Akceleratory

Akceleratory – są to urządzenia służące do przyspieszenia cząsteczek naładowanych, czyli do nadawania im energii od kilkudziesięciu keV do kilkuset GeV. Akceleratory dzielimy na akceleratory elektronów, jonów, protonów, deutronów, cząsteczek delta oraz jonów atomu innych pierwiastków do uranu włącznie.

Ze względu na sposób przyśpieszenia cząsteczek, a wiec i budowę, akceleratory dzielimy na liniowe i kołowe. Przeprowadzono wiele prób z zastosowaniem różnej geometrii w konstrukcji akceleratorów. Pierścień zapewnia stopniowe przyspieszanie i cząsteczki mogą krążyć wewnątrz niego wiele milionów razy, zanim wystąpi oddziaływanie. Niestety naładowane cząsteczki tracą energie na skutek promieniowania powstałego podczas ruchu po krzywej. Maksymalnie zredukowanie tego niepożądanego efektu wymaga zbudowania wiraży o wielkim promieniu luku, sięgającym 5-ciu, a nawet 15km. Poruszanie się po linii prostej usuwa te niedogodność. Pociąga jednak konieczność stosowania bardzo wydajnych sposobów przyspieszania, bowiem cząsteczka przebiega przez urządzenie tylko jeden raz.

W akceleratorach liniowych przyspieszane cząsteczki poruszają się po liniach prostych, przechodząc przez każdy punkt toru jednokrotnie. Przyspieszanie zachodzi w stałym polu elektrostatycznym lub też, przy czym wielokrotnie przechodzą przez pole magnetyczne, działające prostopadle do płaszczyzn ich toru, przy czym wielokrotnie przechodzą przez przyspieszające pole elektryczne, wytwarzane w rezonatorze wielkiej częstotliwości, uzyskując w ten sposób za każdym razem nową porcje energii. Wyjątek stanowi betatron, w którym proces przyspieszania elektronów nie odbywa się “na raty”, lecz w sposób ciągły, a zjawisko indukcji pola elektromagnetycznego jest wykorzystywane zarówno do zakrzywiania toru cząsteczek, jak i do ich przyspieszania za pomocą wirowego pola elektrycznego. Obecnie technika akceleracji pozwala na magazynowanie przez wiele godzin cząsteczek przyspieszonych do wysokich energii w pierścieniowych komorach próżniowych, stanowiących tzw. pierścienie przeciwswobne lub pierścienie akumulacyjne. Zderzanie cząsteczek z dwóch przeciwbieżnych wiązek pozwalają uzyskać pełną energie cząsteczek w układzie ośrodka masy.

Największym na świecie akceleratorem będzie budowany obecnie akcelerator LHC. Poniżej przedstawiam krótki jego opis.

LHC (Large Hadron Collider -Wielki Zderzacz Hadronów) jest akceleratorem cząsteczek budowanym przez CERN (European Organization for Nuclear Research) – największe na świecie fizyczne laboratorium. Kiedy w 2007 roku budowa zostanie zakończona, LHC będzie najpotężniejszym instrumentem kiedykolwiek zbudowanym w celu zbadania właściwości cząstek. LHC montowany jest w tunelu, w którym przedtem był LEP (przeciwbieżny akcelerator wiązek elektronów i pozytonów) należącym do CERNu. Usytuowany będzie w 27km tunelu, na głębokości 100 metrów. Będzie przyśpieszać dwie oddzielne wiązki protonów do energii 7 TeV, i sprowadzi je na kurs “kolizyjny”. W wyniku zderzenia, energia protonów wzroście dwukrotnie. LHC jednak nie będzie ograniczony do poznawania zderzeń pomiędzy dwoma wiązkami protonów, będzie mógł również przeprowadzić zderzenia ciężkich jonów np. ołowiu, które dadzą energię 1148TeV.

Przed dostarczeniem do LHC, strumień protonów będzie przygotowany w istniejącym już, należącym do CERN, “kompleksie akceleratorów” . Jest to szereg urządzeń, które dostarczą strumieniowi dodatkową porcję energii.

By zakrzywić trajektorię wiązki posiadającej energię 7eV, LHC posiada dipole zdolne do wytworzenia pola magnetycznego o wartości 8.36 Tesli, wartość ta możliwa jest dzięki nadprzewodnictwu. Jest to zdolność kilku materiałów, zwykle w bardzo niskich temperaturach, by przewodzić prąd elektryczny bez oporu ani strat mocy, przy jednoczesnym wytwarzaniu silnego pola magnetycznego. LHC będzie działać w temperaturze o 300o C mniejszej od pokojowej (zimniej niż w Kosmosie), by umożliwić użycie najbardziej zaawansowanych nadprzewodzących magnesów oraz technologii wcześniej nie użytej w akceleratorach. 1,296 nadprzewodzących dipoli i więcej niż 2,500 magnesów poprowadzi oraz zderzy w LHC strumienie cząstek.

W konstrukcji znajdą się różne typy magnesów – od zwyczajnych, dwubiegowych magnesów, aż po duże, nadprzewodzące, ogniskowe, czterobiegunowe magnesy. LHC będzie największą nadprzewodnikową instalacją na świecie.

Praca LHC
LHC ma za zadanie przyśpieszenia jednocześnie dwóch strumieni w tym samym czasie. Można by stwierdzić że są to dwa urządzenia w jednym. LHC będzie składać się z dwóch “nadprzewodzących magnetycznych tuneli” usytuowanych w tym samym miejscu w jednej “obejmie” – co pozwoli zaoszczędzi ponad 25% w porównaniu z oddzielnymi okręgami. Gdy zostanie osiągnięta energia rzędu 7TeV, strumienie będą obracać się w przeciwnych kierunkach przez parę godzin. Przez ten czas zrobią setki milionów okrążeń dookoła okręgu.
Podczas każdego okrążenia, strumienie będą się zderzały w ściśle określonych miejscach, tam gdzie znajdują się detektory. Po 10 godzinach, strumień zostanie aż tak zredukowany, że będzie musiał opuścić LHC w celu uzupełnienia cząstek.

Wyzwania techniczne
Ważne parametry
Energia jako powstaje w LHC przy zderzeniu wiązek protonów wynosić będzie 14 TeV, jest to koło 10 razy więcej niż “możliwości” dawnych i obecnych akceleratorów. Jednak sama energia nie jest ważna. By zapewnić “wysoką jakość eksperymentów” tj. spełnienie oczekiwań fizyków, ważny jest również inny czynnik: “Luminacja”
Czynnik ten jest wielkością proporcjonalną do ilość zderzeń na sekundę. Przeszłe i obecne akceleratory osiągają luminację około L=1032 cm -2s-1. LHC osiągnie wartość tą na poziomie L = 1034cm-2 s-1 Osiągnięte to zostanie dzięki wypełnieniu dwóch okręgów 2835 gałęziami z 1011 cząsteczki każda. To właśnie niespotykana dotąd wartość energii i luminacji wymaga nowego i dokładnego wykonania maszyny i jej eksploatowania.

Niektóre niepożądane czynniki:
W ciągu 4 milionów okrążeń, jakie wykonuje strumień cząsteczek wokół okręgu, występuje kilka czynników, które osłabiają strumień i luminację.

Efekt strumień-strumień
Gdy dwie gałęzie krzyżują się w środku detektora , tylko kilka cząsteczek zderza się czołowo stwarzając pożądane zjawisko. Pozostałe zbaczają z kursu przez oddziaływanie silnego pola elektromagnetycznego sąsiedniej wiązki. Zbaczania z kursu, które są silniejsze dla gęstszych wiązek, narastają za każdym okrążeniem co może doprowadzić do ewentualnego utracenia cząstki. Efekt ten, strumień-strumień, był badany w poprzednich akceleratorach, co doprowadziło do określenia limitu gęstości wiązki, dla którego efekt s-s nie skraca radykalnie długości życia strumienia. By zachować pożądaną luminacje, LHC musi trzymać się jak najbliżej tego limitu.

Wspólna niestabilność
Podczas podróży strumienia w 27km okręgu LHC przy szybkość bliskiej szybkość światła , każda z 2838 wiązek protonów powoduje zachwianie pola elektromagnetycznego za sobą, co zakłóca ruch wiązek znajdujących się w jej sąsiedztwie, co może doprowadzić do utracenia strumienia. Niestabilność ta może przydarzyć się w LHC, z powodu dużych rozmiarów strumienia, potrzebnego do uzyskana pożądanej wartości luminacji. Efekt ten może być zminimalizowany przez szczegółową kontrolę pola elektromagnetycznego otaczającego strumień , oraz przez zawansowany system pomocy kontroli.

Ocieplenie
Pomimo wszelkich starań , strumień nie będzie trwać wiecznie, frakcje cząsteczek oderwą się od strumienia i zderzą się z otoczką w której porusza się strumień. W takich zderzeniach, energia zawarta w cząstkach zamienia się w ciepło, co może wytrącić magnez jego zimnego, nadprzewodnikowe ostaniu. Wzrost temperatury któregokolwiek z 5,000 nadprzewodnikowych magnesów naruszy pracę LHC na kilkanaście godzin. By ustrzec się tego, specjalne urządzenie będzie wyłapywał niestabilne cząsteczki przed ich zderzeniem z ścianą, by zderzyły się z dala od któregoś z nadprzewodnikowych elementów miejscach specjalnie wzmocnionych do tego celu. By stworzyć wydajny system kontroli, inżynierowie bezpieczeństwa używają niezwykle zaawansowanych programów komputerowych do przeprowadzenia analiz mechaniczno-magnetyczno-temicznych analiz zmęczeń materiału spowodowanego uderzeniami cząstek.

Chaotyczny Ruch
Część pola magnetycznego służącego do kierowania i skupiania strumienia może czasami wprawić strumień w ruch chaotyczny, co po paru zmianach kursu może spowodować utratę strumienia. W LHC, największe zakłócenia powstają miejscach gdzie dostarcza się energię strumieniowi, gdyż strumień zajmuje więcej miejsca w cewce połączenia z polem elektrycznym. Jednym ze sposobów na uniknięcie takiej sytuacji jest długoterminowa symulacja ruchu cząsteczek w strumieniu. Rezultaty tych symulacji określają granicę jakości wykonania magnesów.

Przygotowywane są cztery duże programy badawcze wykorzystujące LHC o nazwach ATLAS, CMS,ALICE i LHCb. ATLAS i CMS mają głównie służyć do poszukiwania hipotetycznych cząstek Higgsa, których istnienie przewiduje obecnie obowiązujący Model Standardowy. Detektor ALICE będzie służył do badania zderzeń ciężkich jonów, przede wszystkim do badać właściwości plazmy kwarokowo-gluonowej. Detektor LHCb przeznaczony jest do badań kwarków b.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Fale elektromagnetyczne – ich wady i zalety

Może zacznę od wyjaśnienia czym są fale elektromagnetyczne. To bardzo trudne pytanie. Często fale elektromagnetyczne nazywa się promieniowaniem. Są różnego rodzaju fale elektromagnetyczne. Fale radiowe są długie, nawet mówi się o nich fale metrowe. Mikrofale, które używane są przez wojsko w antenach radarowych i w kuchenkach mikrofalowych. Mają one długość kilku centymetrów. Są też takie fale elektromagnetyczne, które nazywamy falami widzialnymi lub światłem, lub promieniem widzialnym. Wbrew pozorom bardzo niewiele jest tych fal elektromagnetycznych, które nazywamy światłem widzialnymi. Fal elektromagnetycznych nie widać. Źródło światła jest widzialne, przedmioty, które światło oświetla są widzialne, lecz sam promień świetlny jest niewidzialny. Kiedy jednak do przestrzeni pomiędzy źródłem a przedmiotem wprowadzimy różne drobne ciała (np. dym z papierosa, kurz), które same mogą odbijać światło stają się one przez to źródłami światła. I chociaż same światła nie wysyłają, wiązka światła staje się widoczna. Istnieją także inne fale: podczerwień, ultrafiolet, promieniowanie X, promieniowanie gamma.

Fala elektromagnetyczna rozchodzi się najlepiej i najszybciej w próżni (prędkość w próżni wynosi 299792km/s). W ośrodkach materialnych prędkość fali elektromagnetycznej jest zawsze mniejsza i zależna od rodzaju ośrodka oraz od częstotliwości fali. W ośrodkach materialnych część energii fali jest tracona i ulega zamianie na energię wewnętrzną ciała. Zjawisko to nosi nazwę absorpcji lub pochłaniania światła.

WADY I ZALETY
W ostatnich latach przeprowadzono wiele badań, które miały stwierdzić, czy pola elektromagnetyczne są szkodliwe dla ludzi. Wprawdzie nie uzyskano jeszcze jednoznacznej odpowiedzi, ale wiadomo, że szkodliwe oddziaływanie na zdrowie człowieka mogą mieć pola elektromagnetyczne o wysokich częstotliwościach (30-3000 MHz ), a także o częstotliwości 50 Hz. W warunkach domowych (220 V, 50 Hz) istotne jest tylko pole magnetyczne, bo elektryczne ma bardzo niskie natężenie. Wykryto również, że są ludzie szczególnie wrażliwi na działanie pól elektromagnetycznych. Mogą one wywołać u nich bóle głowy, rozdrażnienie i bezsenność.
Do tej pory nie udało się jednoznacznie określić mechanizmu oddziaływania pól elektromagnetycznych na organizmy żywe. Badania te są trudne również dlatego, że organizmy żywe przystosowują się do zmian środowiska oraz ulegają wpływom na przykład zanieczyszczonego powietrza czy szkodliwych substancji chemicznych mogących znajdować się w pożywieniu. Trudno jest zmierzyć oddziaływanie pól elektromagnetycznych na zdrowie ludzi, między innymi dlatego, że badania te obarczone są dużym błędem statystycznym.

Ale jednakże możemy określić jakie fale najbardziej szkodzą żywym organizmom. Są to głównie promienie nadfioletowe inaczej UV. Te fale zabijają organizmy żywe. Prawda o zabijaniu została odkryta przez biologów już na początku naszego wieku, ale potem, kiedy odkryto straszliwie groźny rodzaj promieniowania – promieniowanie gamma, jakoś straciła swoją wyrazistość.
Ultrafioletu używa się do zabijania mikroorganizmów w salach operacyjnych w szpitalach. Są takim łatwym i tanim środkiem dezynfekującym. Używa się też ich do zabijania bakterii na owocach, które chce się przesłać w daleką drogę. Wyróżnia się cztery rodzaje fal ultrafioletowych. Dla organizmów żywych najgroźniejszy jest tak zwany ultrafiolet B, który biolodzy nazywają ultrafioletem biologicznie czynnym. Stwierdzono, że jest on najbardziej skuteczny w zabijaniu organizmów żywych. UVB jest pochłaniany przez krew i niszczy białe ciałka krwi. Życie na Ziemi nie mogłoby istnieć gdyby ten ultrafiolet docierał do niej ze Słońca. Tak więc jedyną dla nas ochroną przed śmiercią jest warstwa ozonowa. Ale jest takie miejsce nad Antarktydą, gdzie nie ma ozonu. To miejsce nazywa się dziurą ozonową. Powstaje, ponieważ do atmosfery uwalniane są związki chemiczne zwane freonami, które występują w aerozolach i starego typu lodówkach. Substancje te niszczą ochronną warstwę ozonową.
Promieniowanie nadfioletowe może być przyczyną zarówno szkodliwych jak i korzystnych skutków dla organizmu człowieka.

Korzystny wpływ nadfioletu polega przede wszystkim na działaniu przeciwkrzywicznym. Pod wpływem tego promieniowania zawarty w skórze człowieka 7-dehydrocholesterol ulega przekształceniu w witaminę D3, która odgrywa ważną rolę w gospodarce wapniowo-fosforowej ustroju. Inne korzystne skutki działania promieniowania UV na organizm człowieka to np. wzrost jego odporności, niszczenie drobnoustrojów czy przyśpieszanie gojenia ran i owrzodzeń.

Innymi wadami Fal elektromagnetycznych są:
·Nadmierna dawka promieniowania ultrafioletowego może powodować raka skóry;
·Promieniowanie UV-A powoduje oparzenia słoneczne po zbyt długim opalaniu;
·Silne dawki UV-B są niebezpieczne dla oka i mogą powodować zaćmę;
·Promieniowania UVA jest najbardziej szkodliwe dla oczu, ponieważ te promieniowanie dociera aż do soczewki ocznej (nośmy okulary przeciwsłoneczne!!!).

Zalety wykorzystania fal elektromagnetycznych:
·Promieniowanie nadfioletowe zabija bakterie;
·W medycynie wykorzystuje się specjalne detektory podczerwieni, dzięki którym możliwe jest poznanie rozkładu temperatury skóry człowieka;
·Postrzeganie nadfioletowe ułatwia nietoperzom żywiących się nektarem znajdowanie o zmroku kwiatów, gdyż ich płatki mają wyrazisty kontur, widziany tylko w tym świetle;
·Promieniowanie rentgenowskie szeroko stosuje się w diagnostyce medycznej wykorzystując fakt, że mięśnie przepuszczają promienie rentgenowskie
·Fale elektromagnetyczne znalazły zastosowanie przede wszystkim w urządzeniach takich jak: radia, telewizja, radary.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Wpływ procesów wytwarzania energii na środowisko przyrodnicze

Trudno w dzisiejszych czasach wyobrazić sobie życie bez użytkowania energii elektrycznej. Energia ta jest nam tak samo potrzebna jak woda i powietrze. Samo słowo energia pochodzi z języka greckiego i oznacza działalność. Dlatego aby funkcjonował współczesny świat, aby mogły działać wszystkie maszyny, fabryki i człowiek mógł spokojnie i wygodnie żyć, potrzebna jest ogromna ilość energii. Jej postać, forma czy wykorzystanie może być różne, ale przede wszystkim potrzebujemy jej przy produkcji przemysłowej, transporcie, ogrzewaniu domostw czy oświetleniu. Początkowo dostarczało nam ją środowisko w postaci zasobów naturalnych nieprzetworzonych opału i paliw np. drewna, węgla brunatnego, kamiennego, ropy naftowej czy gazu. Większość energii dostarczają nam także surowce energetyczne: ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel. Wyróżniamy kilka rodzajów energii: pierwotna, słoneczna, wiatrowa, wodna, energia pływów morskich i ciepła oceanów, geotermiczna. Energia pierwotna to tzw. odnawialne źródła energii i energia geotermalna. Do tych źródeł należą: energia wodna, słoneczna, wiatrowa, energia pływów i ciepła oceanów i biomasa.

Najwięcej energii wytwarza się z węgla, ale jest on również największym źródłem zanieczyszczeń atmosfery. Powoduje skażenia wód gruntowych i ekosystemu oraz zmiany w użytkowaniu ziem. Zużycie tlenu i emisja CO2 powoduje tzw. efekt cieplarniany czyli zmiany klimatu, zakwaszanie jezior i degradację lasów. W kopalniach węgla dochodzi do wypadków, a górnicy narażeni są na pylicę płuc. Chorobę spowodowaną przez długotrwałe wdychanie pyłów kopalnianych.

Biomasa należy do najprostszych metod otrzymywania energii. Otrzymuje się ją z drzew, roślin i odpadów organicznych. Gospodarstwa rolne mogą wykorzystywać odpady do wytwarzania metanu, a potem spalając go, ogrzewać pomieszczenia.

Ropa naftowa to główne źródło energii w transporcie. Podczas przewozu ropy czasami dochodzi do katastrof, które wyrządzają duże szkody w środowisku naturalnym oraz skażenia wód i zanieczyszczenia fauny i flory. Ropę naftową wydobywa się dopiero od 100 lat, przy czym w ostatnich czasach jej zużycie znacznie wzrosło i szacuje się, że za kilkadziesiąt lat może jej zabraknąć. Jej eksploatacja jest nie tylko bardzo kosztowna, ale niesie także za sobą wielkie niebezpieczeństwa dla środowiska.

Gaz ziemny jest najmniej szkodliwy spośród paliw kopalnych. W wyniku jego spalania powstaje dużo mniej substancji szkodliwych niż w procesie spalania ropy, emituje też dwukrotnie mniej CO2 niż węgiel.

Kiedy paliwa kopalniane są spalane, zanieczyszczają powietrze, bo wydzielają wtedy szkodliwe dla człowieka dymy, gazy i pyły. Ponieważ węgiel zanieczyszczony jest siarką, w wyniku jego spalania oprócz dwutlenku węgla, powstaje również dwutlenek siarki, który jest szkodliwy, bo reaguje z wodą i w postaci opadów atmosferycznych spada na ziemię jako tzw. Kwaśny deszcz, który powoduje między innymi korozję metali, niszczy też świat organiczny.

Przyszłością energetyki jest tzw. Energia jądrowa, pochodząca z rozszczepienia jąder atomowych uranu. Stanowi ona główne źródło energii całego wszechświata. Wykorzystuje energię zawartą w jądrach atomów. W niektórych bowiem bardzo ciężkich atomach jądro może być rozbite na dwie mniejsze cząstki. W tym procesie rozszczepiania jądra wyzwala się ogromna ilość ciepła, które można użyć w elektrowni jądrowej do pozyskiwania energii elektrycznej. Niestety, po wytworzeniu energii jądrowej pozostają radioaktywne odpady, które są niebezpieczne dla zdrowia istot żywych, odpady te muszą być odpowiednio składowane przez dziesiątki tysięcy lat. Wytwarzanie energii w elektrowniach jądrowych nie powoduje emisji szkodliwych gazów do atmosfery. Największe promieniowanie występuje wewnątrz reaktora, dlatego istotne jest, aby osłony ze specjalnych materiałów były stale kontrolowane. Niebezpieczeństwo skażenia jest tylko w przypadkach awarii. Zniszczenia po takich eksplozjach są bardzo wielkie i trwałe. Jak miało to miejsce w 1986 r. w Czarnobylu na Ukrainie. Dużym problemem są też odpady promieniotwórcze, na których składowanie brakuje miejsca.

Dane statystyczne wskazują, że aż około 90% produkowanej na świecie energii elektrycznej wytwarza się przy użyciu paliw kopalnianych i przemian jądrowych. Dlatego człowiek powinien w pełni wykorzystać inne, przyjazne dla środowiska przyrodniczego źródła energii, których nie brakuje na naszej planecie. Są to m.in. słońce, woda, wiatr i niektóre rośliny.

Woda ma olbrzymie zasoby energii. Płynie ona zawsze z miejsca położonego wyżej do leżącego niżej. Taki jej ruch może być wykorzystywany do wytwarzania energii, przy czym może to być zarówno spokojny bieg rzeki, jak i gwałtowne spadanie wody z dużej wysokości, na przykład w wodospadzie czy zaporze. Już około 2000 lat temu wykorzystywano siłę przepływającej wody, np. w młynach, do obracania kół młyńskich. W tym celu wody strumieni lub rzek kierowano na koła bezpośrednio połączone z młynem. Woda spadała na koło młyńskie z góry i napędzała je swoją energią potencjalną. Do wytwarzania energii wykorzystuje się także nieustanny ruch fal morskich i przypływów. W przeciwieństwie bowiem do wielu innych źródeł energii woda nigdy się nie wyczerpuje i zawsze będziemy mieli na Ziemi tanią dostawę poruszającej się wody.

Na podstawie wyników badań zasobów energii wodnej szacuje się ich potencjalną moc na 3 TW, z czego wykorzystuje się około jednej dziesiątej. Pobieranie takiej mocy wymagałoby jednak zalania dużych, niżej położonych obszarów żyznych gruntów i spowodowałoby zniszczenie środowiska naturalnego. Ale żadna z analiz nie obejmowała licznych, rozsianych po świecie miejsc nadających się do budowy małych elektrownii wodnych. Takie małe elektrownie wodne mają szanse powodzenia zwłaszcza w krajach rozwijających się, a także w wielu innych państwach. Dziś w elektrowniach wodnych przetwarza się energię mechaniczną, która przesyła się przez energię mechaniczną wody na energię elektryczną, która przesyła się przez sieć elektryczną. Energia wód ma wiele cech dodatnich, m. in. z jej użytkowaniem nie wiążą się problemy magazynowania energii. Wprost przeciwnie użycie zapór jako urządzenia magazynującego energię może być najskuteczniejszym sposobem wypełnienia przerw w dostarczaniu energii przez inne źródła słonecznej. Ponadto hydroelektrownie mają wielką wydajność wynoszącą 85% lub więcej.

Pływy morskie i oceaniczne powstają dzięki przyciąganiu Księżyca i Słońca, przy czym znacznie większa jest siła grawitacji Księżyca, w wyniku tego przyciągania tworzą się dwa wały pływowe, z których jeden jest zwrócony do Księżyca, a drugi równoważący powstaje po przeciwnej stronie Ziemi. W skutek obrotu Ziemi wokół jej osi te spiętrzenia wody przesuwają się i powodują przy wybrzeżu dwa przypływy i dwa odpływy w ciągu każdej doby. W rzeczywistości obraz ten jest trochę bardziej skomplikowany przez oddziaływanie Słońca i nieregularny kształt Ziemi. Wysokość wspomnianych spiętrzeń wody nie jest wszędzie jednakowa. Na otwartym oceanie rzadko przekracza metr, natomiast w szelfie osiąga nawet 20m. Z ruchem tak olbrzymiej masy wody jest oczywiście związana energia, która w sumie wynosi około 2,4 . 104 TWh.

Uzyskane doświadczenia z już istniejących elektrowni wykorzystujących energię pływów wskazują jednak, że elektrownie takie powinny być budowane w miejscach, w których wysokość pływów nie jest mniejsza niż 5 m. Musi się tam jeszcze znajdować odpowiednia zatoka lub lejkowate ujście rzeki, gdzie można zbudować tamę. Takie warunki istnieją jedynie w 30 miejscach na świecie.

Aktualnie wykorzystuje się energię pływów morskich, fal morskich oraz energię cieplną mórz. Przewiduje się wykorzystanie energii prądów morskich. Największa na świecie elektrownia pływowa, uruchomiona w 1967 r., pracuje we Francji przy ujściu rzeki La Rance do Kanału La Manche (k. Saint-Malo). Elektrownie wykorzystujące pływy morskie pracują także w Kanadzie, Chinach i Rosji. Projektowane są w Wielkiej Brytanii, Korei Południowej i w Indiach. Elektrownie wykorzystujące energię fal morskich, napędzających turbiny wodne, pracują np. na norweskiej wyspie Toftestallen k. Bergen, , oraz na wyspie Islay u wybrzeży Szwecji. Energię uzyskuje się też przez wykorzystanie różnicy temperatury wody oceanicznej na powierzchni i w głębi oceanu. Najlepsze warunki do tego celu istnieją na oceanicznych obszarach równikowych Wykorzystanie tej różnicy temperatury odbywa się przy zastosowaniu amoniaku, freonu lub propanu, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500 m. Cała instalacja, wraz z generatorem, znajduje się na pływającej platformie i nosi nazwę elektrowni maretermicznej. Energia elektryczna jest przesyłana na ląd kablem podmorskim.

Energia wiatru była w przeszłości najczęściej wykorzystywana do lokalnych celów gospodarczych. Wiatrem napędzano mechanizmy młynów zbożowych i tartaków. W szczególny sposób wykorzystywano energię wiatru w Holandii, gdzie pracowały liczne pompy wodne służące do ciągłego odwadniania nadmorskich polderów. Od tysięcy lat energia wiatru w wiatrakach była wykorzystywana do pompowania wody lub mielenia ziarna. Za pomocą energii wiatru napełniano kanały nawadniające pola. Współcześnie elektrownie wiatrowe nie służą do wytwarzanie energii mechanicznej, lecz do „produkcji” energii elektrycznej. Podstawową rolę w tych elektrowniach pełnią najrozmaitszych kształtów gigantyczne wiatraki, które napędzają generatory prądu, kierując w ten sposób powstały prąd bezpośrednio do sieci lub akumulują go w akumulatorach na okres, gdy siła wiatru bardzo osłabnie.

Energia słoneczna, tzw. solarna, jest najbezpieczniejsza ze wszystkich źródeł energii. Jest ogromna, ale bardzo rozproszona. By wytworzyć z niej energię elektryczną buduje się ogniwa solarne. Ogniwo solarne to płaska płytka składająca się z dwóch cienkich warstw. Padające na nią promienie słoneczne powodują powstanie prądu elektrycznego przesyłanego do obwodów elektrycznych lub akumulatorów.

Elektrownie słoneczne odznaczają się wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, że większe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach, do produkcji ciepłej wody. Kolektory słoneczne umieszczone na dachu domu umożliwiają ogrzanie wody do 40°C, co przy ogrzewaniu podłogowym wystarcza do ogrzania całego domu. Za pomącą kolektorów słonecznych można również wytwarzać energię elektryczną.

Jako potencjalne źródło energii wymienia się także powierzchniową warstwę Ziemi. Energia pochodząca z tego źródła nazywana jest geotermiczną. Biorąc pod uwagę rozmiary ziemi możemy wnioskować, że zawiera ona ogromne ilości energii cieplnej. Część tej energii dochodzi do powierzchni Ziemi dzięki cieplnemu przewodnictwu skał oraz w niewielu miejscach – na skutek wypływu na powierzchnię gorących źródeł. Z powierzchni Ziemi ciepło to przechodzi następnie do atmosfery, przy czym ilość odpływającej masy wynosi aż 32,3 TW. Ogólna ilość odpływającego ciepła jest więc bardzo duża, ale energia ta jest bardzo rozproszona. Mimo utraty ciepła Ziemia nie oziębia się, ponieważ stale dochodzi nowe ciepło z rozpadu atomów promieniotwórczych, które znajdują się w całej jej objętości. Energia geotermiczna może być wykorzystywana m. in. w dwóch następujących przypadkach. Pierwszy wiąże się z występowaniem w wielu rejonach wulkanicznych niezwykle gorących skał znajdujących się blisko powierzchni Ziemi. Wówczas niepotrzebne są głębokie wiercenia ani też zakładanie dużych ładunków wybuchowych, by stworzyć zadowalający sztuczny układ cyrkulacyjny dla krążącej wody. W drugim przypadku wykorzystuje się porowate, gorące skały rozmieszczone na głębokościach nie większych niż 3 km. Przepuszczają one wodę, a zatem stanowią coś w rodzaju zbiornika gorącej wody. Tę gorącą wodę i parę odprowadza się przez otwory wiertnicze i używa do wytwarzania energii elektrycznej.

Bardzo korzystna dla środowiska przyrodniczego jest energia uzyskiwana z odnawialnych surowców pochodzenia roślinnego, tzw. Bioenergia. Pochodzi ona głównie z roślin i odchodów zwierzęcych.

Również rośliny stanowią źródło energii, nie tylko służąc za pożywienie, ale również jako źródło biogazu, zaś hodowla wodorostów daje możliwość wykorzystywania ogromnych powierzchni wód

Produkcja energii i jej wykorzystywanie wpływa na podniesienie poziomu naszego życia, ale jednocześnie powoduje degradację i niszczenie środowiska naturalnego. Energia jest niezbędna by zaspokoić nasze potrzeby i realizować pragnienia.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Wpływ wytwrzania energii na środowisko naturalne

WSTĘP

Niemal cała nasza energia pochodzi pierwotnie ze słońca. Słońce dostarcza 99% energii docierającej na powierzchnie ziemi. Reszta to ciepło z gorącego wnętrza ziemi (0,02%), czyli energia geotermiczna oraz energia pływów wytwarzana przez przyciąganie księżyca i słońca (0,01%).
Ilość dostarczanej rokrocznie przez słońce jest ogromna- równa 178 milionom dużych elektrowni. Ale bardzo niewiele można wykorzystać. Około 30% wchłania z powrotem przestrzeń kosmiczna. Niemal cała reszta ogrzewa powietrze i ulatnia się z powrotem do atmosfery (47%) albo zasila obieg wody (23%). Tylko 0,06% wykorzystuje rośliny do fotosyntezy. Bezpośrednio wykorzystujemy bardzo małą część energii słonecznej. Ogniwa słoneczne dostarczyły we wczesnych latach dziewięćdziesiątych mniej niż 0,01% światowej energii. Najwięcej pochodzi z paliw kopalnianych: węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego powstałych dawno temu z roślin. Paliwa kopalniane tworzą się miliony lat, dlatego nazywamy je nieodnawialnymi. 5% pochodzi ze źródeł odnawialnych: drzew, bieżącej wody i wiatrów. Nazywamy je odnawialnymi, ponieważ szybko się odnawiają. Jednak nawet w ich przypadku pewna ilość energii zostaje stracona.

RODZAJE WYTWRZANIA ENERGII I ICH WPŁYW NA ŚRODOWISKO:

-JĄDROWA:
Zajmuje się pozyskiwaniem i przetwarzaniem energii jądrowej zawartej w pierwiastkach rozszczepialnych. Energia jądra jest wyzwalana w reaktorze jądrowym głównie w postaci ciepła (ponad 95%) i wykorzystywanie albo bezpośrednio do ogrzewania, albo bezpośrednio do ogrzewania, albo przetwarzania na energie mechaniczną lub elektryczną (statki i okręty z napędem jądrowym lub elektrownie jądrowe). O rozwoju energetyki jądrowej zdecydowały względy ochrony środowiska oraz wyczerpywanie się zasobów tradycyjnych paliw. Niektóre kraje odchodzą od energetyki jądrowej ( w Polsce 1990 roku odstąpiono od budowy elektrowni jądrowej w Żarnowcu). Jest to wynikiem jej małej konkurencyjności ekonomicznej oraz niekorzystnego klimatu społecznego wokół tej energetyki. Dla dalszego rozwoju energetyki jądrowej najważniejsze jest zapewnienie bezpieczeństwa eksploatacji elektrowni jądrowej i innych obiektów jądrowych cyklu paliwowego, a także bezpieczne składowanie odpadów promieniotwórczych.
Wytwarzanie energii jądrowej jest mało szkodliwe dla środowiska lecz ludzie nie mogą nad tym zapanować przykładem może być wybuch elektrowni w Czarnobylu. „W piątkową noc 25 kwietnia 1986 roku inżynierowie z elektrowni jądrowej Czarnobylu na Ukrainie (wtedy część Związku radzieckiego) zmniejszyli prędkość pomp które utrzymywały cyrkulację wody w układzie chłodzenia rdzenia reaktora z paliwem jądrowym. Około północy temperatura rdzenia tak, że sytuacja wymknęła się spod kontroli. Nastąpiła eksplozja, która rozerwała budynek i umożliwiła przedostanie się pyłu radioaktywnego do atmosfery. Wybuch spowodował śmierć 29 osób znajdujących się w elektrowni i w jej pobliżu. Chmura radioaktywna rozprzestrzeniła się na zachód po całej europie. Pomimo ewakuacji miast na Ukrainie setki ludzi zapadł na chorobę popromienną. W całej europie zniszczono zbiory zanieczyszczone promieniotwórczą substancją i wybito zakażone zwierzęta. Olbrzymie obszary Ukrainy w dalszym ciągu są skażone. Przez lata nie będzie można tam ani mieszkać ani uprawiać ziemi.

-CIEPLNA
Elektrownia, w której energię (przenoszoną w postaci ciepła), wytworzoną głównie w kotłach parowych z chemicznej energii paliw przetwarza się w turbinach parowych lub gazowych na energię mechaniczną, a następnie w generatorach na energię elektryczną. Wpływ takiej energii na środowisko naturalne jest bardzo szkodliwy. Głownie przez wytwarzanie szkodliwych gazów.

-CHYDROENERGETYKA:
Zajmuje się pozyskiwanie energii wód i jej przetwarzaniem na energię mechaniczną i elektryczną przy użyciu silników wodnych (turbin wodnych) i hydrogeneratów w siłowniach wodnych (np. w młynach) oraz elektrowniach wodnych a także innych urządzeniach (w elektrowniach maretermicznych i maremotorycznych). Energetyka wodna opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu energii wód śródlądowych (rzadziej mórz- w elektrowniach pływowych) o dużym natężeniu przepływu i dużym spadzie- mierzonym różnicą poziomów wody górnej i dolnej z uwzględnieniem strat przepływu. Wykorzystane w elektrowniach energii wód śródlądowych oraz pływów wód morza polega na zredukowaniu w granicach pewnego obszaru (odcinek strumienia, rzeki, zatoki) naturalnych strat energii wody i uzyskaniu ich spiętrzenia względem poziomu odpływu. Poza energetycznym, elektrownie wodne zbiornikowe mogą spełniać jednocześnie inne zadania, jak zabezpieczenie przeciwpowodziowe, regulacja przepływu ze względu na żeglugę. Duże znaczenie mają elektrownie wodne szczytowo- pompowe, pozwalające na użycie jako magazynu energii. Rozwój hydroenergetyki jest uzależniony od zasobów energii wód, tak zwanych zasobów hydroenergetycznych. Dla Polski dominujące znaczenie w hydroenergetyce mają dolna Wisła i Dunajec. W 1990 produkcja energii elektrycznej z energii wód wynosi 3,3TW h , a na świecie ok.2162TW*h. Ostatnio coraz większą uwagę poświęca się energii wykorzystaniu niewielkich cieków wodnych przez budowę tak zwanych małych elektrowni wodnych. W pierwszej kolejności
dotyczy to tych cieków, na których istnieją już urządzenia piętrzące wykorzystywane już do innych celów. Za rozwojem hydroenergetyki przemawia fakt, że koszt energii elektrycznej produkowanej w elektrowni wodnej jest niższy niż energii elektrycznej produkowanej w elektrowni cieplnej. Budując elektrownie wodne należy w miarę możliwości wykorzystać istniejące warunki przyrody na przykład wodospady. Czasami nie wystarczy sama natura. Trzeba wybudować zapory wodne. Tu właściwie leży główne zagrożenie dla środowiska. Czasami trzeba zalać wodą wiele hektarów ziemi, czasami całe wsie. Zmienia się przez to warunki środowiska dla życia roślin i zwierząt, a także ludzi.

-SŁONECZNA
Zajmuje się pozyskiwaniem, przetwarzaniem i wykorzystywaniem energii promieniowania słońca. Niemal cała energia tego promieniowania jest skoncentrowana w promieniu widzianym i podczerwonym. Promieniowanie słoneczne jest też przyczyną wielu zjawisk występujących na ziemi i wykorzystywanych w energetyce (wiatrów, fal i prądów morskich, powstawania opadów atmosferycznych zasilających rzeki). Potencjał techniczny energii promieniowania słońca jest znacznie niższy od teoretycznego niewielkie jest też jego wykorzystanie. Pozyskiwanie energii słonecznej jest możliwe dzięki kolektorom słonecznym o działaniu bezpośrednim (np. przy podgrzewaniu wody) lub w elektrowniach słonecznych. Możliwe jest magazynowanie energii słonecznej w tak zwanych stawach energii (słonecznych), dzięki utrzymywaniu w nich uwarstwienia z rosnącą w głąb koncentracją soli. W produkcji energii słonecznej są wykorzystywane są kolektory słoneczne, które nie mają żadnego wpływu na środowisko. Mogą jedynie wpływać na wygląd krajobrazu.

-WIATROWA
Zajmuje się przetwarzaniem energii wiatru (za pomocą silników wiatrowych) w elektrowniach i siłowniach wiatrowych. Moc elektrowni wiatrowych jest zależna od prędkości wiatru, w wielu rejonach (w tym na większym rejonie polski) warunki klimatyczne nie sprzyjają wykorzystaniu energii wiatru. Jedyny wpływ na środowisko takiego wytwarzania energii jest duża ilość wiatraków psujących krajobraz.

-GEOTERMICZNA
Zajmuje się pozyskiwaniem i przetwarzaniem (w elektrowniach geotermicznych) ciepła wnętrza ziemi, którego źródłem są przemiany promieniotwórcze, reakcje chemiczne oraz inne procesy zachodzące w skorupie ziemskiej. Przydatność danej formacji geologicznej jako miejsca wykorzystania energii geotermicznej (geotermalnej) określa wielkość stopnia (gradientu) geotermicznego, czyli przyrostu temperatury na jednostkę
długości mierzonej w głąb ziemi. W praktyce wykorzystuje się ciepło wnętrza ziemi zmagazynowane w masie stopionych skał (magmie), skałach znajdujących się w stanie stałym, wodzie przenikającej z powierzchni i stykającej się z gorącymi skałami (często jest to przyczyną powstawania na powierzchni ziemi gorących źródeł lub gejzerów). Żeby założyć elektrownie geotermiczną należy wykonać odwierty które nie są zbytnio szkodliwe dla środowiska.

PODSUMOWANIE
Podsumowując, można stwierdzić, że są dwa zasadniczo różniące się od siebie sposoby wytwarzania energii. Do jednych z nich należą te metody pozyskiwania energii, które wiele złego niosą dla środowiska (atomowe, węglowe). Tymi metodami można uzyskać bardzo dużo energii. Źródła czyste energii, jak wiatr, woda i słońce nie niosą żadnego albo małe zagrożenie dla środowiska. W ten sposób uzyskujemy procentowo małą część energii. Należało by właśnie rozwijać te metody uzyskiwania energii, zwiększyć ich wydajność. Było by to z dużą korzyścią dla nas samych i dla środowiska.

Piotr Buchenfeld
tel.889907302
buchenfeld@poczta.onet.pl

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Wpływ zjawiska elektryzowania na organizm człowieka

Z elektryzowaniem ciał człowiek spotyka się codziennie. Z zjawiskiem tym związane jest np. chodzenie w butach. Podeszwy butów są wykonane z tworzyw sztucznych takich jak np. guma. Związane z tym jest też korzystanie z różnego rodzaju sprzętów wykonanych z tworzyw sztucznych, odzieży syntetycznej oraz sprzętu audiowizualnego.
Elektryzowanie ciał lub emitacja przez te ciała promieniowania jonizującego może powodować lekkie zmęczenie lub nawet spowodować powikłania alergiczne. Najbardziej niebezpieczna dla człowieka i jego otoczenia jest elektryzacja tkanin włókienniczych i papieru. Są one nawijane na bele lub układane warstwami, które trąc o siebie, elektryzują się.
Po naelektryzowaniu tkaniny lub papier sklejają się. Próba rozdzielenia ich powoduje powstanie iskry, co może grozić pożarem. By zmniejszyć naelektryzowanie tkanin oraz włosów stosuje się płyny antyelektrostatyczne.

Następnym negatywnym ale nie tak niebezpiecznym naelektryzowaniem ciał jest jonizacja powietrza przez telewizory i ekrany komputerów. Bywa ono częstym powodem bólu głowy i zmęczenia. Próbuje się zmniejszyć jonizowanie powietrza przez używanie monitorów typu Low Radiationss. Emitują one mniej promieniowania niż monitory starszego typu. W monitorach starszej generacji używa się ekranów ochronnych. Telewizje należy oglądać z bezpiecznej odległości , a przed snem wywietrzyć pomieszczenie.

Zawsze w atmosferze znajduje się pewna liczba jonów. Organizm ludzki radzi sobie z nimi, dopóki nie wzrośnie gwałtownie. Wzrost liczby jonów w powietrzu powoduje wysoka temperatura, wysokie napięcie. Gdy w powietrzu wzrasta liczba jonów u człowieka zmienia się ciśnienie tętnicze krwi, ubytek czerwonych ciałek we krwi.

Gdy nadchodzi burza u niektórych ludzi pogarsza się samopoczucie. Człowiek przed burzą czuje się rozdrażniony, a jego reakcje a bodźce są opóźnione. Podczas burzy zwiększa się liczba wypadków i zgonów. Podczas burzy w wysoki(często metalowy) przedmiot, budynek lub człowieka może uderzyć piorun. Gdy piorun uderz w budynek, może spowodować pożar. Jeżeli trafi on w człowieka często powoduje śmierć. Aby zapobiec pożarom budynków instaluje się piorunochrony. Burze mogą być też pożyteczne. Podczas burzy wyładowania powodują powstawanie ozonu. Ozon tworzy warstwę ochronną przed promieniowaniem ultrafioletowym pochodzącym ze Słońca. Tak więc elektryzowanie ciał ma negatywny wpływ na człowieka(zmęczenie, alergie a nawet śmierć), lecz także wpływa pośrednio pozytywnie na człowieka(burze zwiększają ilość ozonu w atmosferze).

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Wszechświat

Nazwy WSZECHŚWIAT używamy, gdy mówimy o wszystkich obiektach istniejących w przestrzeni kosmicznej. Trudno wyobrazić sobie rozmiary Wszechświata — tak jest wielki. Zawiera miliony gwiazd i planet, a także ogromne obłoki gazu, które rozdzielone są pustą przestrzenią.

LATA ŚWIETLNE

Odległości w przestrzeni kosmicznej są olbrzymie. Podaje się je w latach świetlnych. Jeden rok świetlny to odległość, jaką światło przebywa w ciągu roku; wynosi ona około 9460 miliardów kilometrów. Światło porusza się z prędkością 300 tysięcy kilometrów na sekundę.

GALAKTYKI

Gwiazdy grupują się, tworząc wielkie zbiorowiska zwane galaktykami. Galaktyki są tak duże, że podróż światła przez nie może trwać nawet dziesiątki tysięcy lat. Ziemia umiejscowiona jest w galaktyce noszącej nazwę DROGA MLECZNA. Średnica DROGI MLECZNEJ wynosi 100 tysięcy lat świetlnych. Odległości między galaktykami są jeszcze większe.

ROZMIARY WSZECHŚWIATA

Nie wiadomo jak wielki jest WSZECHŚWIAT. Możliwe, że jest nieskończony. Zawiera on miliony milionów galaktyk. Używając coraz doskonalszych teleskopów, astronomowie stale odkrywają nowe galaktyki. Najdalej położone i znane dziś znajdują się w odległości kilkunastu miliardów lat świetlnych od nas.

BADANIA KOSMOSU

W końcu lat pięćdziesiątych naukowcy zaczęli wysyłać rakiety w przestrzeń kosmiczną, by w ten sposób lepiej poznać Wszechświat. Od tego czasu USA i Rosja przeprowadziły wiele eksperymentów kosmicznych, które znacznie poszerzyły naszą wiedzę.

BADACZE KOSMOSU

Najbardziej pasjonujący okres badań kosmosu przypada na lata1969 – 1972, kiedy to amerykańscy astronauci latali statkami Apollo w kierunku Księżyca.
W roku 1969 astronauci z pojazdu Apollo 11, Neil Armstrong i Buzz Aldrin, jako pierwsi ludzie postawili stopy na Księżycu.

STACJE KOSMICZNE

Stacje kosmiczne krążą wokół Ziemi na wysokości ok. 400 kilometrów. Są to laboratoria, w których doświadczenia przeprowadza się w stanie nieważkości.

LUDZIE W KOSMOSIE

Astronauci mogą przebywać w stacjach kosmicznych przez wiele miesięcy. Dzięki temu poznajemy wpływ stanu nieważkości na ludzi oraz sposoby przeciwdziałania. Będzie to mieć znaczenie dla zdrowia astronautów, którzy polecą na Marsa w XXI wieku.

W dniu 12 kwietnia 1961r. Po raz pierwszy w przestrzeni kosmicznej znalazł się człowiek. Był nim rosyjski kosmonauta Jurij Gagarin (1934 – 1968), który na pokładzie statku kosmicznego Wostok w czasie 108 minut dokonał jednego okrążenia Ziemi, w najwyższym punkcie osiągając wysokość 327 km.

DROGA MLECZNA

W porównaniu z innymi galaktykami Droga Mleczna jest stosunkowo duża. Jej średnica wynosi około 100 000 lat świetlnych. Ziemia i cały Układ Słoneczny leżą w odległości około 25 000 lat świetlnych od centrum Drogi Mlecznej.

OBRACAJĄCA SIĘ SPIRALA

Większość astronomów jest przekonana, że Droga Mleczna to galaktyka spiralna. Niektórzy jednak sądzą, że może być ona galaktyką spiralną z poprzeczką.
Podobnie jak wszystkie galaktyki spiralne (z poprzeczką lub bez),
Droga Mleczna wiruje. Części wewnętrzne obracają się szybciej od obszarów zewnętrznych.

NARODZINY GWIAZD

Astronomowie zbadali proces tworzenia się gwiazd, obserwując wiele widocznych z Ziemi obiektów. W ciągu swojego życia gwiazdy się zmieniają, a w końcu umierają.

MIEJSCA NARODZIN GWIAZD

Nowe gwiazdy powstają wewnątrz rozległych obłoków gazu i pyłu, zwanych mgławicami. Niektóre mgławice są jasne, inne – ciemne. Ciemne mgławice zawierają pył, który blokuje światło znajdujących się za nimi gwiazd. Wyglądają one jak czarne bezgwiezdne plamy na niebie.

POCZĄTEK ŻYCIA

Zanim w mgławicy zaczną powstawać gwiazdy, obłoki gazu i pyłu wirują, następnie dzielą się one na drobne fragmenty, których rozmiary stopniowo rosną.

UKŁAD SŁONECZNY

SŁOŃCE

Słońce, jak wszystkie gwiazdy, jest masywną kulą rozgrzanego gazu. W jej wnętrzu malutkie cząstki będące jądrami atomów gazu zwanego wodorem łączą się, tworząc jądra atomów innego gazu – helu. Ten proces łączenia się nosi nazwę syntezy jądrowej. Dzięki niemu powstają wielkie ilości ciepła i światła. Bez nich życie na Ziemi nie byłoby możliwe.
Rozmiary Słońca
Średnica Słońca wynosi około 1,4 miliona kilometrów. W jego wnętrzu zmieściłoby się ponad milion planet o rozmiarach Ziemi. A jednak – w porównaniu
z niektórymi innymi gwiazdami Słońce jest raczej małe.
Plamy Słoneczne
Na powierzchni Słońca występują małe ciemne obszary, zwane plamami słonecznymi. Są to rejony nieco chłodniejsze od otoczenia. Czasami plamy słoneczne układają się w grupy o ogromnych rozmiarach. Największa zaobserwowana grupa plam miała powierzchnię ponad 18 miliardów kilometrów kwadratowych .

MERKURY

Merkury jest planetą Układu Słonecznego znajdującą się najbliżej Słońca. Promień jego orbity wynosi około 58 milionów kilometrów. Mała planeta W porównaniu z większością innych planet Układu Słonecznego Merkury ma niewielkie rozmiary. Mniejszy jest jedynie Pluton. Średnica Merkurego wynosi 4 878 kilometrów, czyli prawie trzy razy mniej niż średnica Ziemi. Żar i chłód. Merkury znajduje się tak blisko Słońca, że w dzień panująca na nim temperatura może osiągnąć 430°C, czyli ponad cztery razy więcej niż temperatura gotującej się wody. W nocy jednak temperatura może spaść poniżej -180°C. Niektóre kratery Merkurego są tak głębokie, że do ich dna nigdy nie docierają grzejące promienie Słońca. Przez cały czas jest tam bardzo zimno.
Lata i doby
Na Merkurym rok (czyli czas jednego obiegu wokół Słońca) trwa 88 ziemskich dób, jest więc ponad czterokrotnie krótszy niż rok na Ziemi.
Merkury obraca się wolno. Jego doba (czyli czas jednego obrotu wokół własnej osi) trwa 59 ziemskich dób. Rok merkuriański zawiera półtorej merkuriańskiej doby. Długie okresy, gdy część planety jest skierowana w stronę. przeciwną Słońcu, powodują, że w nocy robi się tam tak zimno.

WENUS

Wenus ma podobne rozmiary jak Ziemia. Okrąża Słońce w odległości około 108 milionów kilometrów. Z jej płaskiej powierzchni wypiętrzają się obszary, które przypominają ziemskie kontynenty.
Gwiazda poranna i wieczorna
W niektórych porach roku Wenus jest dobrze widoczna gołym okiem. Zdarza się to tuż przed wschodem Słońca lub tuż po jego zachodzie. Dlatego często nazywamy Wenus gwiazdą poranną lub gwiazdą wieczorną. Po Słońcu i Księżycu Wenus jest najjaśniejszym obiektem na niebie.
Gęsta atmosfera
Atmosfera Wenus jest bardzo gruba. Zawiera głównie dwutlenek węgla.
Przy powierzchni planety panuje ogromne ciśnienie z powodu wielkiej gęstości atmosfery. Wenus otaczają chmury będące oparami kwasu siarkowego. Padają z nich deszcze, które zniszczyłyby każdy żywy organizm.

ZIEMIA

Ziemia okrąża Słońce z prędkością około 110.000 kilometrów na godzinę, w odległości 150 milionów kilometrów. Jeden obieg wokół Słońca zajmuje Ziemi 365,242 dnia (czyli jeden rok ziemski).
Życie na Ziemi
Odległość Ziemi od Słońca powoduje, że na naszej planecie mamy temperaturę, w której woda występuje w postaci cieczy, a nie pary lub lodu. Ziemię otacza atmosfera, której powietrzem można oddychać. Oba te czynniki są konieczne do życia zwierząt i roślin.
Atmosfera
Atmosfera otaczająca Ziemię jest mieszaniną gazów. Dzieli się ona na kilka warstw. Tlen, którym oddychają żywe organizmy, stanowi około 20% atmosfery.

MARS

Mars jest czwartą planetą od Słońca. Okrąża je w odległości około 228 milionów kilometrów.
Jeden obieg zajmuje mu 687 dni, czyli prawie dwa razy dłużej niż trwa jeden obieg Ziemi wokół Słońca.
Widzialność Marsa
Marsa można zobaczyć gołym okiem. Wygląda jak jasna, pomarańczowoczerwona gwiazda. Aby dostrzec jakiekolwiek szczegóły na jego powierzchni, należy użyć silnego teleskopu.
Dwa księżyce
Oba księżyce Marsa, Fobos i Deimos, są ciemne, pokryte pyłem
i mają nieregularny kształt. Fobos krąży w odległości 6000 kilometrów od powierzchni Marsa, Deimos zaś – w odległości 20 000 kilometrów.

JOWISZ

Jowisz jest największą planetą Układu Słonecznego. Obiega on Słońce w odległości 778 milionów kilometrów. Jest tak ogromny, że w jego wnętrzu zmieściłoby się ponad 1000 planet o rozmiarach Ziemi. Astronomowie odkryli l6 księżyców, które krążą wokół Jowisza, ale być może jest ich więcej.
Wielkie kule gazowe
Jowisz jest jedna z czterech planet zbudowanych głównie z gazu. Pozostałe trzy to Saturn, Uran i Neptun. Nazywa się je gazowymi olbrzymimi. Dzięki swojej wielkości Jowisz działa ogromna siła grawitacji na obiekty w jego sąsiedztwie. Przelatujące obok asteroidy i meteoroidy spadają w jego atmosferę. Jowisz niczym wielki odkurzacz wsysa drobne ciała kosmiczne.
Widzialność Jowisza
Po Słońcu, Księżycu i Wenus, Jowisz jest najjaśniejszym obiektem na niebie. Gołym okiem widzimy go jako bardzo jasna gwiazd. Patrząc przez silny teleskop można dostrzec barwne pasy chmur . i słynną Wielką Czerwoną Plamę.

SATURN

Saturn jest drugą pod względem wielkości planetą Układu Słonecznego. Nazywany jest często planetą pierścieniową, gdyż otaczają go pierścienie z odłamków lodu. Porusza się w odległości około 1430 milionów kilometrów od Słońca, a jeden jego obieg trwa 29 lat.
Wielka planeta
Mimo że mniejszy od Jowisza, Saturn jest planetą ogromną. Jego średnica wynosi około 120 tysięcy kilometrów, czyli 9 razy więcej niż średnica Ziemi.
Gazowy olbrzym
Podobnie jak Jowisz, Saturn to gazowy olbrzym. Zbudowany jest głównie z wodoru. Jego atmosfera zawiera również znaczne ilości innego bardzo lekkiego gazu – helu. Z tego powodu Saturn ma małą gęstość. Gdybyśmy znaleźli wystarczająco duży ocean, Saturn mógłby pływać na jego powierzchni. Astronomowie sądzą, że wnętrze Saturna przypomina wnętrze Jowisza.
Szybkie wirowanie
Saturn wiruje bardzo prędko. Jeden obrót zajmuje mu niecałe 11 godzin.
Z powodu szybkiego wirowania gazy w jego atmosferze są spychane w kierunku równika — płaszczyzny przechodzącej przez środek planety. W wyniku owego spychania gazów Saturn jest szerszy w swojej centralnej części. Można to zobaczyć używając nawet niezbyt silnego teleskopu Księżyce Saturna. Saturn ma 18 księżyców.

URAN

Uran jest siódmą planetą od Słońca porusza się w odległości około 2900 milionów kilometrów. Jeden obieg wokół Słońca zajmuje mu 84 lata ziemskie. Uran został odkryty przez brytyjskiego astronoma WilIiama Herschela w 1781 roku.
Widzialność Urana
W momentach, gdy Uran ma największą jasność można go dostrzec gołym okiem jeśli wiadomo, gdzie go szukać! Podobnie jak inne planety, zmienia on swą pozycję względem gwiazd. Wygląda jak bardzo , słaba gwiazda, ale nie migocze.

Dziwny obrót
Uran obraca się jakby leżał na boku. Żadna inna planeta tak się nie zachowuje. Wielu astronomów sądzi, że ów dziwny obrót jest wynikiem zderzenia Urana z jakimś obiektem o rozmiarach planety, które nastąpiło miliony lat temu.
Pierścienie Urana
Podobnie jak Jowisza i Saturna, Urana otaczają pierścienie. Zostały one odkryte w wyniku obserwacji naziemnej w 1977 roku. Później w roku 1986, sfotografowała i zbadała je sonda Voyager. Pierścienie składają się głównie z pyłu. Szczególnie ciemny jest pył w pierścieniu zewnętrznym.

NEPTUN

Neptun został odkryty w 1846 roku przez niemieckiego astronoma Johanna Gottfrieda Galle. Jest czwartym z gazowych olbrzymów, nieco mniejszym od .Urana. Jeden jego obrót trwa 16 godzin.
Daleka planeta
Neptun jest odległy od Słońca o około 4500 milionów kilometrów. Potrzebuje aż 165 lat, aby dokonać wokół niego jednego pełnego obiegu. Neptuna, nie można zobaczyć gołym okiem, a przez lornetkę wygląda jak gwiazda. Nawet przez największe teleskopy zobaczyć go można jako niewielką, niebieskawą plamkę.
Nieznane szczegóły ze względu na znaczne oddalenie Neptuna od Ziemi, do niedawna astronomowie nie byli w stanie dostrzec na nim żadnych szczegółów. Sądzili, że jest to raczej nieciekawa planeta. Kamery umieszczone na sondzie Voyager 2 pokazały jednak, że Neptun przypomina inne gazowe olbrzymy; w jego atmosferze wieją np. bardzo silne wiatry.
Ciemne plamy
Na Neptunie dostrzeżono szereg ciemnych plam. Największa z nich, mająca rozmiar Ziemi, otrzymała nazwę Wielkiej Ciemnej Plamy. Zapewne jest to , ogromny cyklon.
Wielka Ciemna Plama została odkryta w 1989 roku przez próbnik kosmiczny Voyager 2. Jednak w latach dziewięćdziesiątych nie dostrzegł jej Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Nie wiadomo, dlaczego Wielka Ciemna Plama znikła, ani też czy znowu się kiedyś pojawi.

PLUTON

Przez większość czasu Pluton jest najbardziej odległy planetą Układu Słonecznego. Ma on jednak bardzo wydłużoną orbitę, co powoduje, że przez każde lat 20 trwającego 249 lat obiegu wokół Słońca znajduje się bliżej niego niż Neptun. W latach 1979 —1999 najdalszą planetą pozostaje Neptun.
Planeta daleka i słaba
Odległość Plutona od Słońca bardzo się zmienia. Gdy Pluton znajduje się najbliżej, wynosi ona 4425 milionów kilometrów, gdy najdalej – 7375 milionów kilometrów. Ponieważ planeta ta jest tak oddalona, niełatwo obserwować ją z Ziemi. Pluton, oglądany nawet przez największe teleskopy, wygląda jak mała plamka pozbawiona jakichkolwiek szczegółów. Fotografie wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a sugerują jednak, że planeta ta może przypominać Trytona (księżyc Neptuna). Średnica Plutona wynosi 2300 kilometrów, a więc nieco mniej niż średnica Trytona.

ŹRÓDŁA:
v Astronomia i Wszechświat v L. Miles, A. Smith

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Zjawiska optyczne występujące w przyrodzie

Przyroda, która stworzyła najpiękniejsze góry świata nie poskąpiła nam też innych doznań, które nie istotne w zwykłej szarej codzienności. Cóż znaczy tęcza, albo zachód słońca nad wieżowcami, kto fascynuje się burzą stojąc w ulicznym korku, lub poranną rosą na osiedlowym trawniku? Na przykład w górach można spotęgować swoje doznania upajając się nie tylko pięknymi widokami, ale także niesamowitymi zjawiskami meteo na ich tle. W ścisłej łączności z chmurami obserwowane są w atmosferze różne zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska te nie mają znaczenia praktycznego, jednak dostarczają pewnych wiadomości o charakterze chmur, w których są obserwowane. Są one wywołane odbiciem, załamaniem, ugięciem i interferencją światła słonecznego lub księżycowego w chmurowych kropelkach wody lub kryształkach lodu. Niektóre z nich powtarzają się bardzo często, inne są wielką rzadkością i trzeba mieć dużo szczęścia, aby je zobaczyć.

1. Zjawisko Brockenu.

Zjawisko Brockenu jest zjawiskiem świetlnym rzadko występującym w atmosferze ziemskiej. Powstaje w górach, przy niskim położeniu Słońca nad horyzontem, gdy powiększony do nadnaturalnej wielkości cień obserwatora pojawia się na rozpostartych wprost przed nim, albo niżej od niego chmurach warstwowych, zalegających w dolinach (tzw. morze chmur, morze mgieł). Inaczej mówiąc, obiekt znajdujący się pomiędzy Słońcem, a spełniającymi rolę potężnego ekranu chmurami, rzuca cień wnikający głęboko w chmury. Cień często otoczony jest barwną aureolą. Jeżeli w “widowisku” bierze udział kilka osób, to każda z nich widzi jedynie swoją aureolę. Nazwa zjawiska pochodzi od wzniesienia Brocken (1142 m) w górach Harz (Niemcy), gdzie zaobserwowano je po raz pierwszy.

2. Słup światła.

W chmurach piętra górnego zbudowanych z kryształków lodowych, zwłaszcza w chmurach warstwowo-pierzastych, powstają zjawiska, zwane halo. Tak nazywają się przede wszystkim jasne pierścienie (kręgi) o środkach, położonych centralnie w Słońcu lub Księżycu. Oprócz pierścieni, które są podstawowymi postaciami zjawisk halo występują również pionowe słupy świetlne, przechodzące przez tarczę Słońca lub Księżyca i obserwowane powyżej i poniżej tych ciał niebieskich, oraz bezbarwny poziomy krąg przysłoneczny, położony na tej samej wysokości kątowej co Słońce. Słup światła występuje przy chmurach typu Cirrus i Altocumulus. W bezwietrzny mroźmy poranek można czasami zobaczyć, jak nad Słońcem widać w powietrzu igły połyskujące w jego promieniach oraz słupy świetlne. Słupy świetlne bywają także czasami widoczne podczas bezwietrznej, mroźnej pogody nad latarniami. Pojawienie się tych słupów związane jest z odbiciem promieni od ścian unoszących się w powietrzu kryształków lodu. Aby można było zaobserwować to zjawisko musi w powietrzu znajdować się obłok kryształków lodu , których ścianki znajdują się w poziomie. Wtedy promienie odbijają się od nich, jednak nie widać słupów. Aby były one widoczne, płytki muszą być lekko odchylone od linii horyzontu. Wtedy następuje załamanie promieni słonecznych. Oko rzutuje je na sklepienie niebieskie i obserwatorowi wydaje się, że pod lub nad słońcem powstają słupy świetlne. Słupy poziome tworzą się poprzez odbicie promieni światła od kryształków, które spadając obracają się wokół swojej osi pionowej. Słupy tworzące się nad latarniami są wywołane odbiciem światła od płatków śniegu, kropel mgły lub cząstkach pyłu unoszącego się w powietrzu.

3. Iryzacja.

Iryzacja, to tęczowe barwy powstające czasem na powierzchni przezroczystych ciał w wyniku interferencji światła (oświetlenia światłem białym, przez co uzyskuje się wygaszenie pewnych, oraz wzmocnienie innych barw. Obserwuje się je, jako mieniące się, tęczowe plamy barwne na wodzie. Układy barw przeważnie zielonych i różowych, często o odcieniach pastelowych, są obserwowane na chmurach. Barwy te bywają niekiedy pomieszane, niekiedy zaś w postaci smug prawie równoległych do brzegów chmur. Barwy iryzacji są często błyszczące i przypominają kolor masy perłowej. Zjawisko iryzacji chmur w istocie jest tego samego pochodzenia co wieńce i występuje przy chmurach kłębiastych Cirrocumulus, Altocumulus i Stratocumulus.

4. Wieniec.

Wieniec jest to jedna lub kilka (rzadko więcej niż trzy) serii barw pierścieni o stosunkowo małym promieniu, otaczających bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (lub sztucznego źródła światła). W każdej serii pierścień wewnętrzny jest fioletowy lub niebieski, a pierścień zewnętrzny – czerwony; między nimi mogą występować inne barwy. Najbardziej wewnętrzna seria, mająca promień na ogół nie większy niż 5 stopni i nosząca nazwę aureoli, wykazuje zwykle wyraźny pierścień zewnętrzny o czerwonawej lub kasztanowej barwie. Wieńce wywołane są ugięciem światła w znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach, zbudowanych z drobnych, jednorodnych kropelek wody, zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste – Cirrocumulus, Altocumulus i Stratocumulus.

5. Gloria.

Gloria powstaje na skutek dyfrakcji światła (ugięcia fal) na kroplach wody lub kryształkach lodu. Jest zjawiskiem optycznym polegającym na wystąpieniu barwnych pierścieni wokół cienia obserwatora widocznego na tle chmur lub mgły, przy czym niebieski pierścień ma mniejszą średnicę od czerwonego. Gloria podobna jest do wieńca, jednak powstaje nie dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu, położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to występuje na chmurach, położonych na wprost przed obserwatorem, albo niżej od niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy. Gloria powstaje wskutek ugięcia się światła, uprzednio odbitego od kropelek chmur, tak że powraca ono od chmur w tym samym kierunku, w jakim na nie padało.
Uwaga. Jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora, jego cień wydaje się bardzo duży; nazywa się to wówczas zjawiskiem Brockenu, niezależnie od tego czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony barwną glorią. Najczęściej występuje przy chmurach średnich Altocumulus i Altostratus.

6. Tęcza.

Tęcza jest jednym z efektowniejszych zjawisk optycznych w atmosferze. Jest to układ koncentrycznych łuków o barwach od fioletowej do czerwonej, wywołanych przez światło Słońca lub Księżyca, padające na zespół kropel wody w atmosferze (krople deszczu, mżawki lub mgły). W tęczy głównej barwa fioletowa występuje po wewnętrznej stronie, a barwa czerwona po zewnętrznej stronie. W tęczy wtórnej, o znacznie mniejszej jasności od tęczy głównej, czerwona barwa jest od wewnątrz, a fioletowa na zewnątrz. Zjawisko powstaje na skutek rozszczepienia światła białego i odbicia go wewnątrz kropel deszczu. Łuk pierwszy to wynik jednokrotnego, a drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła wewnątrz kropli (stąd odwrócona kolejność barw i mniejsze natężenie światła). Tęczę obserwuje się na tle chmur, z których pada deszcz, znajdujących się po przeciwnej stronie nieba niż Słońce (zjawisko obserwowano również przy świetle Księżyca). Warunki, przy których obserwuje się typową tęczę mają przeważnie miejsce w przypadku chmur kłębiastych deszczowych. Natężenie światła, szerokość i barwa tęczy wahają się w szerokim przedziale w zależności od rozmiarów kropel. Tęczę obserwuje się również w bryzgach fal morskich, wodospadów i fontann. Dlaczego widzimy tylko łuk, a nie całą ścianę kolorowych barw? Wynika to z tego, że wszystkie promienie słoneczne ?wpadają? do kropli wody równolegle względem siebie i ?wpadają? do oka pod określonym kątem w stosunku do kierunku padania promieni słonecznych, 42 lub 52 stopnie.

7. Halo.

Halo jest jednym z ciekawszych zjawisk świetlnych (optycznych) na niebie i powstaje na skutek załamania światła w chmurze zawierającej kryształki lodu. Występuje, jako barwny, biały lub w przeważającej części biały, świetlisty pierścień, w którego środku znajduje się tarcza Słońca lub Księżyca. Krąg ten ma zwykle słabo widoczne zabarwienie czerwone od wewnątrz i w rzadkich przypadkach fioletowe na zewnątrz. Część nieba wewnątrz kręgu jest wyraźnie ciemniejsza niż na zewnątrz. Pierścień o średnicy 22° (tzw. małe halo) powstaje przez załamanie na powierzchniach kryształków o kącie łamiącym 60° natomiast o średnicy 46° (rzadziej występujące tzw. duże halo), powstaje podczas załamania światła na krawędziach kryształków wzajemnie do siebie prostopadłych (kryształki lodu są graniastosłupami prostymi o podstawie sześciokątnej). Zjawisko halo występuje przy chmurach typu Cirrus.

8. Miraż pustynny.

Rozważając zjawisko miraży, musimy rozważyć sposób załamywania się promienia świetlnego. Bowiem promień zawsze skręca w kierunku gęstszego powietrza, bądź środowiska. Gęstsze powietrze, jest to powietrze o wyższej temperaturze, cząsteczki jego poruszają się szybciej oraz jest ono gęstsze. Potoczną nazwą tego zjawiska jest ?fata-morgana? i kojarzy się najczęściej z widocznym na pustyni jeziorem otoczonym palmami. Jak zachodzi to zjawisko ?Jak już wspomniałam podstawą jest różnica temperatur przy powierzchni Ziemi. W dzień piasek na pustyni nagrzewa się bardziej niż powietrz i w efekcie po nadejściu wieczoru ogrzewa on najbliższą warstwę powietrza. Powstaje ?warstwowy układ temperatury? ? przy Ziemi najcieplej, a kilka metrów wyżej jest już ono dużo chłodniejsze. Promień światła przechodzący nad powierzchnią zostaje zagięty w górę, w kierunku chłodniejszego ( gęstszego ) powietrza.
Podobnie powstaje miraż obserwowany na rozgrzanej drodze. Wygląda to jak mokra plama, w której widzimy odbicie. Jest to efekt pozornych odbić dalekiego krajobrazu lub nieba.

9. Miraż dolny i górny.
Miraże dolne obserwuje się pod horyzontem. Powstają one na bardzo gorących, rozgrzanych obszarach, takich jak pustynie lub stepy. Temperatura Ziemi w tamtym miejscu jest o wiele wyższa od temperatury najniższej warstwy powietrza.. Miraże dolne mogą być odwrócone lub proste. Przykładem takiego mirażu jest sytuacja, gdy jedziemy samochodem w upalny dzień i na drodze w oddali wydaje się, ze widzimy wodę albo brzeg jeziora. Jednak tak naprawdę jest to obraz nieba odbity od najniższych warstw nad drogą w danej odległości od nas. Miraż górny powstaje powyżej linii horyzontu. Ten rodzaj mirażu można najczęściej zaobserwować nad morzem, ponieważ temperatura powietrza jest znacznie niższa od temperatury morza.
Promienie odbite ulęgają takiemu zakrzywieniu, ze obserwator widzi ich obrazy powyżej linii horyzontu.

10.Zorza polarna.

Jest ona jednym z najpiękniejszych zjawisk optycznych zachodzących w przyrodzie. W większości przypadków zorze polarne mają odcień zielony lub niebieskozielony. Występują w postaci wstęg (intensywne) lub plam (mniej intensywne) podobnych do obłoków. Ziemia można nazwać olbrzymim magnesem. Linie pola magnetycznego Ziemi wychodzą z obszaru przylegającego do północnego bieguna, opasują kulę ziemską i wchodzą w obszarze południowego bieguna magnetycznego. Cząstka naładowana wpadając w pole magnetyczne Ziemi porusza się ruchem spiralnym wokół linii pola. Zorza polarna powstaje na zasadzie żarówki jarzeniowej. Tam wzbudzone atomy gazów oddają otrzymaną energię w postaci światła. Podczas zjawiska zorzy polarnej protony i elektrony wpadające w obręb pola magnetycznego Ziemi z wiatru słonecznego (spowodowanego wybuchami na Słońcu) powodują jonizację i wzbudzenie atomów i cząsteczek gazów znajdujących się w atmosferze. Zjawisko to ma najczęściej miejsce w pobliżu biegunów ziemskich, ponieważ tam jest największa koncentracja protonów i elektronów (w obszarach polarnych indukcja pola magnetycznego jest większa niż w pozostałych).Świecenie zielone i czerwone powodują wzbudzone atomy tlenu, podczerwone i fioletowe ? zjonizowane cząsteczki azotu. Zorze pojawiają się zazwyczaj dzień lub dwa po wybuchach na Słońcu.

11. Zaćmienie słońca i księżyca.

Zaćmienia Słońca, zwłaszcza całkowite, są jednymi z najciekawszych zjawisk jakie można obserwować na ziemskim niebie. Dochodzi do nich, gdy Księżyc poruszający się po orbicie wokół Ziemi znajdzie się pomiędzy Słońcem a Ziemią. W zależności od rozmiarów kątowych oraz wzajemnego położenia tarczy Słońca i Księżyca w momencie zaćmienia wyróżnia się zaćmienia częściowe, całkowite i obrączkowe. Zaćmienia Księżyca również są bardzo efektownymi zjawiskami astronomicznymi. Dochodzi do nich, gdy Ziemia znajdzie się pomiędzy Słońcem a Księżycem przesłaniając promienie słoneczne padające na Księżyc. W zależności od tego jaki fragment tarczy Księżyca znajdzie się w cieniu lub półcieniu Ziemi wyróżnia się zaćmienia częściowe, całkowite i półcieniowe. Zaćmienia Księżyca mogą być częściej obserwowane od zaćmień Słońca, ponieważ widać je z całej nocnej półkuli Ziemi. Będzie ono widoczne na terenie całego kraju we wczesnych godzinach porannych. Tylko w na północnym wschodzie kraju zaćmienie będzie widoczne od początku do końca, natomiast prawie w całej Polsce nie będzie można obserwować początku zaćmienia, gdyż wystąpi jeszcze w czasie, gdy Słońce będzie pod horyzontem. Da to szansę na obserwację wschodzącej częściowo zaćmionej tarczy Słońca gołym okiem, bez użycia jakichkolwiek filtrów. Maksymalna faza wystąpi około godzinę po wschodzie Słońca i wyniesie 0,8. Zaćmienie zakończy się około 2 godziny od momentu rozpoczęcia. Najbliższe obrączkowe zaćmienie Słońca blisko granic Polski wystąpi 3 października 2005 roku w Hiszpanii. Najbliższe całkowite zaćmienie Słońca blisko granic Polski będzie widoczne 29 marca 2006 roku w Turcji. Ostatnie półcieniowe zaćmienie Księżyca było widoczne w Polsce 20 listopada 2002 roku. Maksymalna faza wyniosła 0,89. Zaćmienie rozpoczęło się o godzinie 0:33 czasu zimowego a zakończyło się o 5:01 CSE, maksimum zaćmienia nastąpiło o 2:47 CSE. Warunki widoczności zaćmienia będą dobre, gdyż Księżyc w czasie maksymalnej fazy będzie się wznosił na wysokość około 40 stopni nad horyzontem. Niestety, w naszym kraju tylko początek zaćmienia będzie widoczny, Księżyc zajdzie przed momentem wystąpienia fazy całkowitej.

12. Zjawisko cienia i półcienia.

Światło rozchodzi się po linii prostej, więc gdy napotka przeszkodę o rozmiarach podobnych z długością fali ? , to z tyłu za nią pojawi się cień. Jeżeli źródło światła jest punktowe to utworzy się cień pełny, a jeżeli źródło światła będzie miało duże rozmiary liniowe, to z tyłu przedmiotu utworzą się obszary cienia i półcienia.

Istnieje dużo różnych zjawisk optycznych i wciąż są odkrywane nowe. Wszystkie te zjawiska są zasługa naszej przyrody i to dzięki niej możemy cieszyć się ich pięknem. Odkrywanie tych zjawisk jest często zaskakujące jak np. widmo Brockenu, które większość ludzi często myli z np. objawieniem. Myślę, ze wszystkie zjawiska optyczne w przyrodzie ubarwiają naszą szarą rzeczywistość.

Źródła:
? Encyclopedia Gutenberga;
? Świat wiedzy;
? Wiedza i życie;
? ? Jak to się dzieje??- Książka;

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Znaczenie wody oraz powietrza w życiu człowieka i innych organizmów żywych

Znaczenie wody

Woda jest potrzebna wszystkim żywym organizmom. Bez wody nie byłoby życia. Dla niektórych zwierząt jest środowiskiem życia. Woda jest podstawowym składnikiem każdej żywej komórki. Jest potrzebna we wszystkich procesach przemiany materii. Ciało człowieka zawiera od 58% do 65% wody, ryby około 80%, rośliny lądowe zawierają od 50% do 75% a rośliny wodne nawet do 98%. W ciągu doby dorosły, zdrowy człowiek powinien spożyć 2,5L wody. Przyjmujemy wodę w pokarmach i napojach, a wydalamy w postaci moczu i potu, część zaś zużywana jest w procesach przemiany materii. Zbyt mała ilość spożycia wody powoduje odwodnienie organizmu oraz zaburzenie procesów życiowych: trawienia, oddychania, krążenia krwi i wydalania. W końcu może spowodować śmierć.

Zanieczyszczenia wód

Czystość wody jest niewątpliwie problemem w skali światowej. W krajach rozwiniętych nie wchodzi już w rachubę nie tylko picie wody bezpośrednio z rzek, ale i jakość wody z kranu często budzi wątpliwości. Skażenie rzek i wód gruntowych, z których człowiek czerpie wodę pitną stale rośnie. Woda ta, do której zresztą spływają ścieki, jest oczywiście oczyszczana, ale najbardziej zaawansowane technologie nie zdołają wyeliminować wszystkich zanieczyszczeń. W dodatku ścieki pochodzące z przemysłu, rolnictwa i gospodarstw domowych coraz bardziej pogarszają stan wód. Ren, najważniejsza rzeka Europy, zbiornik wody pitnej dla 20 milionów osób, jest równocześnie jedną z najbardziej zanieczyszczonych rzek na świecie: rocznie wprowadza się do niej około 10 tys. ton najróżniejszych substancji chemicznych. Różne gałęzie przemysłu, szczególnie chemiczny, hutniczy i metalurgiczny powodują przedostawanie się do wody wielu produktów toksycznych: metali ciężkich, arsenu, cyjanków, a przecież kadm jest toksyczny dla nerek. Na “zwykłe” skażenie wód powierzchniowych nakładają się regularnie skutki wypadków, np. pożary fabryk chemicznych. Wodę zatruwają także niektóre praktyki stosowane w rolnictwie. Nawozy sztuczne i pestycydy, jak również gnojowica z chlewni, wprowadzają do niej azotany. Azotany same w sobie nie są szkodliwe, ale przekształcone w azotyny mogą być bardzo niebezpieczne wywołując np. sinice, na którą narażone są przede wszystkim niemowlaki. Podobnie jak fosforany z proszków do prania tak i azotany powodują też zjawisko eutrofizacji, to znaczy gwałtowny rozwój alg i roślin wodnych, zapychających urządzenia zasilające w wodę i nadających jej przykry smak. Zarówno wody powierzchniowe jak i podziemne są już zanieczyszczone, należy, więc zaprzestać wrzucania do nich toksycznych odpadów i poprawić metody uzdatniania. Francja, usuwająca tylko 1/3 zanieczyszczeń pochodzących z gospodarstw domowych, pozostaje w tej dziedzinie znacznie spóźniona w porównaniu z Wielką Brytanią, Szwecją, Niemcami czy Stanami Zjednoczonymi. Oczyszczanie nie zawsze jednak jest skuteczne: wiele stacji uzdatniania wody jest już przestarzałych, a koszty procesu będą przypuszczalnie rosły wraz z koniecznością usuwania fosforanów i azotanów. Samo uzdatnianie nie powinno być szkodliwe. W rzeczywistości, aby usunąć bakterię posługujemy się środkami chemicznymi, np. ozonem (w stacjach najbardziej nowoczesnych) lub chlorem używanym od 1893 roku, który jednak w reakcji z substancjami humusowymi przekształca się w wodzie w pochodne znane z własności rakotwórczych. W krajach ubogich na problem zanieczyszczenia wody nakładają się trudności dostępu do niej: jedynie 1/4 ludności planety korzysta z wody bieżącej. Jeżeli półtora miliarda osób nie ma dziś wody pitnej, to aż 1.8 miliardów ludzi, w tym 330 milionów w krajach OECD, nie ma nawet instalacji sanitarnych. Aby zapewnić wodę pitną ludności miejskiej w trzecim świecie w roku 2005, potrzeba środków finansowych przekraczających absolutnie możliwości tych krajów. Trudno się, zatem dziwić, że choroby związane ze złą jakością wody znajdują się tam na czołowych miejscach listy przyczyn śmiertelności.

Krążenie wody w przyrodzie

Woda w przyrodzie znajduje się w ciągłym ruchu, zmieniając stan skupienia i krążąc między atmosferą, powierzchnią ziemi i litosferą. Krążenie wody wywołane jest głównie przez dwa czynniki: energię parowania słonecznego i siłę ciężkości. Energia słoneczna powoduje parowanie z wolnej powierzchni wody: z oceanów, mórz, jezior i rzek, a także wód występujących w roślinach, zwierzętach, glebie i gruncie. Woda w postaci pary wodnej przenika do atmosfery , gdzie wędruje wraz z prądami powietrza – niekiedy na bardzo duże odległości. Faza atmosferyczna w cyklu krążenia kończy się opadem. Opad dostający się na powierzchnię lądu rozpoczyna fazę kontynentalną, która obejmuje spływ powierzchniowy, ewentualnie infiltrację wody i odpływ podziemny. Proces zatrzymania, czy też zwolnienia krążenia wody w jej naturalnym obiegu nazywamy retencją. Obserwujemy retencję powierzchniową, np. śniegową, lodową, lodowcową, rzeczną i jeziorną oraz retencję podziemną: glebowa, gruntowa, wód wgłębnych i głębinowych. Bardzo ważnym procesem zachodzącym w cyklu obiegu przyrodniczego wody jest infiltracja – polega ona na wnikaniu, wsiąkaniu wody opadowej bądź powierzchniowej w litosferę, globalnie infiltracji na lądach podlega ok. 20% opadu, 17,4% spływu powierzchniowego i aż 62,6% spływu powierzchniowego. Dla Polski procent infiltrujących wód opadowych osiąga średnio ok.18,2%, wobec 19,3% infiltracji opadów w europie zachodniej i środkowej, w strefach eksploatacji węgla infiltracja sięga ok. 505, np. Górny Śląsk.

Powietrze

Oprócz wody każdemu żywemu organizmowi potrzebne jest również powietrze. Powietrze to powłoka gazowa, bezbarwna i bezwonna mieszanina gazów zwana atmosferą, składająca się z azotu – 78%, tlenu – ok. 21%, gazów szlachetnych, dwutlenku węgla – 0,03% oraz pary wodnej i zanieczyszczeń pochodzenia organicznego i mineralnego. Stanowi ona warstwę grubości od 8 km do 18 km, zawsze w ruchu, warstwę otaczającą naszą planetę. Jego istnienie wyczuć można, gdy oddychamy lub, gdy wieje wiatr. Ciągłe wirowanie i przemieszczanie się powietrza powoduje zmiany pogody. Powietrze bardzo rzadko bywa całkowicie suche, ponieważ zawiera parę wodną. Bez niej nie było by chmur, życia na Ziemi a także deszczu.

Zanieczyszczenia powietrza.

Zanieczyszczenia powietrza są głównymi przyczynami globalnych zagrożeń środowiska. Najczęściej i najbardziej zanieczyszczają atmosferę: dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz pyły. Powietrze zanieczyszczają, wszystkie substancje gazowe, stale lub ciekłe, znajdujące się w powietrzu w ilościach większych niż ich średnia zawartość. Ogólnie zanieczyszczenia powietrza dzieli się na pyłowe i gazowe. Światowa Organizacja Zdrowia definiuje powietrze zanieczyszczone jako takie, którego skład chemiczny może ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, roślin i zwierząt, a także na inne elementy środowiska (wody, gleby). Zanieczyszczenia powietrza są najbardziej niebezpieczne ze wszystkich zanieczyszczeń, gdyż są najbardziej mobilne i mogą skazić na dużych obszarach praktycznie wszystkie elementy środowiska. Głównymi źródłami zanieczyszczeń są: uprzemysłowienie i wzrost liczby ludności przemysł energetyczny i motoryzacja pogorszyły znacznie jakość powietrza. Rosnące zapotrzebowanie na energie uczyniło ze spalania główne źródło zanieczyszczeń atmosferycznych pochodzenia antropogenicznego. Najważniejsze z nich to: dwutlenek siarki (SO2), tlenki azotu (NO), tlenek węgla (CO), ozon (O3) troposferyczny, ołów (Pb) i pyły. Antropogennymi źródłami zanieczyszczeń powietrza są m.in.: chemiczna konwersja paliw, wydobycie i transport surowców, przemysł chemiczny, rafineryjny i metalurgiczny, cementownie, składowiska surowców i odpadów, motoryzacja. Naturalne źródła zanieczyszczeń powietrza to: wybuchy wulkanów, erozja wietrzna skal, pyl kosmiczny, niektóre procesy biologiczne, pożary lasów i stepów. Zanieczyszczenia powietrza są wchłaniane przez ludzi głównie w trakcie oddychania. Przyczyniają się do powstawania schorzeń układu oddechowego, a także zaburzeń reprodukcji i alergii. W środowisku kulturowym człowieka zanieczyszczenia powietrza powodują korozje metali i materiałów budowlanych. Działają niekorzystnie również na świat roślinny, zaburzając procesy fotosyntezy, transpiracji i oddychania.

Wyróżnia się trzy główne źródła emisji zanieczyszczeń do atmosfery:

1. Punktowe – są to głównie duże zakłady przemysłowe emitujące pyły, dwutlenku siarki, tlenku azotu, tlenku węgla, metale ciężkie.

2. Powierzchniowe (rozproszone) – są to paleniska domowe, lokalne kotłownie, niewielkie zakłady przemysłowe emitujące głównie pyły, dwutlenek siarki.

3. Liniowe – są to głównie zanieczyszczenia komunikacyjne odpowiedzialne za emisje tlenków azotu, tlenków węgla, metali ciężkich (głównie ołów).

Wyróżnia się 4 główne skutki zanieczyszczeń powietrza:

Kwaśny deszcz

“Kwaśne deszcze” to opady atmosferyczne, który w kroplach zawiera kw. siarkowy, powstały w atmosferze zanieczyszczonej tlenkami siarki ze spalania zasiarczonego węgla. Przyczyniają się do zwiększenia śmiertelności niemowląt i osłabienia płuc, powoduje zakwaszania rzek i jezior, niszczenie flory i fauny, degradacje gleby, niszczenie zabytków i architektury.

Smog

Zanieczyszczone powietrze zawierające duże stężenia pyłów i toksycznych gazów, których źródłem jest głównie motoryzacja i przemysł. Rozróżnia się dwa rodzaje smogu:

1) Smog typu Los Angeles, może wystąpić od lipca do października przy temperaturze 24¸35°C, powoduje graniczenie widoczności do 0,8 ¸1,6 km (powietrze ma brązowawe zabarwienie). Głównymi zanieczyszczeniami są: tlenek węgla, tlenki azotu, węglowodory aromatyczne, ozon, pyły przemysłowe. Dla wytworzenia się smogu tego typu konieczne jest silne nasłonecznienie powietrza, natomiast ani dym, ani mgła nie maja większego znaczenia.

2) Smog typu Londyńskiego, może wystąpić w zimie przy temperaturze -3¸5°C, powoduje ograniczenie widoczności nawet do kilkudziesięciu m. Głównymi zanieczyszczeniami powietrza są: dwutlenek siarki, dwutlenek węgla, pyły. Smog powoduje duszność, łzawienie, zaburzenie pracy układu krążenia, podrażnienie skóry. Wywiera również silne działanie korozyjne na środowisko.

Dziura ozonowa

Spadek zawartości ozonu (O3) na wysokości 15-20 km głównie w obszarze bieguna południowego, obserwowany od końca lat 80. Tempo spadku wynosi ok. 3% na rok. Największe znaczenie maja w tym procesie związki chlorofluoroweglowe (freony), z których uwolniony chlor (pod wpływem promieniowania ultrafioletowego) atakuje cząsteczki ozonu, prowadząc do wyzwolenia tlenu (O2) oraz tlenku chloru (C1O). Tempo globalnego spadku ozonu stratosferycznego pod wpływem działalności człowieka (z wyjątkiem Antarktydy), oszacowane na podstawie badań satelitarnych, wynosi 0,4-0,8% na rok w północnych, umiarkowanych szerokościach geograficznych i mniej niż 0,2% w tropikach. Powłoka ozonowa jest naturalnym filtrem chroniącym organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym. W celu jej ochrony z inicjatywy UNEP (Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych) przedstawiciele 31 państw podpisali w 1987 Protokół Montrealski – umowę zakładająca 50-procentowy spadek produkcji freonów do roku 2000, w stosunku do 1986. Od 1990 obserwowane jest zmniejszenie tempa wzrostu freonów w atmosferze – z 5% rocznie do mniej niż 3%. W 1995 Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii przyznano za badania nad wpływem freonów na ozon atmosferyczny (M. Molina, F.S. Rowland) oraz badania nad powstawaniem i reakcjami ozonu atmosferycznego (P. Crutzen – chemik holenderski).

Freony

Pochodne chlorowcowe węglowodorów nasyconych, zawierające w cząsteczce jednocześnie atomy fluoru i chloru, niekiedy także bromu, np. dichlorodifluorometan CCl2F2 (F-12), dichlorotetrafluoroetan C2C2F4 (F-114). Niższe freony maja duża prężność pary w niskich temperaturach i duże ciepło parowania, są bezwonne lub maja zapach eteru, pozbawione barwy, nietrujące i niepalne, nie powodują korozji metali, są łatwe do skroplenia, odznaczają się małym napięciem powierzchniowym i lepkością. Niższe freony można otrzymać w reakcji tetrachlorometanu z fluorowodorem. Wyższe freony wykorzystywane są jako smary i oleje izolacyjne. Gazowe freony były szeroko stosowane w urządzeniach chłodniczych oraz jako propelenty w rozpylaczach kosmetycznych i gaśnicach. Obecnie są wycofywane ze względu na niszczące działanie wywierane przez nie na warstwę ozonowa (dziura ozonowa) w stratosferze, gdzie pod wpływem promieniowania UV o długościach fal w zakresie 190-220 nm. freony ulegają fotolizie, prowadzącej do uwolnienia atomów chloru, które reagują dalej. Stężenie freonów w dolnej stratosferze dochodzi do 5 ppb i ma tendencje wzrostowa.

Zanieczyszczenia w Polsce

Stan powietrza atmosferycznego jest uwarunkowany przez emisje zanieczyszczeń do atmosfery z terytorium Polski, transport trans graniczny oraz warunki meteorologiczne. Polska zajmuje III miejsce na świecie w zanieczyszczeniu powietrza. Nadmierne zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego występuje na ponad 20% powierzchni Polski.

Czynnikami powodującymi taki stan są:

- energetyka oparta na węglu kamiennym i brunatnym
- rozwinięty, ale niedoinwestowany ekonomicznie przemysł surowcowy
- niedobór instalacji oczyszczających gazy odlotowe
- dynamicznie rozwijający się transport samochodowy (pojazdy i drogi)
- opóźnienie w rozwoju prawa ekonomicznego i jego egzekucji
Stan czystości powietrza na Górnym Śląsku zależy od emisji zanieczyszczeń z krajowych źródeł przemysłowych oraz ich napływu z Czech i Niemiec. Z terytorium Polski zanieczyszczenia transportowane są nad terytorium wschodnich i północnych sąsiadów. Polska należy do krajów wymieniających zanieczyszczenia tzn. ze wielkość „eksportu” zanieczyszczeń jest zbliżona do wielkości „importu”. Szacuje się, ze w Polsce ogólna emisja zanieczyszczeń gazowych wyniosła w 1994 r., co najmniej 10 milionów ton, w tym dwutlenku siarki (SO2) – 2.6 milionów ton (1989- 3,9 miliona ton, 1991- 3,0 miliony ton), tlenków azotu – 1,1 miliona ton (1989-1,5 miliona ton, 1991-1,2 miliona ton), tlenku węgla (CO) – 4,4 miliona ton, lotnych substancji organicznych – 1,7 miliona ton, amoniaku (NH3) – 384 tys. ton, dwusiarczku węgla (CS2) -20 tys. ton, siarkowodoru (H2S) – 9 tys. ton i związków fluoru – 4 tys. ton, dodatkowo emisja dwutlenku węgla (CO2) jest szacowana na ok. 400 milionów ton. Emisja pyłów 1989-94 zmniejszyła się z 2,4 miliona ton do 1,4 miliona ton rocznie.
Przestrzenny rozkład emisji zanieczyszczeń jest bardzo nierównomierny – największy poziom osiąga ona na obszarach dużych aglomeracji miejskich oraz głównych okręgach przemysłowych. Zdecydowanie najgorsza sytuacja występuje w województwie śląskim, gdzie na obszarze stanowiącym zaledwie 2,1% powierzchni Polski koncertuje się aż 20-25% krajowej emisji dwutlenku siarki (SO2), tlenków azotu i pyłów. Od wielu lat są tu przekraczane wartości dopuszczalnych stężeń wszystkich ważniejszych zanieczyszczeń atmosfery, w tym metali ciężkich, tlenku węgla i węglowodorów. Na obszarach zurbanizowanych, zwłaszcza przy ruchliwych ulicach miejskich występuje podwyższone w stosunku do poziomu dopuszczalnego zapylenie oraz stężenie szkodliwych gazów. Kraków jest trzecim, co do wielkości miastem w Polsce, zamieszkanym przez 745 tys. ludzi. Aglomeracja ta została doprowadzona do stanu zagrożenia ekologicznego, którego przyczyna jest działalność człowieka. Stan ten przejawia się w zanieczyszczeniu powietrza, wód i degradacji gleb. Głównymi źródłami zagrożeń prócz samego miasta są zakłady przemysłowe. W Krakowie i niektórych miastach Górnego Śląska występuje kwaśny smog typu Londyn. Zanieczyszczenie powietrza ma ogromny wpływ na życie człowieka. Smog kwaśny poraża oskrzela, drogi oddechowe, układ krążenia. Doprowadza również do degradacji zabytków.

Żeby oczyścić powietrze należy dokonać:

- zmian technologicznych
- zamontować skuteczne urządzenia oczyszczające na wszystkich emitorach zanieczyszczeń (cyklony, odpylacze, absorbery, adsorbery, reaktory katalityczne, kompresory, kondensatory, piece do spalania)
- ustalić prawidłowe kryteria oceny zanieczyszczeń

Od początku lat 90 – tych obserwuje się zmniejszenie emisji zanieczyszczeń powietrza, co początkowo było spowodowane spadkiem produkcji przemysłowej, obecnie – postępem w instalowaniu urządzeń ochronnych. Wzrasta liczba urządzeń odpylających i ich średnia skuteczność. Powstają nowe instalacje odsiarczania spalin i usuwania z nich tlenków azotu. Ilość zanieczyszczeń zatrzymanych i zneutralizowanych w urządzeniach oczyszczających w przypadku pyłów stanowi ok. 98% zanieczyszczeń wytworzonych a w przypadku dwutlenku siarki – ok.26%. Prędkość samooczyszczania się powietrza trwa kilka dób.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Wpływ pradu elektrycznego na organizmy żywe

Skutki działania prądu na organizm człowieka można rozpatrzyć jako fizyczne (np. cieplne), chemiczne (np. zmiany elektrolityczne) lub biologiczne (np. zaburzenia czynności).
Prąd stały działa na człowieka inaczej niż prąd zmienny. Jedną z różnic jest działanie prądu na obdarzone ładunkiem elektrycznym cząsteczki będące składnikami komórek. Pod wpływem doprowadzonego napięcia cząsteczki te przemieszczają się , co prowadzi do zmian stężenia jonów w komórkach i przestrzeniach międzykomórkowych. Im dłuższy jest czas przepływu prądu w tym samym kierunku, tym większych przemieszczeń jonów należy oczekiwać. Od właściwych stężeń jonów zależy czynność wielu komórek, miedzy innymi komórek mięśni i komórek nerwowych, dlatego też, zmieniają się stężenia jonów w wyniku przepływu prądu prowadzą do zaburzenia czynności tych komórek. Prądy przemienne o dużej częstotliwości nie wywołują zaburzeń przewodnictwa w nerwach, skurczów mięśni i zaburzeń w czynności mięśnia sercowego, mogą jednak doprowadzić do poważnych uszkodzeń w skutek wytwarzania ciepła na drodze przepływu przez ciało. Prądu o bardzo wielkich częstotliwościach (rządu kilku tysięcy Hz) mają stosunkowo małą zdolność przenikania w głąb tkanki. Im częstotliwości są większe, tym działanie prądu jest bardziej powierzchniowe. W praktyce najbardziej niebezpieczne dla człowieka są prądy przemienne o częstotliwości 50, 60 Hz, a więc częstotliwości przemysłowej.

Progowe wartości odczucia przepływu prądu przez elektrodę trzymaną w ręku:·Dla mężczyzny:
Prąd stały 5,0 mA
Prąd przemienny (50 ¸ 60 Hz) 1,1 mA
·Dla kobiety:
Prąd stały 3,5 mA
Prąd przemienny (50 ¸ 60 Hz) 0,7 mA

Prąd przemienny przepływając przez mięśnie, powoduje ich silne skurcze. Człowiek obejmujący ręką przewód doznaje skurczu mięśni zginające palce, co powoduje powstanie zjawiska zwanego „przymarzaniem” (nie udaje się oderwać ręki od przewodu). Wartości prądu „oderwania” (samo uwolnienie) wynoszą: dla mężczyzny – 16mA, dla kobiety – 10,5 mA.
Przyjęto więc górną granice prądu oderwania wynoszącą 10 ¸12 mA przy prądzie przemiennym 50 ¸ 60 Hz.
Skutki przepływy prądu przez ciało zależy od wartości, rodzaju prądu (stały czy zmienny oraz jego częstotliwość), drogi i czasu przepływu prądu oraz stanu zdrowia porażonego. Decydujący wpływ, gdy chodzi o niebezpieczeństwo porażeń, ma wartość prądu i czas przepływu. Prąd przepływający przez ciało człowieka wpływa na wartość rezystancji wewnętrznej ciała oraz na wartości niewielkie, lecz najbardziej niebezpiecznej składowej prądu przepływającej przez serce.

Działanie prądu elektrycznego na krążenie krwi i oddychania

Przepływ krwi w naczyniach krwionośnych jest wywołany pracą serca. Mimo że przez serce przepływa niewielka część prądu rażenia, może ona spowodować śmiertelne skutki. Przy porażeniu prądem przemiennym o częstotliwości 50¸60 Hz najczęściej występuje migotanie komórek serca. Stan ten należy do naj trudniej odwracalnych. Istotnym czynnikiem decydującym o wystąpieniu migotania komórek jest czas przepływu prądu, a w wypadku krótko trwałych przepływów, moment, na jaki przypadł przepływ prądu. Jeśli przypada on na początek rozkurczów (przerwa w pracy serca), to prawdopodobieństwo wystąpienia migotania jest duże. Przy czasie przepływu krótszym niż 0,2 s, wystąpienie migotania komórek jest rzadkie.
Podczas rażenia występują również zaburzenia oddychania. Przepływ prądu przez mózg może spowodować zahamowanie czynności ośrodka oddechowego sterującego czynnością oddychania, po krótkim czasie może nastąpić ustanie oddychania, krążenie krwi (z powodu z braku tlenu) i śmierć. Podczas przepływu prądu przez klatkę piersiową dochodzi więc do skurczu mięśni oddechowych i zaniku ruchów oddechowych, co w konsekwencji prowadzi do uduszenia.

Działanie prądu elektrycznego na układ nerwowy

Podczas przepływu prądu elektrycznego przez organizm ludzki następuje pobudzenie, a następnie porażenie układu nerwowego. Skutkiem tego jest utrata przytomności. Może ona być spowodowana:
·Zatrzymaniem krążenia wywołaniem niedostateczną pracą serca, migotaniem komór lub zatrzymanie serca
·Przepływem prądu bezpośrednio przez czaszkę i mózg. Wytwarzanie się dużej ilości ciepła przy przepływie prądów o wysokim napięciu może w ciągu kilka sekund wywołać nieodwracalne uszkodzenia lub zniszczenie mózgu

Uszkodzenie skóry, mięśni i kości

Przepływ prądu przez ciało powoduje wytwarzanie ciepła na drodze tego przepływu. Wzrost temperatury może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń organizmu ciała.
Najczęściej spotyka się uszkodzenia skóry. W miejscu „wejścia” prądu powstaje oparzenia: od zaczerwienienia skóry, powstania pęcherzy oparzeniowych, po martwice skóry i zwęglenie. Produkty rozpadu oparzonych tkanek mogą spowodować śmierć porażonego nawet w kilka dni po wypadku.
Innym rodzajem uszkodzeń skóry są tzw. znamiona prądowe, które występują w czasie przepływu prądu, przy dobrej styczności z przewodnikiem.
Przepływ prądu elektrycznego może spowodować również uszkodzenia mięśni. W wyniku gwałtownych skurczów może nastąpić przerwanie włókien mięśni a więc mechaniczne zerwanie mięśni. Mogą wystąpić również zmiany w strukturze włókien mięśniowych, a także uszkodzeń kości.

Działanie pośrednie prądu elektrycznego

Często spotyka się uszkodzenia ciała wywołane pośrednim działaniem prądu elektrycznego, gdy nie przepływa on przez ciało. Dzieje się to podczas powstania łuku elektrycznego, w wyniku zwarcia w urządzeniach elektrycznych..
Łuk elektryczny może spowodować mechaniczne uszkodzenie skóry, mające wygląd ran ciętych, kłutych lub postrzałowych. Towarzyszom temu często oparzenia skóry powstałe w wyniku zapalenia się odzieży. Łuk elektryczny może wywołać również uszkodzenie cieplne i świetlne narządu wzroku. Do urazów wywołanych pośrednio przez prąd należy zaliczyć także złamania inne obrażenia wynikłe wskutek upadku z wysokości przy odruchowej reakcji na porażenie.

Przyczyny porażeń prądem elektrycznym

Przyczyny wypadków podczas eksploatacji urządzeń elektrycznych są różne. Przeważnie są to: nieostrożność, lekceważenie przepisów, roztargnienie, omyłki, brak odpowiedniej konserwacji lub kontroli urządzeń zabezpieczających, zła organizacja pracy, brak nadzoru, złe zrozumienie polecenia, niedbałe wykonanie pracy, nieumiejętność lub nieznajomość instalacji oraz nieszczęśliwy zbieg okoliczności. Następstwem tych przyczyn jest najczęściej dotknięcie części znajdujących się normalnie lub przypadkowo pod napięciem względem ziemi. Jeżeli dotykający stoi na ziemi, na przewodzącej podłodze konstrukcji stalowej, to pod działaniem napięcia dotykowego nastąpi przepływ prądu przez jego ciało.
Napięcie dotykowe jest to napięcie występujące między dwoma punktami, nie należącymi do obwodu elektrycznego z którymi mogą się zetknąć jednocześnie ręce lub ręka i stopy człowieka.
Podczas przepływu prądu w ziemi miedzy dwoma miejscami na powierzchni gruntu oddalonymi o długość kroku może pojawić się napięcie zwane napięciem krokowym.

Ochrona przed porażeniem

Zgodnie z przepisami dotyczącymi ochrony przeciwporażeniowej należy stosować, w zależności od zagrożenia, następujące środki:
1) ochronę podstawową
2) ochronę dodatkową
Ochrona podstawowa ma zapobiegać:
·zetknięciu się człowieka z przewodzącymi częściami obwodów elektrycznych, znajdujących się pod napięciem
·udzielaniu się napięcia przedmiotom lub częściom przewodzącym, które normalnie nie powinny znajdować się pod napięciem
·szkodliwemu działaniu na otoczenie łuku elektrycznego, który mógłby wystąpić podczas pracy urządzeń.
Ochrona podstawowa polega więc przede wszystkim na umieszczeniu elementów znajdujących się pod napięciem poza zasięgiem ręki człowieka, a więc stosowanie przegród, siatek lub poręczy z materiału izolacyjnego.
Ochrona dodatkowa ma zapobiegać utrzymywaniu się niebezpiecznego napięcia dotykowego. Polega ona na zastosowaniu, oprócz ochrony podstawowej, jeden z następujących ośrodków:
·uziemienia ochronnego
·zerowania
·sieci ochronnej
·wyłącznika przeciw pożarowego
·obniżenia napięcia roboczego
·separacji
·izolacji ochronnej
·izolowania stanowisk

Uziemienia ochronne stanowią najbardziej rozpowszechniony rodzaj ochrony dodatkowej, stosowany w maszynach i urządzeniach elektrycznych. Celem stosowania uziemienia ochronnego jest zrównanie potencjału uziemionych przedmiotów z potencjałem ziemi.
Zerowanie może być stosowane w przystosowanych do zerowania sieciach trójfazowych o napięciu mniejszym niż 500V. Polega ono na połączeniu dostępnych części metalowych urządzeń z uziemionym przewodem zerowym.
Sieć przewodów ochronnych wolno stosować w urządzeniach przemiennoprądowych i stałoprądowych niezależnie od rodzaju i wartości napięcia. Wszystkie dostępne części metalowe nie znajdują się pod napięciem oraz dostępne metalowe konstrukcje wsporcze i osłony powinny być połączone z przewodem ochronnym.
Włączniki przeciwporażeniowe wolno stosować w urządzeniach na napięcie nie przekraczające 500 V. Powinny być one przystosowane do rodzaju prądu, napięcia i obciążenia, oraz spełnić wymagania dotyczące wyłączników nadmiarowo-prądowych zawarte w odpowiednich normach.
Ochronne obniżenie napięcia roboczego wolno stosować w stosunku do urządzeń stałych i ruchomych w instalacjach przemiennoprądowych na napięcie znamionowe nie przekraczające 500V, a w stało prądowych – 750V. Do obniżenia napięcia roboczego stosuje się transformatory ochronne lub przetwornice ochronne. Obniżone napięcie ochronne nie może być większe niż 42 V dla obwodów przemiennoprądowych i 80 V dla stałoprądowych.
Transformatory separacyjne wolno stosować w sieciach na napięcia przemienne do 500 V wówczas, gdy :
1. w obwodzie odseparowanym znajduje się tylko jeden odbiornik
2. napięci znamionowe odseparowanego obwodu nie przekracza 400 V, a prąd znamieniowy – 16A.
Obwodu odseparowanego niewolo uziemić ani zerować i łączyć z jakimkolwiek innym obwodem.
Izolację ochronną wolno stosować do fabrycznie produkowanych urządzeń przemiennoprądowych i stało prądowych, niezależnie od wartości napięcia zmiennego.
Izolowanie stanowiska polega na odizolowaniu go od ziemi i wyrównaniu potencjałów dostępnych z tego stanowiska przedmiotów przewodzących, nie należących do obwodu elektrycznego. Może ono być stosowane do urządzeń przemiennoprądowych i stałoprądowych zainstalowanych na stałe pomieszczeniach suchych.

Pierwsza pomoc w wypadku porażenia prądem

Porażenia elektryczne doprowadzają do rozmaitych uszkodzeń organizmu – od bardzo lekkich do najcięższych, w których opóźnienie udzielania właściwej pierwszej pomocy może doprowadzić do śmierci.
Ratownik powinien podjąć akcję ratunkową jak najszybciej i prowadzić ja aż do przybycia lekarza. Przede wszystkim należy:
· Uwolnić człowieka porażonego spod napięcia.
· Rozpoznać stan zagrożenia porażonego
· Zastosować najlepszą metodę ratownictwa.
Przy uwalnianiu spod napięcia ratownik jest zobowiązany dbać nie tylko o bezpieczeństwo porażonego, ale także o swoje. Należy pamiętać, że niebezpieczne dla ratownika są:
· bezpośrednie zetknięcia gołych rąk ratownika z ciałem porażonego;
· równoczesne używanie obu rąk przy odciąganiu spod napięcia;
· mokre podłoże;
· bliskie sąsiedztwo urządzeń pod wysokim napięciem;
· brak równowagi.
Wyłączenie porażonego spod napięcia jest nieodzownym warunkiem podjęcia akcji ratunkowej.
Rozpoznanie stanu zagrożenia jest również ważne, ponieważ od tego zależy wybór sposobu ratowania. W celu ułatwienia oceny stanu porażonego należy przyswoić sobie schemat postępowania rozpoznawczego. Jest on oparty na kilku podstawowych pytaniach, na które ratownik musi znaleźć odpowiedź.
Po pierwsze należy stwierdzić czy porażony jest przytomny.
Z człowiekiem przytomnym można nawiązać kontakt słowny, ma niewątpliwe utrzymane krążenie krwi i oddychanie. Ratownik powinien zając się uszkodzeniami ciała, takimi jak oparzenia, złamania itp. Oraz przygotowaniem do transportu.
Jeżeli człowiek jest nieprzytomny, to należy sprawdzić czy:
· oddycha prawidłowo;
· nie oddycha lub oddycha bardzo słabo, ale krążenie krwi jest utrzymane;
· nie oddycha i brak krążenia krwi.
Pierwsza pomoc składa się z dwóch zasadniczych elementów:
· Zabiegów ożywiających.
· Opatrzeniu obrażeń.
Zabiegi ożywiające dotyczą porażonych, u których uległy zaburzeniu funkcje układów decydujących bezpośrednio o życiu, tj. układu oddechowego, krążenia krwi i odśrodkowego układu nerwowego. Na zabiegi te składają się:
· Przywracanie i podtrzymywanie drożności oddechowej;
· Sztuczne oddychanie;
· Sztuczne krążenie z równoczesnym oddychaniem.
Opatrzenie obrażeń polega na zabezpieczeniu oparzeń skóry, złamań, zwichnięć, zranień i krwotoków, stłuczeń itd. do chwili podjęcia właściwego leczenia przez lekarza.

Oddziaływanie prądu elektrycznego na organizm ludzki

Prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz i napięciu 400/230 V jest najbardziej rozpowszechnionym środkiem przenoszenia energii elektrycznej. Z tego powodu większość porażeń i oparzeń ludzi prądem elektrycznym, nazywanych wypadkami elektrycznymi, występuje przy styczności człowieka z urządzeniami elektroenergetycznymi prądu przemiennego, przy czym najczęstsze są rażenia na drodze ręka – nogi lub ręka – ręka. Ponadto prąd przemienny o częstotliwości od 15 do 100 Hz powoduje najgroźniejsze dla życia reakcje organizmu, stąd skutki rażenia nim rozpatruje się szczególnie wnikliwie.

Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki może być pośrednie lub bezpośrednie.

Działanie pośrednie, powstające bez przepływu prądu przez ciało człowieka, powoduje takie urazy, jak:
~oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem elektrycznym lub spowodowane dotknięciem do nagrzanych elementów
~groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym, a także metalizacja skóry spowodowana osadzaniem się roztopionych cząstek metalu
~uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku elektrycznego
~uszkodzenia mechaniczne ciała w wyniku upadku z wysokości lub upuszczenia trzymanego przedmiotu.

Działanie bezpośrednie – porażenie elektryczne wskutek przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzkie (tzw. prądu rażeniowego) może wywołać wiele zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych w organizmie (a nawet śmierć człowieka) poprzez oddziaływanie na układ nerwowy oraz w wyniku elektrolizy krwi i płynów fizjologicznych.

Porażenie elektryczne może objawiać się:

~odczuwaniem bólu przy przepływie prądu, kurczami mięśni (skurcz mięśni dłoni może uniemożliwić samouwolnienie się porażonego)
~zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi
~zaburzeniami wzroku, słuchu i zmysłu równowagi
~utratą przytomności
~migotaniem komór sercowych (fibrylacja) – bardzo groźnym dla życia człowieka, gdyż zazwyczaj prowadzi ono do zejścia śmiertelnego
~oparzeniami skóry i wewnętrznych części ciała, do zwęglenia włącznie.

Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu przepływu prądu, może wystąpić wstrząs elektryczny, objawiający się przerażeniem, bladością, drżeniem ciała lub kończyn, nadmiernym wydzielaniem potu, stanem apatii lub euforii. Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności, połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu. Skutki te mogą się ujawnić także po pewnym czasie – od kilku minut do kilku miesięcy.

Zjawisko porażenia ma miejsce wówczas, gdy występuje droga dla prądu rażeniowego i istnieje źródło napięcia wymuszającego przepływ takiego prądu. W praktyce dochodzi do tego, gdy człowiek styka się jednocześnie z dwoma punktami znajdującymi się pod różnymi potencjałami i zamyka się w ten sposób elektryczny obwód dla prądu rażeniowego.
Napięcie dotykowe jest to napięcie między dwoma punktami nie należącymi do obwodu elektrycznego, z którymi mogą się zetknąć jednocześnie obie ręce lub ręka i noga człowieka.
Napięcie dotykowe spodziewane jest to największa wartość napięcia dotykowego w urządzeniach lub w instalacji elektrycznej w razie uszkodzenia izolacji, gdy wartość impedancji w miejscu zwarcia jest pomijalna.
Napięcie rażeniowe dotykowe jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez ciało człowieka (czyli spadek napięcia na rezystancji ciała, na drodze ręka-nogi lub ręka-noga albo ręka-ręka).
Napięcie krokowe jest to napięcie między dwoma punktami na powierzchni ziemi lub na powierzchni stanowiska pracy, odległymi od siebie o 1 m (jeden krok).
Napięcie rażeniowe krokowe jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez obie nogi człowieka (czyli spadek napięcia na rezystancji ciała na drodze noga-noga).

Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:

§rodaju prądu, a więc czy jest to rażenie: prądem przemiennym o małej częstotliwości (15 -100Hz), prądem przemiennym o dużej częstotliwości, krótkotrwałymi, jednokierunkowymi impulsami prądowymi, prądem stałym,
§wartości napięcia i natężenia prądu rażeniowego oraz czasu jego przepływu
§drogi przepływu prądu przez ciało człowieka,
§stanu psychofizycznego porażonego.
§czasu przepływu prądu rażenia,
§temperatury i wilgotności skóry,
§powierzchni styku z przewodnikiem,
§siły docisku przewodnika do naskórka.

Impedancja naskórka (skóry) w dużym stopniu zależy od stanu fizycznego naskórka (gruby, cienki, zdarty, suchy, wilgotny, mokry) i od powierzchni styku z zewnętrznym obwodem elektrycznym. Wartość impedancji naskórka nie jest stała i zależy od:

~wartości napięcia dotykowego,
~zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi
~wartości natężenia prądu,
~częstotliwości prądu,
~czasu przepływu prądu rażenia,
~temperatury i wilgotności skóry,
~powierzchni styku z przewodnikiem,
~siły docisku przewodnika do naskórka.

Wartość impedancji naskórka zawiera się w szerokich granicach – od kilkuset do kilkunastu tysiecy omów. Przy małych napięciach dotykowych (od 0 do 150 V) ma ona znaczny wpływ na impedancję ciała. W miarę wzrostu wartości napięcia wpływ ten jest coraz mniejszy, aż do pomijalnie małego przy napięciach większych niż 150 V.
Rezystancja wewnętrzna ciała zależy głównie od drogi przepływu i jest największa przy przepływie prądu na drodze ręka – ręka i ręka – noga (stopa), przy czym jej wartość jest równa około kilkuset omów. Najmniejsza wartość impedancji jest na drodze przepływu prądu ręka – kark.
Zależność impedancji naskórka od stopnia zawilgocenia skóry czy częstotliwości prądu też jest zmienna, a więc zmienna jest też impedancja ciała. Przy wilgotności względnej otaczającego powietrza powyżej 75% impedancja ciała nie zależy od impedancji naskórka i jest równa praktycznie tylko rezystancji wewnętrznej.

Wartości impedancji ciała człowieka w zależności od napięcia dotykowego Ud dla różnych części badanej populacji ludzi dorosłych (wg Raportu IEC 479)

Napięcie dotykowe,VGraniczne wartości impedancji człowieka dla różnych części populacji, Ω
5% populacji50% populacji95% populacji
25175032506100
50145026254375
75125022003500
100120018753200
125112516252875
220100013502125
70075011001550
100070010501500
pow. 1000650750850

Z powyższych rozważań wynika fakt, że należy do rozpatrywania zjawiska porażenia przyjąć dwie podstawowe klasy warunków środowiskowych oznaczonych jako W1 i W2:

§W1 warunki normalne, w których wartość rezystancji ciała ludzkiego mierzonej w stosunku do ziemi jest nie mniejsza niż 1000 Ω; do środowisk normalnych zalicza się: lokale mieszkalne, biurowe, sale widowiskowe, szpitalne, szkolne itp.,
§W2 warunki szczególne, w których wartość rezystancji ciała człowieka mierzona w stosunku do ziemi jest mniejsza niż 1000 Ω; do środowisk szczególnych zalicza się: tereny otwarte, łazienki i natryski, sauny, obory, chlewnie, pomieszczenia produkcyjne o wilgotności względnej większej niż 75 % oraz o temperaturze wyższej niż 35o C lub mniejszej niż -5o C. W takich warunkach środowiskowych pomieszczenia są zwykle wilgotne, wilgotna jest również skóra człowieka, a podłogi (podłoża) charakteryzują się małą rezystancją.

Dodatkowo wyróżnia się warunki środowiskowe specjalne (W3), np. baseny kąpielowe lub wnętrza metalowych zbiorników, dla których dopuszczalne wartości napięć rażeniowych dotykowych powinny być mniejsze niż dla klasy W2.

W raporcie IEC-479 przedstawiono w formie wykresu krzywe graniczne reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem elektrycznym o częstotliwości 50 Hz na drodze lewa dłoń – stopy. Krzywe te, oznaczone literami a, b, c1, c2 i c3, są granicami stref różnych skutków przepływu prądu rażenia.
Zasadniczo większość ludzi dorosłych nie odczuwa przepływu prądu o wartości natężenia do 0,5 mA – strefa 1 i jej granica – prosta a na wykresie. Dlatego minimalną wartość prądu, która wywołuje takie odczucia, nazywa się wartością progową prądu odczuwania lub percepcji, która nie zależy od czasu przepływu prądu.

Krzywe graniczne reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem elektrycznym o częstotliwości 50 Hz na drodze lewa dłoń – stopy, wg IEC 479-1
a, b, c1, c2, c3 – krzywe graniczne reakcji organizmu,
1, 2, 3, 4 – strefy różnych skutków przepływu prądu rażenia,
tr – czas rażenia, Ir – wartość natężenia prądu rażenia

W miarę wzrostu natężenia prądu występują: mrowienie w palcach i drętwienie, skurcze włókien mięśniowych i uczucie bólu. Im wyższa wartość prądu rażeniowego i dłuższy czas jego przepływu, tym liczniejsze włókna mięśni dłoni ulegają skurczowi, również tzw. skurczowi tężcowemu, który trwa tak długo, jak długo płynie prąd. Jest to strefa 2 ograniczona krzywymi a i b.
Wartość progowa natężenia prądu, przy której jest jeszcze możliwe rozwarcie palców przez samego porażonego, nazywana jest prądem samouwolnienia i wg IEC jest to wartość 10 mA.
Widoczna jest tu zależność reakcji organizmu zarówno od wartości prądu, jak i od czasu jego przepływu – przy większym natężeniu prądu płynącego w krótszym czasie te same lub podobne odczucia i reakcje, co przy mniejszym natężeniu, ale w czasie dłuższym. W tej strefie prąd rażeniowy zwykle nie powoduje żadnych skutków fizjologicznych.
W strefie 3 – pomiędzy krzywymi b i c1 – obserwuje się nasilenie bólu, wzrost ciśnienia krwi oraz skurcze tężcowe mięśni poprzecznie prążkowanych i skurcze mięśni oddechowych (mięśni płuc – powyżej 20 mA), co może wywołać niedotlenienie organizmu, trudności z oddychaniem, zwiększenie ilości dwutlenku węgla we krwi i zakwaszenie tkanek, skutkiem czego może być sinica skóry i błon śluzowych. Zwykle są to odwracalne skutki fizjologiczne – bez uszkodzeń organizmu. Istnieje jednak duże prawdopodobieństwo pojawienia się odwracalnych zakłóceń powstawania i przewodzenia impulsów w sercu, włącznie z migotaniem przedsionków serca (fibrylacją) i przejściową blokadą pracy serca bez wystąpienia migotania komór, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasem jego przepływu. W skrajnych przypadkach mogą występować skurcze naczyń wieńcowych i w efekcie zawał mięśnia sercowego.
Przyjmuje się, że prąd o wartości natężenia 30 mA powoduje początek paraliżu dróg oddechowych. Krzywa c1 oznacza graniczne wartości prądów niefibrylacyjnych.
W strefie 4 – na prawo od krzywej granicznej c1 – można zaobserwować te same skutki prądu rażenia, co w strefie 3, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasu jego przepływu, ale dodatkowo może wystąpić migotanie (fibrylacja) komór serca. Prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór serca rośnie do około 5% – krzywa c2, 50% – krzywa c3 i ponad 50% – w obszarze powyżej krzywej c3. W chwili rażenia zamiast miarowych, okresowych skurczów komór pojawiają się niemiarowe, nieokresowe skurcze, o częstotliwości 400 do 600 na min. Jednocześnie ciśnienie krwi gwałtownie maleje i jej przepływ może być zatrzymany, co spowoduje w pierwszej kolejności niedotlenienie mózgu, a po czasie około 10 s – utratę przytomności. Jeżeli proces będzie trwał dłużej, po dalszych 20 s nastąpi zatrzymanie oddychania i początek śmierci klinicznej.
Rażonego człowieka można jeszcze uratować, jeżeli udzieli mu się skutecznej pomocy przed upływem 3 do 5 min, tzn. przed upływem czasu, jaki bez dopływu tlenu może przeżyć kora mózgowa.
Śmierć człowieka rażonego prądem elektrycznym o wartości wywołującej migotanie komór serca lub skurcz tężcowy mięśni oddechowych następuje nie na skutek bezpośredniego uszkodzenia tych organów, ale z powodu zakłócenia naturalnych procesów życiowych. Przy prądach rażenia o wartości większej (około 1 A) śmierć może nastąpić z powodu zatrzymania akcji serca i krążenia krwi.

Działanie termiczne prądu

Przepływający przez ciało człowieka prąd rażeniowy powoduje wydzielanie się w tkankach organizmu energii cieplnej, gdyż mają one określoną rezystancję (impedancję). Ilość wydzielonej energii cieplnej zależy od wartości natężenia prądu, rezystancji tkanek oraz od czasu przepływu prądu przez ciało lub jego część.
W zależności od pojemności cieplnej tkanki (ciepła właściwego) na skutek wydzielonej energii cieplnej następuje wzrost temperatury. Gdy nie przekracza 5 K, nie występują zmiany patologiczne, jeżeli jednak temperatura wzrasta o 10 i więcej K, tkanki ulegają zniszczeniu wskutek martwicy. Nazywa się to oparzeniem elektrycznym.
Najbardziej niebezpieczne dla zdrowia i życia człowieka są tzw. rażenia skojarzone, kiedy przez ciało człowieka przepływa prąd łuku elektrycznego.

Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe może powodować urazy:

·uszkodzenia ciała odłamkami zniszczonych urządzeń elektrycznych lub podczas upadku, wskutek działania fali uderzeniowej
·oparzenia ciała, których rozległość i głębokość są zależne od gęstości energii cieplnej łuku oraz uszkodzenia siatkówki oka, z powodu wzrostu temperatury płynu soczewkowego, jako wynik oddziaływania termicznego
·metalizację nieosłoniętych części ciała oraz uszkodzenia rogówki oka, wywołane roztopionymi, gorącym cząstkami metali i materiałów izolacyjnych, unoszonymi gorącym strumieniem gazów, jako wynik oddziaływania termiczno-mechanicznego
·uszkodzenia rogówki oka na skutek promieniowania nadfioletowego
·ogrzanie płynu soczewkowego oka na skutek promieniowania podczerwonego
·rozległe oparzenia, a nawet spalenia kończyn i innych części ciała ludzkiego, często kończące się śmiercią na skutek rażenia skojarzonego (prąd łuku elektrycznego przepływa przez ciało ludzkie). Rażenia skojarzone zdarzają się w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia, gdy człowiek zbliży się do urządzenia elektroenergetycznego na odległość, przy której możliwe jest przebicie warstwy izolacyjnej powietrza. Wtedy następuje wyładowanie iskrowe, które inicjuje wystąpienie łuku elektrycznego pomiędzy tym urządzeniem i najbliższą od urządzenia częścią ciała ludzkiego.

Zagrożenia towarzyszące wykorzystaniu energii elektrycznej

Powszechne stosowanie urządzeń zasilanych energią elektryczną niesie ze sobą różnego rodzaju zagrożenia zarówno dla człowieka jak i jego środowiska. Są to:

§porażenia oraz oparzenia prądem i łukiem elektrycznym
§zagrożenia pożarowe
§zagrożenia wybuchem
§zagrożenia od elektryczności statycznej
§zjawiska związane z wyładowaniami atmosferycznymi.

Zagrożeń tych nie można uniknąć, ale można i trzeba zmniejszać zarówno ryzyko ich występowania, jak i skutki wypadków elektrycznych.
Analizy wykazują, że przyczyną 70÷85% wypadków elektrycznych jest niewłaściwe postępowanie człowieka, wynikające najczęściej z lekkomyślności, nieprzestrzegania przepisów BHP, braku umiejętności bądź wiedzy o zagrożeniu.

Uwaga:

Napięcia w elektrotechnice dzieli się na:

§napięcia niskie (nn) o wartości znamionowej Un do 1000 V
§napięcia wysokie (WN) o wartości znamionowej Un powyżej 1000 V
dla prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz, oraz
§napięcia niskie o wartości znamionowej Un do 1500 V
§napięcia wysokie o wartości znamionowej Un powyżej 1500 V dla prądu stałego.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Ultra i infra dzwieki

Periodyczne drgania cząsteczek materialnych otaczającego środowiska tworzą zespół zjawisk akustycznych. Fala akustyczna wiąże się z ruchem cząsteczek ośrodka. W określonej jednostce czasu dochodzić więc będzie do powtarzania tej samej fazy ruchu. Powtarzalność tą wyrażamy liczbą cykli drgań zachodzących w ciągu sekundy i stanowi ona najogólniej mówiąc częstotliwość (f, ν) drgań, której jednostką jest herc (Hz).
Zakres częstotliwości spotykanych zjawisk akustycznych jest zwykle szeroki, sięga bowiem od wartości ułamkowych do 10—–10 drgań na sekundę. Przyjmowany obecnie podział fal akustycznych obejmuje:

Infradźwięki Poniżej 16Hz
Dźwięki słyszalne Od 16 Hz do 16kHz
Ultradźwięki Od 16 kHz do 10 GHz
Hyperdźwięki Powyżej 10 GHz

Omawiane jednak będą tylko ultradźwięki i infradźwięki. Jednak drgania wszystkich wymienionych grup podlegają tym samym prawom akustyki. Dlatego należy wspomnieć o innych cechach charakterystycznych a mianowicie o prędkości i długości fali. Wspominając o pojawieniu się zagęszczeń i rozszerzeń ośrodka możemy stwierdzić nie tylko ich okresowość lecz również uwidocznić ich położenie.
Odległość dwóch najbliższych sobie drgających cząsteczek znajdujących się w tej samej fazie wychylenia odpowiada długości fali akustycznej.
Zaburzenie w określonym ośrodku materialnym spowodowane ruchem drgającym cząsteczek przenosi się po liniach prostych z jednostajną linią (v), zależną od takich właściwości danego ośrodka jak sprężystość i gęstość. Prędkość ta nie zależy natomiast od częstotliwości drgań. Toteż w różnych ośrodkach kształtuje się ona w następujący sposób:
Rodzaj ośrodka Prędkość (m/s)
Guma 40 – 200
Powietrze 331
Wosk 808
Woda 1485
Tkanki zwierzęce 1600
Beton 4000
Żelazo 5100
Szkło 5200
W tkankach miękkich człowieka jest ona zbliżona swą wielkości do prędkości w wodzie, w kościach zaś jest znacznie większa.
Ponieważ między częstotliwością drgań (f), prędkością rozchodzenia się fali (v) oraz długością (λ) istnieje powiązanie wyrażone wzorem:
v
λ= —-
f
to można ogólnie przyjąć, że długość fali jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości drgania akustycznego. Skąd długość fali infradźwiękowej będzie sięgała dziesiątek i setek metrów, w zależności od rodzaju i stanu ośrodka. Natomiast fala ultradźwiękowa w tych warunkach ma długość wyrażoną w milimetrach. Częstotliwość drgań i odpowiadające im długości przedstawiono poniżej.
W innych ośrodkach niż powietrze długości fali będą się przedstawiały następująco:
- Przy rozchodzeniu się infradźwięków o f=2Hz w wodzie długość fali wynosi 470m, zaś ultradźwięków f=20kHz – 74mm, a przy f=2MHz, tylko 0,74mm;
- Przy rozchodzeniu się w szkle infradźwięków o częstotliwości o częstotliwości f=2Hz λ wynosi 2595m, przy f= 20kHz równa się 259cm, a przy f= 2MHz, długość fali osiąga wartość 2,59mm.
Natężenie. Rozprzestrzenianiu się drgań akustycznych towarzyszy przenoszenie odpowiedniej dawki energii akustycznej wzdłuż rozchodzenia się fali , poczynając od źródła drgań. Cząstki ośrodka drgającego znajdują się w ruchu, przekazując sobie wzajemnie energie. I tak np.: płytka kwarcowa drgając w wodzie przekazuje swe drgania drobinom wody przylegającym do jej powierzchni. Te cząsteczki z kolei przekazują energię następnym warstwom itd. Dochodzi wówczas do przekazywania energii w kierunku rozprzestrzeniania się fali do czasu napotkania przeszkody o innym stanie skupienia. Wartości przekazywanej energii odpowiada w akustyce natężenie dźwięku. Określając bliżej chodzi o przekazanie dawki energii na powierzchnie ośrodka znajdującego się w prostopadłym położeniu do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej. Jest to równoznaczne stosunkowi mocy do powierzchni, a wartość natężenia wyraża się w W/cm2.
Dla ucha ludzkiego rozpiętość natężeń odbieranych jako wrażenie dźwiękowe jest niezwykle duża, waha się bowiem od wartości progowej do wartości wywołującej uczucie bólu przy stosunku natężeń = 1013.
Wartość progowa natężenia dźwięku o częstotliwości 1000Hz, która staje się słyszalna dla człowieka, wyraża się wielkością 10-16 W/cm2, zaś wartość odpowiadająca pojawieniu się uczucia bólu – 10-3 W/cm2. Operowanie jednak tymi wielkościami dla celów pomiarowych jest jednak dosyć kłopotliwe, z tego względu powszechnie została przyjęta logarytmiczna skala decybelowa (dB). Według niej wartości progowej dla ucha ludzkiego odpowiada 10dB, wartości bólowej zaś 130dB. Wprawdzie najpowszechniej stykamy się z skalą decybelową do opisu poziomu natężenia wrażeń słuchowych wywołanych audioakustycznym zakresem drgań, to jednak w przypadku zakresu infra- lub ultradźwiękowego używa się tej skali też do wyrażania poziomu ich natężenia. Należy podkreślić, że w wielu przypadkach drgań pozasłuchowych istnieje wyraźne przekroczenie wartości 120dB. Dotyczy to jednak nie naturalnych źródeł lecz przede wszystkim urządzeń umyślnie wytwarzających te drgania.
Przy analizie ultradźwięków miarodajną wielkością określającą wywołany efekt jest natężenie , a nie całkowita moc akustyczna źródła. Wiemy, że wartością natężenia dźwięku wywołującego uczucie bólu jest natężenie równe 10-3 W/cm2, a więc w paśmie ultradźwięków o wysokiej częstotliwości mogą być wytworzone natężenia dochodzące nawet do 1000W/cm2. Wprawdzie w technice ultradźwiękowej najczęściej stosowane są natężenia osiągające wartość od ułamków do kilku W/cm2, to ostatnio uczonym rosyjskim udało się otrzymać w laboratorium, przy odpowiedniej koncentracji fali natężenie rzędu 50000 W/cm2. W wykorzystaniu ultradźwięków stosuje się wg. propozycji Romińskiego podział na trzy zakresy, a mianowicie:
- Drgania ultradźwiękowe o niskim natężeniu – do 1 W/cm2
- Drgania ultradźwiękowe o średnim natężeniu – do 10 W/cm2
- Drgania ultradźwiękowe o dużym natężeniu – od 10W/cm2.
Aby zobrazować występujące natężenia ultradźwięków można przytoczyć dla porównania, że natężenie akustyczne odbierane z odległości 10m od strzelającego działa artyleryjskiego wynosi zaledwie 3,2·10-3 W/cm2.

Rozprzestrzenianie się ultradźwięków
Rozchodzenie się fal dźwiękowych podlega podobnym prawom jak rozchodzenie się na.: fal świetlnych. W tej sytuacji może dochodzić do częściowego lub całkowitego odbicia oraz przenikania przez granice ośrodków. Przeszkody napotykane na drodze rozprzestrzeniania się dźwięku mogą doprowadzić do uginania się, czyli jakby opływania przeszkody. Stopień uginania się biegnącej fali akustycznej zależy od długości tej fali i wielkości przedmiotu stanowiącego przeszkodę.
W przypadku rozchodzenia się fali ugięcie nastąpi wówczas, kiedy stosunek h:λ<1 (h – odpowiada wymiarowi podłużnemu przeszkody, a λ – długości fali). W miarę wzrastania wielkości przeszkody lub zmniejszania długości fali, zjawisko uginania fali słabnie. Nie istnieje ono w przypadku natrafienia na przedmioty znacznie większe w porównaniu z długością rozchodzącej się fali. W tej sytuacji poza daną przeszkodą powstanie cień akustyczny, w którym to obszarze poziom ciśnienia akustycznego jest znacznie słabszy.
Istnieje znaczna różnica zachowania się fali infra- i ultradźwiękowej przy napotkaniu przeszkody. Fala infradźwiękowa charakteryzuje się znaczną długością, a więc może podlegać ugięciu napotykając stosunkowo nawet duże przedmioty i w tej sytuacji trudno jest stwierdzić zjawisko cienia. W miarę wzrostu częstotliwości drgań, kiedy długość fali maleje (co dotyczy szczególnie obszaru ultradźwiękowego) uginanie się staje się coraz mniejsze. O ile jeszcze w zakresie niższych częstotliwości fal ultradźwiękowych występuje jeszcze zjawisko ugięcia, to w przypadku wyższych częstotliwości rozchodzenie się tych fal występuje prawie prostoliniowo, co pozwala na ich skupienie lub rozpraszanie za pomocą soczewek, czy też zwierciadeł akustycznych. Takie zachowanie ultradźwięków o bardzo krótkiej fali pozwala na ich stosowanie podobnie jak innego rodzaju promieniowania, np.: do badania struktury czy techniki sygnalizacyjnej.
Drugim zjawiskiem jest załamywanie się fali, związane z przejściem granicy dwóch ośrodków, np.: powietrza i wody. Jest ono związane z różnymi prędkościami rozchodzenia się drgań i oporów w różnych ośrodkach. Od różnicy prędkości fali w obu ośrodkach zależy wielkość współczynnika załamania. W przypadku zbyt dużego kąta padania drgania akustyczne ulegną całkowitemu odbiciu. Zwykle jednaj na granicy dwóch ośrodków fala ulega załamaniu i częściowemu odbiciu. Oznacza to, że jednocześnie powstaje fala załamana i odbita, zaś natężenie początkowe zostaje rozdzielone między dwie fale. Ilość energii przekazywanej do ośrodka jest uzależniona od oporu akustycznego. Wiadomo, że każdemu przepływowi towarzyszy pewna wielkość oporu. W tym wypadku opór akustyczny, ujmowany także jako impedancja akustyczna jest iloczynem prędkości (v) fali w danym ośrodku i gęstości (d, ρ):
z = v · d
Przy stosunkowo niewielkiej różnicy oporów, jak to mam miejsce w tkankach ciała, część fal zawsze ulega odbiciu, część zaś załamaniu i przeniknięciu do drugiego ośrodka, gdzie podąża już z inną prędkością. Opór akustyczny ciał stałych i cieczy jest wielokrotnie większy niż gazów, co powoduje, że ilość przenoszonej energii z powietrza do płynu stanowi niewielki ułamek. Przyczyną tego zjawiska jest:
1. Pokonywanie sił bezwładności cząstek wprawianych w ruch drgający
2. Pokonywanie sił tarcia ośrodka
3. Interferencja fal oraz szereg innych mniej istotnych zjawisk
Drgania ośrodka mogą się utrzymywać tylko w przypadku stałego dostarczania energii, straty bowiem wynikają z kilku przyczyn. Powstające w wyniku drgań zagęszczenia materiału powodują jego miejscowe nagrzewanie i wtórne rozpraszanie ciepła poprzez jego przewodnictwo cieplne. Drugą istotną przyczyną jest lepkość materiału czyli tarcie wewnętrzne. W przypadkach dużych częstotliwości drgań największe straty wiążą się z niejednorodnością materiału. Na granicach tych niejednorodności powstają straty cieple, dodatkowo zaś energia ultradźwiękowa ulega rozproszeniu> pochłanianie to w największym stopniu występuje w gazach, a więc w powietrzu. Słabiej jest zaznaczone to w ciałach stałych i cieczach. Poniższa tabela przedstawia wartości pochłaniania połowicznego (tj. wielkości warstwy ośrodka odpowiadającej zmniejszeniu natężenia drgań ultradźwiękowych do połowy) w powietrzu i wodzie dla różnych częstotliwości drgań. Z tabeli wynika, że pochłanianie ultradźwięków w powietrzu jest 2000 razy większe niż w wodzie.

Środowisko Częstotliwość w kHz
20 30 100 500 1000
Powietrze 55m 24m 2,2m 8,8cm 2,2cm
Woda 400km 100km 4km 160m 40m

Także, im wyższe są częstotliwości drgania akustycznego tym większa jest absorpcja. Dlatego w powietrzu ultradźwięki o wysokiej częstotliwości będą traciły wiele energii wytwarzając ciepło. Natomiast fale o małej częstotliwości, np.: infradźwiękowe, praktycznie nie będą pochłaniane.

Kawitacja
Interesującym zjawiskiem występującym w cieczach pod wpływem fali ultradźwiękowej jest kawitacja. Aczkolwiek zjawisko to było obserwowane już od dawna, to wyjaśnienie jego istoty nie jest dotąd pełne. W silnym polu ultradźwiękowym w płynach występuje zjawisko kawitacji polegające na polegające na powstawaniu we wnętrzu cieczy nieciągłości w postaci jam wypełnionych rozrzedzonym gazem i kolejnym ich zapadaniu się.
Powstanie nieciągłości wymaga rozerwania cieczy siłami działającymi w przeciwnych kierunkach (tzw. ciśnienie ujemne). Rozrywanie to jest ułatwione ze względu na fakt, że płyn nie jest ośrodkiem idealnie jednorodnym lecz zawiera większe lub mniejsze ilości rozpuszczonego gazu. Gaz ten może stać się ośrodkami miejscowego osłabienia spoistości cieczy. Istniejące pęcherzyki gazu wywierają na drobiny płynu nacisk związany z ciśnieniem istniejącym w pęcherzyku. Ponadto siły rozrywające w odpowiednich warunkach są na tyle duże, że mogą przezwyciężyć siły spójności. Wówczas powstają nawet tzw. pęcherzyki próżniowe, wypełniające się parami cieczy. W przypadkach obecności pęcherzyków gazu siły wywierane na ciecz są mniejsze lecz i tak (jak podaje następna tabela)wartości te wynoszą od kilku do kilkunastu atmosfer.
Częstotliwość (kHz) Ciśnienie (Pa) Natężenie (W/cm2)
15 0,49∙105 – 1,96∙105 0,16 – 2,6
175 4,39∙105 10
365 6,86∙105 – 19,61∙105 33 – 270
500 11,77∙105 – 24,52∙105 100 – 400
330 225,55∙105 – 294,20∙105 35000 – 60000

Minimalna wartość natężenia ultradźwięku, powyżej której pojawia się kawitacja, nazywana jest progiem tego zjawiska. Poziom progu kawitacji zależy w dużej mierze od stopnia obecności gazów jak też od częstotliwości działającego bodźca.

Zastosowanie ultradźwięków w technice
Możliwość biernego zastosowania wiąże się przede wszystkim z opanowaniem techniki emitowania drgań ultradźwiękowych o znacznej częstotliwości (1-5MHz) w środowisku stałym albo płynnym.
Nawigacja. Jednym z wczesnych zastosowań było wykrywanie przeszkód znajdujących się w wodzie. Stąd w nawigacji morskiej echosondy ultradźwiękowe służą przede wszystkim do określania położenia dna morskiego, podając informacje o usytuowaniu dna pod statkiem. Analiza echa służy także do wykrywania ławic ryb oraz przeszkód jak wraki czy góry lodowe. W ten sposób zostało zrealizowane pierwotne założenie wykorzystania ultradźwięków, jakim poświęcił wiele lat pracy Langevin. Ze względu na niewielkie praktycznie pomijane uginanie się fali ultradźwiękowej w wodzie różnego rodzaju echosondy bardzo rozpowszechniły się w żegludze i jest to jeden z nieodzownych instrumentów.
Defektoskopia. W warunkach przemysłowych defektoskopia stanowi ważne uzupełnienie techniki rentgenowskiej badania struktury materiałów, w wielu przypadkach nawet ją przewyższając. W przedmiotach o dużym przekroju promienie Roentgena są silnie pochłaniane dając niewyraźny obraz szczelin i jam jako wad produktu, zjawisko takie nie ma miejsca w przypadku drgań ultradźwiękowych. Ultradźwiękowe badanie materiałów jest prowadzone dwoma metodami: przepuszczania i echa.
Metoda przepuszczania należy do wcześniej stosowanych, a dziś o znacznie mniejszym zastosowaniu. Pozostaje jednak nadal przydatna do badania cienkich elementów. W tych bowiem przypadkach metoda echa bywa zawodna. W metodzie przepuszczania stosuje się oddzielnie czujniki do wysyłania a następnie odbierania sygnału po przejściu ultradźwięku przez strukturę. Przenikalność materiału jest mniejsza w miejscu zawierającym wadę materiałową. Pomiar taki można przeprowadzić z wielką dokładnością, wykrywając zmiany różniące się o jeden procent od struktury prawidłowej. Urządzenia pracują zwykle przy częstotliwościach od 0,9 do 2,1 MHz, a zautomatyzowanie tego procesu bardzo upraszcza kontrolę.
Metoda echa jest rozpowszechniona w większym stopniu i wyparła w wielu dziedzinach inne sposoby. Wysyłane przez defektoskop impulsy są odbierane po odbiciu od granicy ośrodka i mogą być odróżniane w funkcji czasu przy wielokrotnym odbiciu od kilku warstw. Na ekranie defektoskopu można analizować odbicia pochodzące od wad znajdujących się w materiale. Ultradźwięki wykorzystywane w tych badaniach mają częstotliwość 2 – 4 MHz i więcej. Jak wspomniano wcześniej , są one tłumione przez środowisko powietrzne. Nawet przyłożenie czujnika bezpośrednio do badanej powierzchni nie zapobiega temu tłumieniu, jak się bowiem okazało, dopiero nacisk rzędu kilkuset kG w miejscu przykładania czujnika może spowodować wyeliminowanie tej przeszkody. Dlatego jako środek stosuje się roztwory olejowe o lepkości odpowiedniej dla danego procesu.
W hutnictwie metoda echa wymaga nieco niższych częstotliwości – około 500 – 700 kHz. Albowiem fale o częstotliwości drgań wyższej są pochłaniane przez sam materiał badany. Jest to jednak metoda tańsza i bezpieczniejsza do promieni Roentgena. Metoda ta jest również stosowana do kontroli elementów betonowych.
Metoda echa oddaje też liczne usługi w medycynie (np.: echo serca, ultrasonograf, etc.). Coraz częściej jednak ultradźwięki są również stosowane w przemyśle spożywczym, celem kontroli stanu mrożonek, szczególnie ryb i mięsa. Jest to dogodna metoda sprawdzania w jakim tempie produkty były mrożone oraz czy nie uległy one rozmrożeniu i ponownemu zamrożeniu. W takim wypadku artykuły rozmrożone będą miały szerszą amplitudę i więcej załamków w porównaniu do tkanki świeżej. Rozchodzenie ultradźwięków jest uzależnione od własności fizycznych i struktury tkanki.
Zgrzewanie. Istotną cechą wyróżniającą ten proces jest możliwość uzyskania połączeń w trudnodostępnych miejscach bez uprzedniego oczyszczenia oraz fakt, iż nie wymaga ona czynności wykańczających. Szybkość i prostota procesu wpływają na jego ekonomiczność. Zgrzewanie tworzyw sztucznych i metali polega na wytwarzaniu ciepła tarcia w następstwie punktowego drgania o dużej częstotliwości warstw, które mają być połączone. Ciepło czyni materiały plastycznymi, łącząc je w ten sposób w jednorodny materiał w czasie ułamków sekundy. Warunkiem zajścia zjawiska jest zbliżona temperatura topnienia wszystkich materiałów. Proces ten polega na nacisku głowicy ultradźwiękowej w miejscu łączenia materiału. Jednocześnie w tych warunkach częstotliwość 20-24kHz przy amplitudzie kilkudziesięciu do kilkuset mikrometrów wywołuje miejscowe drgania przyczyniając się do wzrostu temperatury, uplastycznienia i połączenia. W ten sposób można łączyć materiały o różnych grubościach ale zbliżonych temperaturach topnienia. Tą metodą można scalić np.: glin (aluminium) ze szkłem, a więc materiały o różnych właściwościach fizykochemicznych.
Coraz bardziej popularna staje się ostatnio również ultradźwiękowa obróbka metali, materiałów twardych i kruchych oraz o złym przewodnictwie elektrycznym (diamenty, węgliki, lane magnesy, szkło)Przy drążeniu wprowadza się w przestrzeń między narzędziem wycinającym a przedmiotem proszki ścierne, które pod wpływem drgań ultradźwiękowych i nacisku kształtują odpowiednie wgłębienia. W przeciwieństwie do tradycyjnej metody wydziela się tutaj mało ciepła, co nie powoduje zmian powierzchniowych. Szybkość ścierania zależy od tworzywa, gdyż najszybszemu ścieraniu ulegają materiały twarde i kruche. Liniowa zaś prędkość drążenia zależy od rodzaju obrabianego materiału, częstotliwości i amplitudy drgań, wielkości i rodzaju proszku szlifierskiego. Najlepsze wyniki drążenia uzyskuje się przy małych częstotliwościach, toteż stosuje się drgania o częstotliwości od 16 do 24 kHz.
Emulgowanie. Jest to przykład efektywnego wpływu ultradźwięków, sprowadzający się do emulgowania cieczy, dyspergowania ciał stałych, rozdrabniania ziaren zawiesin. W niektórych przypadkach metody ultraakustyczne są jedynymi (np.: tworzenie emulsji rtęci w wodzie), które można wykorzystać do tych celów. Głównym czynnikiem powodującym emulgowanie jest zjawisko kawitacji., a tworzenie się emulsji odbywa się na granicy faz. Z tego względu wstępne wymieszanie składników przyspiesza ten proces. Przykładowo mleko poddane działaniu ultradźwięków jest łatwiej przyswajalne i wolniej się psuje.
Odpylanie. O ile emulgowanie jest procesem wykorzystującym zjawisko dyspersji, o tyle przeciwnym procesem jest koagulacja, służąca tworzeniu się skupisk cząsteczek. Zjawisko łączenia się cząsteczek w węzłach fali stojącej początkowo obserwowano w zakresie drgań ultradźwiękowych lecz obecnie proces ten jest znacznie wydajniejszy w przypadku stosowania drgań słyszalnych (4-6 kHz). Efektywność procesu zależy wyłącznie od natężenia działającego bodźca, którego wartości w tych przypadkach sięgają 170dB (10W/cm2). Toteż wprowadza się syreny akustyczne jako urządzenia najwydajniejsze w tym procesie. Ponadto prowadzi się próby koagulacji różnych zawiesin w cieczach, służących do rozdzielania różnych mieszanin, oczyszczania wód opadowych itp.
Ultradźwiękowy system zdalnego sterowania można wykorzystać np. do otwierania i zamykania drzwi garażowych. Polega on na emisji fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości, które następnie odbierane są przez mikrofon. Ten z kolei wysyła impuls do silnika poruszającego drzwi. System zdalnego sterowania oparty na ultradźwiękach oparty na ultradźwiękach jest skuteczny jedynie w linii prostej od drzwi, dlatego coraz częściej używa się systemów radiowych.
Również w systemach alarmowych wykorzystywane są fale niesłyszalne dla ucha ludzkiego. Detektory te, poprzez przetwornik wysyłają fale o określonej częstotliwości, które odbijają się od przedmiotów umieszczonych w pomieszczeniu i powracają do przetwornika. Ruch, powoduje zmianę częstotliwości fali (efekt Dopplera). Sygnał o zmianie częstotliwości przekazywany jest do układu scalonego, który ocenia prędkość oraz wymiary poruszającego się „intruza”. Wszystko, co rozmiarami przypomina człowieka, włącza alarm.

Zastosowanie ultradźwięków w medycynie
Można wprowadzić niejaki podział fal wysokich częstotliwości (0,8 – 30 MHz), ze względu na ich zastosowanie. Dzielą się one na formę bierną (diagnostyka) i czynna (leczenie schorzeń).
Czynne zastosowanie ultradźwięków, od czasów pionierskich badań Pohlmana (1935r.) zostało wprowadzone do wielu specjalności lekarskich jako energia mająca wpływ na przebieg wielu schorzeń. Ustalono listę kilkudziesięciu jednostek chorobowych, w przebiegu których wskazane jest korzystanie z energii ultradźwiękowej. Nie należy jednak zapominać, że równocześnie nagromadziło się też wiele spostrzeżeń negatywnego wpływu ultradźwięków na procesy wewnątrzustrojowe. Doprowadziło to w konsekwencji do opracowania przeciwwskazań, których pominąć nie sposób. Zastosowanie ultradźwięków ogranicza się jednak niemal do działania przeciwbólowego i przeciwzapalnego, gdyż odkryto wielki ich wpływ na układ nerwowy.
Najchętniej stosuje się terapię ultradźwiękową w przypadkach porażeń nerwów obwodowych z zaburzeniami czucia, zapalenia nerwu kulszowego i trójdzielnego a także przy różnego rodzaju nerwobólach. Z tego względu ultradźwięki to chętnie widziana forma leczenia w neurologii. Oprócz tego wiele schorzeń stawów , a także narządów wewnętrznych i skóry dobrze poddaje się terapii ultradźwiękami o wysokich częstotliwościach. Co ciekawe, fale te są też wykorzystywane do inhalacji, celem uzyskania odpowiedniej konsystencji aerozolu z cząsteczkami o małej średnicy, co dotąd było niezwykle trudne. Zaletą tego typu inhalacji jest wyeliminowanie nadciśnienia oddechowego oraz osiągnięcie odpowiednio dużego stężenia, co znacznie skraca okres zabiegu.
Warto zwrócić też uwagę, iż ultradźwiękami można oczyszczać narzędzia chirurgiczne, co jest stanowczo dokładniejsze od tradycyjnego mycia; a nawet je sterylizować. Niemniej jednak dla bezpieczeństwa pomimo mycia ultradźwiękowego, stosuje się dodatkowo tradycyjne metody sterylizacji. W bardzo podobny sposób usuwane są z różnych przedmiotów skażenia radioaktywne, pozostające na sprzęcie laboratoryjnym.
Czynne zastosowanie ultradźwięków znalazło także zastosowanie w technice przygotowywania preparatów histologicznych. Doskonałe rozdrobnienie roztworów impregnujących lub barwiących oraz działanie energii akustycznej pozwala na otrzymanie lepszej jakości i większej wyrazistości preparatów.
Zastosowanie bierne. Technika ta (ultrasonografia – USG) pod kilkoma zasadniczymi względami ma przewagę nad badaniami promieniami rentgenowskimi, dostarczając informacji w tych sytuacjach kiedy rentgenogram (RTG) zawodzi ze względu na zbyt małą kontrastowość między granicą interesującej nas tkanki a otoczeniem.
Budowa urządzeń ultradźwiękowych dla celów diagnostycznych opiera się bądź na zasadzie odbierania i analizowania echa, podobnie jak jest to wykorzystywane w defektoskopii, bądź na przepuszczaniu drgań ultradźwiękowych i ocenie stopnia pochłaniania.
W tych warunkach wykorzystuje się istnienie różnych oporów akustycznych tkanek miękkich. Tłumienie jest zależne od stosowanej częstotliwości drgań. Na przykład dla częstotliwości f=1MHz, tłumienie wynosi od ok. 3,3dB/cm w mięśniu szkieletowym do 0,1dB/cm w gałce ocznej. Pozwala to na odpowiednie zróżnicowanie położenia interesujących nas tkanek miękkich przy zastosowaniu częstotliwości w zakresie od 1 do 20MHz. Odbijane na granicy dwóch tkanek echo jest odpowiednio wzmacniane i uwidaczniane na lampie oscyloskopowej. W ten sposób ultrasonografia pozwala wniknąć w strukturę prawidłowych lub chorobowo zmienionych wiązadeł, ścięgien, nerwów, narządów czy mięśni, które dotąd za pomocą techniki rentgenowskiej nie były dostępne obserwacji.
Jedyną przeszkodą są jamy zawierające powietrze, gdyż te całkowicie odbijają wysyłane impulsy. A znów w tych wypadkach istnieje odpowiednia kontrastowość w obrazie radiologicznym. Można więc powiedzieć, że obie techniki wzajemnie się uzupełniają. Największe perspektywy ma niewątpliwie ultrasonografia jamy brzusznej w tym płodów. Przeprowadzenie RTG o okresie płodowym u kobiety może spowodować zmiany chromosomalne, jak też uszkodzenia rozwojowe płodu.
Czynione są także próby możliwości diagnozowania guzów nowotworowych i ich usytuowania. Osiągnięcia polskie w diagnostyce ultradźwiękowej są szczególnie duże, a zespół pod kierownictwem prof. L. Filipczyńskiego opracował wiele odmian ultrasonografów stosowanych w lecznictwie.
Zaobserwowane zmiany pod wpływem fal ultradźwiękowych polegające na trwałym uszkodzeniu tkanki nerwowej mózgu odnotowano dopiero przy półminutowym działaniu bezpośrednio na mózg natężeniem 80W/cm2, podczas gdy średnie natężenie podczas USG dochodzi do kilku W/cm2 w czasie ok. jednej milionowej sekundy! Wielokrotne stosowanie ultradźwięków nie powoduje efektu kumulacji, jak to ma miejsce w przypadku promieniowania jonizującego, którego skumulowana dawka określonej wielkości może później wywołać swoiste zmiany chorobowe.

Powstawanie infradźwięków
W warunkach laboratoryjnych stosuje się generatory infradźwiękowe, które wytwarzają drgania przenoszone przez powietrze za pomocą elastycznej membrany. Poziom natężenia tak uzyskiwanych infradźwięków sięga wartości od 100 do 160dB. W dawnym Leningradzie skonstruowano stanowisko badawcze dla małych zwierząt, w którym można uzyskać drgania w zakresie częstotliwości od 1 do 12,5Hz, a poziomie natężenia dochodzącym do 170dB.
W warunkach naturalnych infradźwięki towarzyszą wielu procesom technicznym, zwłaszcza tym, których praca wiąże się z dużym upływem gazów znajdujących się pod ciśnieniem. Z tego względu zwrócono uwagę na emisję tego zakresu drgań akustycznych w przemyśle i transporcie; ponieważ w tych warunkach istnieje największa możliwość oddziaływania na człowieka.
Przyjmuje się na podstawie pomiarów, że w samochodach osobowych fale infradźwiękowe mogą mieć większe natężenie niż towarzyszący im hałas. Źródłem infradźwięków w tych warunkach stają się zawirowania powietrza, szczególnie dające się we znaki w przypadku otwierania okna samochodu podczas jazdy. Różnice natężenia infradźwięków wewnątrz pojazdu przy zamkniętym i otwartym oknie przedstawia rysunek na poprzedniej stronie. W pojazdach napędzanych silnikami wysokoprężnymi podstawowym źródłem infradźwięków stają się silniki, a mają one znaczenie w trakcji szynowej, jak też i na statkach morskich.
Oprócz ultradźwięków, infradźwięki są stałą składową występującym w dużym natężeniu także w transporcie lotniczym. Dotyczy to zwłaszcza samolotów ponad dźwiękowych, ze względu na wytwarzaną falę uderzeniową, powstającą przy przekraczaniu bariery prędkości dźwięku. Znaczną część składową takiej fali stanowi energia akustyczna zakresu infradźwiękowego. Kucharski podaje, że dla samolotów pasażerskich maksimum energii znajduje się w paśmie 2Hz. Również rakiety różnego rodzaju są źródłem infradźwięków. Wprawdzie obecnie mają one ograniczone znaczenie , możne jednak się spodziewać, że w miarę rozwoju techniki rakietowej oddziaływanie to wzrośnie.
Poza środkami transportu, które wkraczają w obszar działalności człowieka, oddziałując infra- i ultradźwiękami na jego organizm, potężnym źródłem staje się przemysł. Poza wspomnianymi już sprzętami powszechnym źródłem infradźwięków stały się wentylatory i urządzenia wibrujące (np.: telefony komórkowe, pagery, etc.). Trzeba przyznać, że rozeznanie stopnia zagrożenia ze strony urządzeń technicznych nie jest jeszcze pełne , tym bardziej, iż szkodliwość dla człowieka tego rodzaju energii akustycznej nie została dotąd powszechnie uznana.

Przejawy biologicznego działania infradźwięków
Infradźwięki jako czynnik zakłócający prawidłową działalność organizmu do niedawna nie znajdowały się w sferze zainteresowań człowieka. Ponieważ występują one w warunkach naturalnych , zazwyczaj łącznie z dźwiękami słyszalnymi, znajdującymi się w zakresie niskich częstotliwości, to analizowanie odrębnego wpływu jest trudne, a często zmiany będące wynikiem działania infradźwięków są przypisywane hałasom o niskich tonach.
Oprócz oddziaływania infradźwięków na człowieka w środkach transportu czy warunkach pracy przemysłowej, w natężeniach umożliwiających przestrojenie czynności organizmu, ostatnio wspomina się o bardzo powszechnym ich działaniu na populację ludzką. Otóż ruch wiatru napotykającego przeszkodę a następnie opływającego ją przyczynia się do powstania drgań powietrza o częstotliwości zależnej od powstania takich parametrów jak prędkość przepływu powietrza oraz kształt i wielkość przeszkody. Tego rodzaju generatorem infradźwięków są wysokie, wolnostojące budynki. Dlatego drgania infraakustyczne w niektórych doniesieniach są traktowane jako jeden z przyszłych, uciążliwych czynników środowiska człowieka.

Zainteresowanie reakcjami fizjologicznymi wywołanymi infradźwiękami jest spowodowane faktem, iż w czasie lotów kosmicznych główna część energii akustycznej, wyzwalanej w czasie pracy silników, a działającej na człowieka zawarta jest między 1 a 100Hz. Wprawdzie oddziaływanie to może wiązać się bezpośrednio z przenoszeniem energii zasadniczo na drodze wibracji, to jednak nie można wykluczyć możliwości działania przez środowisko powietrzne. Infradźwięki bowiem o odpowiednio wysokim natężeniu przenoszone przez powietrze mogą wnikać do organizmu na zasadzie absorpcji przez skórę, narząd słuchu, pobudzać narząd równowagi. W konsekwencji wywołują rozmaite efekty fizjologiczne, zbliżone do zmian stwierdzonych pod wpływem wibracji.

Wpływ infradźwięków na układ nerwowy
Układ nerwowy reaguje podobnie na infradźwięki jak na działanie drgań ultradźwiękowych, w związku z czym większość objawów jest do siebie zbliżona. Ponieważ układ nerwowy reaguje jako całość zrozumiałe się staje, że objawy psychiczne mieszają się z wegetatywnymi, a pełny obraz nie wykazuje cech swoistości. Zmiany te mają charakter przemijający, czynnościowy.
Na czoło zmian wysuwają się przede wszystkim niezwykle subiektywne dolegliwości o charakterze podmiotowym, jak: szybkie pojawienie się zmęczenia, bóle, zawroty głowy, uczucie chwiania się, skłonności do omdleń, ogólne osłabienie, drażliwość, wybuchowość oraz zaburzenia snu. Brak jakichkolwiek objawów wskazujących na uszkodzenia narządów wewnętrznych. Występuje drżenie palców u rąk, wzmożony dermografizm, zaburzenia czynności serca, zwolnienie tętna, obniżenie ciśnienia tętniczego krwi. Zauważono także, iż mogą występować drgania gałki ocznej o maksymalnym okresie 4 sekundy, po ponad pięciogodzinnym przebywaniu w strefie infradźwięków o natężeniu przekraczającym 120dB.

Posted in Uncategorized | Leave a comment