close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3.Проблемно-ориентированные физические практикумы в условиях открытого образования в цикле естественнонаучных дисциплин. Практические аспекты. Монография.

код для вставкиСкачать
ПОФП В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ  Практические аспекты
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАЛАЧЕВ Николай Валентинович
ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ
ПРАКТИКУМЫ В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ
В ЦИКЛЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН
Практические аспекты
Москва 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Калачев Николай Валентинович
ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ
ПРАКТИКУМЫ В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ
В ЦИКЛЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН
Практические аспекты
13.00.02 – Теория и методика обучения и воспитания
(физика, уровень высшего профессионального образования)
г. Москва – 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 378.147:88
ББК 74.58 + 22.3
К 17
Работа печатается по решению учёного совета
факультета физики и информационных технологий
Московского педагогического государственного университета
Рецензенты: Г.П. Стефанова – доктор педагогических наук, профессор, АГУ;
А.М. Коротков – доктор педагогических наук, профессор, ВГПУ;
Ю.Л. Колесников – доктор физико-математических наук, профессор СПбИТМО
(ГУ).
Калачев Н.В.
К 17 Проблемно-ориентированные физические практикумы в условиях открытого образования в цикле естественнонаучных дисциплин. Практические аспекты: монография
/ Н.В. Калачев. – М.: Издательский дом МФО. 2011. – 228 с.
В монографии рассматриваются практические аспекты проблемно-ориентированных
физических практикумов, широко применяемых в условиях открытого образования в циклах
естественнонаучных дисциплин. В первой главе рассмотрены методические указания к лабораторным работам, проводимым по теме «Методы и приборы контроля среды обитания». Две
последующие главы посвящены практическим проблемам, возникающим при проведении физических практикумов по акустической и радиационной экологии. В четвертой главе рассматриваются вопросы, возникающие при проведении проблемно-ориентированных физических
практикумов по экологии электромагнитного излучения.
Книга будет полезна преподавателям, аспирантам и студентам - будущим учителям
физики и технологии.
Научный редактор: – доктор физико-математических наук, профессор М.Б. Шапочкин,
МФО.
ISBN 978-5-9900-230-4
© Калачев Н.В. 2011
© Московский педагогический государственный университет, 2011
© Оформление. ООО «Издательский дом МФО», 2011
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
5
Глава 1. Методические указания к проблемно-ориентированным физическим практикумам по методам и приборам контроля среды обитания
14
1.1. Лабораторная работа «Измерение температуры термометрами разных типов»
14
1.2. Приложение 1.1 «Термометры и измерители температуры»
24
1.3. Лабораторная работа «Измерение относительной влажности воздуха»
26
1.4. Приложение 1.2 «Гигрометры и психрометры»
40
1.5. Лабораторная работа «Измерение освещённости рабочего места»
42
1.6. Приложение 1.3 «Нормативные значения освещённости»
57
1.7. Приложение 1.4 «Приборы для измерения освещённости и яркости»
58
1.8. Лабораторная работа «Исследование зависимости электропроводности раствора от температуры и концентрации»
65
1.9. Приложение 1.5 «Приборы для кондуктометрического контроля»
71
1.10. Лабораторная работа «Оценка токсичности среды методом биотестирования»
72
1.11. Приложение 1.6 «Приборы для биотестирования»
81
1.12. Лабораторная работа «Измерение концентрации лёгких аэроионов в
воздухе»
82
1.13. Приложение 1.7 «Приборы – счётчики аэроионов»
96
Глава 2. Методические указания к проведению проблемноориентированных физических практикумов по акустической экологии
98
2.1. Лабораторная работа «Измерение уровня эффективного звукового
давления»
98
2.2. Лабораторная работа «Определение скорости звука в воздухе методом
стоячих волн»
111
2.3. Лабораторная работа «Измерение уровня звукового давления, создаваемого несколькими источниками»
120
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.4. Приложение 2.1 «Метод Стьюдента»
136
2.5. Приложение 2.2 «Шумомеры, виброметры, анализаторы спектра»
139
Глава 3. Методические указания к проведению проблемноориентированных физических практикумов по радиационной экологии
148
3.1. Лабораторная работа «Измерение окружающего радиационного фона»
148
3.2. Приложение 3.1 « Дозиметрические приборы»
164
Глава 4. Методические указания к проведению проблемноориентированных практикумов по экологии электромагнитного излучения 171
4.1. Лабораторная работа «Измерение параметров электромагнитных полей»
172
4.2 Лабораторная работа «Измерение индукции магнитного поля»
183
4.3. Приложение 4.1 «Измерители параметров электромагнитного поля»
194
Заключение
201
Литература
204
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Задача обеспечения процесса обучения физике на основе проблемноориентированных физических практикумов в технических вузах выступает интегрирующей и самоорганизующей системой обновления и создания вариативных методов обучения не только физике, но и общепрофессиональным дисциплинам [104, 105]. Система обучения на основе проблемно-ориентированных физических практикумов обладает рядом важных преимуществ по сравнению с
традиционными системами: нелинейность, вариативность, индивидуальный
подход и проблемно ориентированные способы освоения различных уровней
подготовки как по физике, так для и повышения квалификации будущих инженеров. При обучении физике по этой методике учитывается не только конкретика изучаемого предмета исследования, но и то, что у будущего инженера развивается способность к навигации и готовность самостоятельно выстраивать траекторию профессиональной деятельности, обладать реальным инструментарием
действий (исследовательским, аналитическим, информационным и организационным) и алгоритмом (логистикой) их выполнения и оценки.
В ряде технических университетов проблемно-ориентированные физические практикумы, спроектированные на междисциплинарной основе, сочетаются
с элитным обучением [164]. При этом освоение дополнительной образовательной программы по физике в техническом университете реализуется широким
вариативным способом и большим набором предлагаемых возможностей. В зависимости от осваиваемой будущей инженерной специализации студентам
(и/или слушателям курсов повышения квалификации) может быть предложен
выбор из ряда профильно-ориентированных модулей, а также дается возможность самостоятельного конструирования индивидуального вектора и формирования компетентностей по физике за счет выбора курсов из разных модулей. Построение модулей на основе проблемно-ориентированных физических практикумов предполагает междисциплинарный принцип (межпредметные связи) и носит методолого-практический характер, так как ориентирован на формирование
многофакторного и кластерного мышления.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обучение
студентов
методике,
опирающейся
по
проблемноориентированные физические практикумы (ПОФП), позволяет достичь следующих результатов:
•
развиваются способности алгоритмично и системно мыслить, действовать на границе разных профессиональных естественнонаучных и технических сообществ, обладать аналитическими навыками по переработке больших
объемов различного типа и вида информации по новейшим технологиям, подвергать их анализу и интерпретации, находить нестандартные подходы в решении различных проблем;
•
формируются умения и навыки прогнозировать, принимать меры по
предупреждению негативных последствий на экосистемы, применять и повсеместно внедрять энергосберегающие технологии.
Метод ПОФП позволит осуществить:
1.
Усиление интеграции образования и науки, при этом создается основа для новых методологических направлений деятельности в области обучения
физике и новых педагогических подходов, сокращаются сроки внедрения научных результатов в образовательную практику. Достигается повышение эффективности научно-инновационной деятельности технических вузов.
2.
Радикальное обновление физического образования не только в технических университетах РФ, но и в классических университетах и педагогических вузах.
3.
Существенное повышение качества обучения физике будущих инженеров. Это позволит создать современную фундаментальную базу мирового
уровня для повышения конкурентоспособности выпускников технических университетов в области наукоемких технологий.
В настоящее время многие технические университеты РФ находятся на
этапе преобразования в исследовательские университеты, в которых должна
осуществляться подготовка специалистов, обладающих значительным научным
и творческим потенциалом, и которые будут способны вести на базе фундаментальных и прикладных исследований многоплановую научно-внедренческую
деятельность в широком спектре специальностей и наукоемких технологий.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В соответствии с концепцией долгосрочного социально-экономического
развития Российской Федерации на период до 2020 года [185] и инновационными программами подготовки специалистов в этих областях, эти задачи предполагается выполнять на основе реализации исследовательского, практикоориентированного, задачного, компетентностного и контекстного подходов к
обучению, сочетания фундаментальной и профессиональной направленности
образования, усиления творческой учебной деятельности. Поскольку физика на
всех этапах развития общества всегда была наиболее эффективной основой промышленного и сельскохозяйственного производства, кроме того она (как наука)
имеет богатейший опыт превращения (преобразования) гипотез и научных открытий в реальные приборы и технологии, поэтому ее роль многократно возрастает с развитием информационной среды. Следовательно, для полноценного овладения соответствующих методик, физику следует рассматривать как неотъемлемую часть полноценного инженерного образования, вносящего вклад в развитие творческой личности, в оснащение будущего выпускника технического университета современной методологией инновационной и внедренческой деятельности, готового самостоятельно ставить и квалифицированно решать новые задачи.
Проведенное нами внедрение результатов педагогического эксперимента в
учебный процесс в ряде технических университетов [76, 93, 102, 108], позволил
решить ряд проблем по совершенствованию системы подготовки инженеров в
технических вузах, но в то же время оно не решают в полной мере проблему
развития и формирования творчества будущих выпускников технических университетов и организации их самостоятельной поисковой и исследовательской
учебной деятельности. Наши исследования не затрагивают ряд других вопросов,
связанных с обучением физике, таких как: технологического обеспечения формирования творческой учебной деятельности при обучении физике, пути и методы реализации единства обучения и саморазвития, методы комплексного использования информационных технологий как методологического регулятора
построения содержания лекционных, практических и лабораторно-практических
занятий для развития и проявления студентами творческих способностей и индивидуальности и т.д.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Анализ публикаций [6, 8, 9], показывает, что до сих пор, несмотря на особую значимость рассматриваемых проблем, как в практике работы, так и в методике преподавания в большинстве технических университетов не уделяется
должного внимания сочетанию формирования предметных знаний по физике с
организацией творческой самостоятельной деятельностью учащихся.
При этом если изменить содержание и методологию учебного процесса, то
обсуждаемые вопросы могут быть решены так, чтобы сочетать традиционное
обучение физике с развитием и формированием творческой учебной деятельности на всех видах занятий: лекционных, практических и лабораторнопрактических на основе информационных технологий [102]. Для осуществления
этих решений необходимы как интеграция, так и синтез методологических, методических подходов и дидактических принципов в рамках технологических
реализаций приемов в обучении студентов. Одним из них является проблемноориентированные физические практикумы (ПОФП) на основе информационных
технологий, включающие систему комплексной самостоятельной работы поисково-исследовательского характера.
Под проблемно-ориентированными физическими практикумами (ПОФП)
на основе информационных технологий мы понимаем процесс обучения физике
при интерактивном взаимодействии между субъектами учебного процесса, оперативном управлении методами, методиками и средствами обучения для обеспечения творческой самостоятельной работы студентов, основой которой является
поисковая учебно-исследовательская деятельность с использованием информационных технологий, ориентированная на овладение методами поиска проблемных ситуаций, и решения задач, соответствующих актуальным вопросам науки и
практики [96].
На основе ПОФП можно создать условия и ситуации, побуждающие студентов к ответственной самостоятельной учебной и научно-исследовательской
работе, условий для качественно нового формирования их творческой познавательной деятельности. При этом происходит расширение проблемного поля
обучения физике в техническом университете, а вследствие применения современных информационных технологий, и приближение его содержания к современному уровню научных знаний. Широкое и активное использование методологии физики в учебном процессе как науки во всей полноте требует обучения,
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ориентированного не только на освоение системы предметных знаний, но и на
развитие индивидуального творчества студентов. В этом случае проблемноориентированные физические практикумы (ПОФП) на основе информационных
технологий могут быть переведены на уровень инновационной технологии и
существенным образом преобразовать характер обучения в отношении целевой
ориентации, способов взаимодействия студента и преподавателя, возможности
организации новых форм самостоятельной работы, дифференциации и активного участия учащихся в научном творчестве.
Проблемно-ориентированные физические практикумы (ПОФП) на основе
информационных технологий в общем случае опираются на общепсихологические и дидактические закономерности и, как показывает педагогический эксперимент [93, 172], в сочетании с традиционными методами способствуют активизации самостоятельной и научно-поисковой деятельности студентов. Применение ПОФП создает необходимые условия для развития познавательной мотивации учащихся и преобразует их потребность в деятельность. При этом возрастает потребностное состояние, когда мотив обучения преобразуется в устойчивое
стремление к познавательно-ориентированному процессу получения знаний.
Одновременно решается задача формирования у студентов элементов инновационной деятельности [10], а также механизма функционирования и развития личности – рефлексии, персонализации и стереотипизации (Н.Г. Алексеев [2]). Очевидно, что формирование инновационных умений и навыков можно и необходимо начинать с младших курсов [144, 200, 213, 214] при весьма важном условии сохранения фундаментальности традиционного образования [3, 12, 169]. В
этой системе результат – мотивация следует учитывать особенности обучения в
техническом университете [34, 37]. Несомненно, что сложность выбора критерия мотивации очевидна. При этом на наш взгляд, одним из методов оценки мотивации, является оценивание по количеству вопросов, поставленных учащимися к данной теме изучения, их готовность выполнять проектное задание. В качестве мотивации учитывается профессиональная направленность, скорость ее
достижения при выполнении данного проекта.
С позиций педагогики системно-деятельностный подход (В.С. Леднев
[147] – В.Г. Афанасьев [13]) рассматривает систему как «совокупность объектов,
взаимодействие которых вызывает появление новых интегративных качеств, не
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
свойственных отдельно взятым образующим систему компонентам. Система активно воздействует на свои компоненты, преобразуя их соответственно собственной природе» [147, с. 27]. Именно данные свойства присущи композиционному физическому эксперименту [102, 139, 140].
На основе свойств композиционности в физическом эксперименте реализуются следующие принципы дидактики [6, 8, 9, 96, 138, 139, 145, 173]:
1. Перенос знаний и умений в новую создаваемую или созданную проблемную ситуацию.
2. Самостоятельное выделение проблемы в изученной ситуации.
3. Деятельностное разрешение противоречий в проблемной ситуации.
4. Выделение основных элементов системы, ее структуры и раскрытие ее
свойств.
5. Формирование новых свойств системы на основе выделенных аналогов.
6. Создание визуализированной модели и интегрирование обучающей
информации.
7. Варьирование информационными технологиями, применяемыми для визуализации и моделирования.
8. Реализация нечетко заданных или менее определенных условий, т.е.
создание переизбытка информации для инициации любопытства, интереса и поля деятельности.
9. Детализация информации с помощью интерактивных справок, презентаций, схем, позволяющих реализовать активную преобразовательную деятельность, поэлементно видеоинтегрировать свойства учебного материала посредством условных обозначений, стрелок, направлений перемещения, параллельного
совмещения графиков на одном кадре монитора и т.п.
10. Формирование междисциплинарных объединений на основе информатики, физики и математики и визуализированного информационного поля.
11. Применение натурного эксперимента при синхронном видоизменении
на виртуальной схеме и сопряженном представлении различных способов представления изучаемого явления [102, 141, 146].
Как в традиционной, так и в инновационной схеме на занятиях по физике
и других естественнонаучных дисциплин создаются научные, поисковые, технические, учебные проблемы. Общей психологической основой названных про10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
блем, началом мыслительного акта и в научном познании, и в обучении являются проблемные ситуации [156]. Поэтому во многих исследованиях педагогов и
психологов определено отличие этих проблем друг от друга и показано, каким
образом их следует формировать [2, 24, 25, 146-148, 156, 158, 184, 186, 201, 220].
Отличие учебной проблемы от научной определяется логикой раскрытия причинно-следственных связей и различием функций элементов структуры проблем, ролью и значением неизвестного и известного. Если на лекции рассказано
о каком-либо законе физики, то при выполнении стандартной лабораторной работы по этой теме проблемной ситуации не возникает. В этом случае проводится
экспериментальная проверка, которая сама по себе означает получение навыков
проведения измерений. Следовательно, необходимым и обязательным условием
является создание соответствующего физического эксперимента, в котором методологически ориентировано развивается проблемная ситуация, реализуются
учебно-познавательные задачи, выступающие в виде учебной, исследовательской или иной проблемы, происходит (П.И. Пидкасистый [171]) преобразование
учебной информации в знания и их закрепление, осуществляется постоянное
конструирование нового знания. В этом случае в учебном задании создан полноценный в гносеологическом и дидактическом отношении материал, усвоение
которого способствует развитию обучающегося как личности. Это приводит к
стиранию различия между учебной и научной проблемой. Известно [156], что
различие учебной и научной проблем раскрывается на каждом из трех этапов
творческого мышления: а) возникновения проблемной ситуации; б) постановки
проблемы; в) ее решения. Проблемные ситуации в науке возникают как результат практических требований развития производства и самой науки, в итоге перерастания практической проблемы в научную или по логике развития собственно науки. В обучении им соответствуют проблемные ситуации, возникающие
стихийно или преднамеренно создаваемые преподавателем. Методологизация и
повышение научного уровня курса общей физики эффективно способствуют
развитию творчества, способности ставить и решать новые задачи, принимать
решения и выполнять другие процедуры учебного моделирования и проектирования – наиболее развитой в настоящее время методологии созидательной деятельности. Таким образом, преднамеренно организованные проблемные ситуации определяются поисковыми требованиями [1, 4, 26, 27, 30, 170, 213, 214].
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Проблема «как найти и теоретически обосновать новое знание» перестает быть
учебной. Кроме того, эти различия легко преодолимы посредством исследовательских проектно-поисковых задач, а также благодаря корпоративному характеру современного проблемного обучения [14, 32, 36, 119, 133-134, 143]. В связи
с тем, что образование по современной парадигме протекает всю жизнь, развитие мыслительных способностей студента и ученого совпадает, оно непрерывно,
и проблемные ситуации в обучении и науке имеют единые цели. Особенно
большое значение, как в процессе научного исследования, так и в обучении имеет факт постановки проблемы. При соответствующей дидактической схеме физического практикума (композиционность) творческие процессы могут протекать примерно в одинаковых условиях у ученых, с одной стороны, и у студентов
2–3-го курса – с другой [7]. Поэтому логико-психологической основой процессов постановки научной и учебной проблем в учебном исследовании является их
соответствие.
Признаком познавательно-практической задачи является известный заранее результат при неизвестном средстве его достижения [166]. Этот метод является весьма эффективным и продуктивным в плане развития творческих способностей студентов и школьников. Если результат неизвестен полностью, то задачу следует считать чисто познавательной. Творческие способности студентов
развиваются путем применения творческих задач в процессе технического моделирования и экспериментирования [4, 11, 76, 93, 102, 108, 139, 140, 141, 143, 145,
146]. Если к этим признакам добавить педагогически регламентированное деятельностное назначение и проблемность данных задач, то классификацию следует считать удачной [18, 142]. Здесь явно прослеживается недооценка задач, в
которых известен результат, но неизвестны средства его достижения. Именно
последнее обстоятельство делает эти задачи проблемными, так как предполагает
несколько путей решения (вариативный подход), что характерно для большого
числа физических задач [26, С. 196–203; 137, 140, 162, 205].
Для целей обучения физике ряд исследователей выделяет физикотеоретические, физико-методологические, физико-исторические проблемы и
проблемы, связанные с применением знаний по физике на практике [27, 48, 49,
60, 119, 120, 130, 155, 159]. Интересны положения И. Ван-дер-Гера, в которых
рассматривается процесс решения проблемы как постепенное сближение усло12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вий и требований задачи. Различие между проблемами усматривается «как различие путей достижения субъектом решения проблемы; природы и содержания
трудности проблемы; природы содержания данных и цели; характеристик элементов, составляющих структуру проблемы». Исходя из уровня изучения научной проблемы как категории научного познания, необходимо выделить объективный принцип в зависимости от характера неизвестного, функциональный
принцип в зависимости от роли проблем в научном познании, структурный
принцип по области возникновения и принцип общности как критерий дифференциации проблем на универсальные и частные. В реальной действительности
научная проблема может быть одновременно аналитической, тактической, специальной, первоочередной или же синтетической, ключевой, комплексной, не
первоочередной или с сочетанием указанных типов проблем.
В предлагаемой читателям монографии изложены методические указания
и рекомендации к 12 лабораторным работам по курсу «Экология окружающей
среды», построенным по принципу проблемно-ориентированных физических
практикумов и посвященным экологии среды обитания, акустической и радиационной экологии и экологии электромагнитного излучения [79, 80, 82, 83, 123,
125, 194, 195]. Данный курс читался в Российской открытой академии транспорта (МИИТ) для студентов 4 курса.
Применение проблемно-ориентированных физических практикумов при
проведении лабораторных работ по данному курсу позволило повысить успеваемость студентов по изучаемому предмету, вызвать их заинтересованность,
инициировать и развить навыки творческого подхода к решению поставленных
задач [73, 77, 88, 95, 96, 100, 117].
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 1
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОБЛЕМНООРИЕНТИРОВАННЫМ ФИЗИЧЕСКИМ ПРАКТИКУМАМ ПО МЕТОДАМ И ПРИБОРАМ КОНТРОЛЯ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
1.1. Лабораторная работа «Измерение температуры термометрами
разных типов»
Цель работы: Ознакомление с физическими принципами работы приборов для измерения температуры и приобретение навыков работы с подобными приборами.
Приборы и принадлежности: Спиртовой термометр, термометр инфракрасный малогабаритный переносной КМ (или его аналог), многофункциональный измеритель DVM401 (или его аналог), компьютер с установленной программой L-Micro, компьютерный измерительный блок L-micro (КИБ), шнур интерфейсный (9-ти иголочный COM M-F) для соединения компьютера и измерительного блока, датчик температуры до +100°C (на основе металла) или датчик
температуры до +1000°C (на основе полупроводниковой термопары), сосуды для
воды, водяной электронагреватель (электрический чайник).
Внимание! Подключение КИБ к COM-порту компьютера следует производить при выключенном компьютере!
Введение
Температура тела является характеристикой хаотического (неупорядоченного) движения его атомов и молекул [23, 218]. Это движение может быть поступательным, вращательным, колебательным. При этом с ростом температуры
в результате интенсификации такого движения среднее расстояние межу отдельными атомами и молекулами у большинства тел возрастает, и, как результат, они увеличиваются в размерах. Данное явление носит название температурного расширения; оно описывается формулой
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
l = l0(1 + αt),
в которой l – это линейный размер тела (например, – длина подкрашенного
столбика жидкости в термометре) при некоторой температуре t, l0 – размер тела
при температуре 0 °С, α – температурный коэффициент линейного расширения
материала, из которого состоит тело. Чем выше t, тем больше l: на этом принципе основано измерение температуры с помощью жидкостных термометров.
Часть внутренней энергии хаотического движения своих молекул тело испускает в окружающее пространство в виде электромагнитных волн. Чем выше
температура, тем больше энергии излучается. Согласно закону СтефанаБольцмана, энергия, испускаемая в результате таких процессов с единицы поверхности тела в единицу времени во всех направлениях (другое название этой
величины – энергетическая светимость, и её принято обозначать R), прямо пропорциональна четвёртой степени его термодинамической (выраженной в кельвинах) температуры T [231]:
R = kσT 4.
Здесь σ = 5,67⋅10−8 Вт⋅м−2⋅К −4 – постоянная Стефана-Больцмана, k – коэффициент, определяемый свойствами тела (для абсолютно чёрного тела, например, k = 1).
Сказанное означает, что, измерив энергию электромагнитного излучения,
испускаемого телом за счёт теплового движения молекул, можно определить его
температуру. На этом принципе основано дистанционное измерение температуры с помощью приборов, которые носят название пирометров. Поскольку основная доля теплового излучения, испускаемого при температурах меньше нескольких сотен градусов, принадлежит инфракрасному диапазону частот, такие
пирометры называют инфракрасными термометрами. ИК-термометры позволяют проводить дистанционные измерения, определяя места плохой теплоизоляции трубопроводов, зданий и сооружений, температуру объектов, расположенных в труднодоступных местах и т.д. [47].
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Возможность использования металлов и полупроводников для создания
электрических датчиков температуры основана на явлении зависимости их
электрического сопротивления от температуры T. Известно, что с ростом температуры электрическое сопротивление многих металлов возрастает (колеблющиеся атомы начинают мешать упорядоченному движению электронов), а полупроводников – падает (с ростом T в таких материалах увеличивается число электронов, способных ускоряться электрическим поле, например, за счёт их отрыва
от атомов донорных примесей). Измерение сопротивления может быть зафиксировано измерительной аппаратурой, что и даёт возможность установить температуру среды, в которой находится датчик (он называется терморезистивным)
[44].
В настоящей работе используются приборы, позволяющие измерять температуру всеми тремя указанными способами: жидкостной (спиртовой) термометр (например, марки DIN 16 185 [212]), пирометр (например, инфракрасный
термометр КМ [70]) и терморезистивный измеритель температуры (например,
многофункциональный измеритель DVM401 [161]); см. рис. 1.1.
Кнопка
включения
Переключатель
режимов работы
Термодатчик
Спиртовой
термометр
DIN 16 185
ИК-термометр КМ
Рисунок 1.1.
16
Многофункциональный
измеритель DVM401
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для измерения температуры могут применяться разные шкалы [188]. По
абсолютной шкале температура (она называется термодинамической) измеряется в кельвинах; 0 К соответствует идеализированной ситуации, когда движение
атомов и молекул отсутствует вовсе. По шкале Цельсия 0 °С соответствует точке
термодинамического равновесия системы вода – лёд – водяной пар при нормальном атмосферном давлении; +100 °С – температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении. При этом температуре 0 °С соответствует
273,16 К (приблизительно 273 К), а изменение температуры по шкале Цельсия
на 1 °С означает изменение термодинамической температуры на 1 К. Если T –
термодинамическая температура (в кельвинах), а tC – температура по шкале
Цельсия, то
T = tC + 273;
tC = T − 273.
В ряде стран (например, в США) широкое распространение имеет шкала
температур Фаренгейта, в которой за 0 °F принята температура находящейся в
термодинамическом равновесии смеси воды, льда и нашатыря (по шкале Цельсия это примерно −32 °С). За +100 °F Фаренгейт предложил принять нормальную температуру человеческого тела (при этом +100 °С соответствует +212 °F).
Последнее означает, что температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия следующими формулами [211]:
– из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта:
9
tF = tC⋅ + 32;
5
– из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия:
5
tC = (tF − 32)⋅ .
9
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Порядок выполнения работы
Упражнение 1. Измерение температуры воды термометрами разных
типов
В этой части работы предлагается сопоставить результаты измерений температуры жидкости (воды), полученные с помощью термометров разных типов.
1. Сполосните теплоизолированный сосуд холодной водой, заполните этой
же водой на четверть, после чего поместите в него спиртовой термометр и терморезистивный датчик, так, чтобы в воду оказались погружены лишь их чувствительные элементы. Запишите показания термометра и термодатчика в таблицу
1.1 (столбец 1). Включите пирометр, с расстояния примерно 1 м направьте на
поверхность воды луч лазерного указателя и измерьте температуру с помощью
данного прибора. Результат измерений также запишите в таблицу 1.1.
ВНИМАНИЕ! Луч лазерного указателя должен быть направлен строго
на объект измерений! Не допускается попадание лазерного луча на лицо человека!
2. Извлеките термометры из сосуда, долейте в сосуд кипяток в объеме,
равном примерно половине от того, что было налито ранее. Перемешайте воду и
подождите, пока в сосуде установится новое значение температуры и вновь поместите в сосуд термометры. Проведите измерения температуры так, как это
было описано в п. 1. Запишите полученные данные в столбец 2 таблицы 1.1.
Таблица 1.1
Номер измерения
Показания спиртового термометра, °C
Показания терморезистивного датчика,
°C
Показания инфракрасного термометра,
°C
18
1
2
3
4
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Извлеките термометры из сосуда, долейте в сосуд кипяток в объеме,
равном примерно половине от того, что было налито ранее. Перемешайте воду и
подождите, пока в сосуде установится новое значение температуры. Проведите
измерения температуры так, как это было описано в п. 1. Запишите полученные
данные в столбец 2 таблицы 1.1.
3. Извлеките термометры из сосуда, долейте кипяток до половины объёма
сосуда. Перемешайте воду и подождите, пока в сосуде установится новое значение температуры. Проведите измерения температуры так, как это было описано
в п. 1. Запишите полученные данные в столбец 3 таблицы 1.1.
4. Извлеките термометры из сосуда, долейте кипяток до трёх четвертей
объёма сосуда. Перемешайте воду и подождите, пока в сосуде установится новое
значение температуры. Проведите измерения температуры, запишите показания
приборов в таблицу 1.1. (столбец 4).
5. Извлеките термометры из сосуда, долейте кипяток в сосуд, заполнив его
почти до краёв. Перемешайте воду и подождите, пока в сосуде установится новое значение температуры. Измерьте температуру и запишите полученные данные в столбец 5 табл. 1.1.
6. По результатам измерений на одном рисунке постройте три диаграммы:
одну – для спиртового термометра, другую – для термодатчика измерителя
DVM401, третью – для ИК-термометра.
По вертикали отложите температуру (в градусах Цельсия), по горизонтали
– объём воды в сосуде (в относительных единицах). Оцените, насколько отличаются полученные графики.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 2. Измерение температуры воды с помощью
полупроводникового металлического терморезистивных датчиков
Работа выполняется с использованием компьютерной измерительной
системы «L-micro» [114].
В этой части работы предлагается сопоставить результаты измерений температуры жидкости (воды), полученные поочерёдно с помощью терморезистивных датчиков разных типов. Полупроводниковый термодатчик рассчитан на измерение температуры до +100 °C, металлический – до +1000 °C.
1. Расположите установку на столе, подключите разъём датчика температуры до +100 °C в разъём 1 КИБ, который, в свою очередь, подключите к COMпорту системного блока (рис. 1.2.). Включите компьютер, запустите программу
L-micro.
Системный блок
Монитор
Датчик температуры
КИБ L-Micro
Теплоизолированный
сосуд с водой
Рисунок 1.2.
2. В компьютерной программе войдите в раздел «Датчики» → «Датчик
температуры +100 °C» → «Проведение измерений». На экране появятся две оси
координат: по оси ординат откладываются значения температуры T (°C) по оси
абсцисс – времени t (с). Нажмите на кнопку «Пуск».
3. Убедитесь, что сигнал, снимаемый с датчика, зависит от его температуры, взяв датчик в руку и сжав его в ладони.
4. Сполосните теплоизолированный сосуд холодной водой, заполните этой
же водой на четверть, после чего поместите в него спиртовой термометр и тер20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
морезистивный датчик, так, чтобы в воду оказались погружены лишь их чувствительные элементы. Запишите показания термометра и термодатчика в таблицу
1.2 (столбец 1).
Таблица 1.2
Результаты измерения температуры
Датчик температуры до +100 Датчик температуры до +1000
°C
Номер измерения
1
2
°C
3
4
5
6
7
8
Показания
термодатчика,
°C
Показания
термометра, °C
5. Извлеките термометры из сосуда, долейте в сосуд до половины кипяток.
Перемешайте воду и подождите, пока в сосуде установится новое значение температуры. Поместите в сосуд спиртовой термометр и термодатчик, запишите их
показания в таблицу 1.2, столбец 2
6. Извлеките термометры из сосуда, долейте кипяток до трёх четвертей
объёма сосуда. Перемешайте воду и подождите, пока в сосуде установится новое
значение температуры. Проведите измерения температуры, запишите показания
в таблицу 1.2 (столбец 3).
7. Извлеките термометры из сосуда, долейте кипяток в сосуд, заполнив его
почти до краёв. Перемешайте воду и подождите, пока в сосуде установится новое значение температуры. Проведя измерения, запишите показания термометра
и термодатчика в таблицу 1.2 (столбец 4).
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. Завершив измерения, нажмите кнопку «Стоп» на панели программы LMicro. Выньте термометр и термодатчик из сосуда и аккуратно вылейте из него
воду. Закройте окно измерений на экране монитора. Отсоедините термодатчик
от КИБ L-Micro и вместо него подсоедините к разъёму 1 КИБ термодатчик, измеряющий температуру до +1000 °C.
9. Повторите действия, описанные в пунктах 2 ÷ 7 с датчиком температуры до +1000 °C. Результаты запишите в таблицу 1.2 (столбцы 5 – 8).
10. Окончив эксперимент, нажмите кнопку «Стоп» на панели программы
L-Micro; закройте программу. Выньте термометр и термодатчик из сосуда и аккуратно вылейте из него воду. Отсоедините термодатчик от КИБ L-Micro.
11. По результатам измерений постройте два (один – для первой части
эксперимента и другой – для второй) графика зависимости измеренной температуры (в градусах Цельсия) от объёма воды в сосуде (в относительных единицах).
Проанализируйте, насколько совпадают показания термодатчиков и термометра.
Примечание: Металлические (резистивные) термодатчики широко используется на практике, например, в узлах учёта тепловой энергии Q, потребляемой жилым фондом и промышленными предприятиями. Действительно, Q =
cm(T1 − T2), где с – удельная теплоёмкость воды; T1 − температура воды, подаваемой из теплоцентрали, T2 – температура воды, возвращаемой в теплоцентраль
после того, как она отдала тепло потребителю; m – масса прошедшей воды (измеряется, например, с помощью турбинного водосчётчика: число оборотов турбинки прямо пропорционально массе прошедшей сквозь счётчик воды) [16, 35].
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 3. Дистанционное измерение температуры
Используя инфракрасный термометр КМ [70], предлагается провести измерения температуры не менее 20 разных областей указанного преподавателем
объекта, выявив места с максимальной и минимальной температурой. В качестве
объектов могут быть выбраны: стена в аудитории, (или все стены с потолком и
полом), оконная рама, работающий компьютер (или ноутбук), трубопроводы
системы отопления на этаже и т. д. Данные измерений следует оформить в виде
схематического рисунка, отметив на нём характерные для выбранного объекта
точки и указав температуру тех областей, в которых проводились измерения.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каков физический смысл понятия «температура»? Что характеризуется
с помощью этого понятия?
2. На каком физическом явлении основана работа металлических резистивных датчиков температуры?
3. На каком физическом явлении основана работа спиртовых (ртутных)
термометров? Как Вы полагаете, в чём заключаются достоинства и недостатки
термометров этого типа?
4. На каком физическом явлении основана работа ИК-термометров?
5. Почему электрическое сопротивление металлов с ростом температуры
повышается?
6. На каких физических принципах основана работа термометров, описанных в Приложении к настоящей работе?
7. Какие существуют шкалы температур? Как выбираются опорные точки, соответствующие этим шкалам?
8. При какой температуре её численные значения по шкалам Цельсия и
Фаренгейта совпадают?
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.2. Приложение 1.1 «ТЕРМОМЕТРЫ И ИЗМЕРИТЕЛИ
ТЕМПЕРАТУРЫ»
1. Термометры технические [212]
Термометры стеклянные марки
Термометры вибростойкие марки
ТТЖ-М
СП-В
Термометры сопротивления технические марок Pt100, ТСМ, ТСП, КТПТР и др. предназначены для контроля и измерения температуры жидких, твердых, газообразных и сыпучих сред – как неагрессивных, так и агрессивных [208].
2. Термометры модульные регистрирующие ТМР-МГ4 [207]
Термометры модульные регистрирующие ТМРМГ4, состоят из блока электронного и автономных
малогабаритных модулей (с возможностью подключения до 20 модулей к одному блоку электронному) и
предназначены для непрерывной регистрации температуры различных объектов и сред во времени (до 15
суток), а также влажности и температуры воздуха.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Термометры цифровые зондовые (самописцы)
ТЦЗ-МГ4,ТЦЗ-МГ4.01, ТЦЗ-МГ4.03 [209]
Измерения могут проводиться одновременно по двум независимым каналам.
Режим наблюдения (самописец) – до 15 суток.
Память – до 999 результатов измерений.
4. Бесконтактные термометры «Кельвин» [21]
Измеряют температуру от –50 до +2000 °С.
Специальная медицинская модель «КЕЛЬВИНа» широко применяется для
ранней диагностики ОРЗ.
Приборы внесены в Госреестр средств измерения России, Казахстана, в
отраслевой реестр ОАО «РЖД».
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.3. Лабораторная работа «Измерение относительной влажности
воздуха»
Цель работы: ознакомление с величинами, характеризующими содержание водяного пара в воздухе. Овладение методикой измерения относительной влажности воздуха.
Приборы и принадлежности: гигрометр ВИТ-2, многофункциональный
измеритель DVM401, пипетка.
Введение
Влага оказывает существенное влияние на многие процессы, происходящие на Земле, поскольку она, являясь одним из основных компонентов окружающего нас мира, входит в состав биосферы, разнообразных материалов и т. д.
Характер и скорость протекания различных процессов в твёрдых, жидких и газообразных веществах зачастую определяется наличием в них влаги; с разнообразием форм проявления её влияния связан широкий диапазон задач и технических требований к средствам измерения влажности в различных средах. В данной работе измеряется влажность газообразной среды – воздуха. Подобную задачу приходится решать при метеорологическом прогнозировании погоды, конструировании устройств кондиционирования воздуха, создания вентиляционных, сушильных и холодильных установок для хранения и перевозки скоропортящихся грузов [197]. В жилых и производственных помещениях определённое
значение влажности воздуха – одно из условий нормального самочувствия человека; в музеях и библиотеках – условие оптимального хранения экспонатов и
книг; в цехах и складских помещениях – залог нормального протекания биохимических реакций, предотвращения коррозии и т. д. [121].
Незагрязнённый влажный воздух является смесью азота, кислорода, углекислого и других газов, входящих в состав сухого воздуха, с водяным паром.
Поведение сухого воздуха, который в первом приближении можно считать идеальным газом, хорошо описывается законом Дальтона и уравнением Клапейрона-Менделеева (см., например, литературу [118, 123, 189, 230]).
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Согласно закону Дальтона давление смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений:
N
p = ∑ pi
i =1
(1)
где p – общее давление газовой смеси, а pi – парциальное давление i-го газа, входящего в состав смеси (парциальным называется давление, которое имел
бы этот газ, если бы один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре) [23].
Уравнение Клапейрона-Менделеева запишем в виде
m
(2)
piV = i RT,
µi
где pi – парциальное давление i-го газа, входящего в смесь, mi – масса этого газа, µi – его молярная масса. (Напомним, что молярной массой называют
массу одного моля вещества. 1 моль – количество вещества, содержащее столько
же структурных элементов: молекул, атомов, ионов, сколько содержится атомов
в 0,012 кг изотопа углерода 12С). V – объём, занимаемый смесью, T – её термодинамическая температура; а R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31
Дж⋅моль−1⋅К−1.
В отличие от других газов, входящих в состав воздуха, водяной пар можно
считать идеальным газом только в определённых условиях. Типичным примером ситуации, когда существенным становится отклонение его поведения от поведения идеального газа, является процесс конденсации. В то же время на практике (при достаточно малом содержании влаги в воздухе) такое отклонение невелико. При этом полное (барометрическое) давление влажного воздуха p можно
выразить в виде [231]:
p = pС + pВ,
(3)
где pС – давление сухого воздуха, pВ – давление водяного пара.
Рассмотрим, что происходит, когда в воздухе увеличивается концентрация
паров воды. Прежде чем ввести некоторые необходимые понятия и обозначения,
остановимся на тех явлениях, которые происходят при испарении и конденсации
любых жидкостей, в том числе – воды.
Испарение – это процесс, при котором часть хаотически движущихся молекул жидкости приобретает кинетическую энергию, достаточную для того,
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чтобы преодолеть силы притяжения со стороны других молекул и покинуть
жидкость, образуя пар. Одновременно часть молекул пара может вернуться обратно в жидкость – происходит конденсация.
В замкнутом объёме, содержащем и жидкость и её пары (газ), устанавливается динамическое равновесие между испарением и конденсацией, при этом
объёмы жидкости и газа остаются постоянными. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. Его давление p0
называется давлением насыщенного пара.
Реальным называется газ, в котором заметную роль играют силы межмолекулярного взаимодействия. Напомним, что в идеальном газе молекулы не
взаимодействуют на расстоянии, а испытывают лишь упругие столкновения
друг с другом и со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекулы идеального газа имеют бесконечно малый объём; размерами же молекул реального газа
пренебречь нельзя. На близком (сравнимом с размерами самих молекул) расстоянии друг от друга, молекулы реального газа отталкиваются, однако на
больших расстояниях в газе могут оказаться существенными уже силы межмолекулярного притяжения.
Процессы испарения и конденсации в замкнутом объёме удобно пояснить,
используя график изотермы реального газа в координатах p – V. На рис. 1.3.
представлены изотермы реального газа для четырёх температур T, Т′, TК и T′′,
причём T < T ′ < TK < T ′′ [98, 99].
Жидкость
p D
p0
K
T''
B'
TК
B
С Жидкость + газ T
0 VЖ
VГ′ VГ
Газ
A
Т′
V
Рисунок 1.3.
При температурах меньше ТК (которая называется критической) на соответствующих кривых можно выделить три участка. В области больших V веще28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ство находится в газообразном состоянии (участок АВ), причём, чем больше V,
тем график ближе к изотерме идеального газа. При сжатии газа его поведение
всё больше и больше отличается от идеального; объём газа уменьшается до тех
пор, пока не начнётся конденсация. Точки В и B′ соответствуют значениям объёма газа VГ, и V′Г, при которых начинается образование жидкой фазы.
На участке CB имеет место динамическое равновесие между испарением и
конденсацией, в сосуде находятся как пар, так и жидкость, причём пар является
насыщенным. Если такой пар сжимать, то из него в жидкую фазу уходит часть
молекул. Тем не менее, их концентрация n в самом паре остаётся неизменной, а
значит, остаётся постоянным и давление p0:
р0 = nkT,
(4)
где k = 1,38 ⋅10−23 Дж⋅К−1 – постоянная Больцмана.
Если сжатие продолжать, то наступит момент, когда объём газовой фазы
уменьшится до нуля и в сосуде останется лишь одна жидкость (этому моменту
соответствует точка С на изотерме; объём жидкости при этом равен VЖ). Участок CD на графике описывает сжатие самой жидкости, а поскольку для того,
чтобы даже немного сжать жидкость, надо приложить очень большое давление,
то он является практически вертикальным.
Заметим, что при повышении Т отрезок ВС уменьшается до тех пор, пока
не выродится в точку (точка К на рис. 1.3.), которой соответствует критическая
температура ТК. Выше этой температуры различие в физических свойствах между жидкостью и её насыщенным паром исчезает, и вещество при любых давлениях находится лишь в газообразном состоянии [217].
Таким образом, до тех пор, пока водяные пары в воздухе далеки от насыщения, его можно считать идеальным газом. В то же время, если воздух уже содержит достаточное количество водяного пара, то, понижая температуру, можно
достичь такого состояния, что пар станет насыщенным, а при дальнейшем охлаждении начнёт конденсироваться. Избыток влаги выделяется в виде мельчайших
капель, образующихся на центрах конденсации: пылинках, частицах дыма, ионах других газов и т. д. Когда капли появляются в воздухе, мы говорим о тумане; капли на поверхности земли, на листьях и траве называются росой [47].
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Чтобы представить себе, насколько меняется содержание Н2О в воздухе
при уменьшении температуры, сделаем следующую оценку. Известно, что при
+30 °С плотность насыщенного водяного пара составляет 0,03 кг/м3, а при +10
°С – 0,01 кг/м3. Таким образом, из каждого кубометра воздуха при охлаждении
его от +30 °С до +10 °С должно выделиться в виде капель тумана или росы 20 г
воды.
Для количественной оценки влажности газов на практике используется
ряд характеристик, причём (в силу исторических причин) в различных областях
науки и техники находят преимущественное употребление те или иные из них.
Эти характеристики (они называются гигрометрическими) можно разделить на
следующие группы.
I. Характеристики концентрации водяного пара:
1) абсолютная влажность f – масса водяного пара, содержащегося в единичном объёме воздуха. Абсолютная влажность имеет тот же смысл, что и плотность водяного пара и измеряется в граммах на кубический метр: [f] = г/м3.
2) упругость (или парциальное давление) водяного пара pВ; обычно измеряется в миллиметрах ртутного столба: [pВ] = мм рт. ст. При данной температуре
0 < pВ < р0 , где р0 – максимальная упругость (давление насыщенного пара). Для
пересыщенного пара возможно и рВ > р0.
II. Температура точки росы:
Температурой точки росы называется температура, до которой должен
охладиться воздух с тем, чтобы находящийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения (при данной влажности воздуха и неизменном давлении) [23].
III. Характеристики влажностных отношений:
1) влагосодержание d – отношение массы водяного пара к массе сухого
воздуха, содержащегося в том же объёме;
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2) объёмное влагосодержание χ0 или χ – отношение объёма водяного пара
к объёму воздуха (соответственно сухого или влажного)1;
3) молярная доля водяного пара s – отношение числа молей водяного пара
к общему числу молей влажного воздуха.
4) Относительной влажностью воздуха ϕ называется отношение его абсолютной влажности f к максимально возможной F при данной температуре; ϕ
измеряется в процентах или в относительных единицах. Таким образом, относительная влажность вычисляется по формуле
ϕ = (f /F)⋅100 % .
(5)
Иногда это выражение записывается в виде
ϕ = (pВ/p0)⋅100 % .
(6)
Действительно, используя уравнение Клапейрона-Менделеева [93] применительно к водяному пару, имеющему парциальное давление рВ, массу m и молярную массу µ, получаем:
f = m/V = (µpВ)/(RT),
(7)
F = m0/V = (µp0)/(RT)
(8)
(здесь m0 – масса насыщенного пара при той же температуре). Таким образом, оказывается, что
ϕ = (f /F)⋅100 % = (pВ/p0)⋅100 %.
(9)
Заметим, что, поскольку величина F зависит от температуры, то при изменении Т меняется и относительная влажность ϕ даже если абсолютная влажность f остаётся неизменной. Так, при охлаждении влажного воздуха (при
f=
Характеристики d, χ0 и χ обычно используются при оценке весьма малого содержания водяного пара в воздухе.
31
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
const) до температуры точки росы его относительная влажность F повышается,
достигая 100 %.
На практике, кроме уже упомянутых гигрометрических характеристик,
применяются и другие. Таким образом, влажность принято описывать различным образом; это вызывает существенные неудобства, препятствуя унификации
шкал приборов, предназначенных для измерения влажности – психрометров и
гигрометров.
Упражнение 1. Измерение влажности воздуха с помощью гигрометра
ВИТ-2 [39]
Метод измерения и описание аппаратуры
Работа с гигрометром ВИТ-2 основана на сравнении показаний сухого и
влажного термометров, разница между которыми зависит от влажности окружающего воздуха.
Гигрометр (рис. 1.4.) содержит два одинаковых термометра, закреплённых
в пластиковом корпусе. Резервуар одного из термометров обмотан слоем ткани,
которая поддерживается в увлажнённом состоянии.
Во время измерений
Термометр с сухим
сухой термометр показывает
резервуаром
температуру воздуха в комнате; показания термометра
Термометр с влажным
со смоченным резервуаром
резервуаром
меньше из-за постоянного
охлаждения, обусловленного
Психрометрическая
испарением воды с поверхтаблица
ности влажной ткани.
В результате испарения, происходящего со скоРисунок 1.4.
ростью υ, влажный термометр за единицу времени те-
ряет с единицы площади количество теплоты
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Q1 = ηυ,
(10)
где η – коэффициент пропорциональности.
В то же время протекающий поток воздуха сообщает этой же площади
смоченного термометра количество теплоты
Q2 = β(tС − tВ),
(11)
где β – коэффициент пропорциональности, tС − tВ – разность температур
сухого и влажного термометров.
В состоянии теплового равновесия (которое наступает спустя некоторое
время после смачивания резервуара) должно выполняться условие Q1 = Q2, или
ηυ = β(tС − tВ).
(12)
Скорость испарения υ прямо пропорциональна разности между упругостью насыщенного пара p1 при температуре смоченного термометра и парциальным давлением рВ пара в окружающем воздухе, а также обратно пропорциональна величине атмосферного давления p. Для единичной поверхности резервуара термометра можно записать условие вида
υ = γ(p1 − pВ)/p,
(13)
где γ – коэффициент пропорциональности, зависящий, в частности, от скорости потока обтекающего термометры воздуха [217].
Из выражений (12) и (13) следует, что
рВ = р1 − Ар( tС − tВ),
(14)
где А = β/(ηυ).
Коэффициент А называется психрометрическим; его величина зависит от
целого ряда различных факторов: от размера, формы, материала и состояния фитиля, облегающего влажный резервуар термометра, скорости обтекания потока
воздуха и т. д. В частности, с ростом скорости обтекания увеличивается испарение и уменьшается искажающее влияние процессов теплопроводности и тепло33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вого излучения. Поэтому на практике часто применяются гигрометры и психрометры со встроенными вентиляторами (они называются аспирационными). Величина А быстро падает с ростом скорости воздушного потока, приближаясь к
насыщению при скоростях обтекания больших 2,5 м/с (в реальных аспирационных приборах скорость воздушного потока составляет обычно 3 ÷ 4 м/с). Размеры резервуара термометра также сказываются на величине А: чем меньше чувствительная головка (например, при использовании не ртутного термометра, а
термопары), тем скорость потока воздуха может быть меньше для того, чтобы
этот коэффициент остался тем же самым.
Из уравнения (6) получаем выражение для относительной влажности:
ϕ = (pВ/p0)⋅100 % = [p1/p0 − Ар(tС − tВ)/p0]⋅100 %,
(15)
где р0 – упругость насыщенного пара при температуре t0 [123].
Порядок выполнения
1. Ознакомьтесь с описанием работы.
2. Аккуратно смочите ткань водой (желательно – дистиллированной) на
резервуаре одного из термометров при помощи пипетки.
3. Подвесьте гигрометр в вертикальном положении так, чтобы увлажнённая ткань не касалась окружающих объектов. Запишите показания сухого и
влажного термометров в табл. 1.3. Подождите 5 минут, после чего повторите
измерения; данные также запишите в табл. 1.3. Измерения повторяйте каждые 5
минут до тех пор, пока показания увлажнённого термометра не стабилизируются
(это время составляет обычно не менее 30 минут!). Одновременно с измерениями постройте графики зависимости показаний термометров от времени. Пользуясь этими графиками, определите температуру, соответствующую участкам, на
которых она перестаёт меняться; именно эти значения tС и tВ и следует считать
окончательными (также запишите их в таблицу 1.3.).
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.3
Время
0 мин
5 мин
10
мин
15
мин
20
мин
25
мин
30
мин
…
tС, °С
tВ, °С
tС при насыщении =
tВ при насыщении =
°С
°С
4. Определите значение относительной влажности воздуха в комнате:
а) ϕ1 – по психрометрической таблице, размещённой на корпусе гигрометра.
Пример: Если tС = +26 °C, а tВ = +20 °C, то tС − tВ = 6°C. В этом случае для
определения ϕ1 находим место пересечения строки 26°C со столбцом 6°C: ϕ1 =
54 %.
Полученное с помощью психрометрической таблицы значение относительной влажности ϕ1 запишите в табл. 1.4.
ϕ2,%
35
30
25
20
t°C
15
10
5
0
90
80
70
60
50
40
30
20
Рисунок 1.5.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б) ϕ2 – по психрометрической номограмме (рис. 1.5.) [218].
Пример: если tС = +26 °C, tВ = +20 °C (соответствующие координатные линии обозначены на рис. 3 пунктиром), то ϕ2 ≈ 59 %.
Полученное с помощью психрометрической таблицы значение относительной влажности ϕ2 запишите в табл. 1.4.
Упражнение 2. Измерение относительной влажности воздуха с помощью переносного прибора (многофункционального измерителя DVM401
[161])
Датчик
влажности
Экран
дисплея
Кнопка включениявыключения
Переключатель режимов измерения
Рисунок 1.6.
Многофункциональный измеритель DVM401 (рис. 1.6.) позволяет
оперативно провести измерения относительной влажности воздуха. Прибор
даёт возможность измерить освёщённость, температуру и влажность воздуха, уровень эффективного звукового
давления. Для измерения влажности
переключатель режимов измерения
достаточно поставить в соответствующее положение: чувствительный
элемент-датчик уже подключён к прибору. Измеренное значение относительной влажности воздуха отобразится на экране жидкокристаллического
дисплея.
Работа датчика влажности многих переносных приборов основана на явлении изменения электроёмкости чувствительного элемента во влажной атмосфере. Чувствительным элементом датчика является конденсатор; пространство
между обкладками, которого заполнено адсорбирующим (способным впитывать
воду) материалом. При увеличении концентрации водяных паров в воздухе адсорбент поглощает воду, его средняя диэлектрическая проницаемость ε возрас36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тает: следовательно, меняется электроемкость датчика ∗, что и регистрируется
самим прибором.
Порядок выполнения
Включите прибор, поставьте переключатель в нужное положение, проведите измерения; полученное значение относительной влажности ϕ3 запишите в
табл. 1.4.
Таблица 1.4
ϕ1, %
ϕ2, %
ϕ3, %
ϕ4, %
ϕСР, %
Упражнение 3. Измерение относительной влажности воздуха
с помощью сопряжённого с компьютером емкостного датчика
Приборы и принадлежности: Компьютер с установленной программой
L-Micro, компьютерный измерительный блок L-micro (КИБ), шнур интерфейсный (9-ти иголочный COM M-F) для соединения компьютера и измерительного
блока, датчик влажности [118].
Порядок выполнения
Внимание! Подключение КИБ к COM-порту компьютера следует производить при выключенном компьютере!
∗
Напомним, что электроёмкость С конденсатора прямо пропорциональна ε. Так, например,
для плоского конденсатора
С=
εε 0 S
,
d
где S – площадь обкладок, d – расстояние между ними.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Расположите установку на столе, подключите разъём датчика в разъём 1
блока КИБ, который, в свою очередь, подключите к COM-порту системного
блока (рис. 1.7.). Включите компьютер, запустите программу L-micro.
Системный блок
Монитор
Датчик
влажности
КИБ L-Micro
Рисунок 1.7.
2. В компьютерной программе войдите в раздел «Датчики» → «Датчик
влажности воздуха» → «Проведение измерений».
В появившемся окне нажмите кнопку «Пуск» и наблюдайте изменение относительной влажности ϕ воздуха со временем t (данные соответствуют влажности воздуха в комнате, поэтому показания по оси ординат на экране монитора
меняться не должны). Запишите данные измерений ϕ4 в таблицу 1.4.
3. Убедитесь, что датчик работает: подышите на него. Фиксируемое им
значение влажности должно увеличиться, однако, достигнув некоторого максимума, показания начнут уменьшаться, стремясь к начальному значению.
4. По завершении измерений нажмите на кнопку «Стоп» на панели программы
L-Micro.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обработка результатов измерений (о методах вычисления ошибок измерений можно прочитать в методических указаниях [123])
Используя данные таблицы 1.4, найдите среднее арифметическое значение
относительной влажности воздуха ϕСР, % в комнате.
Ошибку измерения относительной влажности найдите по следующей
формуле:
∆ϕ =
(ϕ1 − ϕСР ) + (ϕ 2 − ϕСР ) + (ϕ3 − ϕСР ) + (ϕ 4 − ϕСР )
.
4
Окончательный результат представьте в виде
ϕ = ϕСР ± ∆ϕ (%).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие характеристики используются на практике для количественной
оценки влажности газов?
2. Что называется абсолютной и относительной влажностью воздуха?
3. В каких единицах измеряется абсолютная влажность?
4. Какие причины влияют на точность измерений аспирационного психрометра?
5. Какой газ называется идеальным? Чем он отличается от реального?
6. Начертите график изотермы реального газа. Пользуясь этим графиком,
поясните, что происходит с реальным газом при сжатии.
7. Опишите принцип работы гигрометра ВИТ-2.
8. На каком принципе основано измерение относительной влажности переносными гигрометрами?
9. Приведите примеры приборов, используемых для измерения
влажности воздуха.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.4. Приложение 1.2 «ГИГРОМЕТРЫ И ПСИХРОМЕТРЫ» [40]
1. Гигрометры ВИТ-1 и ВИТ-2 [39]
Приборы предназначены для измерения температуры и
относительной влажности воздуха на производстве, в складских помещениях, аптеках и т. д.
Диапазон измерения относительной влажности: 20–90 %
Диапазон измерения температуры:
ВИТ-1: от 0 °С до +25 °С.
ВИТ-2: от +15 °С до +40 °С.
2. Психрометр аспирационный М-34 М электрический [182]
Прибор предназначен для определения относительной влажности и температуры воздуха в наземных условиях (в помещении и на открытом воздухе).
Психрометры этого типа применяются в гидрометеослужбе и других отраслях
хозяйства.
Диапазон измерения относительной влажности воздуха при температуре от 5 °С до +40 °C: от 10 до 100%
Диапазон измерения температуры
воздуха: от –25 °C до +50 °C
Питание: от сети переменного тока 220В
Скорость воздушного потока (аспирация): не менее 1,7 м/с, Масса М-34 М:
не более 1,3 кг.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Измеритель температуры и влажности
«Замер-22» [63]
Переносной прибор, предназначен для измерения
температуры и относительной влажности воздуха.
Измерение влажности от 0 до 100%, Измерение температуры от −40 °С до +80 °С.
4. Измерители влажности ИТВ-1522 и ИТВ-1522Д
[63]
Переносные приборы, предназначены для измерения
температуры и относительной влажности воздуха (сертифицированы).
Измерение влажности 0...100 %
Измерение температуры: ИТВ-1522: от −40 °С до +80 °С.
ИТВ-1522Д: от −40 °С до +180 °С.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.5. Лабораторная работа
«ИЗМЕРЕНИЕ ОСВЕЩЁННОСТИ РАБОЧЕГО МЕСТА
Цели работы: Ознакомление с основными понятиями фотометрии. Изучение санитарных норм освещенности бытовых и промышленных помещений.
Ознакомление с устройством и принципом работы люксметра. Измерение освещенности поверхности с помощью люксметра.
Приборы и принадлежности: источники света нескольких типов (лампы
накаливания 60 Вт, 100 Вт и 150 Вт, газоразрядная люминесцентная лампа, светодиодная лампа), люксметр.
Введение
Большую часть информации человек получает с помощью зрения. Именно
поэтому изучению вопросов фотометрии уделяется особое внимание. Немалую
роль в вопросах производительности и безопасности труда, а также бытовой
безопасности играют вопросы освещённости жилых и производственных помещений.
Примером решения задач, связанных с освещением производственных
объектов, может служить железнодорожная отрасль. Так, понятно, что для повышения производительности труда работников транспорта и безопасности людей открытые территории железнодорожных станций и внутренние помещения
вокзалов, депо, постов электрической централизации, мастерских и прочих железнодорожных объектов должны иметь хорошую освещенность. При этом с целью экономного использования электроэнергии необходимо выбирать рациональные способы освещения, внедрять новые экономичные источники света и
улучшать конструкции осветительных приборов. Одновременно необходима
правильная организация эксплуатации осветительных установок, повышение ответственности работников за экономное расходование электроэнергии [62].
На железнодорожных станциях работа с движущимся подвижным составом предъявляет к осветительным установкам жесткие требования. Они должны
обеспечивать безопасное движение и создавать условия для безопасного и эффективного труда людей. Для этого осветительные установки должны:
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Создавать нормальные условия для восприятия машинистом видимых
сигналов (светофоров, семафоров, щитов, фонарей, сигнальных указателей).
2. Для безопасной посадки-высадки пассажиров обеспечить достаточную
освещенность платформ, переходов через железнодорожные пути, пешеходных
мостов.
3. Для безопасной работы обслуживающего персонала на путях локомотивного и вагонного хозяйства создавать отчетливую видимость крупных деталей подвижного состава, элементов верхнего строения пути, стрелочных переводов, надписей на подвижном составе. Особое внимание следует уделять освещению междупутий из-за их необычной конфигурации (длина во много раз превышает ширину) и сортировочных горок, т.к. некоторые виды работ (расцепка
вагонов, перевод стрелок, подтормаживание отцепов) на немеханизированной
горке производятся вручную.
Технические условия освещения рабочих зон, промышленных, учебных,
бытовых помещений, дорог и улиц, зданий и сооружений регулируются специальными нормативными документами.
Основные фотометрические величины
На шкале электромагнитных волн видимый свет занимает диапазон примерно от 380 нм до 750 нм (оптический или видимый диапазон).
Следует различать общие величины, характеризующие любое электромагнитное излучение, и специфические фотометрические величины (см. литературу
[189, 211, 230]). Первые из них объективно характеризуют общие энергетические свойства излучения, вторые выражают субъективное восприятие света человеком.
1. Сила света – одна из основных величин международной системы единиц СИ; она измеряется в канделах (кд) и обозначается буквой I. 1 кандела – это
сила света, излучаемого черным телом перпендикулярно поверхности площадью
1/60 см2 при температуре 2042,5 К (температура затвердевания платины при
нормальном давлении).
Сила света обычно зависит от направления; эта зависимость характеризуется так называемой диаграммой направленности [189].
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Яркость L: отношение силы света к площади светящейся поверхности:
I
(1)
L= .
S
Здесь L – яркость источника или отражающей поверхности, I – сила света,
S – площадь светящейся поверхности.
Единица СИ яркости: [L] = кд/м2 (кандела на метр квадратный).
3. Световой поток Ф: произведение силы света на величину телесного
угла.
Ф = IΩ.
(2)
Единица СИ светового потока – люмен: [Ф] = лм = кд⋅ср.
Напомним, что телесный угол Ω (единица измерения – стерадиан, сокращённо – ср) характеризуется отношением площади поверхности, вырезаемой на
сфере конусом с вершиной в центре сферы, к квадрату радиуса этой сферы:
S
Ω= 2 .
(3)
r
4. Освещенность Е: отношение светового потока Ф к площади освещаемой поверхности S:
Φ
Е= .
(4)
S
Эта величина дает меру освещения поверхности площадью S, отстоящей
на расстояние r от источника с силой света I при нормальном падении лучей.
С учетом того, что свет может подать на освещаемую поверхность под некоторым углом (обозначим угол падения лучей буквой α), причём для любого
телесного угла, в котором распространяются эти лучи, Ω выполняется соотношение
S ⋅ cosα
,
(5)
r2
формулу для освещённости можно представить в следующем виде:
IΩ
Φ
I ⋅ cosα
=
=
.
(6)
Е=
S
S
r2
Таким образом, при увеличении расстояния от источника света освещенность убывает обратно пропорционально квадрату этого расстояния.
Ω=
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
За единицу измерения освещенности (люкс) принимается такая освещенность, которую создает источник силы света в 1 кд, освещающий по нормали
поверхность, отстоящую от него на 1 м [218]:
1 лк = 1 кд/1 м2.
Некоторые количественные данные о природных источниках света
и нормах освещенности
Таблица 1.5
Освещенность поверхности Земли от природных источников света
Источник
Е, лк
Солнечный свет летом
100 000
Солнечный свет зимой
10 000
Облачное небо летом
5 000 – 20 000
Облачное небо зимой
1 000 – 2 000
Полная луна ночью
0,2
Безоблачное ночное небо (без луны)
0,0003
Таблица 1.6
Нормальная освещенность
Объект
Жилые помещения, общее освещение
Требования к освещению (в люксах)
Низкие
Средние
Высокие
40
80
150
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.7
Нормальная освещенность (в люксах)
Вид работ
Объект
Грубая
Средняя
Тонкая
Очень
тонкая
Производственные
помещения, школы
40
80
150
300
Только общее освещение
20
30
40
50
Общее освещение и местное освещение
100
300
1000
5000
Таблица 1.8
Нормальная освещенность (в люксах)
Интенсивность движения
Объект
Низкая
Переходы и лестницы
Средняя
Высокая
Очень
высокая
15
-
30
-
Улицы и площади
3
8
15
30
Заводские дворы
3
-
15
-
Источники излучения [86, 103, 165]
В качестве источников света в осветительных установках чаще всего применяют электрические лампы – накаливания и газоразрядные. Основными характеристиками источников света являются: номинальное напряжение в вольтах; номинальная мощность в ваттах; световой поток в люменах; световая отдача
в люменах на ватт; средний срок службы в часах. Световая отдача на характери46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зует экономичность источника света и определяется отношением излучаемого
лампой светового потока Ф к мощности лампы Р.
Лампы накаливания
В настоящее время для точных световых измерений используется два типа
источников: абсолютно черное тело, излучение которого в определенных условиях является основным световым эталоном, и вольфрамовые лампы накаливания. Эти источники принадлежат к категории тепловых излучателей, светящихся
из-за своей высокой температуры [103].
Лампы накаливания – источники света, основанные на принципе теплового излучения. Они содержат помещенную в вакуум или инертный газ вольфрамовую нить, изготовленную в виде одной или двух спиралей, которая накаляется
при прохождении по ней электрического тока до температуры 2 500 К – 3 000 К.
В спектре излучений ламп накаливания преобладают желто-красные лучи. Такой
свет человеком воспринимается как теплый, но он несколько искажает цвет освещаемых предметов. В осветительных установках наибольшее распространение
имеют лампы накаливания, работающие при номинальном напряжении 127 В и
220 В. Для местного и ремонтного освещений применяют лампы с номинальным
напряжением 12 В и 36 В.
Изменения напряжения в сети заметно влияют на световую отдачу, световой поток и срок службы ламп накаливания. Кроме того, снижение напряжения
приводит к изменению спектра излучения и искажению цвета освещаемых
предметов [127]. Поэтому для нормальной эксплуатации ламп накаливания важно иметь постоянное напряжение в сети, близкое к номинальному.
Лампы накаливания обладают довольно низкой световой отдачей (не более 20 лм/Вт, так, например, при мощности ламп 100 Вт световой поток равен
1450 лм, при 1 500 Вт – 29 000 лм) и ограниченным сроком службы (в среднем
1 000 ч). Световой к. п. д. ламп накаливания (доля потребляемой энергии, превращающаяся в видимый свет) не превышает 3 – 3,5 %.
В соответствии с программой перехода на энергосберегающие технологии,
в нашей стране взят курс на замену (там, где это возможно) ламп накаливания на
более экономичные газоразрядные и светодиодные источники света.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Газоразрядные лампы
Газоразрядные лампы в отличие от ламп накаливания относятся к нетепловым источникам света. В них используется излучение (световое или ультрафиолетовое) при электрическом разряде в газах, парах металла или их смеси. К
разрядным источникам света относятся люминесцентные лампы низкого давления, дуговые ртутные лампы высокого давления, натриевые лампы высокого
давления, дуговые ксеноновые лампы и пр.
Разрядные ртутные лампы низкого давления принято называть люминесцентными. В люминесцентной лампе свет излучается главным образом слоем
люминофора, возбуждаемого ультрафиолетовым излучением электрического
разряда.
Лампа представляет собой запаянную стеклянную трубку, изнутри покрытую слоем люминофора. В цоколи в обоих торцах трубки впаяны вольфрамовые
электроды. Длина и диаметр трубки определяются мощностью лампы и напряжением, на которое она рассчитана. В трубку, из которой предварительно удален
воздух, введены пары ртути с добавлением аргона. Люминесцентные лампы
предназначены для работы в сетях переменного тока напряжением 127 В и 220
В. При таком напряжении ионизация газа под действием электрического поля
незначительна. Слабо ионизированная газовая среда является хорошим изолятором, и ток между холодными электродами лампы, к которым приложено напряжение сети, практически отсутствует. Лампа без дополнительных приспособлений не может быть зажжена. Необходимая для создания электрического разряда
ионизация газа и паров ртути в лампе достигается за счет предварительного накала электродов (термоэлектронная эмиссия) или за счет приложения к электродам повышенного до 500 В – 600 В напряжения (автоэлектронная эмиссия)
[128].
Электрический разряд в среде разреженного газа и паров ртути сопровождается сильным ультрафиолетовым излучением. Люминофор, покрывающий
стенки трубки, под действием ультрафиолетовых лучей испускает интенсивный
видимый свет. После загорания лампа работает в режиме непрерывного дугового разряда.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Светодиодные источники света
Среди последних разработок в области светотехники следует отметить
светодиодные источники света. В основе работы таких приборов лежит явление
инжекционной электролюминесценции в полупроводниковых структурах; в настоящее время светодиодные излучатели по яркости уже практически не уступают традиционным источникам света, а по экономичности и сроку службы существенно превосходят их.
Приемники излучения [118]
Приемники излучений принято делить на нейтральные и селективные.
Нейтральные приемники разделяют на две основные группы: термоэлементы и
болометры.
В термоэлементах используется явление, состоящее в том, что при нагреве одного из двух спаев двух разнородных металлических проводников, составляющих замкнутый контур, в этом контуре появляется электродвижущая сила
(термо-э.д.с.) и возникает электрический ток.
Болометром называется прибор, предназначенный для измерения потока
излучения, поглощение которого изменяет сопротивление его нейтрального
приемника.
Из физических явлений, используемых в основных типах селективных
приемников, следует отметить:
- Внешний фотоэффект (лежит в основе работы вакуумных фотоэлементов).
- Фотоэффект с запирающим слоем (приборы, работающие на этом эффекте – кремниевые, селеновые фотоэлементы).
- Внутренний фотоэффект (используется в фоторезисторах).
Люксметр
Освещенность измеряется с помощью люксметров – приборов, представляющих собой смонтированные в едином корпусе микроамперметр и подключенный к нему фотоэлемент (как правило, селеновый). Шкала прибора проградуирована в единицах измерения освещённости и предоставляет возможность
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
измерений в разных диапазонах освещённостей. Для согласования спектральной
чувствительности фотоэлемента с кривой видности глаза используются светофильтры, для создания равномерности освещённости активной поверхности
прибора свет от исследуемого объекта проходит через матовое (молочное) рассеивающее свет стекло.
Примеры приборов для измерения освещенности (люксметра Ю 116 [150]
и многофункционального измерителя DVM401 [161]) представлены на рис 1.8.
Шкала
прибора
Светофильтры
Фотоэлемент
в корпусе
Переключатели
диапазонов
Экран
дисплея
Фотоэлемент
в корпусе
Кнопка включениявыключения
Переключатель режимов измерения
б) DVM401
а) Ю 116
Рисунок 1.8.
Принципиальная электрическая схема люксметра приведена на рис. 1.9.
На схеме: 1 – фотоэлемент; 2 – переключатель диапазонов измерений; 3 – мил-
2
3 мА
1
Рис. 1.9.
50
лиамперметр (сила тока пропорциональна интенсивности светового потока).
Результаты измерений освещённости регистрируются по отклонению стрелки миллиамперметра
или высвечиваются на экране его дисплея (в зависимости от конструкции прибора).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Порядок выполнения работы
Перед началом работы следует убедиться в работоспособности прибора.
Для этого нужно открыть люксметр, и убедиться, что прибор регистрирует падающий на фотоэлемент световой поток.
Упражнение 1. Измерение зависимости освещенности поверхности
от расстояния до источника света
1. Расположите источник света (лампочку накаливания – миньон), укреплённый на штативе, на расстоянии R = 30 см от освещаемой поверхности (экрана). Установите светочувствительный фотоэлемент параллельно экрану на расстоянии 15 см от него так, чтобы прямые лучи света от источника на фотоэлемент не попадали. Включив люксметр, при зажжённом источнике света найдите
такой диапазон прибора, при котором стрелка отклоняется практически на всю
шкалу (но не «зашкаливает»). Именно в этом диапазоне и следует далее проводить измерения.
2. Выключите источник света. Измерьте освещённость экрана, создаваемую фоновой засветкой. Результат измерений запишите в табл. 1.8.
3. Включите источник света. Запишите показания люксметра в табл. 1.8.
Отодвигая и вновь приближая к экрану источник света, проведите 5 измерений
на одном и том же расстоянии R = 30 см до исследуемой поверхности. Данные
измерений занесите в табл. 1.8.
4. Увеличьте расстояние от источника света на 30 см. Проведите 5 измерений освещённости так же, как это было описано в п. 3. Результаты измерений
занесите в табл. 1.8.
5. Аналогичные измерения проведите для расстояний, R = 90 см, 120 см,
150 см, записывая результаты в таблицу 1.8.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. С учётом фоновой засветки (вычитая её значение из данных измерений
освещённости) для разных расстояний R рассчитайте средние значения освещенности E , создаваемой лампой; данные внесите в таблицу 1.8.
7. По данным табл. 1.8 заполните табл. 1.9, а затем постройте график зависимости логарифма средней освещенности поверхности E от логарифма расстояния R между экраном и лампой. Графиком должна являться прямая, тангенс
угла наклона которой к оси абсцисс является показателем степени n в зависимости вида E = kRn. По графику найдите значение n и сравните его с теоретическим для точечного источника света – см. формулу (6).
Таблица 1.8
Данные по освещенности поверхности для разных расстояний до источника
света
Освещенность Е, лк
№ п/п
R = 0,3 м
R = 0,6 м
R = 0,9 м
R = 1,2 м
1
2
3
4
5
Фоновая засветка EФ =
Среднее
значение,
E , лк
52
лк
R = 1,5 м
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.9
Зависимость освещенности от расстояния от источника до поверхности
R, м
E , лк
ln(R)
ln E
Упражнение 2. Измерение освещенности,
создаваемой источниками света разной мощности
В данном упражнении предлагается измерить освещённость экрана, создаваемую в одинаковых условиях лампами накаливания одинаковой конструкции,
но имеющими разную мощность (15 Вт, 24 Вт, 40 Вт и 60 Вт), и сравнить её с
освещённостью, создаваемой газоразрядной люминесцентной энергосберегающей лампой.
1. Расположите источник света (лампу накаливания – миньон мощностью
15 Вт) на штативе, на расстоянии R = 30 см от освещаемой поверхности (экрана).
Установите светочувствительный фотоэлемент параллельно экрану на расстоянии 15 см от него так, чтобы прямые лучи света от источника на фотоэлемент не
попадали. Измерьте освещённость, создаваемую лампой, результат измерений
занесите в табл. 1.10.
2. Повторите измерения освещённости для каждой из ламп накаливания и
для энергосберегающей лампы. Результаты измерений также занесите в табл.
1.10.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. По данным табл. 1.10 постройте график зависимости освещённости экрана E
от мощности, потребляемой источником света Р.
Таблица 1.10
Освещённость экрана лампами накаливания разной мощности
ЛюминесЛампа на- Лампа на- Лампа на- Лампа нацентная
каливания каливания каливания каливания
лампа
P = 15 Вт
P = 25 Вт
P = 40 Вт
P = 60 Вт
P = 9 Вт
Освещён
ность
E, лк
4. Пользуясь графиком, определите, лампе накаливания какой мощности
соответствует по создаваемой освещённости энергосберегающая лампа. Сравните полученное значение с паспортными данными, указанными на упаковке лампы.
Упражнение 3. Измерение освещённости учебных помещений
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ОСВЕЩЁНОСТИ В ПОМЕЩЕНИЯХ
(см. литературу [57])
1. Уровень освещенности измеряется на рабочих местах в различных зонах
помещения (в том числе и под лампами, которые не горят) и сравнивается с
нормативными значениями). Рабочая поверхность может быть горизонтальной,
наклонной. В общем случае освещенность измеряется на высоте 0,8 м от пола.
Фотоприемник при измерении необходимо держать горизонтально и не класть
на металлическую поверхность.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Количество контрольных точек должно быть не менее 10, при этом среди них должны быть точки, наиболее удаленные от источника света.
3. Контроль освещенности рабочих мест должен проводиться не реже 1
раза в год.
4. Результаты измерений должны быть занесены в журнал, или рабочую
тетрадь.
5. Для определения соответствия освещенности рабочих мест требованиям
СНиПа при искусственном освещении используются люксметры типов, включенных в государственный кадастр измерительной аппаратуры и имеющие соответствующие документы госрегистрации и госповерки.
6. Обращение с измерительными приборами производится согласно соответствующим инструкциям.
В соответствии с описанной выше методикой далее необходимо измерить
освещённость учебных аудиторий. Для этого выбирается одна из учебных аудиторий и чертится её схема (рис. 1.10.). На схеме указывается номер аудитории,
дата и время измерений освещённости, результаты измерений и примечания
(например, количество не работающих в данных момент ламп).
Пример оформления результатов измерений освещённости в учебной аудитории:
Доска 100 лк
56 лк
35 лк
36 лк
Стол преподавателя
50 лк
53 лк
55 лк
46 лк
Парты
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 1.10.
Схема освещённости аудитории
Дата:
. Время:
. Номер аудитории:
.
(Примечание: над правым рядом парт не горели 2 светильника).
По результатам измерений следует сравнить полученные данные с санитарными нормами по освещённости в учебных помещениях (см. табл. 1.5 – 1.8,
представленные выше, и табл. 1.11 и 1.12 из Приложения 1.3 к настоящей работе).
Итог сравнения следует записать в виде вывода по проделанному упражнению.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие требования предъявляются к осветительным установкам на железнодорожном транспорте?
2. Каков физический смысл понятия сила света? В каких единицах она
измеряется в СИ?
3. Что называется яркостью источника света? В каких единицах она измеряется в СИ?
4. Что такое световой поток? В каких единицах он измеряется в СИ?
5. Дайте определение освещенности. В каких единицах она измеряется в
СИ?
6. Какие виды источников света используются в настоящей работе?
7. Какие существуют виды приемников излучения?
8. Расскажите об устройстве и принципе действия люксметра.
9. Приведите примеры приборов, используемых для измерения освещённости. Чем отличаются их характеристики?
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.6. Приложение 1.3 «НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
ОСВЕЩЁННОСТИ» [57]
Таблица 1.11
Наименьшая освещенность на рабочих поверхностях
Освещенность в люксах
Система комбинированноФон Система общего
освещения го освещения
Характеристика
работы
Очень точная
высокоточная
точная
малоточная
грубая
темный
1 500...1 250
5 000...4 000
светлый
400...300
1 500... 1 000
темный
300
2 000
светлый
200
400
темный
300
750
светлый
150
300
темный
200
300
светлый
100
не нормируется.
темный
100
не нормируется
светлый
50
не нормируется
Таблица 1.12
Рекомендуемые значения освещенности рабочих поверхностей.
Наименование помещений
плоскость
освещенность в люксах
Конторские помещения,
кабинеты, классы
вертикальная
300
Комнаты общественных
организаций, залы заседаний
вертикальная
200...50
Преподавательские
вертикальная
200
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Проектные бюро
вертикальная
500
Вестибюли, главные коридоры,
вертикальная
лестницы
150
Лестницы
на ступенях
Основные проходы, коридоры
в производственных помещени- горизонтальная
ях
Санитарные узлы
горизонтальная
75...50
50
75
1.7. Приложение 1.4 «ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ОСВЕЩЁННОСТИ И ЯРКОСТИ»
1. Люксметр «Аргус-01» [149]
Прибор предназначен для измерения освещённости, создаваемой естественным светом и источниками
искусственного освещения в диапазоне от 1 до 200000
лк в спектральном диапазоне от 0,38 мкм до 0,80 мкм.
Предел основной относительной погрешности измерений: 6 – 8 %.
Питание от элемента питания 9 В (батареи типа
«Крона»).
Масса комплекта не более 350 г.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Радиометр-дозиметр «Аргус-06/1» [183]
Прибор позволяет измерять энергетическую
освещённость, создаваемую ультрафиолетовым
излучением в диапазоне от 0,001 до 2,0 Вт/м2 в
спектральном диапазоне от 0,2 мкм до 0,28 мкм.
Радиометр-дозиметр предназначен для использования в организациях Госстандарта, санитарноэпидемиологического надзора, в медицине, охране труда и для измерения энергетической освещённости и экспозиционной дозы от ртутных
бактерицидных ламп и сварочной дуги.
Предел основной относительной погрешности измерений: 8 – 10 %.
Питание от элемента питания 9 В (батареи типа «Крона»).
Масса комплекта не более 350 г.
3. Прибор для измерения освещённости «Testo 545» [178]
Testo 545 – прибор, позволяющий быстро измерять значения освещенности в различных, в том числе (с помощью телескопического зонда) – в труднодоступных местах, например, на потолках, на стенах, в вентиляционных шахтах
и т. д. Прибор даёт возможность сохранять в памяти результаты 99 измерений,
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
распечатывать полученные данные с помощью портативного принтера, который
входит в состав комплекта.
Таблица 1.13
Основные технические характеристики прибора Testo 545:
Диапазон измерения . . . . . .
. . . . . . . . .0... ÷ 100000 лк
Погрешность . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . ± 1 цифра
Разрешение . . . . . . . . . . .
. 1 лк (0 ÷ 32 000 лк)/10 лк (0 ÷ 100 000 лк)
Дисплей. . . . . . . . . . . . .
Жидкокристаллический индикатор, 4
строки
Соединение с ПК. . . . . . . .
. . . . . . . . .RS232 интерфейс
Объем памяти. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 3 000 параметров
Питание. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . блок батареек 9 В
Габариты . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 220 × 68 × 50 мм
Масса . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .500 г
3. Люксметры ТКА-Люкс, ТКА-ПКМ (31) [152]
Люксметры ТКА-Люкс и ТКА-ПКМ (31) –
приборы, предназначенные для измерения освещенности, создаваемой различными, произвольно
расположенными в пространстве источниками света.
Приборы внесены в Госреестр средств измерений (№ 20040-05 и № 24248-04); широко применяются при аттестации рабочих мест.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.14
Основные технические характеристики приборов ТКА-Люкс и ТКА-ПКМ
(31):
Диапазон измерения: ТКА-Люкс. . . .
. . . . . . 1,0 ÷ 200 000 лк
.
ТКА-ПКМ (31) . . . . . . . 10 ÷ 200 000 лк
.
Погрешность:
.
ТКА-Люкс . . .
. . . . . . . . . .6,0 %
ТКА-ПКМ (31) . . . . . . . . . . .8,0 %
.
Дисплей. . . . . . . . . . . . . . . . . . Жидкокристаллический
.
тор
индика-
Питание. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .Батарейка «Крона» 9 В
.
Масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .0,4 кг
.
4. Люксметр-яркомер-термогигрометр ТКА-ПКМ (45) [153]
Люксметр-яркомер-термогигрометр ТКА-ПКМ (модель 45) предназначен
для измерения параметров окружающей среды: освещенности помещений в видимом диапазоне спектра, яркости телевизионных кинескопов, дисплейных экранов и
самосветящихся протяженных объектов, а также температуры и относительной влажности воздуха. Прибор рекомендован для применения по результатам испытаний
и экспертиз Министерств и ведомств и внесен в Госреестр средств измерений (№ 24248-04).
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.15
Основные технические характеристики люксметров-яркомеровтермогигрометров серии ТКА
Диапазон измерения:
Освещённости . . . . . . . . . . . .
Яркости . . . . . . . . . . . . . . . .
Температуры . . . . . . . . . . . . .
Относительной влажности воздуха .
Погрешность измерения
Освещённости . . . . . . . . . . . .
Яркости . . . . . . . . . . . . . . . .
Температуры . . . . . . . . . . . . .
Относительной влажности воздуха .
. . . . . . .10 ÷ 200000 лк
. . . . . . 10 ÷ 200000 кд/м2
. . . . . . от 0 °С до +50 °С
. . . . . . .от 10 % до 98 %
. . . . . . . . . .8 %
. . . . . . . . . 10 %
. . . . . . . . ± 0,5 °С
. . . . . . . . . ±5%
Дисплей. . . . . . . . . . . . . . . . . . Жидкокристаллический
.
тор
индика-
Питание. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . Батарейка «Крона» 9 В
.
Масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .0,43 кг
.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Люксметр-УФ-радиометр-термогигрометр-термоанемометр
ТКА-ПКМ (62) [151]
Прибор предназначен для измерения освещенности, создаваемой различными, произвольно расположенными в пространстве источниками света, энергетической
освещенности ультрафиолетового излучения в области
спектра 280 ÷ 400 нм, температуры и относительной
влажности воздуха в закрытых помещениях, скорости
движения воздуха внутри помещений в диапазоне окружающих температур от 0 до +50 °С, температуры влажного термометра и температуры точки росы. Метод измерения скорости движения воздуха в ТКА-ПКМ (модель 62) – термоанемометрический.
Прибор внесен в Госреестр средств измерений
(№24248-04).
Таблица 1.16
Основные технические характеристики люксметра-УФ-радиометратермогигрометр-термоанемометра ТКА-ПКМ (62)
Диапазон измерения
Освещённости. . . . . . . . . . . . .
Энергетической
освещенности
излучения .
Температуры . . . . . . . . . . . . .
Относительной влажности воздуха .
Скорости воздуха. . . . . . . . . . .
. . . . .
. . . . .10 ÷ 200000 лк
УФ. . . .10 ÷ 40000 мВт/м2
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . .от 0 °С до +50 °С
. . . . от 10 % до 98 %
. . . . . .0,1 ÷ 20 м/с
Погрешность измерения
Освещённости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 %
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Энергетической
освещенности
УФизлучения
– для источников А, Д-65, КГМ, ДРТ, ЛЛ . .
– для источников других типов . . . . . . . .
Температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Относительной влажности воздуха . . . . . .
Скорости воздуха
в диапазоне скоростей υ от 0,1 до 1,0 м/с. . .
в диапазоне скоростей υ от 1,0 до 20 м/с . . .
. . . . . . .± 0,5 °С
. . . . . . . ±5%
. . . ±(0,045 + 0,05υ) м/с
. . . . ± (0,1 + 0,05υ) м/с
Дисплей . . . . . . . . . . . . . . . . .
Жидкокристаллический индикатор
Питание . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ni-Cd-аккумуляторная батарея (8,4 В)
Масса. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
. . . . . . . 16 %
. . . . . . . 25 %
. . . . . 0,43 кг
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.8. Лабораторная работа
«ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ
РАСТВОРА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ»
Работа выполняется с использованием компьютерной измерительной
системы «L-micro».
Цель работы: демонстрация зависимости сопротивления электролитов
от их концентрации и от температуры.
Приборы и принадлежности: Компьютер с установленной программой
L-Micro, компьютерный измерительный блок L-micro (КИБ), шнур интерфейсный (9-ти иголочный COM M-F) для соединения компьютера и измерительного
блока, сосуд с электролитом, электронагревательный элемент (например, − электрокипятильник), термометр [117]. Схема соединения показана на рис. 1.11.
Внимание! Подключение КИБ к COM-порту компьютера следует производить при выключенном компьютере!
Системный блок
Монитор
Датчик электропроводности
Термометр
Сосуд с электролитом
КИБ L-Micro
Нагреватель
Рисунок 1.11.
Введение
Под действием электрического поля в растворе возникает электрический
ток (направленное движение положительно и отрицательно заряженных ионов).
При этом для плотности тока j (отношения силы тока через проводник к площа65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ди его поперечного сечения) можно записать следующее выражение [98-99]:
j = |q1| n1υ1 + |q2| n2υ2.
(1)
Здесь:
− q1 – заряд одного положительно заряженного иона, n1 –концентрация
таких ионов в растворе (число в единице объёма), υ1 – их дрейфовая скорость
(скорость направленного движения под действием электрического поля);
− q2 – заряд отрицательно заряженного иона, n2 –концентрация этих ионов в растворе, υ2 – их дрейфовая скорость.
Согласно закону Ома, плотность тока j прямо пропорциональна напряжённости электрического поля E, то есть j ∼ E. Коэффициент пропорциональности в
этой зависимости называется удельной электропроводностью вещества и обозначается буквой σ. Поскольку формулу закона Ома теперь можно записать в
виде j = σE, то, с учетом формулы (1), выражение для σ приобретает вид:
σ=
q1 n1υ1 + q2 n2υ 2
.
E
(2)
Из этой формулы следует, что удельная электропроводность раствора зависит от концентрации ионов в нём: чем больше концентрация, тем выше удельная электропроводность (или меньше удельное сопротивление ρ = 1/σ). Таким
образом, измеряя электропроводность жидкости в различных условиях, по изменению σ можно делать выводы о концентрации в пробе тех или иных растворимых загрязнителей [23].
Совокупность электрохимических методов анализа состава растворов, основанных на измерении их электропроводности называется кондуктометрией (от
английского conductivity – электропроводность и греческого metreo – измеряю).
К достоинствам кондуктометрических методов относятся: высокая чувствительность (нижняя граница определяемых концентраций составляет около 10−4 – 10−5
моль), высокая точность (относительная погрешность определения составляет
0,1 – 2 %), простота методик, доступность аппаратуры, возможность исследования окрашенных и мутных растворов, а также автоматизации процедуры анализа. Различают контактную и бесконтактную кондуктометрию, в зависимости от
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
наличия или отсутствия контакта между электролитом и входными цепями измерительного прибора. Наиболее распространены контактный низкочастотный и
бесконтактный высокочастотный методы [62].
В контактных методах измерения проводят с помощью ячеек, в которые
заливается исследуемый электролит. Имея в своём распоряжении соответствующие градуировочные кривые на основании данных измерений электропроводность раствора, можно сделать выводы о концентрации электролита, наличии
в нём тех или иных примесей.
Бесконтактные методы применяются для относительных измерений электропроводности, главным образом для высокочастотного титрования. Измерения
проводят с применением емкостных или индуктивных ячеек, представляющих
собой сосуды из диэлектрика, которые соответственно имеют с внешней стороны не менее двух металлических электродов или помещены в магнитное поле
катушки индуктивности. Изменение электропроводности раствора сказывается
на величине электроёмкости или индуктивности ячейки, что также позволяет
делать выводы о составе и концентрации залитого в ячейку электролита.
Настоящая работа основана на том, что в электролитах носителями зарядов являются положительно и отрицательно заряженные ионы. Изменение концентрации раствора электролита (или изменение его температуры) меняет общее
число таких ионов:
Na2CO3 ⇄ 2Na+ + CO2−2
что, в итоге, и ведёт к увеличению или уменьшению электропроводности
раствора [123].
Порядок выполнения работы
1. Расположите установку на столе, подключите разъём датчика в разъём 1
КИБ, который, в свою очередь, подключите к COM-порту системного блока (см.
рис. 1.11), включите компьютер, запустите программу L-micro. Погрузите датчик
в НЕЗАПОЛНЕННЫЙ сосуд.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. В компьютерной программе войдите в раздел «Датчики» → «Датчик
электропроводности» → «Проведение измерений». На экране появятся две оси
координат: по оси ординат откладываются значения удельной электропроводности σ в сименсах на метр (См/м) по оси абсцисс – времени t в секундах. Нажмите
кнопку «Пуск» и убедитесь в том, что в отсутствие внешних воздействий сигнал
с датчика не меняется со временем (значения σ высвечиваются в правом верхнем углу экрана компьютерного монитора).
3. Приготовьте шесть одинаковых порций питьевой соды Na2CO3, используя в качестве мерки небольшую ёмкость (например, − напёрсток).
4. Налейте в теплоизолированный сосуд воду: сигнал с датчика изменит
своё значение. Запишите это значение в табл. 1.17 (концентрация 0). Не вынимая
датчик, засыпьте в сосуд первую порцию соли, аккуратно перемешайте раствор
и измерьте его электропроводность. Результат запишите в табл. 1.17 (столбец 1).
5. Добавьте в сосуд вторую порцию соли, перемешайте раствор, измерьте
значение электропроводности, результат запишите в табл. 1.17 (столбец 2). Проделайте те же операции, высыпая в сосуд по очереди все оставшиеся порции соли. Результаты измерений запишите в столбцы 3 – 5 табл. 1.17.
Таблица 1.17
Концентрационная зависимость электропроводности σ электролита
Концентрация Na2CO3 (в отн.
0
ед.)
σ, (См/м)
68
1
2
3
4
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.18
Температурная зависимость электропроводности σ электролита
Температура, С
σ, (См/м)
6. После проведения заключительного измерения поместите в сосуд термометр. Измерьте температуру раствора; значения температуры и электропроводности запишите в табл. 1.18.
7. Включите электронагреватель и, по мере увеличения температуры электролита, фиксируйте её значения и соответствующие значения удельной электропроводности электролита. Измерения проводите через каждые 5 градусов, не
доводя значения температуры до значений выше + 60 °С.
8. После достижения максимальной температуры отключите электронагреватель, выйдите из программы измерений (нажав кнопку «Стоп»), разберите
установку, вылейте раствор, промойте сосуд, термометр, датчик и аккуратно вытрите их.
9. По результатам измерений постройте два графика (один – пользуясь
данными таблицы 1, другой – пользуясь данными таблицы 1.18) зависимостей
удельной электропроводности от концентрации (в относительных единицах)
раствора и от его температуры (в градусах Цельсия). Проанализируйте характер
полученных зависимостей, сопоставив их с теоретическими прогнозами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Запишите формулу закона Ома в дифференциальной форме и поясните
смысл входящих в неё величин.
2. Объясните, чем определяется электропроводность растворов. Почему
она меняется с изменением концентрации растворимых примесей?
3. Почему электропроводность растворов зависит от температуры?
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Объясните, почему менялась электропроводность раствора в ходе выполнения настоящей лабораторной работы.
5. Какие физические принципы лежат в основе работы приборов для кондуктометрического контроля состава электролитов?
6. Приведите примеры приборов кондуктометрического контроля.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.9. Приложение 1.5 «ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ»
1. Приборы серии АЖК-3101 [179]
Приборы предназначены для автоматического контроля удельной электрической проводимости обессоленной воды
(АЖК-3101), солесодержания (АЖК-3101С), концентрации растворов кислот, щелочей (АЖК3101К). Прибор состоит из первичного преобразователя и измерительного прибора.
2. Приборы серии АЖК-3102 [179]
Приборы предназначены для измерения и
контроля удельной электрической проводимости
(далее - УЭП) или концентрации растворов.
Прибор состоит из первичного преобразователя
и измерительного прибора. Применяется на установках водоочистки и водоподготовки.
3. Приборы серии АЖК-3120 [179]
Приборы предназначены для автоматического измерения концентрации и сигнализации
раздела фаз: вода – молоко, вода – моющий раствор. Области применения: пищевая, молочная,
пивоваренная промышленность и др. В комплект поставки входят первичный преобразователь и измерительный прибор ПКЦ-1.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.10. Лабораторная работа
«ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ СРЕДЫ МЕТОДОМ
БИОТЕСТИРОВАНИЯ»
Цель работы: ознакомление с методом биотестирования и приобретение
навыков выполнения исследований на примере проростков высших растений.
Приборы и принадлежности: чашки Петри, термостат, прокалённый
кварцевый песок, фильтровальная бумага, этикетки, весы, линейки, скальпели,
вода дистиллированная, семена высших растений 1-го класса.
Введение
Биотестирование является одним из методов оценки состояния окружающей среды, широко применяемым в научно-исследовательских учреждениях и
производственных лабораториях [22]. Его достоинства заключаются в том, что
он:
−
позволяет оценить состояние исследуемого образца непосредственно
по реакции живого организма;
−
даёт возможность интегральной оценки состояния окружающей среды даже при наличии в ней большого числа загрязнителей;
−
прост и характеризуется низкой себестоимостью.
Исходным положением использования тест-объектов в экологических исследованиях является закон В.И. Вернадского о физико-химическом единстве
живого вещества. Данные, полученные при биотестировании на тест-объектах,
переносятся на иные живые организмы с использованием специальных пересчётных коэффициентов, учитывающих особенности жизненного цикла этих организмов. При этом достоверность получаемых в результате биотестирования
результатов должна подтверждаться статистической обработкой данных: вычислением ошибки (погрешности) измерений [163].
Метод биотестирования не отменяет инструментальные исследования, а
дополняет их, позволяя проводить экологический мониторинг и получать полную и достоверную информацию о реальном состоянии окружающей среды как
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в конкретный момент времени, так и в динамике, отслеживания изменения
свойств исследуемых объектов со временем.
Наиболее распространёнными тест-объектами в Российской Федерации
являются [22]:
−
планктонные ракообразные (дафнии)1:
дафния магна (Daphnia magna Straus),
цериодафния (Ceriodaphnia);
−
пресноводные рыбы гуппи (Poecilia reticulata)2;
−
хлорелла ;
сценодесмус (Scenedesmus);
−
простейшие микроорганизмы:
инфузория парамециум (Paramecium caudatum)3,
бактерии Escherichia coli 4;
−
проростки высших растений.
Всего в экологическом мониторинге используется около 50 видов тестобъектов, для каждого из которых измеряются строго определённые показатели:
по их изменениям делают выводы о состоянии окружающей среды.
В ряду самых эффективных тест-объектов находятся проростки высших
растений. Это в первую очередь представители семейства мятликовых (злаковых) из группы зерновых культур (к их числу относятся рожь посевная, пшеница мягкая, тритикале, ячмень посевной). Они отличаются исключительной отзывчивостью на изменение условий окружающей среды.
Проростки зерновых культур реагируют на внешние факторы:
−
1
изменением внешних (морфологических) признаков;
Дафнии – планктонные ракообразные; живут в мелких водоемах (прудах, ямах, лесных
лужах). Самки достигают 5 – 6 мм длины, самцы – 2 мм.
2
Гуппи – пресноводная живородящая рыба, размером около 5 см, серого цвета с зелено-
вато-оливковым оттенком, с прозрачными, бесцветными плавниками небольшой округлой
формы.
3
Инфузория-туфелька, парамеция хвостатая.
4
Вид палочковидных бактерий, входящий в состав нормальной микрофлоры желудочно-
кишечного тракта человека.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
−
изменением химического состава самих растений;
−
появлением аномалий в развитии растений, в том числе – физиологических и биохимических;
−
снижением всхожести;
−
устойчивостью к поражению грибными и иными инфекциями.
Тест-объектами, используемыми в настоящей работе, являются проростки
высших растений – пшеницы или ржи. Метод биотестирования на проростках
позволяет [28]:
−
проводить анализ загрязнителей, предварительно растворённых в
увлажняющей песок воде; химических веществ (кроме белковых и животного
происхождения), нанесённых на поверхность зерновок; различных минеральных
субстратов, входящих в состав песка; атмосферных загрязнителей.
−
подбирать концентрацию заведомо ингибирующего вещества, не
оказывающую отрицательного действия;
−
определять степень токсичного действия того или иного вещества на
биологические объекты.
Порядок выполнения работы
1. Заранее подготовленные чашки Петри заполните увлажнённым песком
на
90 % их объёма. Можно использовать в одном эксперименте только большие или малые чашки. Песок выровняйте и слегка уплотните до полного удаления пустот.
Семена тест-культур должны принадлежать к одному виду и сорту и партии, соответствовать 1 классу, быть одного года урожая (предыдущего или непосредственно года проведения исследований), не обработанными протравителями и удостоверенными соответствующими документами. Так, семена пшеницы должны иметь всхожесть 99 – 100 %, быть 100 %-ной чистоты с травмированностью не более 1 % при размере (ширине) каждого зерна 2,5 – 2,8 мм и массе тысячи семян 35,0 – 40,0 г.
Предназначенные для проращивания семена следует предварительно прогреть при температуре от +30 °С до +40 °С в течение 5 – 7 суток.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Внесение исследуемого вещества в песок осуществляется в результате
растворения предварительно подготовленной навески в таком объёме воды, который бы обеспечил в итоге 100 %-ную увлажнённость песка.
Нанесение химического вещества на поверхность семян проводят путём
лёгкого встряхивания семян в бюксе с нужным количеством вещества в течение
30 секунд. Для веществ с низкой прилипающей способностью добавляют 1 мл
дистиллированной воды.
На увлажненный песок высеваются: семена пшеницы – вниз бороздкой
(широкой продольной полосой на зерновке); семена ржи – вниз зародышем. Семена заглубляются полностью: так, чтобы поверхность семян оказалась на одном уровне с песком.
Количество семян на одну чашку Петри – 25, число чашек – не менее четырёх.
Сначала проводится посев необработанных семян (контрольной партии),
затем – обработанных. Перерывы в работе не допускаются. Один эксперимент
должен выполнять один исследователь, включение других исполнителей для
выполнения части работы недопустимо.
Таким образом, для выполнения данной лабораторной работы необходимо
заранее подготовить:
−
не менее четырёх (обозначим их число N0) штук чашек Петри с контрольными образцами;
−
N1 штук (не менее четырёх) чашек Петри с образцами, подвергшимися обработке одного типа;
−
N2 штук (не менее четырёх) чашек Петри с образцами, подвергшимися обработке второго типа;
−
N3 штук (не менее четырёх) чашек Петри с образцами, подвергшимися обработке третьего типа, и т. д.
Способы обработки образцов (семян, почвы) указывает преподаватель.
В каждом случае между песком и стенкой чашкой Петри необходимо
вставлять этикетку с краткой информацией об образце. Подготовленные таким
образом чашки поместите в термостат на проращивание.
Условия проращивания:
−
температура – постоянная + 20 °С;
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
−
отсутствие освещённости;
−
влажность воздуха – постоянная 80 – 90 %;
−
экспозиция – от 7 до 14 дней.
Требуемая влажность воздуха создаётся за счёт испарения воды с поддона,
с чашек Петри и непосредственно с побегов. При необходимости следует провести дополнительное опрыскивание чашек с помощью пульверизатора.
2. По окончании экспозиции извлеките чашки из термостата, расставьте по
вариантам (партиям, сортам) и проведите визуальную выбраковку. Выбраковываются образцы, заметно отличающиеся от общего массива чашек в варианте.
Если «нетипичных» чашек две и более на вариант – весь вариант выбраковывается полностью.
3. Подсчитайте количество взошедших побегов K, количество аномальных
побегов NА и количество NП побегов, поражённых грибными инфекциями. Результаты наблюдений занесите в табл. 1.19.
Таблица 1.19
76
№1
Образец
Контроль
Варианты
Результаты биотестирования от «__»______20___г.
№
чашки
Петри
1
2
…
N0
1
2
…
N1
Кол-во
Кол-во
Всхо аномаль- Высота Масса
взошеджесть ных побе- побегов, побегов,
ших побеB, % гов NА, H, мм
M, мг
гов K, шт.
шт.
Поражённость
грибными
инфекциями
NП, балл
Образец № 2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
2
…
N2
…
Образец № Z
1
2
…
NZ
4. Рассчитайте всхожесть семян В:
K
⋅100 %,
П
где K – количество взошедших побегов (штук); П – количество посеянных
семян (штук).
B=
5. Определите количество NА аномальных побегов, явно отличающихся от
остальных по внешнему виду. Результаты наблюдений занесите в табл. 1.19.
6. Определите среднюю высоту побегов, для чего все побеги срежьте
скальпелем под семя, с точностью до 1 мм измерьте их высоту, а затем найдите
среднее арифметическое значение этих высот. Результаты наблюдений занесите
в таблицу 1.19.
7. Определите среднюю массу побегов, для чего взвесьте на весах все побеги из одной чашки и полученную массу разделите на количество срезанных
побегов. Результаты наблюдений занесите в таблицу 1.19.
8. Пользуясь таблицей 1.20, установите степень поражения семян грибными инфекциями. Результаты наблюдений занесите в таблицу 1.19.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.20
Степень поражения проращиваемых семян грибными инфекциями
Число семян, покрытых мицелием
плесневых грибов (в штуках на чашку)
Степень поражения семян, балл
1
Слабая − 1 балл
2–6
Средняя − 2 балла
7 – 19
Сильная − 3 балла
20 – 25
Очень сильная − 4 балла
9. Обработайте результаты измерений. Для этого заполните таблицу 1.21, в
которую для каждой партии образцов в чашках, оставшихся после выбраковки,
внесите: среднее арифметическое число взошедших побегов 〈K〉, среднюю всхожесть 〈B〉, среднее число аномальных побегов 〈NА〉, среднюю арифметическую
высоту взошедших побегов 〈H〉, их среднюю массу 〈M〉 и среднее значение 〈NП〉
их поражённости грибными инфекциями (в баллах).
Таблица 1.21
Параметры проросших семян
Параметр
〈K〉, шт.
〈B〉, %
〈NА〉, шт.
〈H〉, мм
〈M〉, мг
〈NП〉, балл
78
Контрольный Образец № 1 Образец № 2 …
Образец №
Z
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оцените отклонение ∆ средних значений параметров проростков в чашках
Петри с образцом 1 (〈K〉1, 〈B〉1, 〈NА〉1, 〈H〉1, 〈M〉1, 〈NП〉1), образцом 2 (〈K〉2, 〈B〉2,
〈NА〉2, 〈H〉2, 〈M〉2, 〈NП〉2) и т. д. со средними значениями параметров проростков в
чашках с контрольным образцом (〈K〉0, 〈B〉0, 〈NА〉0, 〈H〉0, 〈M〉0, 〈NП>0). Так, например, ∆K1 = 〈K〉0 − 〈K〉1, ∆B2 = 〈B〉0 − 〈B〉2 и др. После этого рассчитайте относительное отклонение каждого параметра от соответствующего значения для кон∆B2
∆K1
трольного образца: δK1 =
100 %; δB2 =
100 % и т. д.
〈K 〉0
〈 B〉 0
Таблица 1.22
Относительное отклонение параметров проросших семян от контрольных
значений
Образец № 1
Образец № 2
…
Образец № Z
δK
δB
δNА
δH
δM
δNП
Примечания
Выводы
Результаты расчётов запишите в таблицу 1.22; в примечаниях укажите характер воздействия (обработки), которой подвергались образцы.
10. Исходя из положения о том, что среда считается токсично действующей на биологический объект, если она достоверно снижает его показа79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тели хотя бы по одному из исследуемых параметров на 20 и более процентов, сделайте выводы о токсичности почвы, в которой прорастали семена. Выводы запишите в соответствующие клетки таблицы 1.22. [123].
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключается суть метода биотестирования?
2. Какие тест-объекты используются в экологическом мониторинге?
3. В чём заключается преимущество метода биотестирования перед другими (прежде всего – химическими) методами мониторинга?
4. Каковы особенности биотестирования на проростках высших растений?
5. Каково значение статистической обработки полученных данных в эксперименте?
6. Как применить полученные при биотестировании данные к оценке
влияния неблагоприятных факторов на окружающую среду и человека?
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.11. Приложение 1.6 «ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРИ
БИОТЕСТИРОВАНИИ»
1. Чашки Петри
2. Электронные весы ACCULAB [229]
Таблица 1.23
Основные технические характеристики электронных весовVIC-510d1
фирмы Acculab
Цена деления . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Наибольший предел взвешивания . . . . . . .
Тип калибровки. . . . . . . . . . . . . . . . .
Класс точности по ГОСТ 24104-2001. . . . .
. . . . . . . .0,1 г
. . . . . . . 510 г
. Калибровка внешней гирей
. . . . . . . . .III
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.12. Лабораторная работа «ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
ЛЕГКИХ АЭРОИНОВ В ВОЗДУХЕ»
Цель работы: знакомство с принципом работы счётчика аэроионов;
измерение концентрации легких аэроионов в воздухе помещений [123].
Оборудование: малогабаритный счетчик аэроионов МАС-01.
Введение
Атмосферное электричество
В состав атмосферы наряду с нейтральными частицами (молекулами газов,
примесями) входят электрически заряженные частицы, несущие положительный
или отрицательный заряд. Число и масса этих заряженных частиц очень малы по
сравнению с числом и массой нейтральных частиц. Однако заряженные частицы
порождают в атмосфере грозовые разряды (молнии и сопровождающие их гром),
полярные сияния, светящиеся разряды с острых предметов и т. д. [23].
Электрические заряды наблюдаются не только в нижнем слое атмосферы
(тропосфере), но и в её верхнем слое (ионосфере). Ионосфера оказывает большое влияние на распространение электромагнитных волн и, следовательно, на
дальность и надежность радиосвязи. Электричество нижних слоев атмосферы
(прежде всего, электрические разряды грозовых облаков) также представляют
большой прикладной интерес (грозы причиняют материальный ущерб и приводят к человеческим жертвам).
Ионизация воздуха. Виды аэроинов
Частицы, которые несут на себе положительный или отрицательный заряд
(см. литературу [45, 157, 187, 191, 199, 217]), носят общее название ионов.
Для разделения нейтрального невозбужденного атома или молекулы на
две и более заряженные частицы необходимо затратить энергию ионизации.
Различают два вида ионизации в атмосфере. Если энергия ионизации сообщается ионизируемой частице другой частицей (электроном, атомом или ионом) при
их столкновении, то ионизация называется ударной.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Если ионизируемые частицы получают энергию от фотонов (квантов электромагнитного излучения), то процесс образования ионов называют фотоионизацией.
Вокруг выбитого электрона (равно как и положительно заряженного иона)
группируется несколько нейтральных молекул. Образуются комплексы молекул,
которые можно рассматривать, как легкие ионы размером около 6,6⋅10−10 м. Если такой комплекс соединяется с частицами атмосферных примесей (аэрозоля)
то образуются средний (промежуточный) ион размером от 6,6⋅10−10 м до
250⋅10−10 м, тяжелый ион размером порядка 250⋅10−10 м – 570⋅10−10 м или ультратяжелый ион (размером более 570⋅10−10 м) [217].
Ионизаторы воздуха
Основным ионизатором воздуха в тропосфере служит излучение радиоактивных веществ, содержащихся в твердой или жидкой оболочках Земли. В ионосфере основная роль в ионизации газов принадлежит корпускулярному и ультрафиолетовому излучению Солнца, а также космическим лучам.
Ионизаторами атмосферы служат вторичные продукты радиоактивного
распада. Наиболее сильным ионизатором воздуха является радиоактивный газ
радон
222
86
Rn , имеющий период полураспада 3,82 суток.
Испускаемые радоном и другими радиоактивными веществами α-частицы
(ядра атомов гелия) распространяются со скоростью от 0,05 c до 0,1 c, где c скорость света в воздухе. Длина свободного пробега α-частицы в воздухе составляет 3 – 9 см, пролетая это расстояние одна частица успевает образовать 190
– 250 тысяч пар ионов. β-излучение (электроны) распространяется в воздухе на
расстояние в несколько метров; каждая β-частица образует на своем пути около
25 тысяч пар ионов. Наибольшей проникающей способностью обладает γизлучение (электромагнитное излучение высоких энергий), в воздухе оно пронизывает слой толщиной в несколько десятков метров, при этом каждая γ-частица
способна образовать до 30 тысяч пар ионов [157].
Под влиянием излучений радиоактивных веществ ионы образуются в приземном слое атмосферы и распространяются турбулентными потоками воздуха
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на высоту до 4 – 5 км, при этом только над сушей, поскольку содержание радиоактивных веществ в морской воде ничтожно мало.
Другим мощным источником ионизации атмосферы служат космические
лучи, поступающие на Землю из мирового пространства. Первичные космические лучи (представляющие поток протонов) вызывают ионизацию верхних слоев атмосферы и тем самым дают начало вторичным космическим лучам, которые ионизуют уже нижние слои атмосферы.
Понятно, что интенсивность космических лучей максимальна на больших
высотах, поэтому скорость образования ионов с приближением к поверхности
Земли должна падать. Однако в нижних слоях атмосферы выше плотность воздуха, что способствует образованию ионов. В результате скорость образования
ионов оказывается максимальной (40 – 50 ионов/см3 за 1 с) на высоте примерно
12 – 14 км от поверхности Земли. Оценки показывают, что в приземном слое атмосферы за 1 с в 1см3 образуется около двух пар ионов под влиянием космических лучей, а на суше – около пяти пар ионов под влиянием излучений радиоактивных веществ.
Наряду с процессом образования в атмосфере одновременно происходит
процесс воссоединения (рекомбинации) ионов разного знака, в результате вновь
образуются нейтральные частицы [157].
Распределение аэроионов вблизи земной поверхности
Среднее число легких ионов, как положительных n+, так и отрицательных
n− вблизи земной поверхности составляет 400 – 600 см −3. при этом не наблюдается больших различий над сушей и океаном. Однако концентрация как легких,
так и (в большей степени) средних и тяжелых ионов подвержена значительным и
нередко резким изменениям в пространстве и во времени.
Сумма концентраций легких ионов (n+ + n−) в зависимости от времени и
местоположения колеблется на суше от 50 до 100 ионов/см3, концентрация средних и тяжелых ионов меняется в более широких пределах: от нескольких сотен
над океаном до десятков тысяч на 1 см3 в больших городах. Вблизи земной поверхности концентрация положительных ионов больше, чем отрицательных: отношение n+/n−- колеблется в пределах от 1,1 до 1,3.
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Факторы, влияющие на образование аэроионов
На образование и концентрацию ионов оказывают влияние многие факторы. На суше основным ионизатором тропосферы служат излучения радиоактивных веществ, содержащихся в почве, выделяемых ими радиоактивных газов
(эманаций), таких, как радон
219
86
222
86
Rn , а также его изотопы торон
220
86
Rn и актинон
Rn , поступающих в воздух из почвы. Осадки, обильная роса, снежный покров
способствуют заполнению пор почвы водой и льдом и задерживают выход эманаций. Наоборот, повышение температуры почвы и падение атмосферного давления, а также усиление скорости ветра способствуют быстрому выходу в атмосферу почвенного воздуха и эманаций и, следовательно, приводят к увеличению
скорости образования и повышению концентрации ионов в воздухе. Образовавшиеся вблизи земной поверхности легкие ионы воздушными потоками переносятся в другие районы и в более высокие слои атмосферы, а также соединяются
с нейтральными и заряженными жидкими и твердыми аэрозольными частицами.
Столь большое число факторов, влияющих на скорость образования и
концентрацию ионов, приводит к большой изменчивости концентрации ионов в
зависимости от погодных и местных условий [199].
Периодические суточные и годовые колебания концентрации n ионов удается обнаружить в результате значительного осреднения. В умеренных широтах
максимум n вблизи земной наблюдается чаще всего летом, а минимум – зимой,
что можно объяснить более благоприятными условиями выхода эманаций в летний период времени года.
В течение суток максимальная концентрация положительно заряженных
ионов в воздухе отмечается в ранние утренние часы, а минимальное – после полудня. Предполагается, что суточные изменения величины концентрации ионов
обусловлены турбулентными потоками газов в атмосфере: ночью и рано утром
потоки ослаблены, и большая часть образовавшихся вблизи земной поверхности
ионов не переносится в более высокие слои, а накапливаются в нижнем слое.
Влияние аэроионов на здоровье человека
Как показывают медицинские наблюдения, ионизация атмосферы играет
большую роль в поддержании здоровья людей в нормальном состоянии. Откло85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нения числа ионов от некоторого среднего уровня в ту или иную сторону оказывается неблагоприятным для здоровья человека. Среднее число легких ионов,
как положительных n+, так и отрицательных n−, вблизи земной поверхности составляет 400 – 600 см −3.
Отрицательно заряженные частицы (анионы), содержащиеся в воздухе,
полезны для здоровья человека. Анионы улучшают работу легких, стимулируют
кровообращение и защищают человека от заболеваний органов дыхания (астмы,
воспаления легких и т.д.). Известно, что больше всего анионов содержится в
воздухе вблизи водопадов, фонтанов, а также в лесах: именно там, где люди чувствуют особый прилив сил и бодрости.
На улицах больших городах концентрация отрицательных ионов в воздухе
уменьшается в несколько раз: до 100 – 200 см −3.
В воздухе закрытых помещений (особенно при работающей технике) концентрация отрицательно заряженных ионов может оказаться ещё ниже: до 50
см−3, причём она особенно мала непосредственно перед экранами компьютеров
или телевизоров [199].
Концентрация лёгких аэроионов обеих полярностей в воздухе помещений
в условиях как природной, так и искусственной аэроионизации
регламентируется в соответствии с требованиями Санитарными правилами и
нормами (СанПиН 2.2.4.1294-03) «Гигиенические требования к аэроионному
составу воздуха производственных помещений» и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03
«Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным
машинам и организации работы» [191]. Некоторые цифры, характеризующие
регламентируемые уровни ионизации воздуха помещений при работе с
вычислительной техникой, приведены в таблице 1.24.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.24
Регламентируемые уровни ионизации воздуха помещений
при работе с вычислительной техникой
Уровни ионизации воздуха
рабочих помещений
Число ионов в 1 см3 воздуха
n+
n−
Минимально необходимые
400
600
Оптимальные
1500 – 3000
300 – 5000
Максимально допустимые
50000
50000
Системы ионизации воздуха в помещениях
Для хорошего самочувствия человека, длительное время находящегося в
помещении, нужна дополнительная ионизация воздуха. Состояние «ионного голода» можно частично исправить с помощью специальных приборов – ионизаторов. Ионизаторы насыщают воздух анионами, которые обладают нейтрализующим и очищающим эффектом по отношению к веществам, содержащим положительные ионы, каковыми являются домашняя пыль, бактерии, плесень, цветочная пыльца и т.д. Анионы из ионизатора, разлетаясь по помещению, сталкиваются с молекулами загрязнений и прилипают к ним. При этом они превращаются в гидроксильные группы (ОН), разрушая загрязняющие молекулы и оболочки бактерий: воздух очищается, становится более свежим и полезным для
человека.
Работа ионизатора основана на использовании электрического поля высокой напряжённости, которое создаётся электродами, встроенными в прибор. В
таком поле водяной пар, находящийся в воздухе, расщепляется на отрицательно
заряженные ионы кислорода (анионы) и положительно заряженные ионы водорода (катионы). При этом количество генерируемых анионов может достигать
106 на 1 см3 воздуха.
Работающий ионизатор уменьшает концентрацию мелкой пыли в 10 – 25
раз, а обычной домашней пыли в среднем в 4 – 10 раз. Примером ионизатора является люстра А.Л. Чижевского [217].
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Очищенный и аэроионизированный воздух снимает стресс, укрепляет
нервную систему и повышает умственную активность, оказывает положительное влияние на больных астмой, мигренью, аллергией, гипертонией органов пищеварения, заболеваниями сердечно-сосудистой системы; дыхательных путей,
нарушениями обмена веществ; повышает сопротивляемость человеческого организма к инфекционным заболеваниям; способствует очистке крови от щелочей и
увеличению содержания в ней кальция, калия и натрия.
В настоящее время ионизаторы часто встраиваются в кондиционеры, таким образом, установка кондиционера с ионизатором воздуха является необходимым мероприятием по улучшению микроклимата помещений [187].
Малогабаритный счетчик аэроионный счётчик МАС-01 [154]
Настоящая лабораторная работа выполняется с использованием
малогабаритного аэроионного счётчика МАС-01 предназначенного для
измерения концентраций лёгких аэроионов обеих полярностей в воздухе
помещений в условиях как природной, так и искусственной аэроионизации
[154].
Счётчик аэроионов МАС-01 применяется:
− при проведении санитарно-гигиенического обследования помещений и
рабочих мест;
− при мониторинге окружающей среды;
− при аттестации рабочих мест в помещениях
терминалами и персональными компьютерами;
с
дисплейными
− при обследовании помещений, в которых применяются групповые или
индивидуальные
ионизаторы
воздуха,
устройства
автоматического
регулирования ионного режима воздушной среды.
Основным элементом счётчика является аспирационная (снабжённая
вентилятором) камера, сквозь которую прокачивается атмосферный воздух. В
камере на ионы, содержащиеся в воздухе, действует электростатическое поле,
создаваемое имеющим заданную полярность собирающим электродом
(полярность можно менять). Ионы противоположного по отношению к
электроду заряда отклоняются в сторону электрода и оседают на нём. Чем выше
концентрация ионов, тем больший заряд осядет на электроде: соответствующий
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сигнал обрабатывается микропроцессором, после чего результат измерения
отображается на экране дисплея.
Внешний вид счётчика МАС-01 представлен на рис. 1.12.
Защитная насадка
Жидкокристаллический дисплей
Плёночная клавиатура
Разъём для подключения блока питания
Гнездо заземления
Рисунок 1.12.
Тумблер включения и выключения напряжения питания располагается на
задней стенке счётчика.
Результаты измерений величин концентраций аэроионов выводятся на
мониторе в единицах см −3.
Основные технические характеристики счетчика аэроионов МАС-01
приведены в таблице 1.25.
Таблица 1.25
Основные технические характеристики счётчика аэроионов МАС-01
Пределы допускаемой основной погрешности измерения
концентрации аэроионов:
– в поддиапазоне 100 – 700 см−3, %
±50
– в поддиапазоне 700 –1000000 см−3 ,%
±40
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Диапазон измерений концентрации лёгких аэроионов (с
подвижностью менее 0,4 см2⋅В−1⋅с−1) обеих полярностей, см−3
100 −
1000000
Напряжение на обкладках аспирационной камеры, В
35,0 ± 3,5
Собственный фон счётчика аэроионов, см−3, не более
50
Объёмный расход воздуха через аспирационную камеру,
3 −1
см с
Максимальная мощность, потребляемая
аккумуляторной батареи, Вт
счётчиком
Время установления рабочего режима, мин, не более
от
(2,0 ± 0,2) 103
0,95
1
Порядок выполнения работы
Подготовка к работе
Перед началом измерений необходимо соединить гнездо «ЗЕМЛЯ»
счётчика с шиной заземления или с любым заведомо заземлённым проводящим
предметом.
Включите питание счётчика переключателем «Питание», поставив его в
положение «1» (край переключателя с цифрой «1» утоплен). При этом на
матричном жидкокристаллическом дисплее появится надпись: «MAC-01
00:00:00 Ready». Выключение счётчика осуществляется при установке
переключателя «Питание» в положение «0».
Выбор режима работы осуществляется нажатием одной из кнопок 0 – 9 на
лицевой панели. Остановка соответствующего режима работы происходит при
вторичном нажатии данной кнопки.
Последовательно нажимая одну из кнопок 0 – 9, можно выбрать любой из
режимов измерения счётчика:
0 – контроль измерительного канала счётчика;
1 – режим непрерывных измерений отрицательных аэроионов;
2 – режим непрерывных измерений концентрации положительных
аэроионов;
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 – проверка работы амплитудно-цифрового преобразователя блока
управления и индикации;
4 – контроль напряжения на аккумуляторной батарее;
5 – режим однократных измерений концентрации отрицательных и
положительных аэроионов, определение коэффициента униполярности;
6 – контроль напряжения на микроэлектродвигателе;
7 – не подключена;
8 – измерение уровня собственного фона счётчика;
9 – дополнительные режимы измерения.
В случае сбоев в системе её перезапуск осуществляется нажатием
кнопки СБРОС. При этом операционная система переходит в исходный режим.
В счётчике предусмотрены два режима работы:
− режим непрерывных измерений концентраций положительных или
отрицательных аэроионов;
− последовательное измерение концентраций положительных
отрицательных аэроионов с последующим вычислением полярности [123].
и
Упражнение 1. Измерение уровня собственного фона счётчика
Поскольку MAC-01 является прибором, в котором используется
электростатическое поле, способное ионизовать воздух, перед началом опытов
следует измерить уровень фона, создаваемого самим счётчиком. Для этого
нужно нажать кнопку 8, после чего автоматически начнётся цикл измерений
уровня собственного фона счётчика сначала для отрицательных, а затем для
положительных ионов. Вентилятор в данном режиме выключен, и прокачка
воздуха через аспирационную камеру отсутствует. При нормальной работе
аспирационной камеры уровень собственного фона не должен превышать
величины, указанной в паспорте.
Измерения провести 10 раз, данные занести в таблицу 1.26.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.26
Измерение уровня собственного фона счётчика
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
n+
〈n+〉 ± ∆n+ = ……………см −3
n−
〈n−〉 ± ∆n− = ……………см −3
Выводы:
Средние значения уровня собственного фона (концентраций положительных n+ и отрицательных n− аэроионов) определяются по формулам:
N
〈n+〉 =
∑ n+i
i =1
N
N
〈n−〉 =
,
∑n i
−
i =1
N
,
(1)
где N – число измерений (в нашем случае N = 10).
Пользуясь методом Стьюдента [73], рассчитайте случайную ошибку измерений:
N
∆n+ = α
∑ 
i =1
n + − n + i 
N ( N −1)

2
N
,
∆n− = α
∑ 
i =1
n − − n − i 
N ( N −1)

2
.
(2)
Значения коэффициента Стьюдента α следует найти по таблице 2.11 из
Приложения 2.1 второй главы данной работы или пособия [123], исходя из
значения доверительной вероятности W, которое задаёт преподаватель.
Результаты расчетов занесите в таблицу 1.26, после чего сделайте вывод о
том, насколько полученный результат совпадает с паспортными данными
прибора.
Упражнение 2. Измерение концентрации положительных
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и отрицательных аэроионов в помещении
Измерения проводятся в режиме непрерывных измерений концентрации,
который используется для аттестации рабочих мест, общего обследования рабочих помещений, поиска возможных источников аэроионов [123].
Места для проведения измерений выбираются по указанию преподавателя.
Для того, чтобы измерить концентрацию в воздухе отрицательных ионов,
следует нажать кнопку 1. На экране счётчика появятся два значения концентрации: текущее (обновляется каждую секунду) и среднее, обновляющееся каждые
25 с. В конце цикла измерений вентилятор в приборе отключается, и на экране
высвечивается среднее значение (на экране отображается символом NS −) результата измерений.
Для измерения концентрации положительных аэроионов следует нажать
кнопку 2. На экране также появятся два значения концентрации: текущее (обновляется каждую секунду) и среднее, обновляющееся каждые 25 с. В конце
цикла измерений вентилятор в приборе отключается, и на экране высвечивается
среднее значение NS + результата измерений.
Измерения провести по 10 раз для каждого типа аэроионов; данные измерений (NS − и NS +) занести в таблицу 1.27.
Таблица 1.27
Измерение уровня концентрации положительно и отрицательно
заряженных ионов в помещении
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
NS −
〈NS −〉 ± ∆NS − = ……………см −3
NS +
〈NS +〉 ± ∆NS + = ……………см −3
Выводы:
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По формулам (1) и (2) вычислите средние значения 〈NS −〉 и 〈NS +〉, а также –
ошибки измерения концентрации катионов (∆NS −) и анионов (∆NS +) в воздухе.
Результаты вычислений занесите в таблицу 1.27.
Сравните измеренные значения концентрации положительно и отрицательно заряженных аэроионов с нормативными значениями (см. табл. 1.24).
Сделайте соответствующие выводы.
Упражнение 3. Измерение коэффициента униполярности
Коэффициентом униполярности называется отношение средних концентраций положительно и отрицательно заряженных аэроионов:
N
Y = S+ .
N S−
Коэффициент униполярности обычно измеряется при аттестации рабочих
мест в помещениях с видеодисплейными терминалами и персональными компьютерами, в помещениях с системами кондиционирования, там, где применяются
групповые и индивидуальные ионизаторы воздуха, а также другие устройства
регулирования ионного режима воздушной среды [217].
Для проведения измерений следует нажать клавишу 5 счётчика: на экране
появится значение коэффициента униполярности. Измерения проведите 10 раз,
результаты запишите в таблицу 1.28. Рассчитайте среднее значение
коэффициента униполярности и погрешность его определения – см. формулы (1)
и (2). Сравните полученное значение коэффициента со значениями,
вычисленными по данным таблицы 1.24. Сделайте выводы о соответствии
коэффициента нормативам и запишите их в таблицу 1.28.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.28
Определение коэффициента униполярности
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Y
〈Y〉 ± ∆Y = ……………
Выводы:
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие частицы называют ионами? Какой полярности они бывают?
2. В чем состоит явление ионизации? Какие виды ионизации бывают?
3. Что представляют собой ударная ионизация и фотоионизация?
4. Какие природные ионизаторы воздуха существуют?
5. В чем особенности ионизации воздуха α-, β- и γ-излучением?
6. Как происходит ионизация атмосферы вторичными космическими
лучами?
7. Как распределяются аэроионы вблизи земной поверхности
8. Какие факторы влияют на скорость образования аэроинов?
9. Какие существуют периодические колебания концентрации аэроионов?
10. Как влияют аэроионы на здоровье человека?
11. Какие существуют виды аэроионов?
12. Как можно регулировать концентрацию аэроионов в помещениях?
13. Какими СанПиНами регламентируется содержание аэроионов в
воздухе рабочих и жилых помещений?
14. Какова область использования счетчика аэроионов?
15. Каков принцип работы счётчика аэроионов?
16. Что называется коэффициентом униполярности? Как его измерить?
17. В каких режимах может работать счётчик МАС-01?
18. Как провести измерение уровня собственного фона счётчика и зачем
это необходимо делать?
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.13. Приложение 1.7 «ПРИБОРЫ - СЧЁТЧИКИ АЭРОИОНОВ»
1. Счётчик аэроионов «Сигма-1» [204]
Таблица 1.29
Технические характеристики
Диапазон измерений
100 – 199999 ионов/см3
Погрешность измерения
не более 25 %
Объёмный расход воздуха
5000 см3/с
Время одного измерения
не более 1,5 с
Время непрерывной работы
не более 8 час
Габариты, масса
90 × 150 × 180, 2 кг
Питание
220 В, 50 Гц; 5 Вт
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Счетчик аэроионов «САПФИР-3К» [203]
Таблица 1.30
Технические характеристики
Диапазон измерений
200 – 255 000 ионов/см3
Погрешность измерения
не более 30 %
Время непрерывной работы
не более 8 час
Габариты, масса
Питание
330 × 240 × 120 мм; 3,6 кг
220 В, 50 Гц; 25 Вт
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 2
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРОБЛЕМНООРИЕНТИРОВАННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРАКТИКУМОВ ПО
АКУСТИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИИ
2.1. Лабораторная работа
«ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЗВУКОВОГО
ДАВЛЕНИЯ»
Цель работы: ознакомление с работой прибора для измерения параметров
акустических полей.
Приборы и принадлежности: Прибор для измерения уровня эффективного звукового давления (шумомер).
Введение
Человек и животные живут в мире звуков и шумов, которые играют существенную роль в нашей повседневной жизни. С одной стороны, они являются
сигналами информации, воспринимаемые индивидуумом. При этом звуки и шумы оказывают как желательные привычные (шум моря, леса, музыка), так и нежелательные, иногда травмирующие (шум технических механизмов, самолетов,
грозы, взрывы и т. п.), физическое и психическое воздействия. О характеристиках звуковых волн, об их воздействии на организм человека см. литературу [29,
46, 61, 79, 83, 219].
В физике под звуком понимают упругие волны, распространяющиеся в газообразных, жидких и твёрдых средах. Диапазон звуковых волн достаточно широк. В быту (и в медицине) под звуком понимают явление субъективного восприятия органами слуха человека упругих волн, длины которых лежат в диапазоне от 16 Гц до 20000 Гц. На шкале звуковых волн упругие волны с частотами,
меньшими 16 Гц, называют инфразвуком; волны с частотами свыше 20 кГц называют ультразвуком; самые высокочастотные упругие волны, лежащие в диапазоне от 109 до1013 Гц, называют гиперзвуком [217].
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел физики, изучающий явления, связанные с источниками и распространением звуковых волн, называют акустикой.
Шум – беспорядочные колебания (флуктуации) различной физической
природы, отличающиеся сложной временной и спектральной характеристикой.
В зависимости от физической природы источника шума шумы разделяют на
акустические и электрические.
Акустический шум
Источником акустического шума могут быть любые нежелательные механические колебания в твердых, жидких или газообразных средах. Можно выделить механический шум, вызываемый вибрацией и соударениями твердых тел
(станки, машины, механические устройства); аэро- и гидродинамический шум,
возникающий в турбулентных потоках газов и жидкостей в результате флуктуаций давления (шумы, возникающие в струе реактивного двигателя; в струе воды
от винтов кораблей и подводных лодок и т.п.); термодинамический шум, обусловленный флуктуациями плотности газа (возникает, например, в процессе горения или при взрывах); кавитационный шум, связанный с захлопыванием газовых полостей (пузырьков) в жидкостях (явление кавитации).
Акустический шум может быть источником помех в работе радиоэлектронных устройств в низкочастотном диапазоне (вплоть до нарушения их работоспособности).
По происхождению шумы подразделяются на естественные и технические. Естественные шумы обусловлены статистическим характером процессов, протекающих в природе. В силу статистического характера процессов, являющихся причиной естественных шумов, они принципиально неустранимы.
Технические шумы являются следствием конструктивно-технологического несовершенства машин и механизмов. Вредное влияние технических шумов может
быть существенно уменьшено или даже устранено более совершенными технологическими приемами разработки конструкции приборов [29].
Независимо от физической природы шум отличается от периодических
колебаний случайным изменением мгновенных значений величин, характеризующих данный процесс. Нередко шум представляет собой смесь случайных и
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
периодических колебаний. Для описания шумов и их источников используют
различные математические модели, соответствующие их временной, спектральной и пространственной структуре. Для количественной оценки шумов пользуются усредненными параметрами, которые определяются на основе статистических законов.
В быту под шумом понимают беспорядочные звуковые волновые помехи
различной природы, оказывающие вредное воздействие на организм человека и,
прежде всего мешающие правильному восприятию речи и музыки, отдыху и работе.
Орган слуха человека, ухо воспринимает как слышимый звук колебания
упругой среды с частотами от 20 Гц до 20 кГц. Восприятие звука – субъективный процесс, зависящий, как отмечалось выше, от всех параметров звуковой
волны (интенсивности, звукового давления, частоты). Все звуковые волны, интенсивности которых лежат между крайними значениями (порогом слышимости
и порогом болевого ощущения) являются областью слышимости.
Повышенный уровень шума на рабочем месте отнесен к группе физически
опасных и вредных производственных факторов [61].
Многочисленные исследования и повседневная деятельность свидетельствуют о том, что шум высокой интенсивности оказывает на человеческий организм вредное влияние: изменяется ритм сердечной деятельности, повышается
кровяное давление, ухудшается слух, ускоряется процесс утомления, замедляются физические и психологические реакции. При обследовании рабочих многих шумных производств обнаружены различные расстройства функционального состояния центральной нервной системы, секреторной и моторной систем, а
также пищеварительного и желудочного тракта.
Неприятное воздействие шума в некоторой степени зависит от индивидуального отношения к нему. Например, шум, производимый самим оператором,
беспокоит его меньше, чем более слабый, но раздражающий шум от постороннего источника.
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Основные количественные характеристики звука
Интенсивностью звука называется физическая величина, равная средней
по времени энергии, переносимой за единицу времени звуковой волной через
единичную площадку, ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны (плотность потока энергии). Для периодического звука усреднение проводится либо за промежуток времени, большой по сравнению с периодом, либо за целое число периодов [46].
Для плоской гармонической волны интенсивность звука равна:
p2
pV
=
(1)
I=
2ρυ
2
где p – амплитуда звукового давления; V – амплитуда скорости колебаний
частиц среды; ρ – плотность среды, в которой распространяется звук; υ – скорость звука в этой среде. Если амплитуда звуковой волны меняется со временем
– сигнал непостоянен, p = p(t), – то в формулу (1) следует подставлять эффективнее (среднее за выбранный промежуток времени T) значение давления:
1Т
2
= ∫ p 2 (t )dt ,
pСР
Т0
В международной системе единиц СИ давление измеряется в паскалях, а
интенсивность звука – в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).
В качестве оценочной характеристики интенсивности на практике используется уровень интенсивности LI. Единица уровня интенсивности называется
белом в (честь изобретателя телефона А. Бела). Эта единица – довольно крупная,
на практике чаще пользуются её десятыми долями, децибелами, 1 Б = 10 дБ. Если LI измерять в децибелах, то тогда, по определению,
I
LI = 10lg ,
I0
(2)
где I – интенсивность данного звука, I0 – пороговая интенсивность, соответствующая порогу чувствительности уха человека. За пороговую интенсивность принята величина:
I0 = 10−12 Вт/м2.
(3)
Поскольку физиологически человек воспринимает интенсивность звука
как давление, которое оказывают звуковые волны на органы слуха, для количе101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ственной характеристикой звука помимо уровня интенсивности используется
параметр, который называется уровнем звукового давления.
Согласно формуле (1) I ∼ p2, I0 ∼ p02 и, полагая, что плотность ρ среды, в
которой распространяется звуковая волна, а также скорость звука υ практически
одинаковы при давлениях p и p0, можно записать, что
LI = 10lg
p2
p
I
p
≈ 10lg 2 = 20 lg , а для переменного сигнала LI ≈ 20lg СР .
I0
p0
p0
p0
Параметр
Lp = 20lg
pСР
.
p0
(4)
называется уровнем эффективного звукового давления; Очевидно: Lp ≈ LI,
и так же, как и LI, измеряется в децибелах. В данной формуле p0 = 2⋅10−5 Па – условный порог слышимости (самое слабое звуковое давление, воспринимаемое
человеком с нормальным слухом при частоте 1000 Гц) [46].
Чувствительность человеческого уха неодинакова на разных частотах и
при разных интенсивностях звука. Для того, чтобы учесть этот факт, в приборах,
используемых для измерения уровня звукового давления (шумомерах), применяются несколько комплектов фильтров, отвечающих разной интенсивности
шума и позволяющих имитировать амплитудно-частотную характеристику уха
при заданной мощности звука. Эти фильтры обозначаются А, B, C, D. Фильтр А
примерно соответствует амплитудно-частотной характеристике «усредненного»
уха при слабых уровнях шума, фильтр B – при сильных уровнях шума, С – при
оценке пиковых уровней шума. Фильтр D был разработан для оценки авиационного шума. В настоящее время для нормирования шума применяются только
фильтры А и С; последние версии стандартов на шумомеры не устанавливают
требований к фильтрам B и D [219].
Если измерения проведены с использованием фильтра А, результат приводится не в децибелах (дБ), а в дБА, например, не 15 дБ, а 15 дБА.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Описание приборов
I.
Измеритель уровня звукового давления DT-85A [68]
Прибор DT-85A позволяет провести измерения уровня эффективного звукового давления в широком диапазоне значений. Внешний вид прибора представлен на рис. 2.1; пределы измерений и спецификация прибора приведены в
табл. 2.1.
Датчик- микрофон
Клавиша включения
Жидкокристаллический
дисплей
Рисунок 2.1.
Таблица 2.1
Технические характеристики и пределы измерений прибора DT-85A
Пределы измерений
От 40 дБ до 130 дБ
Диапазон частот измеряемых сигналов
От 31,5 Гц до 8 кГц
Питание
Батарейка 9 В
Установленный фильтр
А
Приборная погрешность
± 3,5 дБ на частоте 1 кГц
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Порядок включения и установка необходимых режимов измерений:
1. Для включения прибора DT-85A нажмите клавишу. Этой же клавишей
по окончании измерений прибор выключается.
2. Включите режим максимального сигнала клавишей MAX (клавиша сбоку). Индикация включённого режима находится на дисплее справа вверху. Если
индикация по каким-то причинам пропала, то нажмите клавишу ещё раз. Индикация появится, режим включится.
Прибор готов к работе.
II.
Многофункциональный измеритель DVM401 [161]
Микрофон
Кнопка включениявыключения
Переключатель режимов измерения
Рисунок 2.2.
Прибор позволяет провести измерения уровня эффективного звукового давления в диапазоне значений от
35 дБ до 100 дБ (диапазон А) и от 65
дБ до 130 дБ (диапазон С). Внешний
вид прибора представлен на рис. 2.2.
Измеритель DVM401 является
многофункциональным прибором и
позволяет поводить измерения не
только уровня звукового давления, но
и температуры, влажности окружающей среды, а также – освещённости
(на рис. 2.2. также изображены подключаемые для этих целей устройства).
Порядок выполнения работы
Упражнение 1. Измерение уровня эффективного звукового давления
1. Включите прибор в соответствии с описанием.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Выберите источники звука. Направьте внешний датчик к источнику
звука и проведите несколько измерений, занося результаты в табл. 2.2. Результаты измерений появляются на дисплее автоматически.
Таблица 2.2
Результаты измерений: уровня эффективного звукового давления Lр
от различных источников (в дБА)
№
Источник
1
Источник
2
Источник 3
1
2
3
…
10
Среднее значение 〈Lр〉, дБА
Среднее значение pСР, Па
В примечаниях к таблице укажите, что было выбрано в качестве источников и дополнительные сведения о режиме проведения измерений. Например,
«Источник 1: ноутбук, сигнал синусоидальный постоянной интенсивности,
частота 600 Гц. Особые отметки: во время проведения измерений использовался фильтр А».
3. Рассчитайте среднее значение уровня эффективного звукового давления
〈Lр〉 для каждого из источников и – см. формулу (4) – соответствующее этому
уровню эффективное звуковое давление pСР.
4. Рассчитайте погрешность измерений.
Поскольку проводимые измерения относятся к прямым (необходимое данное непосредственно измеряется прибором), то при подсчёте результирующей
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
погрешности приборные и случайные погрешности учитываются следующим
образом (см. [73]):
∆Lp =
(∆L p )
2
СЛ
+ (∆L p )2ПР ,
где (∆Lр)ПР – приборная погрешность; её значение указано в паспортных
данных на прибор; (∆Lр)СЛ – случайная погрешность, которую необходимо рассчитать по методу Стьюдента.
Подробно о методе Стьюдента можно прочитать в Приложении 2.1 (стр.
136) в данной работе или в пособии [123].
По измеренным данным Lрi (i = 1, 2, 3, …, N, где N – число измерений)
рассчитайте среднее арифметическое значение 〈Lр〉 уровня эффективного
звукового давления:
N
〈Lр〉 =
∑ L pi
i =1
N
.
Рассчитайте случайные ошибки (∆Lр)СЛ:
(∆Lр)СЛ = αS,
где S – среднее квадратичное отклонение 5:
∑ ( Lp
N
S=
i =1
− L pi
)
2
N ( N −1)
Значение коэффициента Стьюдента α находится по таблице 2.11 из
Приложения 2.1 к настоящей работе; требуемое для этого значение
доверительной вероятности задаёт преподаватель.
Определите приборную погрешность применявшегося измерителя уровня
эффективного звукового давления (∆Lр)ПР и рассчитайте полную погрешность
∆Lр.
Результаты измерений запишите в стандартной форме:
Источник 1 (
): Lр = (〈Lр〉 ± ∆Lр) дБА.
Строгое название термина – выборочное стандартное отклонение среднего арифметического (или среднеквадратичная погрешность среднего арифметического).
106
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Источник 2 (
): Lр = (〈Lр〉 ± ∆Lр) дБА.
Источник 3 (
): Lр = (〈Lр〉 ± ∆Lр) дБА.
5. Ознакомьтесь с характеристиками типичных приборов, используемых для
измерения параметров звуковых волн (см. Приложение 2.2 (стр. 139) в данной работе).
Упражнение 2. Изучение зависимости уровня эффективного
звукового давления от расстояния до источника звука
В случае точечного источника интенсивность звука обратно пропорциональна квадрату расстояния r до него:
I=
Const
rn
,
(5)
где n = 2 [217]. Далее предлагается проверить, насколько хорошо выполняется эта зависимость. Метод проверки основан на том, что, используя определение уровня интенсивности LI и соотношение (5), можно записать:
Const
I
LI = 10lg = 10lg(I) − 10lg(I0) = 10lg n − 10lg(I0) = 10lg(Const) − 10lg(I0) −
I0
r
n10lg(r).
Учитывая, что LI ≈ Lp, и вводя следующие обозначения x = lg(r); y =
Lp
,b
10
= lg(Const) − lg(I0), мы получаем, что величину n можно найти графически. Для
этого следует измерить зависимость уровня звукового давления от расстояния
до точечного источника и по полученным экспериментальным данным построить прямую, являющуюся графиком функции y = b − nx. Коэффициент n равен
тангенсу угла наклона этой прямой к оси абсцисс [163].
Измерения рекомендуется производить на открытом воздухе, вдали от
стен и препятствий, от которых может отражаться звуковая волна.
1. Выберите один из источников звука (рекомендуется выбрать источник
стабильного звукового сигнала).
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Устанавливая прибор на пяти разных расстояниях r от источника, проведите измерения зависимости уровня звукового давления Lp от этого расстояния. Результаты измерений запишите в табл. 2.3.
3. По полученным данным постройте график зависимости уровня эффективного звукового давления Lр от расстояния r (график следует чертить в координатах: ось абсцисс – lg(r), ось ординат – 0,1Lр, дБ).
4. Пользуясь построенным графиком, найдите величину n. Полученное
значение запишите в таблицу 2.3.
Таблица 2.3
Зависимость уровня эффективного звукового давления Lр
от расстояния до источника r
r, м
Lр, дБ
lg(r)
0,1Lр, дБ
n=
Упражнение 3. Измерение уровня эффективного звукового давления в
различных местах
1. Выберите места для измерений (аудитория, коридор, улица и т.д.) по
указанию преподавателя и проведите там измерения, записав результаты в табл.
2.4. (в таблице укажите, какие места были выбраны). Для каждого случая рассчитайте среднее значение уровня эффективного звукового давления.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.4
Уровень эффективного звукового давления (в дБА) на различных местах
№
Место 1
Место 2
Место 3
1
2
…
10
Среднее
значение
Рассчитайте погрешность измерений. Расчет проводится так же, как в упражнении 1.
Результаты измерений запишите в стандартной форме
Помещение 1 (
): Lр = (〈Lр〉 ± ∆Lр) дБА.
Помещение 2 (
): Lр = (〈Lр〉 ± ∆Lр) дБА.
Помещение 3 (
): Lр = (〈Lр〉 ± ∆Lр) дБА.
Сравните полученные значения с нормативными (см., например, литературу [79, 123]).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какова физическая природа звука в воздухе?
2. Проведите классификацию звуковых волн по их частотам.
3. Что называется шумом? Какие бывают виды шумов?
3. Что называется уровнем интенсивности звука? В каких единицах он измеряется?
4. Что называется уровнем звукового давления? В каких единицах он измеряется?
5. Чем результаты измерений, выраженные в дБА, отличаются от результатов, выраженных в дБ?
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Опишите прибор, использовавшийся в работе для измерений.
7. Как рассчитываются погрешности измерений в каждом из упражнений?
8. Как зависит интенсивность звука от расстояния до источника звука?
9. Перечислите некоторые источники звука (естественные и техногенные)
и укажите примерные диапазоны уровня звукового давления, создаваемого этими источниками.
10. Каковы принципы биологического восприятия звука человеком? Укажите частоты слышимых звуков, предел чувствительности и болевой порог.
11. Приведите примеры характеристик приборов, используемых для измерения параметров звуковых волн.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2. Лабораторная работа «ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В
ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН»
Работа выполняется с использованием компьютерной измерительной
системы «L-micro» [114].
Цель работы: Изучение явления образования стоячих волн и определение
скорости распространения звуковых волн.
Введение
Интенсивный шум, представляющий собой совокупность звуковых волн в
диапазоне частот, которые воспринимаются человеческим ухом (примерно 16 Гц
– 20 кГц), неблагоприятно действует на организм человека и может явиться причиной различных заболеваний. При работе в условиях шума снижается производительность труда: шум притупляет внимание, замедляет реакцию, мешает восприятию полезных сигналов (на железной дороге этот фактор оказывается весьма серьёзным при работе, связанной с движением поездов). Шум нарушает комфорт пассажиров и является источником беспокойства для населения, проживающего вблизи железнодорожных объектов.
Вопросы борьбы с шумом должны решаться на стадии проектирования
машин, транспортных средств, оборудования, зданий, сооружений, населенных
пунктов, а также в процессе изготовления, испытания, приемки, эксплуатации и
ремонта этих объектов.
О характеристиках звуковых волн, об их воздействии на организм человека см. литературу [16, 41, 79, 123, 190, 193, 210, 230].
Поскольку основным переносчиком звуковых волн в окружающем нас мире является воздух, необходимо уметь измерять основные параметры этих волн:
частоту, длину волны, скорость.
Для звука воздух является упругой средой, и звуковые волны в такой среде являются продольными. Напомним, что волна называется продольной, если
колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны. Ес111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ли частицы среды колеблются в плоскостях, перпендикулярных направлению
распространения волн, то такие волны называются поперечными.
Основная задача изучения волн – выяснение закона изменения во времени
и пространстве физических величин, однозначно характеризующих тот или иной
тип волнового процесса. В случае упругих волн такой величиной может быть
смещение S малых по объему участков среды относительно положения равновесия. Зависимость S от пространственных координат x, y, z и времени t называется
уравнением волны. Рассмотрим волну, которая, возбуждаясь источником, находящимся в точке О, распространяется вдоль положительного направления оси
ОХ (рис. 2.3.). Если колебания в точке О происходят по закону S = A⋅sinωt, то колебания в точке М отстают по фазе от колебаний в точке О и совершаются по закону
S = A⋅sin[ω(t – t1)],
где t1 = x/υ – время, необходимое для прохождения волной расстояния х
[190].
l
Падающая волна
О
0
М
х
Отражённая волна
X
Рисунок 2.3.
Таким образом, уравнение волны имеет вид
S = A⋅sin[ω(t – x/υ)].
(1)
Здесь A – амплитуда, ω(t – x/υ) – фаза, ω – частота волны. Расстояние между двумя ближайшими точками среды, для которых разность фаз колебаний равна 2π, называется длиной волны λ. Длина волны связана со скоростью υ этой
волны и периодом колебаний T соотношением: λ = υT.
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введём обозначение k = 2π/λ (величина k называется волновым числом и
показывает, сколько длин волн укладывается на отрезке длиной 2π). Тогда, с
учётом того, что ω = 2π/T, получим:
S = A⋅sin(ωt – kx).
(2)
Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью. Волновые поверхности волны, описываемой уравнением (2), являются плоскостями, перпендикулярными оси ОХ, так как все точки
удовлетворяющие условию х = const, колеблются в одинаковой фазе и образуют
плоскость, перпендикулярную оси ОХ. Таким образом, уравнение (2) описывает
плоскую волну. Оно выведено в предположении, что амплитуда колебаний во
всех точках одна и та же, то есть энергия волны средой не поглощается [210].
Зафиксируем значение фазы стоящей в уравнении (1), приняв
ω(t – x/υ) = const.
(3)
Это выражение дает связь между временем t и координатой х той точки, в
которой в данный момент колебание имеет заданное значение фазы. В следующий момент времени данной фазой будет характеризоваться точка уже с другой
координатой; вычислив производную dx/dt, ты найдём, тем самым, фазовую скорость – скорость, с которой перемещается данное значение фазы. Продифференцировав выражение (3) по времени с учётом того, что ω является постоянной
величиной, получим
1–
1 dx
dx
= 0, или
= υ.
υ dt
dt
Таким образом, скорость υ, с которой распространяется плоская монохроматическая (ω = const) волна, и является фазовой скоростью.
Если в среде имеют место не одна, а несколько синусоидальных волн (и их
амплитуды не слишком велики), то все они распространяются независимо друг
от друга, так что результирующее смещение любой частицы среды равно векторной сумме ее смещений, обусловленных каждой из волн в отдельности. В
этом заключается принцип суперпозиции волн. При наложении (интерференции)
происходит их взаимное усиление в одних точках среды и ослабление в других
точках. Частным случаем интерференции волн являются так называемые стоя-
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чие волны. Стоячая волна образуется при наложении двух встречных плоских
волн с одинаковой частотой и амплитудой [16, 230].
Выведем уравнение стоячей волны.
Пусть уравнение колебаний точки М в падающей волне имеет вид
S1 = A⋅sin(ωt – kx).
(4)
Отражённая волна, попадая в точу М, проходит расстояние 2l − x; кроме
того, при отражении от более плотной, чем воздух, преграды у неё происходит
добавочное отставание по фазе на π (при отражении от менее плотной преграды
отставания по фазе не происходит).
Следовательно, для отражённой волны:
S2 = A⋅sin[ωt – k(2l − x) − π] = −A⋅sin[ωt – k(2l − x)].
По принципу суперпозиции результирующее смещение
S = S1 + S2 = A⋅sin(ωt – kx) − A⋅sin[ωt –k(2l – x)].
Используем известную из тригонометрии формулу для разности синусов,
согласно которой sinα − sinβ = 2sin[(α − β)/2]⋅cos[(α + β)/2]. Тогда уравнение для
результирующего смещения в точке M (уравнение стоячей волны) можно переписать в виде:
S = 2A⋅sin[k(l – x)]⋅cos(ωt – kl), или
π
S = 2A⋅sin[k(l – x)]⋅sin(ωt – kl − ).
(6)
2
Из формулы (4) следует, что в результате сложения падающей и отражённой волн в точке M с координатой х возникает синусоидальное колебание с той
же частотой: о этом говорит наличие в уравнении характерного сомножителя
sin(ωt – kl – π/2). Сомножитель 2A⋅sin[k(l – x)], не зависящий от времени, можно
рассматривать, как амплитуду АСТ этого колебания, причём, согласно формуле
(6), величина этой амплитуды зависит от расположения точки M (то есть она не
одинакова в разных местах оси ОХ):
АСТ = 2A⋅sin[k(l – x)].
(7)
В точках, координаты которых удовлетворяют условию
π
(8)
k(l – x) = (2m + 1) , (т = 0, 1, 2, 3,...),
2
амплитуда колебаний достигает максимального значения 2А. Эти точки
называются пучностями стоячей волны. В точках, где
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
π
k(l – x) =2m , (т = 0, 1, 2, 3,...),
(9)
2
амплитуда колебаний равна нулю. Эти точки не колеблются и поэтому называются узлами стоячей волны.
Поскольку стоячая волна – результат сложения двух бегущих, распространяющихся в противоположных направлениях, то, в отличие от бегущей волны,
стоячая энергию не переносит. Полная энергия каждого элемента любого объема
среды, постоянна, она лишь периодически переходит из кинетической энергии в
потенциальную энергию упруго деформированной среды и обратно. Именно поэтому такого рода волны и получили название стоячих [217].
Метод измерений и описание аппаратуры
Скорость распространения звуковых волн в среде υ можно определить, если известна частота колебаний ν и длина волны λ в данной среде: υ = λν. В настоящей работе длина звуковой волны определяется непосредственными измерениями [79, 118, 123]. Схема установки приведена на рис. 2.4. Стоячая волна
возникает в области между двумя развёрнутыми навстречу друг другу звуковыми колонками, расстояние между соседними пучностями определяется с помощью сопряжённого с компьютером датчика – микрофона. Источником звукового
сигнала является сам компьютер (сигнал записан в виде файла в формате mp3)
[118].
Системный блок
Монитор
Звуковые колонки
КИБ
L-Micro
Микрофон
Линейка
Рисунок 2.4.
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приборы и принадлежности: две звуковые колонки, масштабная линейка, компьютер с установленной программой L-Micro, компьютерный измерительный блок L-micro (КИБ), шнур интерфейсный (9-ти иголочный COM M-F)
для соединения компьютера и измерительного блока, датчик - микрофон.
Внимание! Подключение КИБ к COM-порту компьютера следует производить при выключенном компьютере!
Примечание: В отсутствие измерительного блока L-micro работа может
выполняться с помощью шумомера типа DT-85A, показания уровня звукового
давления считываются при этом непосредственно с экрана прибора.
Порядок выполнения работы
1. Подключите разъём датчика в разъём 1 Измерительного блока, КИБ
подключите к COM-порту системного блока, включите компьютер, запустите
программу L-micro.
2. В компьютерной программе войдите в раздел «Датчики» и выберите
«Датчик – микрофон». После нажатия
кнопки «Измерения» на экране появятся
две оси координат: по оси ординат откладываются значения амплитуды звукового
сигнала (в относительных единицах), по
оси абсцисс – времени t (в секундах).
3. Установите колонки друг напроРисунок 2.5.
тив друга (на максимальном расстоянии),
включите и подайте на них звуковой сигнал, записанный на компьютер в виде
файла в формате mp3. Перемещая голову в пространстве между колонками, убедитесь в том, что возникла стоячая волна: в одних местах звук будет громким, в
других – слабым.
Внесите микрофон в пространство между колонками, после чего нажмите
кнопку «Пуск». Убедитесь в том, что на экране монитора появится сигнал от
микрофона. Перемещая микрофон, следите за величиной сигнала на экране монитора. Типичный вид наблюдаемой картины представлен на рис. 2.5.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Узнайте у преподавателя, какова частота ν1 звукового сигнала в используемом файле; данные запишите в таблицу 2.5.
4. Перемещая микрофон от одной колонки к другой и наблюдая сигнал на
экране компьютерного монитора, найдите такие его положения, при которых
регистрируется максимум звуковых колебаний. Координату микрофона
отсчитывайте по линейке. Подбирать положения микрофона для каждого
максимума под номером i надо дважды: сначала при перемещении в одном
направлении (хi1), а затем – в противоположном (хi2). Из двух отсчетов хi1, и хi2
следует взять среднее арифметическое xi . Результаты измерений координат
всех зарегистрированных пучностей (их общее число n неодинаково на разных
частотах) занесите в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Номера пучностей:
1
i
n
ν1 =
х11 =
м
x1 =
хi1 =
м
xi =
xn1 =
м
xn =
Гц
х12 =
м
м
хi2 =
м
м
хn2 =
м
м
ν2 =
х11 =
м
x1 =
хi1 =
м
xi =
хn1 =
м
xn =
Гц
х12 =
м
м
хi2 =
м
м
хN2 =
м
м
ν3 =
х11 =
м
x1 =
хi1 =
м
xi =
хn1 =
м
xn =
Гц
х12 =
м
м
хi2 =
м
м
хn2 =
м
м
5. Аналогичные измерения надо произвести, по очереди подав на колонки
звуковой сигнал, записанный еще в двух файлах формата mp3 (указываются
преподавателем). Данные об их частотах ν2 и ν3 и результаты измерений также
запишите в табл. 2.5.
6. По завершении работы выйдите из программы и нажмите кнопку «стоп»
на панели программы L-Micro.
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Как следует из формулы (8), расстояние между любыми соседними максимумами, например, под номерами m и m + 1, одинаковы и равны:
λ
.
(10)
2
Используя весь массив полученных данных, рассчитайте значения длин
звуковых волн и запишите полученные результаты в табл. 2.6 (число n – 1 таких
хm – хm+1 =
значений неодинаково для разных частот).
Таблица 2.6
Результаты расчёта
υ1, м/с
λ1, м
υi, м/с
λi, м
λn–1, м
υn–1, м/с
ν1 =
Гц
ν2 =
Гц
ν3 =
Гц
8. Используя связь между частотой, длиной волны и скоростью звука, рассчитайте значения скорости звука во всех случаях. Результаты вычислений занесите в табл. 2.
9. Используя все N результатов вычислений скорости звука для исследовавшихся частот, вычислите среднее значение скорости υ звука в воздухе:
υ =
υ1 + υ 2 + ... + υi + ... + υ N
N
.
(11)
10. Рассчитайте ошибку измерений по формуле Стьюдента [73]:
∑ ( υ −υi )
N
∆υ = α
118
i =1
N ( N −1)
2
.
(12)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коэффициент Стьюдента α возьмите из таблицы 2.11 Приложения 2.1 к
данной работе (стр. 136) или из методических указаний [73]; требуемое для
этого значение доверительной вероятности задаёт преподаватель.
Результат вычислений ошибки ∆υ округлите до первой значащей цифры,
если она больше единицы или до двух значащих цифр, если первая значащая
цифра равна единице.
11. Округлите полученное в п. 9 значение υ до тех же знаков, что и ∆υ,
после чего запишите результат измерений в виде
υ = υ ± ∆υ, м/с.
Сравните данные вычислений со справочными данными для скорости звука в воздухе.
12. Ознакомьтесь с характеристиками типичных приборов, используемых
для измерения параметров звуковых волн (см. Приложение 2.2 (стр. 139) в данном пособии).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как образуется стоячая волна? Напишите уравнения бегущей волны:
падающей и отраженной.
2. Выведите уравнение стоячей волны.
3. Что называется узлами и пучностями стоячей волны?
4. Как объяснить зависимость громкости звука от положения микрофона?
Как влияет частота звука на число максимумов по всей длине воздушного столба
в трубе?
5. Выведите формулу, показывающую, как расстояние между соседними
пучностями стоячей волны связано с длиной бегущей волны.
11. Приведите примеры характеристик приборов, используемых для измерения параметров звуковых волн.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.3. Лабораторная работа «ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЗВУКОВОГО
ДАВЛЕНИЯ, СОЗДАВАЕМОГО НАСКОЛЬКИМИ ИСТОЧНИКАМИ»
Цель работы: ознакомление с работой приборов для измерения параметров акустических полей; сравнение измеренного и рассчитанного уровней звукового давления, создаваемого несколькими источниками.
Приборы и принадлежности: Прибор для измерения уровня эффективного звукового давления (шумомер), набор телефонов, звуковые генераторы.
Введение
Основные количественные характеристики звука
Любое колебательное движение вызывает вблизи его источника колебание
частиц воздуха. Это движение передается следующим близлежащим воздушным
слоям, и в результате в воздухе начинает распространяться продольная звуковая
волна [29, 46, 61, 79, 219]. Фронт возникшей волны движется, его скорость υ и
называется скоростью волны. Так, при температуре +20 °С и давлении
1,013 МПа скорость звука в воздухе составляет 344 м/с [217].
Звуковая волна характеризуется периодом T колебаний атомов, молекул
газов, входящих в состав воздуха (временем, за которое совершается одно полное колебание) и частотой f (числом колебаний в секунду). Период измеряется в
секундах, частота – в герцах: f = 1/T, то есть 1 Гц = 1 с−1.
За время T фронт волны проходит расстояние λ, которое называется длиной волны:
λ = υT = υ /f.
(1)
Область пространства, в которой распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. Оно описывается двумя изменяющимися во времени
параметрами: звуковым давлением р и колебательной скоростью частиц. Звуковое давление – это разность между мгновенным значением полного давления и
средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде. Как и обычное давление, оно измеряется в Па [46].
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии, который характеризуется интенсивностью звука I, измеряемой в Вт/м2. Интенсивность звука – средний поток энергии, проходящий через единицу поверхности,
нормальной к направлению распространения звуковой волны за единицу времени, она прямо пропорциональна квадрату звукового давления:
I = p2/z,
(2)
где z – параметр, который называется удельным акустическим сопротивлением следы, зависящий от её плотности.
Характерной особенностью звуковой энергии является ее малая величина по
сравнению с другими видами энергии. Так, например, звуковой энергии крика
50000 болельщиков в течение всего футбольного матча могло бы хватить только
на то, чтобы согреть лишь одну чашку кофе. Но при этом величины звукового
давления и интенсивности звука, на которые реагируют человеческое ухо, могут
меняться в очень широких пределах: по давлению – до 108 раз, по интенсивности
(I ∼ p2) – до 1016 раз! Широкий диапазон интенсивностей звуковых волн, воспринимаемых человеком, обусловлен тем, что наше ухо реагирует не на разность
интенсивностей звука до и после возмущения, а на логарифм их отношения (закон Вебера-Фехнера [58]). В связи с этим в практической акустике получили
широкое распространение логарифмические величины – уровень интенсивности, уровень звукового давления, и уровень мощности, измеряемые в децибелах
(дБ). В частности, уровень интенсивности:
LI = 10 lg I/I0 (или I = I0⋅100,1LI ),
(3)
(где I – интенсивность звука, а I0 = 10−12 Вт/м2 нижняя пороговая интенсивность звука, воспринимаемая человеческим ухом).
Уровень звукового давления Lp с учетом формулы (2) определяются, как:
p2
p
Lp = 10lg 2 = 20lg ,
p0
p0
(4)
(где p –звуковое давление, а p0 = 2⋅10−5 Па – минимальное звуковое давление, воспринимаемое, человеческим ухом [190]).
Использование логарифмических величин позволяет существенно уменьшить диапазон изменения акустических параметров.
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При наличии нескольких (N штук) некогерентных источников шума интенсивности I1, I2,… IN создаваемых ими звуковых волн складываются:
IΣ = I1 + I2 + … + IN,
(5)
где IΣ – интенсивность результирующего сигнала. Поэтому для уровня интенсивности звука LΣ, создаваемого N разными источниками, получается следующее выражение:
LΣ = 10lg

I
I 
I
IΣ
= 10lg  1 + 2 + ... N  или, с учетом (3),
I0 
I0
 I0 I0
N

LΣ = 10lg  ∑100,1LIi  .
 i =1

(6)
где LIi – уровень звукового давления i-го источника.
В частности, если источники шума имеют одинаковую интенсивность (I1 =
I2 = … = IN), то LI1 = LI2 = … = LIN = LI, и формулу (6) можно переписать:
LΣ = LI + 10lg(N).
(7)
Согласно этой формуле уровень интенсивности шума, создаваемого двумя
одинаковыми источниками (N = 2) на 3 дБ больше, чем уровень интенсивности
шума одного такого источника, и при этом величина добавки в 3 дБ не зависит
от значений исходных уровней [210]. Включаем ли мы второй фен или вторую
реактивную турбину, в обоих случаях уровень шума увеличивается на одни и те
же 3 дБ. Таким образом, в акустике не выполняются правила арифметического
сложения уровней: два источника шума по 80 дБ дают не 160 дБ, а только 83 дБ!
Рассмотренные особенности логарифмического суммирования имеют
большое практическое значение при разработке мероприятий по защите от шума. Так, при большом числе одинаковых источников глушение лишь нескольких
из них не позволит добиться существенного снижения суммарного шума. Если
же в расчетную точку попадает шум от источников разной интенсивности, то
снижать необходимо сначала шум источников с большей интенсивностью.
Еще одной особенностью звукового восприятия является то, что человеческое ухо воспринимают звуки лишь в определённом диапазоне частот (приблизительно 20 – 20 000 Гц). Наш слуховой аппарат является наиболее чувствительным к звукам частотой около 1000 – 5000 Гц; ниже 20 Гц лежит область инфра-
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
звука, выше 200000 Гц – область ультразвука; их ухо не слышит, но звуковые
волны этих частот могут воздействовать на другие органы.
При акустических измерениях всю область спектра разбивают на ряд октавных полос так, чтобы отношение граничных частот f1 и f2 составляло
f1/ f2 = 2α.
(8)
При α =1 отношение f1/ f2 = 2; такой интервал составляет октавную полосу
частот. Если α = 1/2 – это полуоктавная полоса, при α = 1/3 – третьоктавная.
При этом среднегеометрическая частота fСГ для указанных интервалов в общем
случае определяется как fСГ =
f1 f 2 = 2α/2f1. Так, например, в октавной полосе
cреднегеометрическая частота fСГ = f1 2 , в третьоктавной полосе fСГ = f1⋅21/6. На
октавных и третьоктавных среднегеометрических частотах и проводятся обычно
акустические измерения [79].
Воздействие шума на организм человека
Человек и животные живут в мире звуков и шумов. Под шумом понимается всякий нежелательный для человека звук, но поскольку то, что для одного человека является музыкой, другой может считать шумом, в общем случае понятие
шума является субъективным.
Воздействие шума на орган слуха.
−
Кратковременное воздействие шума высокой интенсивности может привести к временной потере чувствительности слуха, которая затем восстанавливается.
−
При длительном воздействии шум высокой интенсивности вызывает необратимые потери слуха, так называемую тугоухость.
−
При очень высокой интенсивности шум вызывает мгновенную глухоту и повреждение слуха [41].
Частотный состав является одним из факторов, определяющих восприятие
шума человеком. Тональные шумы, в которых прослушиваются дискретные тона, оказывают более сильное влияние на человека, нежели широкополосные.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При этом широкополосный шум с преобладанием в спектре высоких частот более вреден, чем шум с низкочастотным спектром. Человек легче переносит шумы с малой скоростью изменения уровня звукового давления, нежели шумы, характеризующиеся динамичностью (грохот, дребезжание, треск).
Промышленный шум является не единственной причиной потери слуха.
Помимо этого необратимые потери слуха наступают и с увеличением возраста.
Обычно это явление начинается в возрасте приблизительно 30 лет у мужчин и 35
лет у женщин с потерей чувствительности слуха к высоким частотам. С годами оно
распространяется на более низкие частоты, достигая речевого диапазона (500 –
3000 Гц) [193].
Воздействие шума на другие органы.
Воздействие шума на организм человека не ограничивается слуховым аппаратом, но носит гораздо белее комплексный характер. Пример типичной реакции на неожиданный громкий звук: человек съеживается, поворачивает голову,
сначала задерживает дыхание, а потом ускоряет его.
Наиболее характерно действие шума проявляется в изменениях в системе
кровообращения, выражающееся в некотором увеличении частоты пульса, сужении мелких артериальных сосудов и, как следствие этого, уменьшение объема
протекающей крови и снижение температуры кожи.
Кроме того, имеет место расширение зрачков, зависящее от интенсивности
воздействующего шума. В результате уменьшается глубина резкости зрения, что
особенно нежелательно для людей, выполняющих высокоточную работу, например, часовщиков.
Воздействие шума на психику.
Шум действует на психику человека очень индивидуально. Например, при
умственной деятельности тихий звук падающих из крана капель или тиканье будильника может вызвать сильное раздражение и, напротив, громкие звуки симфонического оркестра в состоянии вызвать огромные положительные эмоции.
Первостепенное значение в возникновении у человека неприятных ощущений
имеет его отношение к источнику звука. На некоторых, наоборот, симфоническая музыка оказывает негативное воздействие, а звук падающих капель они мо124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гут и не замечать. В дневное время негромкая музыка обычно не вызывает у нас
никаких беспокойств. Но если ночью Вы легли спать, а Ваши соседи в это время
решили повеселиться, включив музыку на полную мощность, то отголоски этой
музыки, хотя и не очень громкие, могут довести Вас «до белого каления».
Итак, звук любого вида может вызвать отрицательное действие, но, в конечном счете, все будет определяться конкретным человеком и ситуацией, в которой он находится [61].
В общем, воздействие на психику возрастает с повышением высоты звука,
а также увеличением его громкости и уменьшением частотного диапазона. Увеличение громкости приводит к негативным психическим реакциям как непосредственно, так и косвенно из-за коммуникативных помех, когда возможность
речевого общения сокращается до минимума. Прерывистый шум, по сравнению
с непрерывным (особенно если часто меняются его уровни), вызывает возрастающее раздражение, которое усиливается с повышением разницы между минимальными и максимальными уровнями. Реакция на шум во многом определяется
также исходным состоянием психики человека. Предрасположенность его к неврозам приводит к более сильной реакции на шум.
Вместе с тем, следует отметить, что действие шума иногда приводит и к
положительной реакции. Известно, например, что при монотонном труде с помощью музыки можно достичь повышения производительности труда. Вообще
установлено, что шум положительно влияет на конкретное мышление и отрицательно – на абстрактное мышление.
Нормирование шумов
Вредность шума, как фактора среды обитания человека, приводит к необходимости ограничивать его уровни. Нормируемыми параметрами шума являются уровни звукового давления Lp, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц
[217].
Прибор дня измерения шума (шумомер) состоит из микрофона, который
преобразует акустическую энергию звуковой волны в электрический сигнал, измерительного усилителя, фильтров для частотного анализа шума, интегратора
(для интегрирующих шумомеров), детектора и индикатора. Поскольку чувстви125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельность уха зависит как от частоты звука, так и от его интенсивности, в шумомере используются несколько комплектов фильтров, отвечающих разной интенсивности шума. Данные фильтры позволяют имитировать амплитудночастотные характеристики человеческого уха при заданной мощности звука. Эти
фильтры называются А, В, С, D; их амплитудно-частотные характеристики определятся стандартом ГОСТ 17187- 81 [226].
Фильтр А примерно соответствует амплитудно-частотной характеристике
«усредненного человеческого уха» при слабых уровнях шума, фильтр С используется для оценки пиковых уровней шума. Фильтр В был создан для измерений
при сильных уровнях шума, фильтр D – для оценки авиационного шума. В настоящее время для нормирования шума применяются только фильтры А и С.
Использование фильтра А находит своё отражение в том, что результаты
измерений записывают не просто в децибелах (дБ), а в единицах, которые обозначаются аббревиатурой дБА.
Помимо требований к амплитудно-частотной характеристике, стандарты
на шумомеры устанавливают требования к параметрам временного усреднения.
В шумомерах используются режимы:
−
F (fast), время усреднения сигнала 1/8 с;
−
S (slow), время усреднения сигнала 1 с,
−
I (Impulse), регистрация импульсного сигнала.
Стандартными величинами, подлежащими измерению, для постоянных
шумов являются:
• уровень звукового давления Lр, дБ в октавных или третьоктавных полосах частот в контрольных точках;
• скорректированный с учётом характеристик фильтра А уровень звука
LА, дБА в контрольных точках.
• эквивалентные (предусматривающие усреднение за длительный промежуток времени) уровни звукового давления или уровня звука, измеряемые для
непостоянных шумов [41, 193].
По точности шумомеры делятся на четыре класса: 0, 1, 2 и 3. Шумомеры
класса 0 используются, как образцовые средства измерения; приборы класса 1 –
для лабораторных и натурных измерений; 2 – для технических измерений; 3 –
для ориентировочных измерений шума. Каждому классу приборов соответствует
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
диапазон измерений по частотам: шумомеры классов 0 и 1 рассчитаны на диапазон частот от 20 Гц до 18 кГц, класса 2 – от 20 Гц до 8 кГц, класса 3 – от 31,5 Гц
до 8 кГц [74, 196].
Некоторые нормы на уровни звукового давления и эквивалентного уровня
им звука в зоне жилой застройки, местах отдыха, в учебных и административных помещениях приведены в таблице 2.7 [19, 193].
Таблица 2.7
Нормированные уровни звукового давления в зоне жилой застройки
Назначение
помещения,
территории
Жилые здания:
– жилые комнаты
квартир
с 7 до 23 ч
с 23 до 7 ч
– жилые комнаты в
общежитиях
с 7 до 23 ч
с 23 до 7 ч
– территории жилой застройки
с 7 до 23 ч
с 23 до 7 ч
Места отдыха:
– площадки отдыха
в микрорайонах
Детские дошкольные и школьные
учреждения:
– спальные помещения
с 7 до 23 ч
с 23 до 7 ч
Уровни звукового давления Lp, дБ
на среднегеометрической частоте
Эквивалентный
уровень звука
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Гц Гц Гц Гц
Гц
Гц
Гц
Гц
LА, дБА
63 52
55 44
45
35
39
29
35
25
32
22
30
20
28
18
40
30
67 57
59 48
49
40
44
34
40
30
37
27
35
25
33
23
45
35
75 66
67 57
59
49
54
44
50
40
47
37
45
35
43
33
55
45
67 57
49
44
40
37
35
33
45
63 52
55 44
45
35
39
29
35
25
32
22
30
20
28
18
40
30
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– классные помещения
в школах
Учебные заведения,
НИИ, административные здания:
– аудитории
– рабочие
помещения управлений
Вокзалы:
– пассажирские залы аэровокзалов,
железнодорожных и
автовокзалов
63 52
45
39
35
32
30
28
40
63 52
45
39
35
32
30
28
40
71 61
54
49
45
42
40
38
50
79 70
63
58
55
52
50
49
60
Описание приборов
I. Шумомер АТТ – 9000 [223]
АТТ – 9000 – портативный интегрирующий измеритель уровня звука.
Встроенный конденсаторный микрофон обеспечивает диапазон измерения уровней звука в пределах от 30 до 130 дБ в полосе частот от 31,5
Гц до 8 кГц. Дополнительная функция аналогового выхода
позволяет использовать прибор в автоматических системах
экологического контроля акустических параметров производственных и жилых помещений. Внешний вид прибора
представлен на рис. 2.6.
Прибор имеет две амплитудно-частотные характеристики: шкала А моделирует восприятие звука человеческим
ухом, шкала С используется для измерения истинных уровней шумов испытуемого оборудования. Погрешность измерений: ± 1,5 дБ (в частотном диапазоне 125 Гц – 1 кГц при
уровне входного сигнала 94 дБ). Время интегрирования:
Рисунок 2.6.
200 мс (быстрый режим), 500 мс (медленный режим)
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
II. Измеритель уровня звукового давления DT-85A [68]
Прибор DT-85A позволяет провести измерения уровня эффективного звукового давления в широком диапазоне значений. Пределы измерений и спецификация прибора приведены в табл. 2.8, внешний вид прибора представлен на
рис. 2.7;
Таблица 2.8
Технические характеристики и пределы измерений прибора DT-85A
Пределы измерений
От 40 дБ до 130 дБ
Диапазон частот измеряемых сигналов
От 31,5 Гц до 8 кГц
Питание
Батарейка 9 В
Установленный фильтр
А
Приборная погрешность
± 3,5 дБ на частоте 1 кГц
Датчик- микрофон
Клавиша включения
Жидкокристаллический
дисплей
Рисунок 2.7.
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Порядок включения и установка необходимых режимов измерений:
1. Для включения прибора DT-85A нажмите клавишу. Этой же клавишей
по окончании измерений прибор выключается.
2. Включите режим максимального сигнала клавишей MAX (клавиша сбоку). Индикация включённого режима находится на дисплее справа вверху. Если
индикация по каким-то причинам пропала, то нажмите клавишу ещё раз. Индикация появится, режим включится.
Прибор готов к работе.
III. Многофункциональный измеритель DVM401 [161]
Прибор позволяет провести измерения уровня эффективного звукового
давления в диапазоне значений от 35 дБ до 100 дБ (диапазон А) и от 65 дБ до
130 дБ (диапазон С). Внешний вид прибора представлен на рис. 2.8.
Измеритель DVM401 является
многофункциональным прибором и позволяет поводить измерения не только
уровня звукового давления, но и температуры, влажности окружающей среды,
Микрофон
а также – освещённости (на рис. 2.8.
Кнопка включениятакже изображены подключаемые для
выключения
этих целей устройства).
Переключатель режимов измерения
Рисунок 2.8.
При выполнении настоящей лабораторной работы могут использоваться шумомеры и других типов (см. Приложение 2.2 к настоящей главе).
Источниками звука могут являться:
а) узкополосные источники – телефоны, подключаемые к генератора сигналов звуковых частот, колонки динамиков персональных компьютеров, воспроизводящие файл с записью в mp3-формате сигнала заданной частоты и т. д.
б) технические устройства, создающие широкополосный шум (электродрели, станки, колонки динамиков персональных компьютеров, воспроизводящие файл с записью в mp3-формате соответствующих сигналов.
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Согласно указанию преподавателя может выполняться только один из
пунктов а) или б) работы.
Пример исполнения лабораторной установки представлен на рис. 2.9.
В процессе выполнения работы предлагается:
−
измерить уровни звукового давления, создаваемого различными источниками;
−
измерить, как меняется
уровень звукового давления при
подключении к уже работающему
источнику звука еще одного такого
же; результаты измерений сравнить
с теоретическими – см. формулу
(7);
−
измерить, как меняется
уровень звукового давления при
подключении к двум одинаковым
Шумомер
Источники звука
работающим источникам звука еще
(телефоны)
одного; результаты измерений
Генераторы звуковых частот
сравнить с теоретическими – см.
Рисунок 2.9.
формулу (6).
Измерения проводятся с использованием шкалы «С» шумомера, позволяющей определять уровни звукового давления, создаваемого техническими источниками.
Порядок выполнения работы
а) Работа с узкополосными источниками шума (подключёнными к генераторам телефонными динамиками)
1. Расставьте элементы установки так, как это показано на рис. 2.9. Выставьте на шкалах звуковых генераторов частоты 950, 1000, 1050 Гц.
2. Включите все три генератора, установив ручки «Ослабление dB» в положение 0, ручки «рег. выхода» в крайнее правое положение.
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Включите шумомер, установив переключатель диапазонов в среднее положение, переключатель временного режима в положение «медленно», переключатель диапазона измерений – в положение «С».
4. Зафиксируйте и занесите в таблицу 2.9 примерное значение шумового
фона LФ в помещении.
5. Расставьте телефоны относительно шумомера так, чтобы значения
уровней звукового давления Lp1, Lp2 , Lp3, создаваемого ими, лежали примерно в
интервале 65 – 75 дБ, а разброс этих значений не превышал 5 – 6 дБ (например:
67, 70, 73 дБ). Для этого следует подать сигнал большой интенсивности на один
из телефонов, переведя ручку «Ослабление dB» в крайнее положение «1», и, перемещая телефон, добиться нужного показания шумомера. Далее, вернув ручку
в прежнее положение, повторите эти процедуры с остальными телефонами.
Таблица 2.9
Результаты измерений шума, создаваемыми несколькими источниками
LФ, дБ
№
L1, дБ
L2, дБ
L3, дБ
L*, дБ
LΣ, дБ
1
2
3
…
10
Средние:
6. После того, как телефоны будут установлены, можно приступать к измерениям, подавая сигнал большой интенсивности и записывая результаты измерений в таблицу 2.9:
− только на первый из телефонов (переводя в положение «1» ручку «Ослабление дБ» на соответствующем генераторе) – L1,
− только на второй из телефонов – L2,
− только на третий из телефонов – L3,
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
− на первый и второй одновременно – L*,
− на все три сразу – LΣ.
Данную процедуру следует провести N = 10 раз через равные промежутки
времени; записывая показания L1i, L2i, L3i, L*i, LΣi (не округляя их).
Во время измерений в аудитории необходимо соблюдать тишину; проводить измерения желательно, находясь на некотором расстоянии (1 – 1,5 метра)
от шумомера.
7. По окончании измерений вычислите средние значения 〈L1〉, 〈L2〉, 〈L*〉,
〈LΣ〉:
〈L1〉 = (L11 + L12 + L13 + … + L110)/10
〈L2〉 = (L21 + L22 + L23 + … + L210)/10
〈L3〉 = (L31 + L32 + L33 + … + L310)/10
〈L*〉 = (L*1 + L*2 + L*3 + … + L*10)/10
〈LΣ〉 = (LΣ1 + LΣ2 + LΣ3 + … + LΣ10)/10.
Результаты расчётов занесите в нижнюю строчку таблицы 2.9.
8. Пользуясь методом Стьюдента – см. [123, 132], рассчитайте ошибки измерений L1, L2, L3, L* и LΣ:
∑ ( L1
N
∆L1 = α
i =1
− L1i )
,
N ( N −1)
∆L* = α
∆L2 = α
∑ ( L*
N
i =1
∑ ( L2
N
2
− L*i
N ( N −1)
i =1
)2
− L2i )
N ( N −1)
∆L3 = α
,
∑ ( LΣ
N
,
∑ ( L3
N
2
∆LΣ = α
i =1
i =1
− L3i )
N ( N −1)
2
,
− LΣi )
N ( N −1)
2
,
где N – число измерений. Значения коэффициента Стьюдента α следует
найти по таблице 2.11 из Приложения 2.1 в данной работе, исходя из значения
доверительной вероятности W, которое задаёт преподаватель.
Полученные значения запишите в таблицу 2.10.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.10
Результаты экспериментов с учётом ошибки измерений (при W =
LФ,
дБ
L1 = 〈L1〉 ±
L2 = 〈L2〉 ±
L3 = 〈L3〉 ±
L* = 〈L*〉 ±
LΣ = 〈LΣ〉 ±
∆L1, дБ
∆L2, дБ
∆L3, дБ
∆L*, дБ
∆LΣ, дБ
)
Результаты расчётов по формулам (7) и (6):
9. Пользуясь формулами (7) и (6), рассчитайте теоретические значения
уровней шума, создаваемых двумя и тремя работающими источниками: L*Т и
LΣТ. Результаты запишите в нижние правые ячейки таблицы 2.10.
10.
Сравните измеренные значения L* и LΣ с теоретическими, вычислив
относительные ошибки измерений:
δL* =
L * − L *Т
⋅ 100 %,
L*
δLΣ =
LΣ − LΣТ
⋅ 100 %.
LΣ
На основании полученных результатов сделайте вывод о качестве проведенного исследования.
б) Работа с широкополосными источниками шума.
1. Установите шумомер на штативе перед тремя источниками широкополосного шума (электродрелью, точилом, станком, динамиками, воспроизводящими соответствующие звуки и т. п.).
2. Проведите измерения, следуя указаниям раздела а), пункты 1 – 6. Заполните таблицу 2.
3. Пользуясь указаниями пунктов 7 и 8 раздела а), выполните соответствующие расчёты.
4. Теоретические значения уровней шума, создаваемого двумя и тремя источниками, рассчитайте, используя формулу (6). Заполните таблицу 2.10.
5. Сравните измеренные значения L* и LΣ с теоретическими, вычислив относительные ошибки измерений:
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
δL* =
L * − L *Т
⋅ 100 %,
L*
δLΣ =
LΣ − LΣТ
⋅ 100 %.
LΣ
На основании полученных результатов сделайте вывод о качестве проведенного исследования.
Контрольные вопросы
1. Что называется длиной звуковой волны, её периодом, скоростью? В каких единицах они измеряются?
2. Что называется звуковым полем, звуковым давлением, интенсивностью
звука? В каких единицах они измеряются? Как интенсивность связана со звуковым давлением?
3. Что называется уровнем звукового давления, уровнем интенсивности? В
каких единицах они измеряются? Как они связаны друг с другом?
4. Что понимается под «пороговыми уровнями» интенсивности и звукового давления?
5. Сформулируйте закон Вебера-Фехнера.
6. Как рассчитывается уровень звукового давления, создаваемого несколькими разными источниками шума?
7. Как рассчитывается уровень звукового давления, создаваемого несколькими одинаковыми источниками шума?
8. Продемонстрируйте, как из формулы для расчёта уровня звукового давления, создаваемого несколькими источниками шума, можно вывести формулу
для расчёта уровня звукового давления в случае, если источники одинаковы.
9. Что называется октавной полосой? Как границы октавы связаны друг с
другом?
10. Чему равен предельно допустимый (по норме) уровень звукового
давления для помещения, в котором проводились измерения?
11. В каких случаях пользуются шкалами «А», «В», «С» шумомеров?
12. Приведите примеры характеристик приборов, используемых для
измерения параметров звуковых волн.
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.4. Приложение 2.1 «Метод Стьюдента» [123, 132]
Метод (распределение) Стьюдента используется для расчёта случайных
погрешностей экспериментальных величин, при измерении которых было проведено ограниченное количество экспериментов.
Распределение Стьюдента было впервые доказано Р.А. Фишером. Поскольку оно ранее было предсказано (без доказательства) У.С. Госсетом, писавшим под псевдонимом Стьюдент, Р.А. Фишер сохранил за ним это название.
Учёным было доказано, что истинное значение измеряемой величины x
отличается от её среднего значения 〈x〉 на некоторую величину ∆x = αS:
x = 〈x〉 ± ∆x,
где под 〈x〉 понимают среднее арифметическое измеренной величины:
N
〈x〉 =
∑x
i =1
N
i
,
xi – результат измерения с номером i; N – число измерений данной величины [135].
Таблица 2.11
Значения коэффициентов Стьюдента α для различных значений доверительной вероятности W и числа измерений N
Число
измерений
N
136
Значения доверительной коэффициентов Стьюдента α
при W =
при W =
при W =
при W =
при W =
при W =
0,4
0,6
0,8
0,9
0,95
0,99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
0,33
1,38
3,08
6,31
12,71
63,66
3
0,29
1,06
1,89
2,92
4,30
9,93
4
0,28
0,98
1,64
2,35
3,18
5,84
5
0,27
0,94
1,53
2,13
2,78
4,60
6
0,27
0,92
1,48
2,02
2,57
4,03
7
0,27
0,91
1,44
1,94
2,45
3,71
8
0,26
0,90
1,42
1,90
2,37
3,50
9
0,26
0,89
1,40
1,86
2,31
3,36
10
0,26
0,88
1,38
1,83
2,26
3,25
11
0,26
0,88
1,37
1,81
2,23
3,17
20
0,26
0,86
1,33
1,73
2,09
2,85
120
0,25
0,85
1,29
1,68
1,98
2,62
Абсолютной случайной погрешностью (ошибкой) величины измеряемой
величины x называется величина ∆x = αS; параметр α называется коэффициентом Стьюдента. Коэффициент Стьюдента зависит от т.н. доверительной вероятности W (интервала доверия) и числа измерений N. Для нахождения коэффициента Стьюдента существуют специальные двумерные таблицы. Зная величину доверительной вероятности и количество проведённых измерений, на
скрещении соответствующих строки и столбца находят коэффициент Стьюдента
(см. таблицу 2.11). Так, например, если число проведённых измерений равно 10,
а доверительная вероятность выбрана равной 0,95, то коэффициент Стьюдента
оказывается равным 2,26 (в таблице выделено жирным шрифтом).
При использовании метода Стьюдента для расчёта случайной погрешности надо выполнить следующие шаги:
1. Провести N измерений величины в одних и тех же условиях.
N
2. Рассчитать среднее арифметическое по формуле 〈x〉 =
∑x
i =1
N
i
.
3. Задать доверительную вероятность W и, зная число измерений N, по
таблице найти коэффициент Стьюдента α.
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Рассчитать выборочное стандартное отклонение среднего арифметиче-
∑( x
N
ского S по формуле S =
i =1
− xi )
N ( N −1)
2
.
5. Перемножить коэффициент Стьюдента α и выборочное стандартное отклонение среднего арифметического S и таким образом найти случайную погрешность ∆x = αS.
6. Записать результат измерений в стандартной (общепринятой) форме: x =
〈x〉 ± ∆x.
Если измеряется физическая величина, то указываются единицы измерения этой величины [42].
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.5. Приложение 2.2 «ШУМОМЕРЫ, ВИБРОМЕТРЫ,
АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА»
Шумомер – прибор для объективного измерения уровня громкости звука
(шума), включающий в себя ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие фильтры, детектор и стрелочный прибор-индикатор. Общая схема шумомера выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам
человеческого уха. Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука).
Поэтому в шумомере имеются три комплекта фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики: А – при малой громкости (используется в
диапазоне 20 – 55 фон), В – при средней громкости (55 – 85 фон) и С – большой
громкости (85 – 140 фон). Частотная характеристика при большой громкости
практически равномерна в полосе частот 30 – 8000 Гц [19].
Шкала А применяется также при любой громкости для измерения уровня
громкости, выраженного в децибелах с пометкой А, то есть дБА. Величиной
уровня звука в дБА пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте. Переключение фильтров производится
в зависимости от громкости измеряемого звука (шума).
Поступивший с микрофона и выпрямленный квадратичным детектором
сигнал усредняется за время, соответствующее «постоянной времени уха» 50 –
60 мсек (промежуток времени, в течение которого ухо вследствие своей инерционности воспринимает два отдельных звуковых сигнала как один слитный).
Шкала выходного прибора градуируется в децибелах относительно среднеквадратичного уровня звукового давления (2.10−5 Па) по одной из трёх шкал (А, В
или С).
Современный шумомер представляет собой компактный портативный
прибор, питание которого может осуществляться как от сухих батарей, аккумуляторов, так и от бытовой электрической сети.
Технические характеристики ряда шумомеров, внесённых в Государственный реестр средств измерений РФ приведены ниже.
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Портативный шумомер ОКТАВА-201 [175]
Прибор предназначен для замеров внешнего шума автомобилей в соответствии с ГОСТ Р 52231-2004, а
также для контроля технического состояния оборудования, мониторинга
шума и т. п. ОКТАВА-201 является
шумомером 2-го класса и измеряет
корректированные уровни звука (в
дБА), его максимальное значение,
фиксирует продолжительность, дату и время измерения. Эти величины могут
быть сохранены в энергонезависимой памяти, рассчитанной на 8 измерений.
Прибор можно подключать к компьютеру для передачи данных в режиме реального времени. Режим телеметрии позволяет запоминать в компьютер не только
измеренные значения в дБА, но и звуковые файлы в формате mp3, то есть фиксировать звуковой «слепок» процесса.
Таблица 2.12
Основные технические характеристики шумомера ОКТАВА-201
Измеряемые параметры .
. .
Уровень шума, продолжительность замера, дата,
время
Линейный рабочий диапазон
. . . . . . . . . . 26 – 138 дБА
Частотные характеристики
. . . . . . . . . . . . .А
Уровень собственных шумов
. . . . . . . . . . . <16 дБА
Масса прибора . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 0,5 кг
Энергонезависимая память .
. . . . . . . . . . . 8 замеров
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Питание. . . . . . . . . .
Встроенный аккумулятор (8 ч автономной работы) или от сети 220 В через адаптер.
Стандарты . . . . . . . .
ГОСТ 17187, МЭК 61672-1, Класс 2
2. Шумомеры и виброметры серии ОКТАВА-110 [225]
Шумомер-анализатор спектра ОКТАВА-110А
предназначен для измерения среднеквадратичных, эквивалентных и пиковых уровней звука, уровней звукового давления (УЗД) в октавных и 1/3 октавных полосах частот с целью оценки влияния звука и инфразвука на человека на производстве и в жилых и общественных зданиях, определение акустических характеристик механизмов и машин, а также научных исследований.
Прибор может дополнительно оснащаться опциями измерения общей и локальной вибрации.
Таблица 2.13
Основные технические характеристики шумомера ОКТАВА-110А
Измеряемые параметры:
Уровни звука L, Lмакс, Lмин, (S, F, I с коррекциРежим «Звук» . . . . . . . . ей А, С, лин.), Lэкв, Lпик, уровни звукового давления в октавных и 1/3-октавных полосах частот в диапазоне 20 Гц – 16 кГц
Режим «Инфразвук» . . . .
Диапазон измерений (с
микрофоном 50 мВПа) . .
Уровни звукового давления в октавных и 1/3октавных полосах частот в диапазоне 1,6 Гц –
16 Гц, уровни звука с коррекцией А и линейной.
. . . . . . . . . . 20 – 145 дБА
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Линейный рабочий диапазон
. . . . . . . . . . . . 80 дБ
Частотная коррекция . . . .
. . . . . . .А, С, Лин (1 Гц – 20 кГц)
Частотный диапазон . . . .
.
1,6 Гц – 20 кГц (режим «Инфразвук»)
10 Гц – 20 кГц (режим «Звук»)
Частотные фильтры. . . . .
1/3-октавные фильтры 1,6 Гц – 16 кГц
октавные фильтры 2 Гц – 16 кГц
Масса прибора. . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 1,1 кг
Выходы . . . . . . . . . .
Аналоговый, цифровой (RS-232, 38400 бит/с)
Стандарты . . . . . . . . .
МЭК 651-1993, 804-1993, 1260, ГОСТ 17187
Портативный трехканальный виброметр общей и локальной вибрации
ОКТАВА-101ВМ позволяет в реальном времени одновременно по трем каналам
(X, Y, Z) измерять октавные и третьоктавные спектры, а также корректированные
уровни виброускорения в соответствии со стандартами ГОСТ 12.1.012, ГОСТ
12.4.012, ГОСТ 17168, ИСО 2631-1, ИСО 5349-1, ИСО 8041 МЭК 61260. Широкий динамический диапазон виброметра (более 120 дБ) позволяет без переключения усиления проводить измерения как очень слабых, так и экстремально
сильных вибраций.
Наряду с цифровым выходом телеметрии приборы серии ОКТАВА-101М
оснащены портом USB, который предназначен для обмена файлами с компьютером; одновременно к одному компьютеру можно подключить несколько приборов. Это позволяет создавать системы, в которых несколько измерительных точек разнесены на десятки метров или перемещаются в пространстве (например,
при измерениях звукоизоляции или при проездных испытаниях).
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Прецизионный шумомер-виброметр интегрирующий
с цифровым анализатором спектра ШИ-01В [177]
ШИ-01В с микрофоном
ШИ-01В с вибропреобразователем
Универсальный прибор 1 класса точности для измерения параметров шума, инфразвука и вибрации ШИ-01В обеспечивает все виды измерений по действующим санитарным нормам. Может применяться для аттестации рабочих мест,
сертификации продукции и научных исследований. Прибор внесен в Государственный реестр средств измерений РФ (№ 25733-03), рекомендован Федеральным
центром ГСЭН для использования в целях санитарного надзора.
В комплекте с микрофоном используется в качестве шумомера; в комплекте с вибропреобразователем (снабжённым адаптером) – в качестве виброметра.
Измерения могут проводиться под управлением компьютера.
Таблица 2.14
Основные технические характеристики шумомера-виброметра ШИ-01В
РЕЖИМ ШУМОМЕРА
Измеряемые параметры .
Октавный и 1/3-октавный спектральный анализ;
уровни звука L, Lмакс, Lмин, (S, F, I с коррекцией А,
С, линейная)
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Диапазон измерений .
. . . . . . . . . . .20 – 140 дБА
Частотная коррекция .
. . . . . . . . . . . .А, С, Лин
Частотный диапазон
. . . . . . . . . . 2 Гц – 20 кГц
Стандарты . . . . . . .
класс точности 1 по IEC 651,804, 1260, ГОСТ
17187-81
РЕЖИМ ВИБРОМЕТРА
Измеряемые параметры
.
Диапазон измерений
уровней виброускорения
– октавный и 1/3-октавный спектральный анализ;
– эквивалентный, текущий и корректированный
уровни виброускорения, их максимальное и минимальное значения за время измерений.
. . . . . . . . . . . 70 – 180 дБ
Частотная коррекция . .
.
. . . . . . . . . . . . . .линейная
Частотный диапазон . .
. . . . . . . . . . 0,8 Гц – 1,4 кГц
Стандарты . . . . . . .
класс точности 1 по IEC 1260, ISO 8041, 2631-1,
5349-1, ГОСТ 30296 95 ,12.4.012-83
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Шумомер, виброметр, анализатор спектра SVAN-948
четырехканальный [224]
Шумомер SVAN-948 предназначен для измерений уровня шума
в соответствии с ГОСТ 12.1.050-86
ССБТ «Методы измерения шума на
рабочих местах» и изменениями №
1 к ГОСТ 12.1.050-86 от 1 июля
2005 года, СН 2.2.4/2.1.8.562-96
«Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» [193] для измерения дозы, мониторинга
шума в окружающей среде, измерения и оценки шумовых характеристик машин
и механизмов, архитектурной акустики, измерения инфразвука и низкочастотного ультразвука. Измерения могут вестись по четырём каналам одновременно.
Виброметр SVAN-948 предназначен для измерения и анализа вибрации в
соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ «Вибрационная безопасность» [33], СН
2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых
и общественных зданий» [181], измерения вибрационных характеристик машин
и механизмов, диагностики технического состояния оборудования, и измерений
в научных и исследовательских целях [41]. Измерения могут вестись по четырём
каналам одновременно.
Гибкая настройка позволяет использовать прибор для многоканальных
измерений только вибрации, или только шума, а также для одновременного измерения шума и вибрации, причем количество каналов, используемых для измерения каждого фактора, определяет сам пользователь исходя из своих потребностей. Это дает возможность измерять на рабочих местах шум и вибрацию по
трем осям (X,Y,Z) одновременно, записывая в память прибора в реальном масштабе времени информацию по каждому из каналов.
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.15
Основные технические характеристики шумомера, виброметра, анализатора спектра SVAN-948 четырехканального
РЕЖИМ ШУМОМЕРА
Измеряемые параметры
независимо друг от
друга по каждому из 4х каналов
– уровень звука, уровень звукового давления, в
октавной и 1/3-октавных полосах частот, эквивалентный (по энергии) уровень звука и звукового
давления, эквивалентный за одну секунду уровень звука, минимальный и максимальный уровень звука,
– ведётся статистика измерений по каждой 1/1 и
1/3 октавной полосе частот
Диапазон измерений .
. .
от 56 дБ до 240 дБ виброускорение, относительно
Частотная коррекция . .
.
. . А, С, лин. по МЭК 651, МЭК 8041, МЭК
61672-1
Частотный диапазон . .
. . . . . . . . . . 1 Гц – 20 кГц
10−6 мм/с2
РЕЖИМ ВИБРОМЕТРА
Измеряемые параметры – мгновенное и усредненное за время измерения
независимо друг от
виброускорение, виброскорость, виброперемещедруга по каждому из 4ние в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот, доза
х каналов
вибрации, минимальные и максимальные уровни
виброускорения, виброскорости и виброперемещения в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот
– измерение вибрации в узкополосном спектре
(БПФ) с разрешением до 2000 линий
Диапазон измерений
уровней виброускорения
146
. . . . . . . . . . . 70 – 180 дБ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Частотная коррекция . . Имеется набор фильтров низких частот, интегри.
рующих и корректирующих фильтров для разных
частотных полос спектра
Частотный диапазон по
каждому из 4-х каналов. .
Питание . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 1 Гц – 20 кГц
4 батарейки формата AA или внешнее питание от
сети 220 В
Дисплей . . . . . . . . . . . Жидкокристаллический дисплей с подсветкой
Масса. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .0,4 кг с батареями
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 3.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРОБЛЕМНООРИЕНТИРОВАННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРАКТИКУМОВ ПО РАДИАЦИОННОЙ ЭКОЛОГИИ
3.1. Лабораторная работа
«Измерение окружающего радиационного фона»
Цель работы. Ознакомление с основными понятиями и определениями
дозиметрии, измерение характеристик ионизирующих излучений, ознакомление с
работой конкретных дозиметрических приборов, с помощью которых проводятся измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения.
Введение
Действие ионизирующего излучения на живой организм и окружающую
среду интересует людей с момента открытия радиоактивности. Это не случайно,
так как с самого начала исследователи столкнулись с отрицательными эффектами действия излучения на живой организм. Поражая биологические ткани, радиация может вызвать лучевую болезнь, привести к раковым заболеваниям, создавать генетические дефекты, которые проявятся в следующих поколениях в
форме патологических отклонений. Развитие ядерной энергетики, возможное
использование энергии ядра в военных целях, существование локальных зон высокой естественной или искусственной радиоактивности делают необходимым
изучение действия ионизирующего излучения на живой организм, методов его
измерения и поиска средств защиты от него.
О характеристиках электромагнитного излучения и его воздействии на организм человека – см. литературу [46, 161, 167, 190, 194, 222].
Наибольшую дозу человек, не занятый на производстве, связанном с получением или применением радиоактивности, получает от естественных источников радиации. Сегодня информация об экологии среды обитания обязательно
дополняется радиоэкологическими картами; во всех странах проводится государственный контроль содержания радионуклидов в продуктах сельского хозяй148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ства; в свободной продаже имеются дозиметрические приборы для индивидуального использования; разработан ряд нормативных документов по радиационной безопасности населения.
Основные типы ионизирующего излучения
Ионизирующим называют излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к возбуждению и ионизации его атомов. Различают электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов, и корпускулярное излучение, связанное со всеми другими частицами.
В дозиметрии интересуются диапазоном электромагнитного излучения, к
которому относятся рентгеновское и гамма-излучение (энергия фотонов γквантов более 10 кэВ, длина волны λ < 10–10 м). Гамма-излучение испускается
при ядерных превращениях, аннигиляции частиц, а также в виде тормозного излучения, возникающего при торможении электронов в веществе. Излучение, испускающееся при переходах атомных электронов между слоями (оболочками),
называют характеристическим рентгеновским излучением. Тормозное излучение, возникающее при торможении электронов с энергией менее 0,1 МэВ в рентгеновских трубках, также называют рентгеновским [217].
Корпускулярное излучение представляет собой поток частиц с отличной
от нуля массой покоя: электронов
0
−1
e или позитронов 10 e ( β − - и β + - излучения
соответственно); нейтронов 01n , протонов 11 p , α- частиц ( 42 α , представляющих
собой ядра атомов гелия (α-излучение), и др.
Единицы измерений, используемые в дозиметрии
Активность А радиоактивного препарата определяется числом распадов
ядер в секунду. Единицей измерения активности в СИ является беккерель (1 Бк =
1 с–1). На практике часто используется внесистемная единица измерения активности кюри: 1 Ки = 3,7⋅1010 Бк, или 1 Бк = 2,7⋅10–11 Ки.
В ряде случаев в дозиметрии используется понятие объемной (удельной)
активности радиоактивного препарата Аv:
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
dA
.
(1)
dV
Объемная активность вещества измеряется в беккерелях на метр кубиче-
Аv =
ский (Бк/м3) или в кюри на литр (Ки/л). При этом 1 Бк/м3 = 2,7⋅10–14 Ки/л [210].
Экспозиционная доза Х. В качестве одной из основных характеристик
электромагнитного излучения на практике часто используется экспозиционная
доза Х – отношение полного заряда dQ ионов одного знака, возникающих в сухом воздухе массой dm при полном торможении всех вторичных электронов и
позитронов, которые образуются в результате торможения, к величине этой массы:
dQ
Х=
.
(2)
dm
В СИ единицей измерения экспозиционной дозы является 1 Кл/кг (кулон
на килограмм). Внесистемной единицей измерения экспозиционной дозы является рентген (Р);
1 Р = 2,58⋅10–4 Кл/кг, или 1 Кл/кг = 3,88⋅103 Р.
Поглощенная доза D: мера воздействия ионизирующего излучения на
вещество, которая равна отношению энергии излучения dW, поглощенной массой вещества dm, к этой массе:
dW
D=
.
dm
Единицей измерения поглощенной дозы в СИ является грей; очевидно, что
1 Гр = 1 Дж/кг).
Эквивалентная доза Н. При одной и той же поглощенной дозе биологический эффект воздействия разных видов излучения различен. Мерой биологического воздействия служит эквивалентная доза Н, равная поглощенной дозе,
умноженной на коэффициент качества k для данного излучения:
Н = kD.
(3)
Коэффициент качества учитывает зависимость биологических последствий облучения от вида излучения. Для γ-, рентгеновского и β-излучений этот ко150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
эффициент равен 1; для тепловых нейтронов (c энергией до 0,1 МэВ) k = 3; для
протонов и нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ k = 10; для α-частиц k = 20.
Единицей эквивалентной дозы является зиверт: 1 Зв = k⋅1 Гр, где k – численное
значение коэффициента качества данного вида излучения) [167].
Эффективная доза E. При оценке воздействия ионизирующего излучения
на биологические объекты следует учитывать, что разные ткани и органы неодинаково реагируют на одну и ту же эквивалентную дозу. При этом обращают
на себя внимание два биологических аспекта: лейкозы и наследственные заболевания. Исходя из этого, наибольшее значение приобретают оценки дозы, который получают костный мозг и половые клетки (гонады). Поэтому дозы облучения органов и тканей следует учитывать различными коэффициентами. Умножив эквивалентную дозу на соответствующие взвешивающие коэффициенты Wi
для всех органов и тканей и просуммировав, получим эффективную дозу E:
Е = ΣWi Hi.
(4)
Таким образом, эффективная доза оценивает суммарный эффект облучения для организма в целом; так же, как и эквивалентная доза, она измеряется в
зивертах.
Помимо единиц СИ для D и H на практике применяют внесистемные единицы рад (radiation absorbed dose) и бэр (биологический эквивалент рентгена):
1 рад = 10–2 Гр; 1 бэр = 10–2 Зв, 1 бэр = k⋅1 рад.
Измерив среднюю энергию образования одного иона, можно установить
энергетический эквивалент рентгена. Для воздуха экспозиционной дозе в 1 Р
соответствует поглощённая доза 0,87 рад или 8,7⋅10–3 Гр; в случае биологической ткани одному рентгену соответствует примерно 1 бэр или 0,01 Зв.
Мощность дозы. На практике часто важна не только сама доза, но и то, за
какое время она была получена. В связи с этим используется понятие мощности
дозы: отношение дозы dX, dD или dH к тому времени dt, за которое она была получена:
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
dX
– мощность экспозиционной дозы (как правило, измеряется в
X =
dt
микрорентгенах в час, мкР/ч);
dD
– мощность поглощённой дозы (чаще всего измеряется в микроD =
dt
греях в час, мкГр/ч);
dH
– мощность эквивалентной дозы (измеряется в микрозивертах в
H =
dt
час; с учётом того, что для биологических тканей 1 мкЗв ≈ 100 мкР, получаем,
что 1 мкЗв/ч ≈ 100 мкР/ч).
dE
– мощность эффективной дозы (измеряется в микрозивертах в
E =
dt
час; 1 мкЗв/ч ≈ 100 мкР/ч) [194].
Допустимые дозы
В таблице 3.1 приведены предельно допустимые годовые значения эквивалентной и эффективной доз облучения для населения, персонала группы А
(лиц, работающие непосредственно с техногенными источниками радиации),
персонала группы Б (лиц, по условиям работы находящихся в сфере воздействия
техногенных источников радиации) и населения (см. также Приложение к настоящей лабораторной работе). Пределы и уровни облучения персонала группы
Б устанавливаются, как 1/4 от соответствующих значений для персонала группы
А.
Таблица 3.1
НОРМИРУЕМЫЕ
ВЕЛИЧИНЫ
Эффективная доза
152
ПРЕДЕЛЫ ДОЗ
персонал (группа А)
население
20 мЗв в год в среднем за
любые последовательные 5 лет, но не более 50
мЗв в год
1 мЗв в год в среднем за
любые последовательные
5 лет, но не более 5 мЗв в
год
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эквивалентная доза за год в хрусталике глаза
150 мЗв
15 мЗв
в коже
500 мЗв
50 мЗв
в кистях и стопах
500 мЗв
50 мЗв
Примечания:
1.
Требования норм, представленные в таблице 3.1, не распространяются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними:
– индивидуальную годовую эффективную дозу не более 10 мЗв,
– индивидуальную годовую эффективную дозу в коже не более 50 мЗв и в
хрусталике не более 15 мЗв.
2. Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиоактивных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.
3. Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет)
70 мЗв. Начало периодов вводится с 1 января 2000 г.
4. Эффективная доза облучения природными источниками излучения всех
работников. включая персонал, не должна превышать 5 мЗв в год в производственных условиях (любых профессий и производств).
5. Мощность эффективной дозы гамма-излучения на рабочем месте не
должна превышать 2,5 мкЗв/ч, что соответствует эффективной дозе при многофакторном воздействии 5 мЗв/год.
6. Для студентов и учащихся старше 16 лет, проходящих профессиональное обучение с использованием источников излучения, годовые дозы не должны
превышать значений, установленных для персонала группы Б.
7. Для женщин в возрасте до 45 лет, работающих с источниками излучения, вводятся дополнительные ограничения: эквивалентная доза на поверхности
нижней части живота не должна превышать 1 мЗв в месяц, а поступление радионуклидов в организм за год не должно быть более 1/20 предела годового поступ153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ления для персонала. В этих условиях эквивалентная доза облучения плода за 2
месяца невыявленной беременности не превышает 1 мЗв.
8. Уровень вмешательства для временного отселения населения в случае
радиоактивного загрязнения (аварии) составляет:
– для начала временного отселения – 30 мЗв в месяц,
– для окончания отселения – 10 мЗв в месяц [167].
Дозиметры ионизирующих излучений
Дозиметрические приборы, дозиметры – это устройства, предназначенные
для измерения доз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами.
Дозиметры могут служить для измерения доз как одного вида излучения (например, гамма-дозиметры, нейтронные дозиметры и т.д.), так и нескольких видов (позволяющих, например, измерять дозы не только гамма-, но и бета- излучения). Дозиметрические приборы для измерения экспозиционных доз рентгеновского и гамма- излучения, как правило, градуируют в рентгенах и называют
рентгенометрами [180].
Принципиальная схема дозиметра приведена на рис. 3.1.
Излучение
Детектор
Измерительное
устройство
Выходное
устройство
Рисунок
3.1.
Ионизирующее излучение падает на детектор, содержащий вещество, которое поглощает энергию излучения. Возникающие при этом эффекты приводят
к возникновению сигнала (электрического, оптического), регистрируемого с помощью измерительного устройства. Выходное устройство (цифровое табло,
стрелочная шкала, экран компьютера и т.д.) предназначено для отображения
информации, поступающей с измерительного устройства.
В зависимости от типа детектора различают ионизационные дозиметры,
полупроводниковые, сцинтилляционные и т.д. Ионизационные дозиметры содер154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жат детекторы, представляющие собой наполненную газом оболочку, в объем
которой введены два электрода, создающих электрическое поле. Попадающие в
камеру частицы и электромагнитное излучение вызывают ионизацию газа, благодаря которой в цепи возникает электрический ток, пропорциональный интенсивности ионизирующего излучения. При этом состав газа и вещества оболочки
камеры выбирают таким образом, чтобы обеспечивалось одинаковое поглощение энергии в камере и биологической ткани.
Размеры ионизационных дозиметром могут быть достаточно маленькими:
так, индивидуальные дозиметры ДК-0,2 имеют вид цилиндров размером с обычный карандаш и приспособлены для ношения в кармане. В цилиндре размещены
миниатюрная ионизационная камера и электрометр с нитью. Отклонение нити
электрометра и отсчёт дозы производятся визуально с помощью оптического
устройства со шкалой, проградуированной в миллирентгенах. Ионизационная
камера играет роль конденсатора, который разряжается в результате ионизации
воздуха (между электродами) под действием ионизирующего излучения. Степень разрядки конденсатора фиксируется по отклонению нити электрометра и
однозначно определяет дозу излучения (дозиметр предварительно заряжается с
помощью специального зарядного устройства).
Роль ионизационной камеры в полупроводниковых детекторах играет полупроводниковый кристалл, в котором при поглощении ионизирующих излучений образуются носители заряда – электроны и дырки.
Детекторы сцинтилляционных счетчиков (сцинтилляционных дозиметров)
содержат люминофор, в котором под действием излучения возникают световые
вспышки, преобразуемые с помощью фотоэлектронного умножителя в электрический сигнал, регистрируемый измерительным устройством.
В люминесцентных дозиметрических приборах используется такое физическое явление, что люминофоры способны накапливать поглощённую энергию
излучения, а затем освобождать её путём люминесценции под действием дополнительного возбуждения, которое осуществляется либо нагревом люминофора,
либо его облучением. Интенсивность световой вспышки люминесценции, измеряемая с помощью специальных устройств, пропорциональна дозе поглощенного излучения.
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К числу устройств, накапливающих информацию о дозе излучения, относятся дозиметрические приборы, в которых детектором служат специальные
сорта фоточувствительных плёнок. Оптическая плотность почернения (после
химической обработки) является мерой дозы излучения [17].
В данной работе для измерения мощности экспозиционной дозы естественного фона гамма-излучения используются бытовые дозиметры, детекторами
которых являются газоразрядные ячейки. На электроды ячейки (представляющей собой электрический конденсатор, межэлектродное пространство которого
заполнено газом), подается постоянное напряжение. При попадании ионизирующей частицы внутрь конденсатора возникает кратковременный газовый разряд, приводящий к появлению во внешней цепи счетчика электрического импульса. Чем больше таких разрядов происходит в единицу времени, тем выше
мощность экспозиционной дозы: после обработки сигнала соответствующее
значение отображается на экране, табло или тем чаще дозиметр издаёт звуковой
сигнал.
Питание бытовых дозиметров осуществляется автономно (как правило, – с
использованием батарейки типа «Крона», 9 В) [168].
Примеры дозиметров, которые могут использоваться при выполнении настоящей работы
1) Дозиметр-детектор бытовой «Поиск» [53] (рис. 3.2.)
Шнур подключения к компьютерноизмерительному блоку КИБ (разъём 1)
Жидкокристаллический дисплей
Тумблер сброса данных
Тумблер «Включение-выключение»
Отсек для источника питания (батарейки 9 В)
156
Рисунок 3.2.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2) Дозиметр-сигнализатор бытовой ДБГ-0,5Б [56] (рис. 3.3.)
Тумблер включения-выключения прибора
Переключатель диапазонов измерений
Шкалы диапазонов измерений
Таблица пересчёта числа звуковых
сигналов за 10 с в мкЗв/ч
Рисунок 3.3.
Параметры дозиметров других марок, которые могут быть использованы
при выполнении настоящей работы, см. в Приложении 3.1 « Дозиметрические
приборы».
Порядок выполнения работы
Часть I. Измерение радиационного фона в аудитории
с помощью датчика, сопряженного с компьютером
Приборы и принадлежности: Компьютер с установленной программой
L-Micro, компьютерный измерительный блок L-micro (КИБ), шнур интерфейсный (9-ти иголочный COM M-F) для соединения компьютера и измерительного
блока, датчик ионизирующих излучений [194]. Схема соединения показана на
рисунке 3.4.
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Системный блок
Монитор
КИБ
L-Micro
Дозиметрдетектор
«Поиск»
Рисунок 3.4.
Внимание! Подключение КИБ к COM-порту компьютера следует производить при выключенном компьютере!
Работа основана на использовании явления разрядки чувствительного
элемента дозиметра – электрического конденсатора: разрядка происходит вследствие вызываемой гамма-квантами ионизации атомов изолирующего диэлектрика. Сигнал с датчика, пропорциональный числу гамма-квантов, пронизывающих
межэлектродное пространство конденсатора в единицу времени, подаётся на
КИБ и затем – на компьютер. Процесс одного измерения длится около 40 с, после датчик начинает новое измерение; полученное значение мощности экспозиционной дозы (в мкР/ч) отображается в виде числа и точки на соответствующем
графике на экране монитора компьютера.
Порядок выполнения измерений
1. Расположите установку на столе, подключите разъём датчика в разъём 1
КИБ, который, в свою очередь, подключите к COM-порту системного блока
(рис. 3.4.), включите компьютер, запустите программу L-micro.
2. Установите переключатель «сброс» на дозиметре в верхнее положение
(в этом случае показания с датчика будут поступать на компьютер периодически
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– каждые 40 секунд; если переключатель «сброс» находится в нижнем положении, то сигнал с датчика поступает на компьютер только за первые 40 с).
3. В компьютерной программе войдите в раздел «Датчики» → Датчик ионизирующих излучений → Снятие измерений. На экране в нижней части появится декартова система координат, по оси ординат которой откладываются значения мощности экспозиционной дозы (в мкР/ч), а по оси абсцисс – время (в секундах). Нажмите на кнопку «Запуск».
4. Дозиметр начинает измерения: в правом верхнем углу экрана монитора
высвечивается последнее из измеренных прибором значений экспозиционной
дозы; одновременно на графике появляется соответствующая точка [194].
Измерения проводятся в течение 10 мин, получаемые значения мощности
экспозиционной дозы X и соответствующего времени t занесите в таблицу 3.2.
По завершении измерений нажмите на кнопку «стоп» на панели программы LMicro.
Таблица 3.2
№ измерения
1
2
3
4
…
i
…
N
t, с
X , мкР/ч
5. По полученным данным постройте график зависимости X (t), характеризующей изменение радиационного фона в лаборатории со временем. Проанализировав график, сделайте вывод о характере этой зависимости.
Часть II. Измерение радиационного фона в аудитории
с помощью портативных бытовых дозиметров
При работе с дозиметром типа ДБГ-0,5Б, издающим звуковые сигналы,
время одного измерения должно составлять не менее одной минуты. По истече159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нии этого времени отсчёт прекращается; вычисляется среднее значение числа
звуковых импульсов, испущенных за 10 с, и по таблице, нанесённой на переднюю панель прибора, определяется значения мощности эквивалентной дозы и
мощность экспозиционной дозы. Полученные результаты записываются в табл.
3.3.
При работе с дозиметром типа «Поиск» (имеющим жидкокристаллический экран), время одного измерения занимает 40 с (измеряется мощность экспозиционной дозы). По истечении этого времени отсчёт автоматически прекращается; полученный результат записывается в табл. 3.4.
Измерения проводятся по 10 раз каждым из дозиметров.
Таблица 3.3
Результаты измерений с помощью дозиметра типа ДБГ-0,5Б
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Число импульсов
за время измерения
H , мкЗв/ч
X , мкР/ч
Таблица 3.4
Результаты измерений с помощью дозиметра типа «Поиск»
№ п/п
X , мкР/ч
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2. Рассчитайте среднее арифметическое значение X измеренной каждым
из дозиметров мощности экспозиционной дозы:
X = ( X 1 + X 2 + … + X N )/N,
где N – общее число измерений.
160
(6)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Округление полученного результата выполняется после выполнения п. 4,
поэтому рассчитанное значение X должно иметь количество значащих
цифр, не меньшее, чем у каждого из значений X i .
3. Рассчитайте среднюю квадратичную ошибку ∆ X N выполненной серии
из N измерений для каждого из дозиметров:
∆ X N =
N
∑ ( X i − X ) 2
i =1
N ( N − 1)
.
(7)
Округление полученного результата выполняется после выполнения п. 4,
поэтому рассчитанное значение ∆ X N должно иметь достаточное количество
значащих цифр (не меньше трёх).
4. Рассчитайте доверительный интервал ∆ X измерения мощности экспозиционной дозы для каждого из дозиметров:
∆ X = α × ∆ X N ,
(8)
Коэффициент Стьюдента α возьмите из табл. 3.5 (значение доверительной
вероятности указывает преподаватель).
Подробнее о методах расчёта ошибок измерений можно прочитать в методических указаниях [123, 206].
Полученное значение ∆ X округлите до первой значащей цифры, если она
больше единицы или до двух значащих цифр, если первая значащая цифра равна
единице.
Таблица 3.5
Доверительная вероятность ρ
N
(число
измерений)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,95 0,98
0,99
0,999
2
3
4
5
0,16
0,14
0,14
0,13
0,33
0,29
0,28
0,27
0,51
0,45
0,42
0,41
0,73
0,62
0,58
0,57
1,00
0,82
0,77
0,74
1,38
1,06
0,98
0,94
2,0
1,3
1,3
1,2
3,1
1,9
1,6
1,5
6,3
2,9
2,4
2,1
12,7 31,8
4,3 7,0
3,2 4,5
2,8 3,7
63,7
9,9
5,8
4,6
636,6
31,6
12,9
8,6
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
7
8
9
10
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,27
0,27
0,26
0,26
0,26
0,41
0,40
0,40
0,40
0,40
0,56
0,55
0,55
0,54
0,54
0,73
0,72
0,71
0,71
0,70
0,92
0,90
0,90
0,90
0,88
1,2
1,1
1,1
1,1
1,1
1,5
1,4
1,4
1,4
1,4
2,0
1,9
1,9
1,9
1,8
2,6
2,4
2,4
2,3
2,3
3,4
3,1
3,0
2,9
2,8
4,0
3,7
3,5
3,4
3,3
6,9
6,0
5,4
5,0
4,8
5. До такого же порядка величины, как и округлённое значение ∆ X , округлите вычисленное согласно п. 2 среднее арифметическое значение X мощности экспозиционной дозы.
6. Результаты измерений для каждого из дозиметров запишите для округлённых значений X и ∆ X в виде: Х = X ± ∆ X , используя:
а) внесистемную единицу мкР/ч;
б) в единицах, принятых для измерения мощности экспозиционной дозы в
СИ.
7. Пользуясь литературными данными, сделайте вывод о том, насколько
полученное значение мощности экспозиционной дозы в лаборатории отличается
от допустимого [125].
Часть III. Измерение радиационного фона на территории
университета
Для выполнения этой части работы используется один из дозиметров (по
указанию преподавателя).
1. Возьмите дозиметр, убедитесь в его работоспособности (измерьте радиационный фон в аудитории и сравните полученный результат с тем, который
получен при выполнении части I настоящей работы).
2. Вместе с преподавателем выберите пять мест на территории университета для измерения радиационного фона. Проведите измерения в этих местах (по
три раза в каждом, вычислив затем средние значения экспозиционной дозы в
каждом из случаев).
Результаты измерений запишите в табл. 3.6.
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На основании полученных данных сделайте вывод о радиационной обстановке на территории университета.
Внимание! Официальные выводы о нарушении радиационных норм
могут делать только лица, имеющие лицензию на данный вид деятельности
и работающие с аппаратурой, прошедшей государственную поверку!
Таблица 3.6
Места проведения измерений, результаты измерений
№ измерения
Место 1
Место 2
Место 3
Место 4
Место 5
1
2
3
Средние
значения
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назовите основные типы ионизирующих излучений.
2. Какие величины характеризуют меру воздействия излучения на
вещество, в каких единицах они измеряются?
3. Для чего вводится понятие коэффициента качества излучения?
4. Что характеризуют активность и объемная активность вещества? В
каких единицах они измеряются?
5. Каковы предельно допустимые дозы излучений для различных групп
населения?
6. Какие материалы используются для защиты от различных видов
излучений?
7. Расскажите об устройстве и принципе действия дозиметров.
8. Приведите примеры приборов, используемых для измерения
радиационного фона. Чем отличаются их характеристики?
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2. Приложение 3.1 «ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ»
1. Дозиметр ДКГ-РМ1203М [52]
Дозиметр микропроцессорный предназначен для:
−
непрерывного
измерения мощности эквивалентной дозы гаммаизлучения;
−
эквивалентной
дозы гамма-излучения;
−
времени накопления эквивалентной дозы;
−
записи в память и передачи в персональный компьютер истории измерения мощности эквивалентной дозы.
Таблица 3.7
Технические характеристики дозиметра ДКГ-РМ1203М
Диапазон энергий гамма-излучения . . . . . . . . . .
. . .0,06 – 1,5 МэВ
Диапазон измерения эквивалентной дозы . . . . . . .
. . 0,01 – 9999 мЗв
Диапазон измерения мощности эквивалентной дозы
. 0,1 – 2000 мкЗв/ч
Основная погрешность измерения эквивалентной дозы
. . . . . . . ± 20 %
Диапазон измерения времени накопления эквивалентной дозы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 1 – 9999, с шагом
1ч
Напряжение питания (2 элемента типа V357) . . . . . . . . . . . . . . . .3 В
Размеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 125 × 47 × 25 мм
Масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 170 г
Прибор может использоваться персоналом атомных установок, радиологических изотопных лабораторий, сотрудниками аварийных служб, гражданской
обороны, пожарной охраны, полиции, сотрудниками пограничных и таможенных служб), а также широким кругом других потребителей. Дозиметр соответ164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ствует требованиям ГОСТ 27451-87 и технических условий ПЛЮС.412113.002.
ТУ
2.
Дозиметр-радиометр ДРБП-03 [54]
Прибор предназначен для измерения
мощности эквивалентной дозы и эквивалентной дозы фотонного ионизирующего (рентгеновского и γ-) излучения, а также плотности потока α- и β-частиц. Применяется для
оперативного дозиметрического контроля
радиационной обстановки, при составлении
радиационных карт местности и исследовании радиационных аномалий, для обнаружения загрязнения одежды, стен, полов и др.
Дозиметр-радиометр ДРБП-03 зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 16370-97 и допущен к применению в Российской Федерации.
Таблица 3.8
Технические характеристики дозиметра-радиометра ДРБП-03
Энергия регистрируемых α-частиц соответствуют нуклиду
Плутоний-239 (Pu239)
. . . .0,15 – 3,5 МэВ
Энергетический диапазон регистрируемых β-частиц.
Энергетический диапазон регистрируемых γ-квантов . . . .0,05 – 3,0 МэВ
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Диапазоны измерения
. . . . 0,10 – 700,0
−
плотности потока α-частиц (с−1см−2) . . . . .
−
плотности потока β-частиц (с−1см−2) . . . . .
.мощности эквивалентной дозы (мкЗв/ч) . . . . .
−
. . . . . 0,10 – 700,0
. . .0,10 – 3000000,0
эквивалентной дозы (мЗв) . . . . . . . . . . .
. . . . . 0,001 – 9999
Основная погрешность измерения зависит от режима
измерений и составляет порядка (см. паспорт на при. . . . . . . . ± 20 %
бор)
Диапазон измерения времени накопления эквивалентной дозы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Напряжение питания (от батареи или аккумулятора).
1 – 9999, с шагом 1
ч
. . . . . . . . .8,7 В
Размеры пульта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181 × 125 × 62 мм
Масса (полного комплекта) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,0 кг
3. Дозиметр-радиометр ДРГБ-01 «ЭКО-1М» [55]
ДРГБ-01 «ЭКО-1М» – профессиональный
портативный прибор для контроля основных характеристик непрерывного гамма- и бета- излучения.
Экранное меню позволяет выбрать форму представления получаемых результатов: в виде звукового сигнала (текущей частоты регистрации и превышения порога) на встроенный динамик или наушники, или на экран прибора.
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3.9
Технические характеристики дозиметра-радиометра ДРГБ-01
Вид ионизирующего излучения. . . . . . . . . . . . . . . .γ- и β-излучение
Диапазон энергий гамма-излучения . . . . . . . . . .
. . . 0,06 – 1,25 МэВ
Энергия регистрируемого бета-излучения. . . . . . . . . . . . .> 0,15 МэВ
Диапазон измерения мощности эквивалентной дозы 0,2 – 5,0 мкЗв/ч
фотонного излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . (20 – 500 мкР/ч)
Основная погрешность измерения мощности эквивалентной дозы в поле радионуклидного источника Сs. . . . . . . . < 15 %
137 (при доверительной вероятности 95%) . . . . . .
Диапазон измерения удельной активности в пробах,
. . .0,5 – 10,0 кБк/кг
содержащих радионуклидный источник Cs-137. . . .
Основная погрешность измерения удельной активно- . . . . . . . . < 60 %
сти
Диапазон измерения плотности потока бета-частиц. . .. .0,2 – 9,9 (с/см−2)−1
Основная погрешность измерения плотности потока.
. . . . . . . . < 20 %
Размеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 180 × 85 × 55 мм
Масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 360 г
Прибор предназначен для контроля радиационной обстановки на различных объектах, в жилье, на рабочих местах, а также для контроля загрязненности
радионуклидами сырья, материалов, продуктов питания, воды.
Прибор имеет три режима измерений:
– режим F (измерение мощности эквивалентной дозы γ-излучения, обнаружение и оценка уровня радиационной безопасности);
– режим А (измерение удельной радиоактивности: определяется загрязненность воды, почвы, продуктов питания, строительных материалов, грузов и т.
п. β и γ-излучающими радионуклидами);
– режим В (измеряется плотность потока β-частиц: даётся оценка загрязненности радионуклидами поверхностей различных предметов, одежды, тела.
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Дозиметр бытовой «БЕЛЛА» [50]
Дозиметр предназначен для оперативной оценки населением радиационной обстановки в бытовых условиях. Прибор позволяет оценивать с помощью звуковой сигнализации
интенсивность гамма-излучения, а также оценивать мощность эквивалентной дозы гамма-излучения по цифровому
табло. При помощи дозиметра можно оценивать радиационное загрязнение продуктов питания по их внешнему гаммаизлучению.
Таблица 3.10
Технические характеристики дозиметра бытового БЕЛЛА
Вид ионизирующего излучения. . . . . . . . . . . . . . . гамма-излучение
Диапазон энергий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 0,05 – 1,25 МэВ
Диапазон измерения мощности эквивалентной дозы.
. 0,02 – 9,999 мкЗв/ч
Время измерения мощности экспозиционной дозы. . . . . . . . . . . .45 с
Масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 0,25 кг
5. Дозиметр бытовой автомобильный ИРА-1 [51]
Дозиметр предназначен для обнаружения
радиационного загрязнения местности и транспортных средств, измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения, а также для световой и звуковой сигнализации о превышении
порогового значения мощности эквивалентной
дозы гамма-излучения. Применяется для оперативного контроля радиационной
обстановки в кабине транспортного средства или на обследуемом участке местности, для определения радиоактивного загрязнения транспортного средства.
168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3.11
Технические характеристики дозиметра бытового автомобильного ИРА-1
Вид ионизирующего излучения. . . . . . . . . . . . . . .гамма-излучение
Диапазон энергий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,08 – 1,25 МэВ
Диапазон измерения мощности эквивалентной дозы . 0,3 – 900 мкЗв/ч
Время измерения мощности экспозиционной дозы
. . . . . .60 с
Питание от бортовой сети транспортного средства. . . . . .10,8 – 15 В
6. Комплект термолюминесцентных дозиметров КДТ-02М [129]
Комплект предназначен для измерения
экспозиционной дозы рентгеновского и гаммаизлучения индивидуальными дозиметрами
ДПГ-02, 03, 03М, ДПС-11, бета-излучения дозиметром ДПС-11. По бета-излучению прибор
относится к классу индикаторов. Комплект дозиметров применяется в качестве индивидуального дозиметра, а также – в составе комплексов аппаратуры контроля радиационной безопасности на атомных
станциях.
Таблица 3.12
Технические характеристики комплекта дозиметров КДТ-02М
Диапазон энергий: ДПГ-02, 03, 03М . . . . . . . . . . . .
ДПС-11 . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 0,06 – 1,25МэВ
. . . 0,012 – 1,25
Диапазон измерения эквивалентной дозы: ДПГ-02, 03,
. . 0,05 – 1000 Р
03М
.. . . 0,1 – 1000 Р
ДПС-11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Время измерения экспозиционной дозы . . . . . . . . . .
. . . . . . .7 мин
Питание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.. . .220 В, 50 Гц
169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Дозиметры ДКС-90 [131]
Приборы этой серии предназначены для
измерения эквивалентной дозы и мощности эквивалентной дозы фотонного излучения. Если ДКС90Н служит для определения параметров непрерывного фотонного излучения, то ДКС-90У служит для определения параметров как непрерывного, так и импульсного фотонного излучения. Дозиметры этого типа применяются в службах дозиметрического контроля, промышленности, медицине, научных учреждениях и других отраслях народного хозяйства, в которых используется источники фотонного излучения, для оперативного контроля радиационной
обстановки.
Таблица 3.13
Технические характеристики комплекта дозиметров ДКС-90
Диапазон энергий . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 0,015 – 10 МэВ
Диапазон измерения мощности эквивалентной дозы.
. . . . 1 – 106 мкЗв/ч
Масса рабочего комплекта: ДКС-90У . . .. . . . . . . . . . . . . . . .2,6 кг
ДКС-90Н . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .2,4 кг
Питание от 4 элементов типа А-343 или от сети постоянного тока напряжением от 10 до 15 В.
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 4
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРОБЛЕМНООРИЕНТИРОВАННЫХ ПРАКТИКУМОВ ПО ЭКОЛОГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1. Лабораторная работа «Измерение параметров
электромагнитных полей»
Цель работы. Ознакомление с методикой измерения напряжённости электрической и индукции магнитной компонент электромагнитных полей.
Приборы и принадлежности. Цифровой прибор для измерения параметров электросмога (напряжённости электрического поля и индукции магнитного
поля) ME 3030B.
Введение
Экспериментально подтверждено, что электромагнитное излучение оказывает заметное воздействие на биологические объекты [16]. Результат воздействия зависит от интенсивности, частоты и продолжительности облучения, модуляции сигнала другими частотами. В целом механизм воздействия электромагнитных полей на человека и биологические ткани изучен ещё недостаточно хорошо, хотя можно утверждать, что особенно сильное воздействие электромагнитное поле оказывает на нервную, иммунную, эндокринную и половую системы нашего организма. Поэтому реакция именно этих систем в первую очередь
учитываются при оценке риска или последствий воздействия излучения на человека [131].
По данным многих исследователей воздействие электромагнитного излучения, так же как и ионизирующих излучений, обладает кумулятивным эффектом, то есть последствия воздействия излучения накапливаются и могут проявиться через несколько лет, когда результаты их воздействия окажутся выше
критических. К биологическим последствиям можно отнести регрессивные процессы центральной нервной системы, различные формы рака, опухоли, гормональные заболевания. Изменяется в сторону ухудшения течение инфекционных
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
процессов. Безусловно, особую опасность длительное и интенсивное электромагнитное облучение представляют для групп повышенного риска: детей, беременных женщин, людей с заболеваниями центральной нервной системы, людей
с ослабленным иммунитетом, аллергиков [43].
Лица, в силу своих профессиональных обязанностей постоянно работающие с электромагнитными излучениями или живущие в зоне повышенного воздействия излучения, часто обладают повышенной раздражительностью, внутренней напряжённостью. У них отмечается повышенная утомляемость, ухудшается память, сон. При длительных воздействиях электромагнитного излучения,
особенно в области предельно допустимых уровней, возрастает вероятность
проявления расстройства психики. Порой негативные последствия могут возникать даже при малых интенсивностях электромагнитного излучения.
О характеристиках электромагнитного излучения и его воздействии на организм человека – см. литературу [80, 195, 217].
Основные источники электромагнитного излучения
В современном мире главную опасность для всех биологических объектов
представляет источники электромагнитного излучения техногенного происхождения, к которым можно отнести:
– электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда);
– электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации);
– линии электропередач (высоковольтные, городского освещения);
– бытовые электроприборы;
– теле- и радиостанции (транслирующие антенны);
– спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны);
– радары гражданского и военного назначения;
– персональные компьютеры и др. [131].
Электромагнитные волны
Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) – это распространяющиеся в пространстве колебания переменных электрического и магнит172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ного полей, взаимно обуславливающих появление и существование друг друга.

В любой момент времени вектора напряжённости электрического поля E , на

пряжённости магнитного поля H и скорости волны υ взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую тройку векторов (см. рис. 4.1.).
E

E

H

υ
υ
H
Рисунок 4.1. Электромагнитная волна
Уравнение плоской электромагнитной волны (фронтом такой волны является плоскость) выглядит следующим образом:




E = E0 sin(ωt − kr + ϕ0),
H = H 0 sin(ωt − kr + ϕ0)
Уравнение сферической электромагнитной волны (её фронтом является
сфера; такая волна испускается точечным источников в изотропной среде) можно записать в виде:



 E
H
H = 0 sin(ωt − kr + ϕ0),
E = 0 sin(ωt − kr + ϕ0),
r
r


где E и H – напряжённости электрического и магнитного полей в волне;


E0 и H 0 – амплитуды напряжённостей электрического и магнитного полей соответственно; ϕ(t, l) = ωt − kr + ϕ0 – фаза колебаний; ω – циклическая частота колебаний (ω =
2π
, здесь T – период колебаний); t – текущий момент времени; k =
T
2π
– волновое число (здесь λ – длина волны); r – расстояние от источника до
λ
наблюдателя; ϕ0 – начальная фаза колебаний [44, 47, 188, 211].
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Интенсивность излучения I прямо пропорциональна квадрату амплитуды:
2
E 
для плоской волны I ∼ E0 , для сферической I ∼  0  .
 r 
2
Шкала электромагнитных волн
Пример классификации электромагнитных волн по способам их возбуждения приведён в таблице 4.1 [217], а их характеристики можно найти в таблице
4.2
Таблица 4.1
Шкала электромагнитных волн
Длина волны λ, м
Внутриядерные процессы,
Космические процессы
10
10
10−5
10−4
10−3
10−2
10−1
100
101
102
103
104
РАДИОВОЛНЫ
ИНФРАКРАСНОЕ
(ИК) ИЗЛУЧЕНИЕ
Атомные про- Излучение Излучение молецессы при воз- атомов при кул атомов при
действии уско- электриче- тепловых и элекренных заря- ских воздей- трических воздействиях
ствиях
женных частиц
УЛЬТРАКОРОТКИЕ
ВОЛНЫ (УКВ)
ДЛИННЫЕ ВОЛНЫ (ДВ)
РЕНТГЕНОВСКОЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ
10-8
СРЕДНИЕ ВОЛНЫ (СВ)
10-9
−6
КОРОТКИЕ ВОЛНЫ (КВ)
10-10
СВЕТ
10-11
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ
(УФ) ИЗЛУЧЕНИЕ
ГАММА – ИЗЛУЧЕНИЕ
(γ - ИЗЛУЧЕНИЕ)
10-12
−7
Источники:
переменные токи в проводниках и электронных
потоках
Примечания:
– Границы между разными областями не являются строгими и частично
перекрываются.
– Полезно помнить, что волны видимого диапазона электромагнитного излучения (света) имеют длину от 380 нм до 750 нм.
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.2
Основные характеристики электромагнитного излучения
№
Название характеристики
Обозначение
Единицы
измерения в СИ
5
Напряжённость электрического по- 
E
ля

Индукция электрического поля
D

Напряжённость магнитного поля
H

Индукция магнитного поля
B
Циклическая частота колебания
ω
6
Фаза колебаний
ϕ
рад
7
Текущий момент времени
t
с
8
Начальная фаза
ϕ0
рад
9
Период
T
с
10
Длина волны
λ
м
11
Энергия электрического поля
We
Дж
12
Энергия магнитного поля
Wm
Дж
13
Объёмная плотность энергии элекwe
трического поля
Дж/м3
14
Объёмная плотность энергии
магнитного поля
wm
Дж/м3
15
Объёмная плотность энергии
электромагнитного поля
wem
Дж/м3
16
Интенсивность волны
I
Вт/м2
17
Расстояние от источника
l
м
1
2
3
4
В/м
Кл/м2
А/м
Тл
рад/с
Более подробно об электромагнитном излучении можно прочитать в учебниках по курсу общей физики [20, 71, 176, 221].
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Предельно допустимые нормы
В помещениях жилых и общественных зданий на расстоянии 0,5 м от источника излучения для полей промышленной частоты индукция магнитного поля не должна превышать 200 – 300 нТл, а напряжённость электрического поля не
должна превышать 500 В/м [38, 227].
Предельно допустимый уровень электростатических полей в бытовых условиях составляет 15000 В/м; индукция постоянного магнитного поля в жилых
зданиях и помещениях не должна превышать 10 мкТл [59, 192, 196, 215, 228].
Примеры характеристик приборов, используемых для измерений параметров электромагнитных неионизирующих излучений, приведены в Приложении
4.1 к данным методическим указаниям; протокол результатов соответствующих
измерений представлен в методических указаниях [195].
Описание экспериментальной установки и метод измерения
Измерения напряжённости электрического и индукции магнитного переменных полей осуществляются с помощью измерителя электросмога ME 3030B
[69] (фотография прибора приведена на рисунке 4.2.).
Шнур заземления
Переключатель измерения напряженности
электрического (Е) или индукции
магнитного (М) поля
Переключатель «Выключение» –
«Включение без звуковой сигнализации» –
«Включение со звуковой сигнализацией»
Экран жидкокристаллического дисплея
индикации данных измерений
Рисунок 4.2.
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Данные измерений отображаются на жидкокристаллическом экране; напряжённость электрического поля прибор отображает в В/м, значения индукции
магнитного поля прибор представляет в нТл.
Нижний переключатель. Положение вверх (на один щелчок) – включение
прибора, начало измерений. Если клавишу передвинуть ещё вверх (ещё на один
щелчок), то измерения будут сопровождаться звуковыми сигналами. Положение
клавиши вниз – выключение прибора.
Рабочая область измерений: частоты отображена на диаграмме, нанесённой на корпус прибора
Для более точного измерения целесообразно заземлить прибор. Для этого
можно включить провод в штекерный вход боковой панели прибора.
Питание прибора осуществляется от батарейки типа «Крона» (9 В).
Порядок выполнения работы
Упражнение 1. Измерения напряжённости электрического поля
и индукции магнитного поля
Расположите прибор на расстоянии 0,5 м от источника электромагнитного
излучения, включите прибор. Измерения начинайте не раньше, чем через 40 с
после включения прибора, во время проведения измерений он должен быть неподвижен. Каждое измерение следует провести не менее 10 раз. Данные запишите в таблицу 4.3 (для напряжённости электрического поля) и таблицу 4.4 (для
индукции магнитного поля) [202].
Таблица 4.3
Измерение напряжённости электрического поля
№
EX, В/м
EY, В/м
EZ, В/м
EX =
EY =
EZ =
E , В/м
1
2
…
10
Средние
ния
значе-
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.4
Измерение индукции магнитного поля
№
BX, нТл
BY, нТл
BZ, нТл
BX =
BY =
BZ =
B , нТл
1
2
…
10
Средние значения
Переменное электромагнитное поле от тестируемого объекта наводит в
трёх ортогонально расположенных катушках антенны переменные напряжения,
пропорциональные трём взаимно перпендикулярным составляющим вектора
магнитной индукции. Именно поэтому измерения в каждой точке необходимо
проводить, располагая прибор в трёх ортогональных положениях, см. рис. 4.3.а,
а)
б)
в)
Рисунок 4.3.
б, в. По измеренным значениям компонент напряжённости электрического поля
и индукции магнитного поля вычисляются их средние значения EX , EY , EZ ,
а также BX , BY , BZ , и средние значения E и B самих напряжённости
электрического и индукции магнитного поля:
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
E =
EX
2
+ EY
2
+ EZ ,
B =
BX
2
+ BY
2
+ BZ
2
2
.
Здесь EX и BX – средние значения напряжённости электрического и
индукции магнитного поля в первом положении прибора (рис. 4а), EY и BY –
средние значения напряжённости электрического и индукции магнитного поля
во втором положении прибора (рис. 4б), EZ и BZ – средние значения напряжённости электрического и индукции магнитного поля в третьем положении
прибора (рис. 4в).
Результаты вычислений занесите в таблицы 4.3 и 4.4.
Расчёт погрешности измерений напряжённости электрического поля
1. По методу Стьюдента для прямых измерений (см. [123, 206]) рассчитайте погрешности ∆EX, ∆EY, ∆EZ:
∑ ( EX − EXi )
N
∆EX = α
i =1
N (N − 1)
∑ ( EY − EYi )
N
2
, ∆EY = α
i =1
N (N −1)
∑ ( EZ − EZi )
N
2
, ∆EZ = α
i =1
2
.
N (N −1)
Коэффициент Стьюдента α возьмите из таблицы 4.5 (значение доверительной вероятности указывает преподаватель).
Таблица 4.5
Значения коэффициентов Стьюдента α для различных значений доверительной вероятности W и числа измерений N
Число
измерений
Значения коэффициентов Стьюдента α
при W =
при W =
при W =
при W =
при W =
при W =
0,4
0,6
0,8
0,9
0,95
0,99
179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
N
2
0,33
1,38
3,08
6,31
12,71
63,66
3
0,29
1,06
1,89
2,92
4,30
9,93
4
0,28
0,98
1,64
2,35
3,18
5,84
5
0,27
0,94
1,53
2,13
2,78
4,60
6
0,27
0,92
1,48
2,02
2,57
4,03
7
0,27
0,91
1,44
1,94
2,45
3,71
8
0,26
0,90
1,42
1,90
2,37
3,50
9
0,26
0,89
1,40
1,86
2,31
3,36
10
0,26
0,88
1,38
1,83
2,26
3,25
2. Далее рассчитайте случайную погрешность ∆EСЛ:
∆EСЛ =
2 EX ∆EX + 2 EY ∆EY + 2 EZ ∆EZ
EX + EY + E Z
2
2
2
,
где EX , EY , EZ – средние арифметические значения компонент напряжённости электрического поля (см. таблицу 4.3).
3. Оцените приборную погрешность ∆EПР (она принимается равной 2 % от
среднего значения измеренной величины E ).
4. Вычислите полную погрешность измерения напряжённости электрического поля:
∆E =
(∆EСЛ ) 2 + (∆EПР ) 2 .
Расчёт погрешности измерений индукции магнитного поля
1. По методу Стьюдента [123, 206] для прямых измерений рассчитайте погрешности ∆BX, ∆BY, ∆BZ:
∑ ( BX − BXi )
N
∆BX = α
180
i =1
N (N − 1)
∑ ( BY − BYi )
N
2
, ∆BY = α
i =1
N (N −1)
∑ ( BZ − BZi )
N
2
, ∆BZ = α
i =1
2
N (N −1)
.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коэффициент Стьюдента α возьмите из таблицы 4.5 (значение доверительной вероятности указывает преподаватель).
2. Далее рассчитайте случайную погрешность∆BСЛ:
∆BСЛ =
2 BX ∆BX + 2 BY ∆BY + 2 BZ ∆BZ
BX + BY + BZ
2
2
2
,
где BX , BY , BZ – средние арифметические значения компонент индукции магнитного поля (см. таблицу 4.4).
3. Оцените приборную погрешность ∆BПР (она принимается равной 2 % от
среднего значения измеренной величины B ).
4. Вычислите ошибку измерения индукции магнитного поля:
∆B =
(∆BСЛ ) 2 + (∆BПР ) 2 .
Запись результатов измерений
Результаты измерений запишите в виде:
E = ( E ± ∆E) В/м,
B = ( B ± ∆B) нТл,
Сравните полученные значения с предельно допустимыми нормами. Сделайте соответствующие выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какова физическая природа электромагнитного излучения? Какими векторами описываются электромагнитные волны?
2. Как называются электромагнитных волн разного диапазона? Что является источником их возникновения?
3. Запишите уравнения плоской и сферической электромагнитных волн,
указав смысл использующихся в уравнениях величин.
181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Объясните, почему интенсивность сферической волны убывает обратно
пропорционально квадрату расстояния от источника.
5. Назовите основные источники электромагнитного излучения техногенного происхождения.
6. Каковы предельно допустимые нормы воздействия электромагнитного
излучения в жилых помещениях?
7. Какие из приборов, описание которых приведено в Приложении к настоящим методическим указаниям, можно использовать для измерений в рамках
настоящей лабораторной работы? Ответ обоснуйте.
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.2. Лабораторная работа
«ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ»
Работа выполняется с использованием компьютерной измерительной
системы «L-micro».
Цель работы: сравнение среднего значения горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли (в месте проведения лабораторной работы) с индукцией поля, создаваемой естественным магнитом – образцом
железной руды (г. Железногорск, Курская область).
Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, источник постоянного тока (батарейка), микроамперметр, компьютер с установленной программой L-Micro, компьютерный измерительный блок L-micro (КИБ), шнур интерфейсный (9-ти иголочный COM M-F) для соединения компьютера и измерительного блока, датчик магнитного поля [114].
Введение
Земля является естественным магнитом, и всё живое на ней развивается в
условиях постоянного магнитного поля, создаваемого этим магнитом. Источником этого поля является вращающееся ядро нашей планеты, состоящей из расплавленного железа; изменение параметров его вращения сказывается не только
на величине индукции магнитного поля Земли, но и способно привести к смещению положения магнитных полюсов (что, судя по геологическим данным,
уже не раз происходило в истории планеты).
В настоящее время северный магнитный полюс Земли находится в Антарктиде, у южного географического (в этом месте располагается Российская
исследовательская станция «Восток»), а южный магнитный – в Северном ледовитом океане [217]. Схематически картина линий индукции магнитного поля
Земли изображена на рис. 4.4; рисунок показывает, что линии индукции на экваторе направлены горизонтально (параллельно поверхности Земли), а у магнитных полюсов – вертикально. В остальных точках земной поверхности вектор
индукции магнитного поля (его направление совпадает с направлением каса183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С
З
В
Ю
Рисунок 4.4.
тельной к линии индукции в каждой точке пространства) направлен к земной
поверхности под углом, величина которого зависит от конкретного места.
Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с
помощью магнитной стрелки (рис. 4.5.). Если магнитную стрелку SN подвесить
на нить так, чтобы точка подвеса совпадала с её центром тяжести, то стрелка установится по касательной к линии индукции магнитного поля Земли. Из-за наклона линий индукции к поверхности Земли, увеличивающегося по мере приближения к полюсам, стрелка также расположится не горизонтально: её ось обСеверный
географический
Географический
полюс Земли
меридиан
Южный магнитный
полюс Земли
α

B0 Магнитный меридиан
S
θ

B
N

BZ
Рисунок 4.5.
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разует с вертикалью угол наклонения θ (этот угол равен нулю только на магнитном экваторе). Плоскость, в которой лежат сама стрелка и её ось, называется
плоскостью магнитного меридиана. Мы уже отметили, что точки географических и магнитных полюсов Земли не совпадают; поэтому плоскость магнитного
меридиана составляет с плоскостью географического меридиана угол, который
получил название магнитного склонения.

Вектор индукции магнитного поля Земли B можно разложить на две со

ставляющие: горизонтальную B0 и вертикальную BZ . Знание углов склонения и

наклонения, а также горизонтальной составляющей B0 вектора индукции даёт
возможность определить величину и направление полной индукции магнитного

BZ поля Земли в данной точке [44, 47, 188, 211].
В обычном компасе магнитная стрелка может свободно вращаться лишь
вокруг одной (вертикальной) оси, поэтому она устанавливается под действием

горизонтальной составляющей B0 магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана.
В первой части настоящей работы проводится измерение горизонтальной
составляющей магнитного поля Земли с помощью прибора, который называется
тангенс-гальванометр. Во второй части проводятся измерения магнитного поля,
создаваемого образцом железной руды из месторождения Курской магнитной
аномалии. Измерения проводятся с помощью датчика магнитной индукции, работающего на эффекте Холла [80, 117, 118, 195].
О характеристиках электрического и магнитного полей, а также об их
влиянии на организм человека см. литературу [59, 176, 196, 215, 227].
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 1. Измерение горизонтальной составляющей
индукции магнитного поля Земли

Для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли B0
применяется прибор, называемый тангенс-гальванометром [195], главным элементом которого является плоская вертикально установленная катушка большого радиуса, содержащая заданное число N* витков провода. В центре катушки
укреплен компас с короткой магнитной стрелкой. Перед началом измерений катушка ориентируется так, чтобы стрелка компаса оказалась лежащей в её плоскости. Если учесть, что при этом северный
Z
полюс стрелки направлен туда же, куда и

B0 , то это означает, что данный вектор
I
К северному
также оказывается лежащим в плоскости
 географическому
B0
α

BI
полюсу Земли

B
Ось катушки
Рисунок 4.6.
катушки (рис. 4.6.).
После подключения катушки к источнику питания по её виткам пойдёт
электрический ток, создающий собственное магнитное поле, причём поле на оси
катушки можно характеризовать вектором

BI , направление которого определяется по
правилу буравчика, а величина в центре катушки рассчитывается по формуле
µ N *I
BI = 0
,
(1)
2R *
вывод которой можно найти, например, в учебниках [20, 71, 216, 221].
Здесь I – сила тока в цепи, N* – число витков в катушке, R* – её радиус, µ0 =
2π⋅10–7 Гн/м – магнитная постоянная.



Сумма векторов B0 и BI даёт результирующий вектор B , и, соответственно, новое направление стрелки компаса. Измерив угол поворота (магнитное
склонение) α стрелки относительно начального положения и рассчитав по формуле (1) значение BI для конкретной силы тока I (число витков N* в катушке и её
радиус R* указаны на корпусе), можно легко определить величину горизонталь186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ной составляющей индукции магнитного поля Земли. Действительно, поскольку


вектора B0 и BI взаимно перпендикулярны, получаем:
B0 = BI/tgα =
µ0 N * I
.
2 R * tgα
(2)
Блок-схема установки представлена на рис. 4.7. Питание от источника поточного тока (батарейки с э. д. с. E = 1,5 В) через потенциометр П подаётся на
тангенс-гальванометр Г. Меняя сопротивление потенциометра, можно регулировать ток через катушку (сила тока измеряется микроамперметром µА). Переключатель К позволяет изменять направление тока через витки катушки на противоположное.
Г
К
µA
E
компас
П
Рисунок 4.7.
В центре катушки тангенс-гальванометра располагается компас, углы отклонения стрелки которого можно измерять в градусах, пользуясь шкалой, нанесённой на корпус прибора.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомьтесь с расположением приборов и схемой их соединения на
переносном стенде. Убедитесь, что источник питания (батарейка) пригоден для
использования, что стрелка компаса может свободно поворачиваться вокруг
вертикальной оси. Параметры катушки (её радиус R и число витков N*) запишите в таблицу 4.6.
2. Не включая тока, поверните подставку тангенс-гальванометра вокруг
вертикальной оси так, чтобы витки его катушки оказались в плоскости магнитного меридиана.
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Включите установку и установите реостатом такую силу тока в цепи,
которая соответствует повороту магнитной стрелки на 30º относительно начального положения. Показания микроамперметра I1 занесите в таблицу 4.6.
Таблица 4.6
В, мТл
I, мкА
I1 ,
I2
I3
I4
I5
I6
α1 =
30º
α1 =
40º
α1 =
50º
R=
.м
N* =
I30 =
∆I30 =
B0′=
I40 =
∆I40 =
B0′′=
I50 =
∆I50 =
B0′′′=
∆α =
град =
шт.
∆B0′=
∆B0′′=
∆B0′′′=
рад
4. Переключателем К измените направление силы тока на противоположное (при этом стрелка также отклонится в другую сторону) и подберите новое
значение силы тока, такое, чтобы угол отклонения оказался опять равен 30º. Показания микроамперметра I2 занесите в таблицу 4.6.
5. Отключите источник питания. Убедитесь, что в отсутствие тока стрелка
компаса находится в плоскости катушки. При необходимости скорректируйте
ориентацию катушки.
6. Пункты 3–5 повторите ещё два раза, записывая показания микроамперметра в таблицу 4.6. По окончании измерений рассчитайте среднее из шести измеренных значений силы тока I30, требуемое для отклонения стрелки магнита на
30º:
I30 = (I1 + I2 + … + I6)/6.
Полученное значение запишите в таблицу 4.6.
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Повторите пункты 2 – 6, добиваясь отклонения стрелки микроамперметра на 40º. По результатам измерений рассчитайте соответствующее среднее
значение силы тока I40 и запишите его в таблицу 4.6.
8. Вновь повторите пункты 2–6, добиваясь отклонения стрелки микроамперметра на 50º. По результатам измерений рассчитайте соответствующее среднее значение силы тока I50 и запишите его в таблицу 4.6.
9. Используя формулу (2) и данные таблицы 4.6, для трёх полученных
средних значений силы тока рассчитайте величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Полученные значения (B0′, B0′′ и B0′′′ соответственно) запишите в таблицу 4.6.
10. Поскольку измерения индукции магнитного поля в данной работе являются косвенными (см. [131, 195]), ошибку измерения в каждом из трёх случаев
рассчитайте по формуле
 µ N* I 


∆B0'
 ∆I + ∂  µ 0 N * I  ∆α.
= ∂  0
∂I  2 R* tgα 
∂α  2 R* tgα 
B0'
С учётом того, что µ0, N* и R* – константы, для первого случая (при α = α1
= 30º) получаем:
∆B0′ = B0′
µ0 N *
2R*

 1
I

∆I 30 + sin302α ∆α  .
1

 tgα1
Здесь ∆α – приборная погрешность измерения угла (равная цене деления
шкалы на лимбе компаса и выраженная в радианах, причём 360º = 2π радиан), а
∆I30 рассчитывается по формуле Стьюдента (см. [123, 206]):
N
∆I30 = α*
∑ ( I i − I 30 ) 2
i =1
N ( N −1)
.
(4)
В этой формуле N – число измерений; коэффициент Стьюдента α возьмите
из таблицы 4.7, приведённой ниже (значение доверительной вероятности
указывает преподаватель) [123].
189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аналогичным образом вычислите ошибки ∆B0′′ и ∆B0′′′ измерения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли для углов 40º и 50º.
Результаты вычислений запишите в таблицу 4.6.
Таблица 4.7
N (число
измерений)
Доверительная вероятность ρ
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,95
0,98
0,99
0,999
2
0,16 0,33 0,51 0,73 1,00 1,38
2,0
3,1
6,3
12,7
31,8
63,7
636,6
3
0,14 0,29 0,45 0,62 0,82 1,06
1,3
1,9
2,9
4,3
7,0
9,9
31,6
4
0,14 0,28 0,42 0,58 0,77 0,98
1,3
1,6
2,4
3,2
4,5
5,8
12,9
5
0,13 0,27 0,41 0,57 0,74 0,94
1,2
1,5
2,1
2,8
3,7
4,6
8,6
6
0,13 0,27 0,41 0,56 0,73 0,92
1,2
1,5
2,0
2,6
3,4
4,0
6,9
7
0,13 0,27 0,40 0,55 0,72 0,90
1,1
1,4
1,9
2,4
3,1
3,7
6,0
8
0,13 0,26 0,40 0,55 0,71 0,90
1,1
1,4
1,9
2,4
3,0
3,5
5,4
9
0,13 0,26 0,40 0,54 0,71 0,90
1,1
1,4
1,9
2,3
2,9
3,4
5,0
10
0,13 0,26 0,40 0,54 0,70 0,88
1,1
1,4
1,8
2,3
2,8
3,3
4,8
Аналогичным образом вычислите ошибки ∆B0′′ и ∆B0′′′ измерения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли для углов 40º и 50º.
Результаты вычислений также запишите в таблицу 4.6.
11. Используя полученные значения B0′, B0′′ и B0′′′, вычислите среднее
арифметическое значение B0СР = (B0′ + B0′′ + B0′′′)/3, а из трёх значений ошибки
∆B0′, ∆B0′′′ и ∆B0′′′ выберите наибольшую (∆B0MAX).
Окончательный результат измерений запишите в виде
B0 = B0СР ± ∆B0MAX.
190
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 2. Исследование магнитного поля образца железной руды
с помощью сопряжённого с компьютером датчика магнитной
индукции
Приборы и принадлежности: Компьютер с установленной программой
L-Micro, компьютерный измерительный блок L-micro (КИБ), шнур интерфейсный (9-ти иголочный COM M-F) для соединения компьютера и измерительного
блока, датчик магнитного поля, пробный магнитик с заранее помеченными северным и южным полюсами (компас), образец железной руды [114].
Внимание! Подключение КИБ к COM-порту компьютера следует производить при выключенном компьютере!
Перед проведением демонстрации установку следует заземлить.
Схема соединения показана на рис. 4.8.
Компьютер
Монитор
Датчик
Образец
железной
руды
КИБ L-Micro
Рисунок 4.8.
В работе используется датчик, в основе работы которого лежит эффект
Холла, и который позволяет измерять индукцию постоянного магнитного поля.
Порядок выполнения работы [118]
1. Расположите установку на столе, подключить разъём датчика в разъём 1
Измерительного блока, КИБ подключите к COM-порту системного блока, включите компьютер, запустите программу L-micro.
191
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. В компьютерной программе войдите в раздел «Датчики» → «Датчик
магнитного поля» → «Проведение измерений». На экране появятся две оси координат: по оси ординат откладываются значения индукции магнитного поля В
(мТл), по оси абсцисс – времени t (с). Нажмите кнопку «запуск».
3. Возьмите образец железной руды и поднесите к нему датчик. Двигая
датчик и отслеживая изменения сигнала на экране компьютера, найдите магнитные полюса образца – точки, соответствующие максимальным значениям индукции. Запишите соответствующие значения В.
4. Используя постоянный магнит (стрелку компаса), определите, какой из
магнитных полюсов образца руды является северным, а какой – южным.
5. Сравните полученное значение индукции магнитно поля с ранее полученным значением B0 горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
Рассчитайте, во сколько раз индукция поля, создаваемого образцом руды из района Курской аномалии превышает индукцию магнитного поля Земли.
6. По завершении измерений нажмите на кнопку «стоп» на панели программы L-Micro.
7. Определите, какие из приборов, описание которых приведено в приложении, могут быть использованы для измерения параметров магнитного поля
образца железной руды.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется углом наклонения и углом магнитного склонения?
2. В чем состоит сущность метода изменения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с использованием тангенс-гальванометра?
3. Что называется индукцией магнитного поля? В каких единицах она измеряется в СИ? Как выбирается направление вектора магнитной индукции?
4. Что такое «линии магнитной индукции»? Как выбирается их направле192
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ние? Как линии индукции выглядят в случае постоянного магнита?
5. Продемонстрируйте, что по размерности левая и правая части формулы (1) совпадают.
6. Назовите основные источники электромагнитного излучения природного происхождения.
7. Каковы предельно допустимые нормы воздействия электромагнитного
излучения в жилых помещениях?
8. Какие из приборов, описание которых приведено в Приложении к настоящим методическим указаниям, можно использовать для измерений в рамках
настоящей лабораторной работы? Ответ обоснуйте.
193
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.3. Приложение 4.1 «ИЗМЕРИТЕЛИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ»
1. Измеритель электростатического поля ИЭСП-01 (В) [69]
Прибор предназначен для измерения напряженности электростатического поля независимо от условий и природы его возникновения, а
также для измерения электростатического потенциала экранов дисплеев на рабочих местах с компьютерной техникой. Данные измерений
выводятся на жидкокристаллический
экран в цифровом виде.
В комплект входят измеритель, пластина измерительная, диск, антенна
съемная, внешний сетевой источник питания БПИ-03, футляр и паспорт.
Прибор зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений
РФ под № 17663-98.
Таблица 4.8
Основные технические характеристики измерителя ИЭСП-01
Диапазон измеряемых значений электростатического поля: . . . . . . . . . . . .
. . . .1 кВ/м – 180 кВ/м
Диапазон измеряемых значений электростатического потенциала: . . . . . . . . .
. . . 0,1 кВ – 18 кВ
Погрешность измерения: . . . . . . . . .
. . . не более 20 %
Масса:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . не более 0,6 кг
Габаритные размеры: . . . . . . . . . . .
. . . 285 × 85 × 60 мм
Питание: . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 В (от батарейки типа «Крона»
. .
или от сети 220 В 50 Гц с помощью
внешнего источника питания).
194
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Измеритель уровней электромагнитного излучения П3-41 [67]
Прибор предназначен для измерения плотности потока энергии и среднеквадратичных значений напряжённости
электрического и магнитного полей в режиме непрерывной
генерации при проведении контроля уровней электромагнитного поля на соответствие требованиям ГОСТ Р 51070,
ГОСТ 12.1.006-84, ГН 2.1.1/2.2.4.019-90, МУК 4.3.1167-02,
СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96, СанПиН 2.1.2.1002-00, СанПиН
2.1.8/2.2.4.1190-03 [59, 192, 196, 215, 228].
Измеритель зарегистрирован в Госреестре средств измерений под № 27826-04 и допущен к применению в РФ.
Основная область применения: контроль окружающей среды в части электромагнитных излучений органами Государственной санитарно-эпидемиологический службы, лабораториями по охране труда и организациями, обеспечивающими электромагнитную безопасность рабочих мест и населения.
Таблица 4.9
Основные технические характеристики измерителя П3-41
Тип
ан- Диапазон
тенны
частот
Пределы измерения
Напряжённость
E, В/м
H, А/м
Плотность потока
энергии, мкВт/см2
---
0,26 – 100000
---
1000 – 1000000
АП1(ППЭ)
0,3 – 40 ГГц
1 – 615
АП2(ППЭ)
0,3 – 40 ГГц
61,4
1940
АП-3(Е)
0,03 – 300 МГц
0,5 – 300
---
0,066 – 23800
АП-4(Е)
0,03 – 300 МГц
10 – 1500
----
26,5 – 600000
АП-5(Н)
0,03 – 50 МГц
---
0,05 – 8
-----
–
Питание прибора осуществляется от встроенных аккумуляторных батарей
с напряжением от 2,0 до 3,5 В типоразмера R6 по классификации МЭК.
195
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Измеритель напряженности поля промышленной частоты П3-50 [64]
Измеритель П3-50 предназначен для
измерения напряженности электрического
и магнитного поля промышленной частоты
(50 Гц) и применяется для контроля предельно допустимых уровней электрического и магнитного поля.
Измеритель выполнен в виде малогабаритного носимого прибора с автономным питанием.
Основными элементами измерителя являются отсчетное устройство УО350 и сменные антенны-преобразователи (АП) направленного приема. Работа
прибора основана на возбуждении в АП под воздействием измеряемого поля переменного напряжения, пропорционального напряженности поля.
Данные измерений выводятся на жидкокристаллический экран в цифровом виде.
Прибор зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений
РФ под № 17638-08.
Таблица 4.10
Основные технические характеристики измерителя П3-50
Диапазон измеряемых значений напряженности электрического поля: .
Диапазон измеряемых значений напряженности магнитного поля:. . . .
Погрешность измерения: . . . . . . .
Масса: . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Габаритные размеры: . . . . . . . . .
Питание: . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
196
. . . . 0,01 кВ/м – 100 кВ/м
. . . . .0,01 А/м – 1800 А/м
. . . или 0,1 А/м – 18000 А/м
. . . . . не более 20 %
. . . 3,0 кг (комплект в футляре)
. . . . . 150 × 85 × 45 мм
встроенная батарея из 4-х сменных
химических элементов по 1,5 В
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Портативный миллитесламетр МПМ-2 [174]
Портативный миллитесламетр МПМ-2 предназначен для измерений магнитной индукции постоянных и переменных магнитных полей в диапазоне частот 40 – 200 Гц. МПМ-2 позволяет измерить модуль и три взаимно перпендикулярных компоненты вектора магнитной индукции при фиксированном положении зонда.
Данные измерений выводятся на жидкокристаллический экран в цифровом виде.
В комплект входит электронный блок, измерительный зонд с кабелем 1,5 м, футляр и паспорт.
Прибор зарегистрирован в Государственном
реестре средств измерений РФ под № 16372-97.
Таблица 4.11
Основные технические характеристики миллитесламетра МПМ-2
Диапазоны частот измеряемого сигнала:
- постоянное магнитное поле,
- переменное магнитное поле: . . . . . .
. . . . . . . . . . . .40 – 200 Гц
Диапазон измерения индукции магнитного
поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .0,01 – 199,9 мТл
Масса: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.. . . . . . . . . . . . менее 0,5 кг
197
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Миллитесламетр портативный универсальный ТП2-2У [160]
Миллитесламетр ТП2-2У предназначен для измерений магнитной индукции
постоянных, переменных и импульсных
магнитных полей. В случае переменных
полей прибор позволяет измерить как амплитудное, так и среднее (средневыпрямленное) значения магнитной индукции.
Данные измерений выводятся на жидкокристаллическом экране в цифровом виде. ТП2-2У имеет электрический выход, сигнал с которого может быть подан на
осциллограф для изучения временной реализации магнитного поля.
В комплект прибора входят: электронный блок, два измерительных зонда
(М и С) для различных типов магнитного поля.
Прибор зарегистрирован под № 16373-97 в Государственном реестре
средств измерений РФ.
Таблица 4.12
Основные технические характеристики миллитесламетра
портативного универсального ТП2-2У
Диапазон измерений: . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 0,01 – 1999 мТл
Пределы основной относительной погрешности при
измерении индукции:
- постоянного магнитного поля: . . . . . . . . . . .
.±[2,0 + 0,1(ВП/ВХ)] %,
- амплитудного значения индукции переменного си- .до
±[5,0
+
нусоидального и импульсного магнитных полей:. . . 0,5(ВП/ВХ)]%
- средневыпрямленного значения индукции переменного магнитного поля: . . . . . . . . . . . . . . .
.±[2,5 + 0,2(ВП/ВХ)]%,
где ВП – значение установленного предела измерения,
ВХ – измеренное значение индукции
Масса: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
198
. . не более 0,5 кг
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Измеритель переменного магнитного поля ИМП-04 [65]
Измеритель переменного магнитного поля ИМП04 предназначен для сертификации компьютеров по
ГОСТ 50949-96, а также аттестации рабочих мест по условиям труда.
Прибор комплектуется сменными антеннами на
два диапазона частот.
Измеритель переменного магнитного поля ИМП04 зарегистрирован в Государственном реестре средств
измерений РФ под № 15527-96.
Таблица 4.13
Основные технические характеристики измерителя ИМП-04
Диапазоны частот измеряемого сигнала
Полоса I: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Гц – 2 кГц
Полоса II: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 кГц – 400 кГц
Диапазон измерения индукции магнитного поля
Полоса I: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 – 5000 нТл
Полоса II: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 – 1000 нТл
199
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Измеритель переменного магнитного поля ИМП-05 [66]
Измеритель переменного магнитного поля ИМП05 состоит из двух блоков: ИМП-05/1 и ИМП-05/2.
Преимущество приборов ИМП-05/1 и ИМП-05/2
перед другими, используемыми для аналогичных целей,
- одновременное измерение магнитного поля по трём
пространственным координатам, что резко упрощает
проведение измерений, например, при аттестации рабочих мест по условиям труда. Прибор зарегистрирован
под № 17289-98 в Государственном реестре средств измерений РФ.
Таблица 4.14
Основные технические характеристики
Диапазоны частот измеряемого сигнала
ИМП-05/1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ИМП-05/2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 5 Гц – 2 кГц
. . . 2 кГц – 400 кГц
Диапазон измерения индукции магнитного поля
ИМП-05/1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ИМП-05/2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .100 – 2000 нТл
. . . 10 – 200 нТл
Допустимая основная относительная погрешность:. .
. . . не более 20 %
Масса каждого из блоков:. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . не более 0,9 кг
200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Заключение
Основные результаты проведенных педагогических исследований по
практическому применению проблемно-ориентированных практикумов в цикле
естественнонаучных дисциплин заключаются в следующем.
1. Внедрение проблемно-ориентированных физических практикумов
(ПОФП) для студентов в технических университетах [104, 105] в силу существенного расширения проблемного поля обучения [164], из-за построения их на
междисциплинарной основе [108], при включении в них поисковых и профессионально значимых задач, вследствие приближения их содержания к современному уровню научных знаний [102], из-за использования в учебном процессе
методологии физики повышает эффективность обучения, особенно в условиях
открытого образования [93]. Оптимальное применение методологии физики в
ПОФП в сочетании с системным подходом, способствует формированию у студентов профессиональных компетенций, отвечающих целевой ориентации и
концепции технического университета [96].
2. Являясь целостным объектом ПОФП, позволяют реализовать интерактивный характер обучения [146], обеспечить его нелинейность, вариативность,
возможность переработки больших объемов различного вида и типа информации, индивидуально-ориентированный способ учебной деятельности [117], осуществить индивидуализацию и дифференциацию обучения, позитивный эффект
самостоятельной деятельности студентов по освоению ими универсальных исследовательских умений в процессе выполнения поисковых и проектных разработок [88], объединить обучение и контроль в единый взаимосвязанный процесс.
обоснованно формировать мини-коллективы для самостоятельной работы [73].
3. Проблемно-ориентированный физический практикум (ПОФП), успешно
сочетающий как единое целое натурный, виртуальный эксперимент и компьютерное моделирование [100], в последовательности и пропорциях, отвечающих
поисковому исследованию [124], является основой для создания учебной лаборатории нового поколения [84], ориентированной на исследовательскую и проектную деятельность студентов технического университета на различных этапах
учебного процесса: изучения общего курса физики, выполнения как учебных,
так и научно-исследовательских работ.
201
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Образовательный процесс, основанный на новом методологическом
подходе к организации создания ПОФП, направлен в первую очередь на обеспечение индивидуальной (в т.ч. автономной) и групповой самостоятельной деятельности учащихся по решению учебных и научно-исследовательских задач в
техническом университете на основе создания адекватного поставленным целям
программно-методического комплекса [98, 107]. При этом активное использование ПОФП в системе обучения открывает дополнительные возможности для
всестороннего освоения основ и методов наукоемких технологий, в том числе в
условиях открытого образования [78, 113].
5. Предлагаемая нами технология ПОФП открывает новые перспективы в
развитии теории и методики обучения в цикле естественнонаучных дисциплин
как в технических университетах [74, 75, 85, 97, 116], так и в университетах экономического профиля [72, 101]. При этом происходит дальнейшее совершенствование методологического обеспечения курса этих дисциплин в технических
университетах [112], возникают предпосылки для создания физического практикума нового поколения, видеообучающей интерактивной системы [73, 106, 111],
что важно при разработке ГОС ВПО нового поколения, и способствует решению
проблемы подготовки педагогических и инженерных кадров, способных грамотно и квалифицированно осуществлять проектирование мультимедийных лабораторных работ [77], объединению усилий научно-производственных фирм, работающих в данном направлении [91, 100].
Необходимо отметим следующее в качестве послесловия.
Для решения поставленных Президентом и Правительством Российской
Федерации задач превращения России в инновационную державу [185] необходимо иметь соответствующую базу инженерного и инженерно-педагогического
образования. В этой связи следует помнить, что физика всегда была наиболее
эффективной основой промышленного и сельскохозяйственного производства
на всех этапах развития общества, но сейчас ее роль многократно возрастает в
связи с бурным развитием информационной среды [87, 95, 99]. Именно поэтому
полное овладение соответствующей методологией физики следует рассматривать как неотъемлемую часть полноценного инженерного и инженернопедагогического образования, вносящего вклад в оснащение будущего выпускника технического университета современной методологией внедренческой дея202
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельности, готового самостоятельно и квалифицированно решать новые задачи
[89, 90, 92, 94].
Практическое значение данной работы состоит в том, что в ней изложены
основные практические основы проведения и внедрения проблемноориентированных физических практикумов и даны рекомендаций по их проведению.
Результаты проведенных исследований были внедрены на кафедрах «Инженерная экология и техносферная безопасность» Российского государственного открытого технического университета путей сообщения (РГОТУПС), «Физика-2» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ), в
Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана (кафедра ФН-4), в Финансовом университете при Правительстве Российской Федерации [135, 136] и в Институте транспорта и связи (TTI) (Латвия, г. Рига) [74], а
также опубликованы в статьях и тезисах международных и всероссийских конференций [109, 110].
203
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
Абушкин Х.Х. Некоторые психолого-педагогические вопросы организации проблемного обучения [Текст]: Межвуз. сб. науч. ст. / Х.Х. Абушкин //
Организация проблемного обучения в школе и вузе. – Саранск, 1999. – С. 71–78.
2.
Алексеев Н.Г., Юдин Э.Г. Логико-психологический анализ научного
творчества и проблемное обучение // Проблемы научного и технического творчества: Материалы симпозиума. – М.: МГУ, 1967. – С. 69–71.
3.
Алешкевич В.А., Ахметьев В.М. Автоколебания в курсе общей физики // Физическое образование в вузах. – 2002. – Т.8– № 3. – С. 7–13.
4.
Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука: теория решения изобретательских задач [Текст] Г.С. Альтшуллер / – М.: Сов. радио, 1979. – 175 с.
5.
Анализатор электросмога МЕ-3030В [Электронный ресурс] Дата обhttp://conrad.su/Analizator-jelektrosmoga-ME3030V-pращения
20.05.2011
8698.html.
6.
Андреев В.И. Педагогический мониторинг качества воспитания студентов в контексте саморазвития конкурентоспособной личности // Известия
Российской академии образования. – 2003. – № 1. – С. 90–95.
7.
Андреев В.И. Физический эксперимент учащихся в условиях эвристического программирования учения [Текст] / В.И. Андреев. – Казань: Изд-во
КГПИ, 1976. – 144 с.
8.
Анисимов Н.М. Обучение студентов решению инновационных задач
[Текст] / Н.М. Анисимов // Педагогика. – 1998. – № 4. – С. 59–62.
9.
Анисимов Н.М. Теоретические и экспериментальные основы технологии обучения студентов изобретательской и инновационной деятельности
[Текст]: автореф. дис. … д-ра пед. наук / Н.М. Анисимов. – М., 1998. – 40 с.
10. Анищенко Н.Г. и др. Компьютерный практикум по электромагнетизму [Текст] / Н.Г. Анищенко, Н.А. Блинов, И.М. Граменицкий, В.Л. Громок,
Д.В. Журавель, Ю.А. Крюков, О.В. Крюкова, С.Г. Стеценко, С.А. Федоров, И.И.
Шевчук // Физическое образование в вузах. – 2002.– Т. 8. – № 3. – С. 75–84.
11. Антошина Л.Г. Фундаментализация физического образования для
студентов нефизических специальностей как стратегическое направление разви1.
204
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тия высшей школы [Текст] / Л.Г. Антошина, В.И. Неделько, Б.А. Струков // Физическое образование в вузах. – 2001. – Т. 7, № 1. – С. 10–15.
12. Архангельский С.И. Учебный процесс в высшей школе: его закономерные основы и методы. – М.: Высшая школа, 1980. – 368 с.
13. Афанасьев В.Г. Социальная информация и управление обществом.
М., 1975.
14. Батракова С.Н. Педагогический процесс как явление культуры (методологические проблемы) [Текст] / С.Н. Батракова. – Ярославль, 2003. – 228 с.
15. Бахарев М.В. Учебный комплект датчиков физических величин для
контроля окружающей среды и экологического мониторинга [Текст] / С.М. Кокин, Н.В. Калачев, М.В. Бахарев, А.О. Воробьев // Журнал "Учебная физика" Глазов, 2007, № 2, С. 113-117.
16. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов. / Под ред.
С.В. Белова. 4-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 606 с.
Бекман И.Н. Измерение ионизирующих излучений Курс лекций, Москва – 2006.
18. Беляева Л.И. Педагогическая деятельность как категория педагогики
и образования [Текст] / Л.И. Беляева. – Екатеринбург, 1995. – 320 с.
19. Беранек Л., Акустические измерения, пер. с англ., М., 1952; Измерение шума машин и оборудования, М., 1968. – 627 с.
20. Берклеевский курс физики. Том 2. Э. Парселл. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1971 – 448 с.
21. Бесконтактные термометры «Кельвин» [Электронный ресурс] Дата
обращения 20.05.2011 http://zaoeuromix.ru/pirometri/?from=direct
22. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О.П. Мелихова,
Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева и др.; под ред. О.П. Мелиховой, Е.И. Егоровой. – М.:
Издательский центр «Академия». 2007. – 288 с.
23. Большой физический словарь [Электронный ресурс] Дата обращения
09.05.2011: http://www.all-fizika.com/map.php.
24. Бордовский В.А. Методы педагогических исследований инновационных процессов в школе и вузе [Текст] / В.А. Бордовский. – СПб.: Изд-во
РГПУ им. А.И. Герцена, 2001. – 169 с.
17.
205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Брушлинский А.В. Гуманистические проблемы психологической
теории [Текст] / А.В. Брушлинский. – М.: Наука, 1995. – 213 с.
26. Бубликов С.В. Методологические основы вариативного построения
содержания обучения физике в средней школе [Текст]: дис. … д-ра пед. наук /
С.В. Бубликов. – СПб., 2000. – 407 с.
27. Бубликов С.В. Методологические основы решения задач по физике в
средней школе [Текст]: Учебное пособие / С.В. Бубликов, А.С. Кондратьев. –
СПб.: Образование, 1996. – 80 с.
28. Бурак В.Е. Биотестирование. Методические указания для лабораторных работ с элементами УИРС. – Брянск: Изд. БГИТА, 2004. – 15 с.
29. Буралев Ю.В. Безопасность жизнедеятельности на транспорте: Учеб.
– М.: Академия, 2004.
30. Бутиков Е.И. Физика в примерах и задачах [Текст]: / Е.И. Бутиков,
А.А. Быков, А.С. Кондратьев. – М.; СПб., 1999. – 134 с.
31. Барсуков В.И. [Текст]: / В.И. Барсуков Физика. Обработка результатов измерений и составление отчета. Учебное пособие, Тамбовский ГТУ, 2006.,
19 с.
32. Вербицкий А.А. Активное обучение в высшей школе: контекстный
подход [Текст] / А.А. Вербицкий. – М.: Высшая школа, 1991. – 207 с.
33. Вибрационная безопасность. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ [Электронный
ресурс] Дата обращения 22.05.2011 http://www.skonline.ru/digest/3542.html
34. Воронин В.Н. Интеграция эвристического и технологического подходов в проектировании дидактических комплексов в вузе: Автореф. дис. … дра пед. наук. – Казань, 1999. – 38 с.
35. ВСГ-100, счетчик горячей воды. [Электронный ресурс] Дата обращения 09.07.2011 http://www.tehnopostavka.ru/kipia/index.php?productID=181.
36. Гапоненко А.Л. Управление знаниями [Текст] / А.Л. Гапоненко. –
М.: ИПК госслужбы, 2001. – 52 с.
37. Гареев Р.Т. Системы интеллектуальной поддержки развития творческого мышления и инженерных умений в непрерывном креативном профессиональном образовании. – М.: МГИУ, 2002. – 120 с.
38. Гигиеническая оценка электромагнитных полей, создаваемых радиостанциями сухопутной подвижной связи, включая абонентские терминалы спут25.
206
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
никовой связи [Электронный ресурс] Дата обращения 19.05.2011
http://www.infosait.ru/norma_doc/45/45892/index.htm.
39. Гигрометр ВИТ-2 [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011
http://www.labteh.com/productID5400/.
40. Гигрометры и психрометры [Электронный ресурс] Дата обращения
09.07.2011 http://www.laborkomplekt.ru/?page=7&sid=7&srid=554.
41. ГОСТ 12.1.003-83 «Система стандартов безопасности труда. Шум.
Общие требования безопасности» [Электронный ресурс] Дата обращения
22.07.2011 http://www.tehdoc.ru/files.724.html.
42. ГОСТ 8.011 – 80 «Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений» [Электронный ресурс] Дата обращения
09.05.2011 http://www.ensor.ru/kb/gost/1.html?page=220.
43. Грачев Н.Н. Медико-биологические аспекты воздействия ЭМИ излучений, МИЭМ, каф. РТУиС. [Электронный ресурс] Дата обращения
09.05.2011 http://grachev.distudy.ru/Uch_kurs/sredstva/Templ_1/templ_1_1.htm.
44. Датчики. Электротехническая энциклопедия. [Электронный ресурс]
http://www.electrolibrary.info/subscribe/sub_16_datchiki.htm.
Дата
обращения
09.07.2011.
45. Денисов В.В. Промышленная экология. Москва – Ростов-на-Дону:
Изд. центр МарТ, 2007. – 720 с.
46. Детлаф А.А., Курс физики: Учебное пособие для вузов / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – 6-е изд., стереотип. – М. : Академия, 2007. – 719 с.
47. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Курс физики: Учеб. пособие для втузов. – М.: Высш. школа, 2002. – 718 с.
48. Дик Ю.И. Проблемы и основные направления школьного физического образования в РФ [Текст]: дис. … д-ра пед. наук (в форме научного доклада). – М., 1996. – 59 с.
49. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и
принятие решения [Текст] / Дж. Диксон. – М.: Мир, 1969. – 440 с.
50. Дозиметр бытовой «БЕЛЛА» [Электронный ресурс] Дата обращения
21.07.2011 http://www.techportal.ru/material/?id=3328.
51. Дозиметр бытовой автомобильный ИРА-1 [Электронный ресурс] Дата обращения 21.07.2011 http://www.rksb.ru/production/5/69/3.html.
207
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Дозиметр ДКГ-РМ1203М [Электронный ресурс] Дата обращения
21.07.2011 http://www.doza.ru/catalog/dosimeters/215/.
53. Дозиметр-детектор бытовой «Поиск» [Электронный ресурс] Дата
http://medtechnica.videomix.ru/show_mix/show.
обращения
21.07.2011
php?id=42606.
54. Дозиметр-радиометр ДРБП-03 [Электронный ресурс] Дата обращения 21.07.2011 http://www.ekosf.ru/content/view/128/6.
55. Дозиметр-радиометр ДРГБ-01 «ЭКО-1М» [Электронный ресурс] Дата обращения 21.07.2011 http://www.laborkomplekt.ru/?page= 7&sid=4&srid=
52.
55&iid =5613.
Дозиметр-сигнализатор бытовой ДБГ-0,5Б / [Электронный ресурс]
http://www.mydozimetr.ru/?gclid=
Дата
обращения
21.07.2011
CMalmrOeraoCFQq_zAodSjzeWQ.
57. Естественное и искусственное освещение. Строительные нормы и
правила. СНиП 23-05-95. М., 1996. http://www.docload.ru/Basesdoc/1
/1898/index.htm.
58. Закон Вебера-Фехнера [Электронный ресурс] Дата обращения
22.05.2011 http://meduniver.com/Medical/Physiology/945.html.
59. Защита населения от воздействия электрического поля (САНПИН №
2971-84)
[Электронный
ресурс]
Дата
обращения
20.05.2011
http://www.stroyplan.ru/docs.php?showitem=75.
60. Зиновкина М.М. Креативная педагогическая система непрерывного
формирования системного мышления и развития творческих способностей учащихся во всех звеньях образования [Текст] / М.М. Зиновкина // Креативная педагогика. – М., 1998. – С. 20–27.
61. Зубрев Н.И., Байгулова Т.М., Зубрева Н.П. Теория и практика защиты окружающей среды: Уч. пос. – М.: Желдориздат, 2004. – 392 с.
62. Иванников Д.А., Фомичев Е.Н. Основы метрологии и организации
метрологического контроля, Нижегородский государственный технический университет, 2001, [Электронный ресурс] Дата обращения 19.05.2011:
http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/literat.htm.
56.
208
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Измерители температуры и влажности «Замер-22», ИТВ-1522 и
ИТВ-1522Д
[Электронный
ресурс]
Дата
обращения
20.05.2011
http://www.zamer.ru/catalog/11.
64. Измеритель напряженности поля промышленной частоты П3-50 [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.doza.ru/catalog/monitoring
_jobs/470/.
65. Измеритель переменного магнитного поля ИМП-04 [Электронный
ресурс] Дата обращения 20.06.2011 http://www.biolight.ru/item.php?id=0001957.
66. Измеритель переменного магнитного поля ИМП-05 [Электронный
ресурс]
Дата
обращения
20.07.2011
http://www.ciklon.ru/prod/pribor
/05/op_imp05.htm.
67. Измеритель уровней электромагнитного излучения П3-41 [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.piton.nnov.ru/p3-41.php.
68. Измеритель уровня звукового давления DT-85A / [Электронный ресурс] Дата обращения 29.07.2011 http://micromir.ucoz.ru/publ/196-1-0-1821.
69. Измеритель электростатического поля ИЭСП-01 [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://printsip.ru/cgi/shop/item/IESP-01.
70. Инфракрасный термометр КМ [Электронный ресурс] Дата обращения
20.05.2011 http://www.timol.ru/.
71. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. М.: Высшая
школа, 1991 – 289 с.
72. Калачев Н.В. Актуальные проблемы преподавания естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев, А.Н.
Ланских // Физическое образование в вузах. ИД МФО – 2010. – Т. 16. – № 4. – С.
103–108.
73. Калачев Н.В. Введение специального практикума в курс общей физики [Текст] / А.И. Андреев, Н.В. Калачев, С.М. Кокин, Я.М. Кривошеев, С.В.
Мухин, В.В. Некрасов, В.А. Никитенко, А.В. Пауткина // В сборнике Трудов 15й Всероссийской научно-практической конференции «Учебный физический эксперимент. Актуальные проблемы, современные решения» Глазов 29-30 января
2010 г. – С. 108-112.
74. Калачев Н.В. Видео системы учебного назначения, расширяющие
возможности проведения физических проблемно-ориентированных практикумов
63.
209
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в технических вузах [Текст] / Н.В. Калачев, А.А. Кривченков // В сборнике докладов совещания заведующих кафедрами физики вузов России "Актуальные
проблемы преподавания физики в вузах России". 29 июня - 02 июля 2009 года,
под ред. проф. Г.Г. Спирина, С. 142 -144.
75. Калачев Н.В. Дистанционные физические практикумы в условиях
открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев // В сборнике тезисов докладов
Международной школы-семинара "Физика в системе высшего и среднего образования России" 28 июня - 1 июля 2011 г., Москва, под ред. проф. Г.Г. Спирина,
МАИ, С..
76. Калачев Н.В. Использование ИТ в преподавании естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев, А.Н.
Ланских // Научный журнал "Ученые записки Петрозаводского государственного университета", ПетрГУ, том 1 (114), февраль 2011, С. 35-37.
77. Калачев Н.В. Использование среды LabVIEW как основы проблемно-ориентированных физических практикумов в условиях открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев, А.А. Кривченков // В сборнике трудов VIII-й Международной научно-практической конференции 2009 «Образовательные, научные
и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments»,
20-21 ноября 2009 г., РУДН, Москва, С. 373-375.
78. Калачев Н.В. Использование учебных видео систем для проведения
проблемно-ориентированных практикумов в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев, А.А. Кривченков
// в Трудах VIII-й Международной научно-методической конференции, «Физическое образование: проблемы и перспективы», 2-5 марта 2009 года, МПГУ, факультет физики и информационных технологий, г. Москва, часть 4, С. 123 – 127.
– М., МПТУ, 2009– 4 С.
79. Калачев Н.В. Конспект лекций по дисциплине «Мониторинг среды
обитания» Акустическая экология» Учебное пособие [Текст] / С.М. Кокин, В.Н.
Долженко, Н.В. Калачев. – М.: Российская открытая академия транспорта, МИИТ, 2010., 54 с.
80. Калачев Н.В. Конспект лекций по дисциплине «Мониторинг среды
обитания» Экология электромагнитного излучения» Учебное пособие. [Текст] /
210
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С.М. Кокин, А.А. Фортыгин, Е.К. Силина, Н.В. Калачев. – М.: Российская открытая академия транспорта, МИИТ, 2010., 60 с.
81. Калачев Н.В. Короткие вставки-презентации для лекций по физике
[Текст] / Е.А. Аронова, В.В. Губарев, М.А. Игошин, С.М. Кокин, Д.В. Морковин,
С.В. Мухин, В.А. Никитенко, Н.В. Калачев // В сборнике тезисов докладов Международной школы-семинара "Физика в системе высшего и среднего образования России" 28 июня - 1 июля 2010 г., Москва, под ред. проф. Г.Г. Спирина,
МАИ, С. 54-55.
82. Калачев Н.В. Методические указания к выполнению лабораторной
работы для студентов IV курса "Шум и вибрация на транспорте". Учебнометодическое пособие. [Текст] / С.М. Кокин, Н.В. Калачев, Б.В. Карелин, Н.Р.
Кустова, В.Н. Долженко. – М.: Российская открытая академия транспорта, МИИТ, 2010., 56 с.
83. Калачев Н.В. Методические указания к выполнению лабораторной
работы для студентов IV курса "Акустическая экология". Учебно-методическое
пособие. [Текст] / С.М. Кокин, Н.В. Калачев, Б.В. Карелин, Н.Р. Кустова, В.Н.
Долженко. – М.: Российская открытая академия транспорта, МИИТ, 2010., 52 с.
84. Калачев Н.В. Многоэтапные лабораторные работы, выполняемые в
процессе изучения нескольких дисциплин [Текст] / С.М. Кокин, Н.В. Калачев,
Е.К. Силина, В.Н. Недостаев // В сборнике материалов XXIII Всероссийской научно-практической конференции: «Учебный физический эксперимент: актуальные проблемы. Современные решения» – Глазов: ГГПИ, 2008 год. – С. 8.
85. Калачев Н.В. Необходимость и возможность проведения физических
проблемно-ориентированных занятий, и развитие дистанционных курсов в технических вузах с использованием видеосистем учебного назначения [Текст] /
Н.В. Калачев, А.А. Кривченков, А.Н. Морозов, С.М. Кокин, В.А. Никитенко,
А.П. Прунцев // В сборнике тезисов докладов Межвузовской научнометодической конференции «Современные проблемы качества в системе транспортного образования» – М.: МИИТ. – ноябрь 2009. – С. 72 – 77.
86. Калачев Н.В. О некоторых особенностях свечения светодиодных и
люминесцентных энергосберегающих ламп [Текст] / С.М. Кокин, И.Г. Андриянова, В.А. Никитенко, С.В. Мухин, Н.В. Калачев // Труды научно-практической
211
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
конференции «Неделя науки – 2008 "Наука МИИТа – транспорту"», ч. 2, под
ред. проф. В.М. Круглова, Москва, МИИТ, 2008 – С. V-65 – V-66.
87. Калачев Н.В. Опыт использования ИТ в преподавании естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев,
А.Н. Ланских // Труды Шестой Всероссийской конференции «Необратимые
процессы в природе и технике». Москва, 26-28 января 2011 г. МГТУ им. Н.Э.
Баумана, часть III, С. 204-206.
88. Калачев Н.В. Опыт преподавания естественнонаучных дисциплин в
условиях открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев // Научно-методический
журнал «Школа будущего», –2010, – № 5, – С. 49-54.
89. Калачев Н.В. Опыт работы с проблемно-ориентированными физическими практикумами в лаборатории "НИРС" [Текст] / А.М. Афонин, Н.В. Калачев, А.Н. Морозов // Труды Шестой Всероссийской конференции «Необратимые
процессы в природе и технике». Москва, 26-28 января 2011 г. МГТУ им. Н.Э.
Баумана, часть III, С. 207-210.
90. Калачев Н.В. Опыт создания видеообучающей системы как элемента
проблемно-ориентированных физических практикумов в условиях открытого
образовании [Текст] / Н.В. Калачев, С.М. Кокин // Материалы Х-й Международной научно-методической конференции "Физическое образование: проблемы и
перспективы развития", посвященной 110-летию факультета физики и информационных технологий МПГУ, 27 февраля - 3 марта 2011 г., МПГУ, Москва, том 2,
С. 57-58.
91. Калачев
Н.В.
Организация
дистанционных
проблемноориентированных физических практикумов в лаборатории "НИРС" [Текст] /
А.М. Афонин, Н.В. Калачев, А.Н. Морозов // В материалах XI Международной
учебно-методической конференции «Современный физический практикум»,
Минск, БГУ, октябрь 2010 г., С. 114-116.
92. Калачев Н.В. Организация преподавания естественнонаучных дисциплин на факультете открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев // В сборнике докладов научно-практической конференции ««Методы аналогии и моделирования в курсе физики. Общеобразовательные учреждения, вуз»» 17-19 мая
2011 г., МГОУ, С. 84-89.
212
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Калачев Н.В. Организация проблемно-ориентированных физических
практикумов в условиях открытого образования [Текст] / А.М. Афонин, Н.В.
Калачев, А.Н. Морозов // «Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена», научный журнал, Спб, –2010, – № 135, –
С. 174-178.
94. Калачев Н.В. Особенности использования дистанционных образовательных технологий в преподавании естественнонаучных дисциплин в условиях
открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев, А.Н. Ланских // Материалы Х-й
Международной научно-методической конференции "Физическое образование:
проблемы и перспективы развития", посвященной 110-летию факультета физики
и информационных технологий МПГУ, 27 февраля - 3 марта 2011 г., МПГУ,
Москва, том 2, С. 167-170.
95. Калачев Н.В. Особенности использования среды LabVIEW в условиях открытого образования как основы дистанционных физических практикумов
в лаборатории "НИРС" [Текст] / Н.В. Калачев, А.Н. Морозов // В сборнике трудов IX-й Международной научно-практической конференции 2009 «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии
National Instruments», 3-4 декабря 2010 г., РУДН, Москва, С. 62-65.
96. Калачев Н.В. Особенности организации лабораторного практикума в
условиях филиала вуза [Текст] / В.В. Казаков, Н.В. Калачев, С.М. Кокин // Труды научно-практической конференции «Неделя науки – 2007 "Наука МИИТа –
транспорту"», ч. 2, под ред. проф. В.М. Круглова, Москва, МИИТ, 2007 – С. VI61.
97. Калачев
Н.В.
Особенности
организации
проблемноориентированных физических практикумов в среде открытого образования
[Текст] / Н.В. Калачев, С.М. Кокин, Е.К. Силина, А.В. Смирнов // в Материалах
Х-й международной конференции "Физика в системе современного образования", 31 мая - 4 июня 2009 г., РГПУ им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург, 2009,
том 1, С. 194-195.
98. Калачев Н.В. Особенности организации физического практикума в
условиях открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев, С.М. Кокин, Е.К. Силина // в Трудах Пятой Всероссийской конференции «Необратимые процессы в
93.
213
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
природе и технике», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009, часть III – М., МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2009– С. 119 – 123.
99. Калачев Н.В. Особенности преподавания естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев, А.Н. Ланских
// Математическое образование в школе и вузе в условиях перехода на новые образовательные стандарты: в материалах Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием (Казань, 15 октября 2010 г.) / Отв. ред.
Л.Л. Салехова, К.Б. Шакирова. – Казань, 2010. – С. 20-22.
100. Калачев Н.В. Особенности применения видеообучающей системы в
лаборатории НИРС при дистанционных физических практикумах [Текст] / Н.В.
Калачев // В сборнике тезисов докладов Международной школы-семинара "Физика в системе высшего и среднего образования России" 28 июня - 1 июля 2010
г., Москва, под ред. проф. Г.Г. Спирина, МАИ, С. 151-152.
101. Калачев Н.В. Преподавание естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования [Текст] / А.Н. Ланских, Н.В. Калачев // «Известия
Волгоградского государственного педагогического университета» –2010. – № 7
(51), серия "Педагогические науки", – С. 16-20.
102. Калачев Н.В. Применение видео систем для расширения возможностей проведения лабораторных проблемно-ориентированных практикумов
[Текст] / Н.В. Калачев, А.А. Кривченков, Б.Ф. Мишнев, А.А. Муравьев, А.Е.
Муравьева // Вестник МГТУ им Н.Э. Баумана, серия «Естественные науки» –
2010. – № 1. – С. 110–117.
103. Калачев Н.В. Проблема энергосбережения на примере источников
света разных типов в лабораторном практикуме курса общей физики [Текст] /
Е.О. Дубовицкая, Л.С, Журавлева, Е.Н. Будилова, И.Г. Андриянова, И.В. Абросимов, Ю.Н. Михеев, Д.В. Назаров, А.И. Андреев, С.М. Кокин, С.В. Мухин, В.А.
Никитенко, Н.В. Калачев // В сборнике тезисов докладов Международной школы-семинара "Физика в системе высшего и среднего образования России" 28
июня - 1 июля 2010 г., Москва, под ред. проф. Г.Г. Спирина, МАИ, С. 117-118.
104. Калачев Н.В. Проблемно-ориентированные физические практикумы
- основы организации лабораторных работ в условиях открытого образования
[Текст] / Н.В. Калачев, А.Н. Морозов // «Известия Волгоградского государст214
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
венного педагогического университета» –2010. – № 7 (51), серия "Педагогические науки", – С. 80-84.
105. Калачев Н.В. Проблемно-ориентированные физические практикумы
в условиях открытого образования в цикле естественнонаучных дисциплин.
Теоретические аспекты. Монография. – М.: Издательский дом МФО. 2011. – 216
с.
106. Калачев Н.В. Проблемно-ориентированные физические практикумы
и системный подход в их организации [Текст] / А.М. Афонин, Н.В. Калачев,
А.Н. Морозов // В сборнике «Физика и ее преподавание в школе и вузе, VIII
Емельяновские чтения»: Материалы Региональной научно-практической конференции (Йошкар-Ола, 26-27 апреля 2010 г.) / под. ред. В.А. Белянина. – ЙошкарОла: МарГУ, 2010. – С. 3-6.
107. Калачев Н.В. Проблемно-ориентированные физические практикумы
как элемент открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев // в Трудах VIII-й
Международной научно-методической конференции, «Физическое образование:
проблемы и перспективы», 2-5 марта 2009 года, МПГУ, факультет физики и информационных технологий, г. Москва, часть 4, С. 20 – 22. – М., МПТУ, 2009– 4
С.
108. Калачев Н.В. Проблемно-ориентированный лабораторный практикум с элементами деятельностного подхода как средство закрепления знаний по
методам математической физики [Текст] / Н.В. Калачев, А.В. Смирнов, О.В.
Мирзабекова // Физическое образование в вузах. ИД МФО – 2009. – Т. 15. – № 1.
– С. 14–18.
109. Калачев Н.В. Системный подход в организации преподавания естественнонаучных дисциплин на факультете открытого образования Финансового
университета [Текст] / Н.В. Калачев // В сборнике «Физика и ее преподавание в
школе и вузе, IX Емельяновские чтения»: Материалы Всероссийской научнопрактической конференции (Йошкар-Ола, 25-26 апреля 2011 г.) / под. ред. В.А.
Белянина и Н.Л. Курилевой. – Йошкар-Ола: МарГУ, 2011. – С. 126 -129.
110. Калачев Н.В. Системный подход в организации преподавания естественнонаучных дисциплин на факультете открытого образования [Текст] / Н.В.
Калачев, А.Н. Ланских // В сборнике докладов VII Международной научнопрактической конференции "Европейская наука XXI века - 2011" 07-15 мая 2011
215
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
г, Том 14, педагогические науки, Психология и социология, Przermysl, Nauka i
studia, 2011, C. 29-33.
111. Калачев Н.В. Системный подход в организации проблемноориентированных физических практикумов [Текст] / А.М. Афонин, Н.В. Калачев, А.Н. Морозов // В сборнике докладов научно-практической конференции
«Проблемы методологии преемственности обучения физике. Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз» 18-19 мая 2010 г., МГОУ, С. 58-63.
112. Калачев Н.В. Системный подход как основа проблемноориентированных физических практикумов в условиях открытого образования
[Текст] / Н.В. Калачев // В Трудах Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного образования: опыт и инновации»,
25-26 ноября 2009 г., Ульяновский госпедуниверситет, г. Ульяновск, часть 2, С.
143-145.
113. Калачев Н.В. Учебные видео системы, расширяющие возможности
лабораторных физических проблемно-ориентированных практикумов [Текст] /
Н.В. Калачев, А.А. Кривченков // В сборнике "Физика и ее преподавание в школе и вузе «VII Емельяновские чтения»": Материалы Региональной научнопрактической конференции (Йошкар-Ола, 27-28 апреля 2009 г) / под. ред. В.А.
Белянина. – Йошкар-Ола: МарГУ, 2009. С. 198 -202.
114. Калачев Н.В. Учебный комплект датчиков физических величин в
цикле лабораторных работ по дисциплине "Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг" [Текст] / Н.В. Калачев, С.М. Кокин, Е.К. Силина, З.Л. Шулиманова, М.В. Бахарев, А.О. Воробьев // Материалы
XXII Всероссийской научно-практической конференции: «Учебный физический
эксперимент: актуальные проблемы. Современные решения» – Глазов: ГГПИ,
2007 год – Москва: Изд-во ИСМО РАО, 2007. – С. 113–117.
115. Калачев Н.В. Физико-химические методы контроля воздуха и сточных вод в работе экологической лаборатории [Текст] / В.В. Казаков, Н.В. Калачев, С.М. Кокин // Труды научно-практической конференции «Неделя науки –
2007 "Наука МИИТа – транспорту"», ч. 2, под ред. проф. В.М. Круглова, Москва, МИИТ, 2007 – С. VI-61 – VI-62.
116. Калачев Н.В. Формы организации проблемно-ориентированных физических практикумов в системе дистанционного обучения [Текст] / Н.В. Кала216
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чев, А.В. Смирнов// в Трудах Международной научно-практической конференции «Методология конструирования учебной деятельности по физике. Общеобразовательные учреждения, вуз», 19-20 мая 2009 года, Московский государственный областной университет, кафедра методики преподавания физики, М.,
МОГУ 2009– 4 С. 10-12.
117. Калачев Н.В. Цикл переносных лабораторных работ по дисциплинам
«Физика» и «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический
мониторинг» [Текст] / Н.В. Калачев, С.М. Кокин, В.А. Никитенко, Е.К. Силина,
М.В. Бахарев, А.О. Воробьёв // Физическое образование в вузах. ИД МФО –
2008. – Т. 14. – № 1. – С. 61–69.
118. Калачев Н.В. Цикл переносных лабораторных работ по дисциплинам
«Физика» и «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический
мониторинг» [Текст] / Н.В. Калачев, С.М. Кокин, В.А. Никитенко, Е.К. Силина,
М.В. Бахарев, А.О. Воробьёв // в Трудах Х-ой Международной учебнометодической конференции «Современный физический практикум», Астрахань
2008, под редакцией Н.В. Калачева и М.Б. Шапочкина, М. ИД МФО 2009, – С.
115 – 116.
119. Карпинчик П.И. Деятельностный подход к проектированию учебного процесса (на примере обучения физике) [Текст]: автореф. дис. … д-ра пед. наук. – М., 1998. – 40 с.
120. Кисин Ю.А. Актуальные прикладные проблемы и современный курс
общей физики для технических вузов [Текст] / Ю.А. Кисин, Ю.А. Зюрюкин,
А.А. Князев // Физическое образование в вузах. – 2003. – Т. 9, № 2. – С. 31–38.
121. Козлов М.Г. Метрология и стандартизация: Учебник М., СПб.: Издво «Петербургский институт печати», 2001. 372 с.
122. Кокин С.М. Измерение параметров электромагнитных полей на железнодорожных объектах как задание для УИРС [Текст] / Т.И. Кузьмина, В.В.
Казаков, Н.В. Калачев, С.М. Кокин // Труды научно-практической конференции
«Неделя науки – 2007 "Наука МИИТа – транспорту"», ч. 2, под ред. проф. В.М.
Круглова, Москва, МИИТ, 2007 – С. VI-60.
123. Кокин С.М. Конспект лекций по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация», Учебное пособие [Текст] / С.М. Кокин, В.С. Фокин,
217
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Н.В. Калачев. – М.: Российская открытая академия транспорта, МИИТ, 2010., 56
с.
124. Кокин С.М. Лабораторный практикум по дисциплине "Методы и
приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг" [Текст] /
С.М. Кокин, Н.В. Калачев, М.В. Бахарев, А.О. Воробьев Сборник научных трудов II научно-практической конференции "Безопасность как фактор устойчивого
развития регионов". – // Ижевск, 2007 год, изд. РГОТУПС.– С. 11.
125. Кокин С.М. Методические указания к выполнению лабораторной
работы для студентов IV курса "Радиационная экология". Учебно-методическое
пособие. [Текст] / С.М. Кокин, Е.К. Силина, Н.В. Калачев. – М.: Российская открытая академия транспорта, МИИТ, 2010., 28 с.
126. Кокин С.М. Методические указания к выполнению лабораторной
работы для студентов IV курса "Акустическая экология". Учебно-методическое
пособие. [Текст] / С.М. Кокин, Н.В. Калачев, Б.В. Карелин, Н.Р. Кустова, В.Н.
Долженко. – М.: Российская открытая академия транспорта, МИИТ, 2010., 52 с.
127. Кокин С.М. Сопоставление характеристик люминесцентных источников света разных типов и ламп накаливания [Текст] / А.И. Андреев, Е.Н. Будилова, Е.О. Дубовицкая, Л.С, Журавлева, Н.В. Калачев, С.М. Кокин, И.Г. Андриянова, С.В. Мухин, В.А. Никитенко, Д.В. Назаров // Труды Шестой Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике». Москва,
26-28 января 2011 г. МГТУ им. Н.Э. Баумана, часть III, С. 236-237.
128. Кокин С.М. Сравнение характеристик источников света разных типов [Текст] / Е.Н. Будилова, Е.О. Дубовицкая, Л.С, Журавлева, Н.В. Калачев,
С.М. Кокин, В.А. Никитенко, В.Н. Недостаев // В сборнике Трудов 16-й Всероссийской научно-практической конференции «Учебный физический эксперимент.
Актуальные проблемы, современные решения» Глазов, январь 2011 г. – С. 38-39.
129. Комплект термолюминесцентных дозиметров КДТ-02М [Электронный
ресурс]
Дата
обращения
21.07.2011
http://www.pribors.ru/qu2.php?id=20541&d=55.
130. Кондратьев А.С. Современные технологии обучения физике: Учебное пособие [Текст] / А.С.Кондратьев, Н.А. Прияткин. – СПб: Изд-во С.-Петерб.
ун-та, 2006. – 342 с.
218
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
131. Контроль физических факторов окружающей среды, опасных для
человека. Энциклопедия “Экометрия”. Научные редакторы В.Н. Крутиков, Ю.И.
Брегадзе, А.Б. Круглов. М., Изд. Стандартов, 2003 [Электронный ресурс] Дата
обращения 21.07.2011 http://www.complexdoc.ru/ntdtext/546269.
132. Крамер Г., Математические методы статистики, пер. с англ., 2 изд.,
М., 1975. 648c.
133. Кудрявцев Т.В. Психология технического мышления [Текст]: Автореф. дис. … д-ра психол. наук. – М., 1971. – 31с.
134. Кудрявцев Т.В. Развитие технического мышления учащихся [Текст] /
Т.В. Кудрявцев, И.С. Якиманская. – М.: Высшая школа, 1964. – 94 с.
135. Ланских А.Н. Вопросы преподавания естественнонаучных дисциплин на факультете открытого образования [Текст] / Н.В. Калачев, А.Н. Ланских
// журнал Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО, № 3, 2011.
136. Ланских А.Н. Применение технологий дистанционного обучения
при организации преподавания математических дисциплин [Текст] / Н.В. Калачев, А.Н. Ланских // журнал «Научно-технические ведомости СанктПетербургского государственного политехнического университета» серия «Гуманитарные и общественные науки», № 3, 2011.
137. Лаптев В.В. Методическая система фундаментальной подготовки в
области информатики: теория и практика многоуровневого педагогического
университетского образования [Текст] / В.В. Лаптев, М.В. Швецкий. – СПб.:
Изд. СпбГУ, 2000. – 508 с.
138. Ларионов
В.В.
Методологические
основы
проблемноориентированного обучения физике в техническом университете.– Томск: Изд.
Томского университета, 2007. – 240 с.
139. Ларионов В.В. Натурно-виртуальный физический практикум для
проблемно-ориентированного и элитного обучения // Известия Томского политехнического ун-та. – 2004. – Т. 307, № 6. – С. 180–184.
140. Ларионов
В.В.
Основные
закономерности
проектноориентированного обучения физике в техническом университете // Известия
Томского политехнического ун-та. – 2004. – Т. 307, № 1. – С. 185–188.
219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
141. Ларионов В.В. Проектирование и реализация технологии проблемно-
ориентированного обучения физике. Монография. – Томск: Изд-во Том. ун-та,
2006. – 282 с.
142. Ларионов В.В. Теория и практика проблемно-ориентированного деятельностного изучения физики: новые педагогические технологии в физическом
практикуме технических университетов [Текст] / В.В. Ларионов, Д.В. Пичугин //
Известия Том. политехнического ун-та. – 2004. – Т. 308, № 3. – С. 225–231.
143. Ларионов В.В. Экспериментальное обеспечение курса физики при
проблемно-ориентированном обучении бакалавров и инженеров [Текст] / В.В.
Ларионов, Д.В. Пичугин, И.П. Чернов // Вестник Томского пед. ун-та. – 2004. –
№ 6 (43). – С. 59–65.
144. Ларионов В.В., Писаренко С.Б. Особенности компьютерного тестирования по физике студентов, обучающихся технике и технологиям // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Матер. Международной конференции – Т. 1. – Волгоград: ВолгГТУ, 2004. – С. 208–212.
145. Ларионов В.В., Писаренко С.Б. Формы и методы реализации проблемно-ориентированного обучения в техническом университете // Современное
образование: содержание, технологии, качество: Материалы XII Международной конференции – СПб.: ЛЭТИ, 2006. – С. 42–43.
146. Ларионов В.В., Пурышева Н.С. Методические основы проблемноориентированной системы практических занятий в техническом университете //
Сибирский педагогический журнал. – 2007. – № 10. – С. 57–70.
147. Леднев В.С. Научное образование: Развитие способностей к научному творчеству. – 2-е изд., исп. – М.: МГАУ, 2002. – 119 с.
148. Лернер И.Я. Дидактические основы методов обучения [Текст] / И.Я.
Лернер. – М.: Педагогика, 1986. – 181 с.
149. Люксметр «Аргус-01» [Электронный ресурс] Дата обращения
20.05.2011 http://www.laborkomplekt.ru/?page=7&sid=4&srid=56&iid=1819.
150. Люксметр Ю 116 [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011
http://www.clo.ru/Catalog/Pribor/San/u116.htm.
151. Люксметр-УФ-радиометр-термогигрометр-термоанемометр
ТКАПКМ
(62)
[Электронный
ресурс]
Дата
обращения
20.05.2011
http://www.eksis.ru/katalog-produktsii/3461.html.
220
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
152. Люксметры ТКА-Люкс, ТКА-ПКМ (31) [Электронный ресурс] Дата
обращения 20.05.2011 http://www.elizpribor.ru/products/2716.htm.
153. Люксметр-яркомер-термогигрометр ТКА-ПКМ (45) [Электронный
ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.lks.ru/catalog/sreda/tka/tka-pkm45.htm.
154. Малогабаритный счетчик аэроионный счётчик МАС-01 / [Электронный ресурс] Дата обращения 19.07.2011 http://www.doza.ru/catalog/
monitoring_jobs/412/.
155. Мартынов М.С. Решение прикладных задач по физике – важный
фактор активизации познавательной деятельности обучающихся [Текст] / М.С.
Мартынов // Физическое образование в вузах. – 2003. – Т. 9, № 2. – С. 39–44.
156. Масленникова Л.В. Взаимосвязь фундаментальности и профессиональной направленности в подготовке по физике студентов инженерных вузов
[Текст]: автореф. дис. … д-ра пед. наук. – М., 2001. – 31с.
157. Матвеев Л.Т. Физика атмосферы, С-Пб.: Гидрометеоиздат, 2000. –
751 с.
158. Матюшкин А.М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении
[Текст] / А.М. Матюшкин. – М.: Педагогика, 1972. – С. 12–47.
159. Менчинская Н.А. Проблемы учения и умственного развития школьника: Избранные психологические труды [Текст] / Н.А. Менчинская. – М.: Педагогика, 1989. – 224 с.
160. Миллитесламетр портативный универсальный ТП2-2У [Электронный
ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.tesla.ru/pribors/index.php?subaction
=showfull&id=1113238498&archive=&start_from=&ucat=11&.
161. Многофункциональный измеритель DVM401 85A / [Электронный
ресурс]
Дата обращения 29.07.2011 http://www.chipdip.ru/video.aspx?vid
=ID000261260&page=9.
162. Монахова Г.А. Основы учебного процесса по физике: генезис, концепция, технология [Текст] / Г.А. Монахова. – М.: Педагогика, 2000. – 256 с.
163. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учебное пособие: Ч. 2. / Ю.А. Афанасьев, С.А. Фомин, В.В. Меншиков и др. – М.: Изд-во
МНЭПУ, 2001. – С. 209 – 307.
221
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
164. Морозов А.Н. Физический практикум с удаленным доступом как
часть системы дистанционного обучения технического университета [Текст] /
А.М. Афонин, В.С. Горелик, В.Н. Корниенко, В.Н. Корчагин, А.Н. Морозов, К.Б.
Павлов, И.В. Савельев, А.В. Семиколенов, А.В. Соловьев // Индустрия образования, вып. 2. Под редакцией А.А. Полякова и др., М.: МГИУ, 2002, С. 369-378.
165. Никитенко В.А. Изучение свойств люминесцентных источников света [Текст] / И.Г. Андриянова, Н.В. Калачев, С.М. Кокин, В.А. Никитенко, С.В.
Мухин В сборнике тезисов докладов научно-методической школы-семинара по
проблеме «Физика в системе инженерного и педагогического образования стран
ЕврАзЭС». – под редакцией Г.Г. Спирина – М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008. – С. 40 – 41.
166. Николаев В.И. Обратные задачи в курсе физики [Текст] / В.И. Николаев // Физическое образование в вузах. – 1998. – Т. 4, № 4. – С. 107–123.
167. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Санитарные правила.
СП 2.6.1.758-99" Издание официальное. М: Минздрав России. – 1999 или [Электронный ресурс] Дата обращения 21.07.2011 http://base.consultant.ru/cons/cgi/
online.cgi?req=doc;base=EXP;n=288156.
168. Носовский А.В. Учебное пособие. Вопросы дозиметрии и радиационная безопасность на атомных электрических станциях. / Под редакцией А.В.
Носовского "Укратомиздат", Славутич, 1998. Авторы: Алексеев А.А., Андреев
В.В., Бадовский В.П., Гарин Е.В., Глыгало В.H., Носовский А.В., Осколков Б.Я.,
Попов А.А., Сейда В.А., Шостак В.Б.
169. Оконь В. Введение в общую дидактику / Пер. с польск. Л.Г. Кашкуревича, Н.Г. Горина. – М.: Высшая школа, 1972. – 382 с.
170. Петрова Г.А. Единство обучения и воспитания студентов [Текст] /
Г.А. Петрова. – Казань: Изд-во КГУ, 1989. – 160 с.
171. Пидкасистый П.И. Требования, предъявляемые к обучающимся в вузах [Текст] / П.И. Пидкасистый // Педагогика. – 2005. – № 3. – С. 47–52.
172. Писаренко С.Б. Проектирование и реализация видеообучающей и
контролирующей системы в физическом практикуме технического университета
на основе новых информационных технологий: дисс... канд. пед. наук. – Томск:
ТПУ-ТГПУ, 2007. –173 с.
222
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
173. Писаренко С.Б., Ларионов В.В. Новая концептуальная модель физи-
ческого практикума технических университетов // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Т. 309, № 6. – С. 225–231.
174. Портативный миллитесламетр МПМ-2 [Электронный ресурс] Дата
обращения 20.05.2011 http://www.labteh.com/productID8603/.
175. Портативный шумомер ОКТАВА-201 [Электронный ресурс] Дата
обращения 19.05.2011 http://www.ekosf.ru/content/view/36/6/.
176. Портис А. Физическая лаборатория / Пер. с англ [Текст] / А. Портис.
– М.: Наука, 1972. – 320 с.
177. Прецизионный шумомер-виброметр интегрирующий с цифровым
анализатором спектра ШИ-01В [Электронный ресурс] Дата обращения
19.07.2011 http://www.velaspb.ru/gears/176.html.
178. Прибор для измерения освещённости «Testo 545» [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.spektr-ksk.ru/pribor.php?id=1362.
179. Приборы серии АЖК-3101 [Электронный ресурс] Дата обращения
29.07.2011 http://www.clo.ru/Catalog/Pribor/OprSostav/azhk3101.htm.
180. Принципы и методы регистрации элементарных частиц, пер. с англ.,
М., 1963; Калашникова В.И., Козодаев М.С., Детекторы элементарных частиц,
М. 1966 (Экспериментальные методы ядерной физики, ч. 1).
181. Производственная вибрация. Вибрация в помещениях жилых и общественных зданий СН 2.2.4/2.1.8.556-96 [Электронный ресурс] Дата обращения
22.05.2011 http://www.ecobest.ru/snip/folder-8/list-1.
182. Психрометр аспирационный М-34 М электрический [Электронный
ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.labteh.com/categoryID292/.
183. Радиометр-дозиметр «Аргус-06/1» [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.laborkomplekt.ru/?page=7&sid=4&srid=56&iid
=1825.
184. Разумовский В.Г. Развитие творческих способностей учащихся в
процессе обучения физике [Текст] / В.Г. Разумовский. – М.: Педагогика, 1975. –
164 с.
185. Распоряжение Правительства Российской Федерации № 1662-р от
17.11.2008 г. "О Концепции долгосрочного социально-экономического развития
Российской Федерации на период до 2020 года". [Электронный ре223
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сурс].http://www.economy.gov.ru/minec/activity/sections/strategicplanning/concept/d
oc1248450453794; Ванчугов В.В. Национальная доктрина образования в Российской
Федерации
[Электронный
ресурс].
URL:
http://www.humanities.edu.ru/db/msg/46741 (дата обращения: 22.07.2011).
186. Решетова 3.А. Системное построение курса общей химии [Текст] /
З.А. Решетова, Т.А. Сергеева // Вестник высшей школы. – 1978. – № 1. – С. 17–
23.
187. Рождественский Л.М. Краткий обзор основных аспектов применения
аэроионизации и аэроионотерапии / [Электронный ресурс] Дата обращения
19.07.2011 http://www.ikar.udm.ru/sb5-2.htm
188. Савельев И. В. Курс общей физики: В 3-х т. Т. 2. – М.: Наука, 1988. –
470 с.
189. Савельев И.В. Курс общей физики в 3-х тт. Т. 2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. – М.: Лань, 2007. – 480 с.
190. Савельев И.В. Курс общей физики в 5-и кн. Кн. 2. Электричество и
магнетизм. – М.: АСТ, 2008. – 336 с.
191. Санитарно-гигиенические нормы допустимых уровней ионизации
воздуха производственных и общественных помещений № 2152-80 от
12.02.1980.
[Электронный
ресурс]
Дата
обращения
29.07.2011
http://www.lawmix.ru/docs_cccp/4784.
192. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. САНПИН 2.1.2.1002-00 [Электронный ресурс] Дата обращения
20.05.2011 http://www.vashdom.ru/sanpin/2121002-00/.
193. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в
помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки»
[Электронный
ресурс]
Дата
обращения
29.05.2011
http://www.niiot.ru/doc/doc117/doc_02.htm.
194. Силина Е.К. Конспект лекций по дисциплине «Мониторинг среды
обитания» Радиационная экология. Учебное пособие. [Текст] / С.М. Кокин, Е.К.
Силина, Н.В. Калачев. – М.: Российская открытая академия транспорта, МИИТ,
2010., 64 с.
195. Силина Е.К. Методические указания к выполнению лабораторной
работы для студентов IV курса "Электромагнитное загрязнение на железнодо224
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рожном транспорте". Учебно-методическое пособие. [Текст] / С.М. Кокин, А.А.
Фортыгин, Е.К. Силина, Н.В. Калачев. – М.: Российская открытая академия
транспорта, МИИТ, 2010., 36 с.
196. Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля
радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению
контроля
[Электронный
ресурс]
Дата
обращения
20.05.2011
http://www.niiot.ru/doc/doc027/doc.htm.
197. Славутский Л.А. Основы регистрации данных и планирования эксперимента. Учебное пособие: [Текст]: / Л.А. Славутский. Изд-во ЧГУ, Чебоксары, 2006, 200 с.
198. Скаткин М.Н. Методология и методика педагогических исследований [Текст] / М.Н. Скаткин. – М.: Педагогика, 1986. – 150 с.
199. Скипетров В.П.. Аэроионы и жизнь / [Электронный ресурс] Дата обращения 09.07.2011 http://www.rusmedserv.com/aeroion/vved.htm.
200. Сластенин В.А. Педагогика: Учебное пособие. [Текст] / И.Ф. Исаев,
В.А. Сластенин, И.Н. Шияков – М.: Педагогика, 2002. – 566 с.
201. Соколова И.Ю. Качество подготовки специалистов в техническом
вузе и технология обучения: Учебное пособие [Текст] / И.Ю. Соколова, Г.П. Кабанов. – Красноярск: Изд-во КГТА, 1996. – 188 с.
202. Сулаберидзе В.Ш. О «персональных» источниках электромагнитных
излучений,
[Электронный
ресурс]
Дата
обращения
20.05.2011
http://n2.insu.ru/articles/arts/article_5.pdf.
203. Счетчик аэроионов «САПФИР-3К» / [Электронный ресурс] Дата обращения 19.07.2011 http://www.inergo.ru/catalog/element.php?ID=16025.
204. Счётчик легких аэроионов «Сигма-1» [Электронный ресурс] Дата
обращения 20.05.2011 http://re-therm.ru/interacting-with-science/83.
205. Тарасов Л.В. Вопросы и задачи по физике [Текст] / Л.В. Тарасов. –
М.: Высшая школа, 1990. – 255 с.
206. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок, пер. с англ. Л.Г. Деденко,
Мир, 1985, 272 с.
207. Термометры модульные регистрирующие ТМР-МГ4 [Электронный
ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://ndtpribor.ru/product/termometr-tmr-mg4.
225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
208. Термометры технические [Электронный ресурс] Дата обращения
29.07.2011 http://www.tptd.ru/termopribor/termopribor.htm.
209. Термометры цифровые зондовые (самописцы) ТЦЗ-МГ4,ТЦЗМГ4.01, ТЦЗ-МГ4.03 [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011
http://www.m-ts.ru/show_full.asp?uic=17022011155540&login=urm.
210. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2004. – 544 с.
211. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш.
школа, 2000. – 542 с.
212. ТТЖ-М термометр жидкостной технический [Электронный ресурс]
Дата обращения 20.05.2011 http://www.elec.ru/market/TTZH-M-termometrzhidkostnoj-tehnicheskij-1239646283.html.
213. Усова А.В. Формирование исследовательских умений студентов на
занятиях по методике физики // Наука и школа. – 2002. – № 1. – С. 18–20.
214. Усова А.В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения [Текст] / А.В. Усова. – М.: Педагогика, 1986. –168 с.
215. Федеральный закон от 30.03.99 № 52-ФЗ «О санитарноэпидемиологическом благополучии населения» [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.niiot.ru/doc/doc025/doc.htm.
216. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Том 3. Излучение. Волны. Кванты.
М.: Мир, 1967- 234с.
217. Физическая энциклопедия. Т. 2 / М.: Советская энциклопедия, 1990.
– С. 185, 212.
218. Физические величины. Справочник под ред. И.С. Григорьева и Е.З.
Мейлихова, М. Энергоатомиздат, 1991, 1234 с.
219. Фокин В.С. Шум и вибрация: Уч. пос. / В.Н. Долженко, А.А. Фортыгин, В.С. Фокин, С.М. Кокин. – М.: РГОТУПС, 2003.
220. Формирование системного мышления в обучении: Учебное пособие
для вузов [Текст] / Под ред. З.А. Решетовой. – М.:ЮНИТИ–ДАНА, 2002. – 344 с.
221. Фриш С.Э., Тиморева А.В., Курс общей физики. Том 2. Электрические и электромагнитные явления. М.: Физматгиз, 1962 - 516с.
222. Чертов А.Г., Воробьёв А.А. Задачник по физике: Учеб. пособие для
вузов. – М.: Изд. Физ.-мат. литературы, 2002. – 640 с.
226
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
223. Шумомер АТТ – 9000 [Электронный ресурс] Дата обращения
22.05.2011 http://www.elizpribor.ru/products/2686.htm.
224. Шумомер, виброметр, анализатор спектра SVAN-948 четырехканальный
[Электронный
ресурс]
Дата
обращения
19.07.2011
http://www.eurolab.ru/shumomer_vibrometr_svan948.
225. Шумомеры и виброметры серии ОКТАВА-110 [Электронный ресурс] Дата обращения 19.05.2011 http://www.ekosf.ru/content/view/137/6.
226. Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний.
ГОСТ 17187- 81 [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011
http://libgost.ru/gost/10014-GOST_17187_81.html.
227. Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека [Электронный ресурс] Дата обращения 19.05.2011 http://www.antiray.ru/blog/
elektromagnitnoe-pole-i-ego-vlijanie.
228. Электромагнитные поля в производственных условиях. Санитарноэпидемиологические правила и нормативы САНПИН 2.2.4.1191-03 [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.docload.ru/Basesdoc
/39/39144/index.htm.
229. Электронные весы ACCULAB [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 http://www.mirvesov.ru/info/1333.
230. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Изд-во «Академия»,
2003. – 720 с.
231. Яворский Б.М., Детлаф А.А., Справочник по физике для инженеров
и студентов вузов. М.: Наука, 1968 - 940с.
227
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Научное издание
Николай Валентинович Калачев
ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРАКТИКУМЫ
В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ЦИКЛЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН
Практические аспекты
Подписано в печать 01.09.2011 г.
Формат 60х84/16. Заказ №68. Тираж 500 экз. П.л 14,25.
Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинал-макета заказчика
119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 499 783 3640
228
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа