колебательном контуре происходили колебания, то они обволакивали этот открытый колебательный контур со всех сторон. В результате этого изменяющееся электрическое поле создавало переменное магнитное, а переменное магнитное создавало электрическое и так далее. Этот процесс и стали называть электромагнитной волной (рис. 4). В итоге теория Максвелла была подтверждена.
Первооткрыватели
|
Рис.5 Майкл фарадей. Физик |
Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию, лежащую в основе современного промышленного производства электричества и многих его применений. Создал первую модель электродвигателя. Среди других его открытий - первый трансформатор, химическое действие тока, законы электролиза, действие магнитного поля на свет, диамагнетизм. Первым предсказал электромагнитные волны. Фарадей ввёл в научный обиход термины ион, катод, анод, электролит, диэлектрик, диамагнетизм, парамагнетизм и другие. |
|
Рис.6 Г. Герц |
Генрих Рудольф Герц (рис.6) основное достижение - экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн. Он подробно исследовал отражение, интерференцию, дифракцию и поляризацию электромагнитных волн, доказал, что скорость их распространения совпадает со скоростью распространения света, и что свет представляет собой разновидность электромагнитных волн.Рис.6 |
|
Рис.7 Д. Максвелл |
Джеймс Клерк Максвелл - британский физик, математик и механик. Член Лондонского королев-ского общества. Максвелл заложил основы совре-менной классической электродинамики (уравнения Максвелла), ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, получил ряд следствий из своей теории (предсказание электромагнитных волн, электромагнитная природа света, давление света и другие) (рис.7). |
Понятие электромагнитной волны
Электромагнитные волны - это электромагнитные колебания, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью (рис.8).
Электрическое поле - особый вид материи, который окружает каждый электрический заряд и оказывает силовое воздействие на все другие заряды. Притягивая или отталкивая их. Также электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем (рис.9).
|
Рис.8 Электромагнитные волны. |
Рис.9 Электрическое поле, между разноимёнными зарядами. |
Магнитное поле
Магнитное поле - это особый вид материи, который существует вокруг магнитов (рис.10 и 11) или движущихся зарядов.
У нее есть несколько условий для существования:
порождается только движущимся электрическим зарядом;
обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.
|
Рис.10 Магнитное поле магнита |
Рис. 11 Магнитное поле магнитов |
Практическая часть
После повторения теоретической части, я перейду к практической, а именно исследованию и экспериментам.
Исследование
Используя профессиональный прибор (рис.12), я измеряю электрическое и магнитное поле в квартире, а именно рядом с бытовыми приборами, которые, по моему мнению, излучают большое количество ЭМИ. Для того чтобы узнать, не превышает ли он допустимое значение, которое можно узнать в СанПиН РФ. Норматив низкочастотного магнитного поля, имеющий значение в 0,2 мкТл. Данный норматив в России, ссылаясь на «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям», имеет значение в 10 мкТл. К электрическому полю ВОЗ применяет норматив в 40 В/м, в России такой норматив имеет значение 50 В/м.
|
Рис.12 Прибор для измерения ЭМИ |
Рис. 13 Процесс измерения |
Рис. 14 Процесс измерения |
В поле моих интересов попали такие бытовые приборы, как чайник, микроволновка, монитор, системный блок компьютера (рис. 13 и 14). Поскольку именно этими приборами человек пользуется каждый день, по нескольку раз. Опыты я провёл несколько раз, чтобы получить достоверный результат.
Результаты
Я выяснил, что приборы излучают большое количество ЭМИ вблизи (рис. 15 и 16). Это значит, что необходимо соблюдать меры предосторожности при их использовании и ограничить своё пребывание в непосредственной близости к бытовым приборам.
|
Рис.15 |
Рис.16 |
Рис.17 |
Рис.18 |
|
Процессы измерения |
|||
Но при удалении на некоторое расстояние (до метра), ЭМИ рассеиваются, это значит что человек мало подвержен излучению (рис.17 и 18), тем не менее, излучение не нулевое, это значит, что воздействие на организм человека есть.
Я создал таблицу (рис. 19) и график (рис. 20) на основе результатов эксперимента, которые показывают зависимость силы электромагнитного излучения от расстояния. Основываясь на них, можно сделать вывод, что чем дальше тело находится от источника ЭМИ, тем меньше оно подвержено воздействию изучения.
В моих экспериментах я измерял плотность потока ЭМИ, исходящего от микроволновки, чайника, монитора, системного блока.
Рис. 19 Опыты по измерению ЭМИ разных приборов и устройств. График
|
Расстояние (см). |
Монитор эп (в/м). |
Монитор мп (мТл). |
Чайник мп (в/м). |
Чайник эп (мТл). |
Микроволновка эп(мТл). |
Микроволновка мп(в/м). |
Сист.блок мп (в/м). |
Сист. блок эп(мТл). |
|
0 |
544 |
0,475 |
0,29 |
485 |
329 |
34,825 |
7,685 |
581 |
|
30 см |
192 |
0 |
0 |
141,5 |
151,5 |
2,695 |
0 |
135 |
|
50см |
174 |
0 |
0 |
115 |
98 |
0 |
0 |
73 |
|
100см |
0 |
0 |
0 |
0 |
29 |
0 |
0 |
0 |
Рис. 20 Таблица с результатами опытов
В таблице (рис.20) приведены средние результаты измерений Электрического и Магнитного поля, ЭП и МП соответственно. С расстоянием сила воздействия стремительно падает, что можно увидеть на графике (рис. 19). А если измерить ЭМИ, например, за обеденным столом или кровати, то его значения будут нулевыми. Значит в тех местах, где человек проводит большую часть времени, он не подвержен воздействию ЭМИ. Мне стало интересно, какую энергию несет электромагнитная волна. Для этого я использовал несколько формул, с помощью которых, можно рассчитать плотность потока в точке пространства (рис.21).
Рис.21 Формула расчёта энергии ЭМВ
Проведя некоторые расчёты (рис. 22), я могу сказать что энергия, исходящая от приборов не большая и не представляют угрозы жизни человека. Например, для того, чтобы вскипятить литр воды, потребуется 335 тысяч джоулей энергии, при этом ЭМИ составит 0,92 нДж, что не превышает допустимой нормы.
Рис. 22 Расчёты энергии ЭМИ, исходящая от монитора
Вывод
Я убедился в актуальности своего проекта, поскольку ЭМИ действительно окружают нас, даже дома на кухне. Проблема, поставленная в начале довольно серьёзная и она имеет место быть, но её можно решить, нужно всего лишь помнить о том что бытовые приборы изучают ЭМИ и не находиться близко. Гипотеза подтверждена с помощью специального устройства, в процессе измерения, я зафиксировал превышения допустимых значений только в непосредственной близости к прибору, что говорит о том, что во время их работы рекомендуется отходить на расстояние. Так же я выполнил все задачи, которые были поставлены. Благодаря проведенным исследованиям, я могу создать учебное пособие в виде плаката (что и являлось целью моего проекта), которое даст возможность наглядно лицезреть воздействие ЭМИ на организм человека и напомнит о мерах предосторожности.
Список литературы
Wikipedia, ru.wikipedia.org, https://ru.wikipedia.org/?l
Ekosf, ekosf.ru, https://ekosf.ru/
Elementy, elementy.ru, https://elementy.ru
Interneturok, interneturok.ru, https://interneturok.ru/