Проходя через любой проводник, сообщает ему некоторое количество энергии. В результате этого проводник нагревается. Передача энергии происходит на молекулярном уровне, т. е., электроны взаимодействуют с атомами или ионами проводника и отдают часть своей энергии.

В результате этого, ионы и атомы проводника начинают двигаться быстрей, соответственно можно сказать, что внутренняя энергия увеличивается и переходит в тепловую энергию.

Данное явление подтверждается различными опытами, которые говорят о том, что вся работа, которую совершает ток, переходит во внутреннюю энергию проводника, она в свою очередь увеличивается. После этого уже проводник начинает отдавать её окружающим телам в виде тепла. Здесь уже в дело вступает процесс теплопередачи, но сам проводник нагревается.

Этот процесс рассчитывается по формуле: А=U·I·t

А – это работа тока, которую он совершает, протекая через проводник. Можно также высчитать количество теплоты, выделяемое при этом, ведь это значение равно работе тока. Правда, это касается, лишь неподвижных металлических проводников, однако, такие проводники встречаются чаще всего. Таким образом, количество теплоты, также будет высчитываться по той же форме: Q=U·I·t .

История открытия явления

В своё время свойства проводника, через который протекает электрический тока, изучали многие учёные. Особенно среди них были заметны англичанин Джеймс Джоуль и русский учёный Эмилий Христианович Ленц. Каждый из них проводил свои собственные опыты, а вывод они смогли сделать независимо друг от друга.

На основе своих исследований, они смогли вывести закон, который позволяет дать количественную оценку выделяемого тепла в результате воздействия электрического тока на проводник. Данный закон получил название «Закон Джоуля-Ленца». Джеймс Джоуль установил его в 1842 году, а примерно через год Эмиль Ленц пришёл к тому же выводу, при этом их исследования и проводимые опыты никак не были связаны друг с другом.

Применение свойств теплового действия тока

Исследования теплового воздействия тока и открытия закона Джоуля-Ленца позволили сделать вывод, подтолкнувший развитие электротехники и расширить возможности применения электричества. Простейшим примером применения данных свойства является простая лампочка накаливания.

Устройство её заключается в том, что в ней применяется обычная нить накаливания, сделанная из вольфрамовой проволоки. Этот металл был выбран не случайно: тугоплавкий, он имеет довольно высокое удельное сопротивление. Электрический ток проходит через эту проволоку и нагревает её, т. е. передаёт ей свою энергию.

Энергия проводника начинает переходить в тепловую энергию, а спираль разогревается до такой температуры, что начинает светиться. Главным недостатком такой конструкции, конечно, является то, что происходят большие потери энергии, ведь только небольшая часть энергии преобразуется в свет, а остальная уходит в тепло.

Для этого вводится такое понятие в техники, как КПД, показывающее эффективность работы и преобразования электрической энергии. Такие понятия как КПД и тепловое воздействие тока применяются повсеместно, так как существует огромное количество приборов основанных подобном принципе. Это в первую очередь касается нагревательных приборов: кипятильников, обогревателей, электроплит и т. д.

Как правило, в конструкциях перечисленных приборах присутствует некая металлическая спираль, которая и производит нагревание. В приборах для нагревания воды она изолирована, в них устанавливается баланс между потребляемой из сети энергией (в виде электрического тока) и тепловым обменом с окружающей средой.

В связи с этим, перед учёными стоит нелёгкая задача по снижению потерь энергии, главной целью является поиск наиболее оптимальной и эффективной схемы. В данном случае тепловое воздействие тока является даже нежелательным, так как именно оно и ведёт к потерям энергии. Самым простым вариантом является повышение напряжения при передаче энергии. В результате снижается сила тока, но это приводит к снижению безопасности линий электропередач.

Другое направление исследований – это выбор проводов, ведь от свойств проводника зависят и тепловые потери и прочие показатели. С другой стороны, различные нагревательные приборы требуют большого выделения энергии на определённом участке. Для этих целей изготавливают спирали из специальных сплавов.

Для повышения защиты и безопасности электрических цепей применяются специальные предохранители. В случае чрезмерного повышения тока сечение проводника в предохранителе не выдерживает, и он плавится, размыкая цепь, защищая, таким образом, её от токовых перегрузок.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Заключение

Введение

Актуальность. В связи с серьезным обострением ситуации в энергетической отрасли необходимость в изучении экономико-технических показателей основных производителей электроэнергии в регионе является одной из важнейших экологических проблем в наши дни.

Тепловые электростанции вырабатывают электрическую и тепловую энергию для нужд народного хозяйства страны и коммунально-бытового обслуживания. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектрические станции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. К ТЭС относятся конденсационные электростанции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В состав государственных районных электростанций (ГРЭС), обслуживающих крупные промышленные и жилые районы, как правило, входят конденсационные электростанции, использующие органическое топливо и не вырабатывающие тепловой энергии наряду с электрической. ТЭЦ работают также на органическом топливе, но в отличие от КЭС наряду с электроэнергией производят горячую воду и пар для нужд теплофикации.

Одной из основных характеристик электростанций является установленная мощность, равная сумме номинальных мощностей электрогенераторов и теплофикационного оборудования. Номинальная мощность - это наибольшая мощность, при которой оборудование может работать длительное время в соответствии с техническими условиями.

Энергетические объекты входят в состав сложной многокомпонентной топливно-энергетической системы, состоящей из предприятий топливодобывающей, топливоперерабатывающей промышленности, транспортных средств доставки топлива от места добычи потребителям, предприятий переработки топлива в удобный для использования вид и систем распределения энергии между потребителями. Развитие топливно-энергетической системы оказывает решающее влияние на уровень энерговооруженности всех отраслей промышленности и сельского хозяйства, рост производительности труда.

Особенностью энергетических объектов, с точки зрения их взаимодействия с окружающей средой, в частности с атмосферой и гидросферой, является наличие тепловых выбросов. Выделение теплоты происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического топлива для выработки электроэнергии, а также при непосредственном использовании тепловой энергии.

Цель данной работы - рассмотреть тепловое воздействие энергетических объектов на окружающую среду.

1. Выделение теплоты энергетическими объектами в окружающую среду

Тепловое загрязнение - тип физического (чаще антропогенного) загрязнения окружающей среды, характеризующийся увеличением температуры выше естественного уровня. Основные источники теплового загрязнения - выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов и воздуха, сброс в водоемы нагретых сточных вод.

Энергетические объекты эксплуатируются при повышенных температурах. Интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена конструкция и, как следствие, к их термическому повреждению. Влияние температурного фактора определяется не только значением рабочей температуры, но и характером и динамикой теплового воздействия. Динамические тепловые нагрузки могут быть обусловлены периодическим характером технологического процесса, изменениями рабочих параметров в период пуско-наладочных и ремонтных работ, а так же вследствие неоднородного распределения температур по поверхности конструкции. При сжигании любого органического топлива образуется диоксид углерода -- СО2, являющийся конечным продуктом реакции горения. Хотя диоксид углерода не токсичен в обычном понимании этого слова, однако его массивный выброс в атмосферу (только за сутки работы в номинальном режиме ТЭС на угле мощностью 2400 МВт выбрасывает в атмосферу около 22 тыс. тонн СО2) приводит к изменению ее состава. При этом снижается количество кислорода и изменяются условия теплового баланса Земли за счет изменения спектральных характеристик радиационного теплопереноса в приземном слое. Это способствует проявлению парникового эффекта.

Кроме того, горение -- процесс экзотермический, при котором связанная химическая энергия переходит в тепловую. Таким образом, основанная на этом процессе энергетика неизбежно приводит к «тепловому» загрязнению атмосферы, также изменяя тепловой баланс планеты.

Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоёмов, вызывающее многообразные нарушения их состояния. ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром, а отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от электростанций в водоёмы непрерывно поступает поток воды с температурой на 8-120C превышающей температуру воды в водоёме. Крупные ТЭС сбрасывают до 90 мі/с нагретой воды. По подсчётам немецких и швейцарских учёных, возможности многих крупных рек в Европе по нагреву сбросной теплотой электростанций уже исчерпаны. Нагрев воды в любом месте реки не должен превышать больше чем на 30C максимальную температуру воды реки, которая принята равной 280C. Из этих условий мощность электростанций сооружаемых на крупных реках ограничивается значением 35000 МВт. О количестве тепла, отводимого с охлаждающей водой отдельных электростанций можно судить по установленным энергетическим мощностям. Средний расход охлаждающейся воды и количество отводимого тепла, приходящегося на 1000 МВт мощности, составляют для ТЭС соответственно 30 м3/с и 4500 ГДж/ч, а для АЭС с турбинами насыщенного пара среднего давления - 50 м3/с и 7300 ГДж/ч.

В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает. Прямоточная система водоснабжения с использованием воды рек уже не может обеспечить необходимого для ТЭС и АЭС количества охлаждающей воды. Кроме того при прямоточном водоснабжении создается опасность неблагоприятного теплового воздействия «тепловое загрязнение» и нарушения экологического равновесия естественных водоемов. Для предотвращения этого в большинстве промышленно развитых странах применяются меры для использования замкнутых систем охлаждения. При прямоточном водоснабжении градирни применяются частично, для охлаждения циркуляционной воды в жаркое время.

2. Современные представления о тепловых режимах компонент окружающей среды

В последние годы все больше говорят и пишут о климате. Из-за высокой плотности населения, создавшейся в некоторых районах Земли, и особенно из- за тесных экономических взаимосвязей между районами и странами, необычные погодные явления, не выходящие, впрочем, за рамки нормального диапазона колебаний погоды, показали, насколько чувствительно человечество ко всяким отклонениям тепловых режимов от средних значений.

Климатические тенденции, наблюдавшиеся в первой половине ХХ века, приобрели новое направление, особенно в районах Атлантики, граничащих с Арктикой. Здесь стало увеличиваться количество льда. В последние годы наблюдались и катастрофические засухи.

Неясно, в какой мере связаны между собой эти явления. Во всяком случае, они говорят о том, как сильно могут изменяться температурные режимы, погода и климат на протяжении месяцев, лет и десятилетий. По сравнению с прежними веками уязвимость человечества к таким колебаниям возросла, так как ресурсы пищи и воды ограниченны, а население мира все растет, развивается также индустриализация и энергетика.

Изменяя свойства земной поверхности и состав атмосферы, выделяя в атмосферу и гидросферу тепло в результате роста промышленности и хозяйственной деятельности, человек все больше влияет на тепловой режим окружающей среды, что, в свою очередь способствует изменению климата.

Вмешательство человека в природные процессы достигло такого размаха, что, результат человеческой деятельности оказывается чрезвычайно опасным не только для тех районов, где она проводится, но и для климата Земли.

Промышленные предприятия, сбрасывающие тепловые отходы в воздух или водоемы, выбрасывающие в атмосферу жидкие, газообразные или твердые (пылевые) загрязнения, могут изменять местный климат. Если загрязнения воздуха будут продолжать расти, они начнут сказываться и на глобальном климате.

Наземный, водный и воздушный транспорт, выбрасывая выхлопные газы, пыль и тепловые отходы, также может влиять на местный климат. Сказывается на климате и сплошная застройка, ослабляющая или прекращающая циркуляцию воздуха, и отток местных скоплений холодного воздуха. Загрязнение моря, например, нефтью влияет на климат обширных пространств Принимаемые человеком меры по изменению облика земной поверхности в зависимости от их масштабов и от того, в какой климатической зоне они проводятся, не только приводят к местным или региональным изменениям, но и затрагивают тепловые режимы целых материков. К таким изменениям относятся, например, изменения погодных условий, землепользования, уничтожение или, наоборот, насаждение лесов, обводнение или осушение, распашка целины, создание новых водоемов - все то, что изменяет тепловой баланс, водное хозяйство и распределение ветров на обширных пространствах.

Интенсивное изменение температурного режима окружающей среды привело к обеднению их флоры и фауны, заметному сокращению численности многих популяций. Жизнь животных тесно связана с климатическими условиями в зоне их обитания, следовательно, изменение температурного режима неизбежно ведет к изменению растительного и животного мира.

Изменение теплового режима в результате деятельности человека особенно сильно сказывается на животных, вызывая увеличение численности одних, сокращение - других, вымирание - третьих. Изменение климатических условий относиться к косвенным видам воздействия - изменениям условий жизни. Таким образом, можно отметить, что тепловое загрязнение окружающей среды со временем может привести к необратимым последствиям в вопросах температурных изменений и составе флоры и фауны.

3. Распространение тепловых выбросов в окружающей среде

За счет большого количества сжигаемого органического топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество углекислого газа. Если бы он весь оставался там, то количество его нарастало бы достаточно быстро. Однако, существует мнение, что в действительности углекислый газ растворяется в воде Мирового океана и тем самым выводится из атмосферы. В океане содержится громадное количество этого газа, но 90 процентов его находится в глубинных слоях, которые практически не взаимодействуют с атмосферой, и только 10 процентов в близких к поверхности слоях активно участвуют в газовом обмене. Интенсивность этого обмена, от которого в конечном итоге зависит содержание углекислого газа в атмосфере, сегодня до конца не выяснена, что не позволяет делать надежных прогнозов. По поводу допустимого увеличения газа в атмосфере у ученых сегодня тоже нет единого мнения. Во всяком случае, следует учитывать и факторы, влияющие на климат в противоположном направлении. Как, например, растущую запыленность атмосферы, которая как раз понижает температуру Земли.

Кроме тепловых и газовых выбросов в атмосферу Земли, тепловое воздействие энергетические предприятия оказывают в большей степени на водные ресурсы.

Особую группу вод, используемых ТЭС, составляют охлаждающие воды, забираемые из водоемов на охлаждение поверхностных теплообменных аппаратов - конденсаторов паровых турбин, водо-, масло-, газо- и воздухоохладителей. Эти воды вносят в водоем большое количество тепла. Из конденсаторов турбин отводится приблизительно до двух третей всего количества тепла, получаемого при сгорании топлива, что намного превосходит сумму тепла, отводимого от других охлаждаемых теплообменников. Поэтому «тепловые загрязнения» водоемов сбросными водами ТЭС и АЭС связывают обычно с охлаждением конденсаторов. Горячая вода охлаждается в градирнях. Затем подогретая вода возвращается в водную среду. В результате сброса подогретых вод в водные объекты происходят неблагоприятные процессы, приводящие эвтрофикации водоема, снижению концентрации растворенного кислорода, бурное развитие водорослей, сокращения видового разнообразия водной фауны. В качестве примера подобного воздействия ТЭС на водную среду можно привести такое: Допустимые по нормативным документам пределы подогрева воды природных водоемов составляет: на 30 С летом а на 50 С зимой.

Необходимо также сказать о том, что тепловое загрязнение приводит также к изменению микроклимата. Так, вода, испаряющаяся из градирен, резко повышает влажность окружающего воздуха, что в свою очередь приводит к образованию туманов, облаков и др.

Основные потребители технической воды потребляют около 75 общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения. При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300 МВт образуется до 1000 м3 разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.

В последние годы новые технологи, применяемые при оборотном водоснабжении, позволяют в 40 раз снизить потребность станции в пресной воде. Что, в свою очередь, ведет к сокращению сброса технической воды в водоемы. Но при этом тоже существуют определенные минусы: в результате упаривания поступающих на подпитку вод их солесодержание увеличивается. По соображениям предупреждения коррозии, накипеобразования и биологической защиты в эти воды вводятся не свойственные природе вещества. В процессе сброса воды и атмосферных выбросов происходит поступление солей в атмосферу и в поверхостные воды. В атмосферу соли попадают в составе гидроаэрозолей капельного уноса, создавая специфический вид загрязнения. увлажнении окружающей территории и сооружений, вызывающем обледенение дорог, коррозию металлоконструкций, образование на элементах ОРУ токопроводящих увлажненных пленок пыли. Кроме того в результате капельного уноса увеличивается подпитка циркуляционной воды, что влечет за собой увеличение затрат на собственные нужды станции.

Форма загрязнения окружающей среды, связанная с изменением ее температуры, происходящая в результате промышленных выбросов нагретого воздуха, отходящих газов и вод в последнее время привлекает все больше внимания со стороны экологов. Хорошо известно образование, так называемого "острова" тепла, возникающего над крупными промышленными районами. В больших городах среднегодовая температура на 1-2 0С выше, чем в окрестностях. В образовании острова тепла играют роль не только выбросы антропогенного тепла, но и изменение длинноволновой составляющей радиационного баланса атмосферы. В целом над этими территориями возрастает нестационарность атмосферных процессов. В случае чрезмерного развития этого явления возможно существенное воздействие на глобальный климат.

Изменение теплового режима водных объектов при сбросе тёплых промышленных стоков может повлиять на жизнь гидробионтов (живые существа, обитающие в воде). Известны случаи, когда сброс теплых вод создавал тепловой барьер для рыб на их пути к нерестилищам.

Заключение

Таким образом, отрицательное влияние теплового воздействия энергетических предприятий на окружающую среду выражается в, первую очередь, в гидросфере - во время сброса отработанной воды и в атмосфере - путем выбросов углекислого газа, который способствует проявлению парникового эффекта. При этом не остается в стороне и литосфера - соли и металлы, содержащиеся в отработанной воде, попадают в почву, растворяются в ней, чем вызывают изменение ее химического состава. Кроме того, тепловое воздействие на окружающую среду приводит к изменению температурного режима в районе энергетических предприятий, что, в свою очередь, может привести к оледенению дорог и почвы в зимний период.

Последствия негативного влияния выбросов энергетических объектов на окружающую среду уже сегодня ощущаются во многих регионах планеты, в том числе и в Казахстане, а в будущем грозят глобальной экологической катастрофой. В связи с этим, разработка мер по снижению тепловых загрязняющих выбросов и их практическая реализация весьма актуальны, хотя зачастую требует значительных капитальных вложений. Последнее и является основным тормозом широкого внедрения в практику. Хотя принципиально многие вопросы решены, но это не исключает возможности дальнейшего их усовершенствования. При этом следует учитывать, что снижение тепловых выбросов, как правило, влечет за собой повышение коэффициента полезного действия энергетической установки.

Тепловое загрязнение может привести к печальным последствиям. По прогнозам Н.М. Сваткова изменение характеристик окружающей среды (повышение температуры воздуха и изменение уровня мирового океана) в ближайшие 100-200 лет может вызвать качественную перестройку окружающей среды (стаивание ледников, подъём уровня мирового океана на 65 метров и затопление обширных участков суши).

Список используемых источников

1. Скалкин Ф.В. и др. Энергетика и окружающая среда. - Л.: Энергоиздат, 1981

2. Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. - М.: Высш. шк., 1987

3. Стадницкий Г.В. Экология: учебник для ВУЗов. - СПб: Химиздат, 2001

4. С.И.Розанов. Общая экология. СПб.: Издательство «Лань», 2003

5. Алисов Н.В., Хорев Б.С. Экономическая и социальная география мира. М.:

6. Гардарики, 2001

7. Чернова Н.М., Былова А.М., Экология. Учебное пособие для педагогических институтов, М., Просвещение, 1988

8. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995

9. Общая биология. Справочные материалы, Составитель В.В.Захаров, М., Издательский дом «Дрофа», 1995

Подобные документы

Вещества, загрязняющие атмосферу, их состав. Платежи за загрязнение окружающей среды. Методы расчетов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Характеристика предприятия как источника загрязнения атмосферы, расчет выбросов на примере ЛОК "Радуга".

курсовая работа , добавлен 19.10.2009


Общая характеристика теплоэнергетики и её выбросов. Воздействие предприятий на атмосферу при использовании твердого, жидкого топлива. Экологические технологии сжигания топлива. Влияние на атмосферу использования природного газа. Охрана окружающей среды.

контрольная работа , добавлен 06.11.2008


Характеристика экологической обстановки, складывающейся в результате хозяйственной деятельности в г. Абакане. Оценка степени загрязнения окружающей среды в результате выбросов токсичных продуктов горения, Расчет эколого-экономического ущерба от пожаров.

контрольная работа , добавлен 25.06.2011


Факторы, влияющие на загрязнение окружающей среды автотранспортом. Влияние режимов движения на объемы выбросов автотранспортных средств. Воздействие климатических условий на объемы выбросов. Закономерность изменения концентрации свинца в течение года.

контрольная работа , добавлен 05.08.2013


Характеристика отраслей промышленности Волгограда и их вклад в ухудшение состояния окружающей среды. Характер вредного воздействия выбросов на человека. Канцерогенный риск для здоровья населения от выбросов в атмосферу ОАО "Волгоградский алюминий".

курсовая работа , добавлен 27.08.2009


Оценка влияния индустриальных объектов на экологические условия Казахстана. Специфика загрязнений, возникающих в результате работы теплоэлектростанций. Анализ изменения геоэкологических условий окружающей среды под воздействием теплоэлектростанции.

дипломная работа , добавлен 07.07.2015


Актуальность очистки выбросов тепловых электростанций в атмосферу. Токсичные вещества в топливе и дымовых газах. Преобразование вредных выбросов ТЭС в атмосферном воздухе. Типы и характеристики золоуловителей. Переработка сернистых топлив перед сжиганием.

курсовая работа , добавлен 05.01.2014


Нарушение окружающей природной среды в результате деятельности человека. Изменение климата, загрязнение атмосферы и гидросферы, деградация земельных ресурсов, парниковый эффект. Пути предотвращения глобальной климатической и экологической катастрофы.

реферат , добавлен 08.12.2009


Факторы, влияющие на эффективность функционирования и развития железнодорожного транспорта. Воздействие объектов железнодорожного транспорта на окружающую среду, интегральные характеристики для оценки его уровня и определения экологической безопасности.

презентация , добавлен 15.01.2012


Социально-политический и эколого-экономический аспекты проблемы охраны окружающей среды. Глобальные проблемы экологии, признаки нарастающего кризиса. Загрязнение земель и почв в результате антропогенного воздействия. Нарушение и рекультивация земель.

пожар вред окружающий среда человек

Любой пожар представляет собой опасное социальное явление, причиняющий материальный ущерб, вред жизни и здоровью людей.

В условиях развития пожара человек может подвергнуться смертельной опасности по причинам:

• 1) теплового воздействия на организм;
• 2) образования монооксида углерода и других токсичных газов;
• 3) недостатка кислорода.

Задание 1. Теоретический вопрос

Текст должен быть написан лаконичным, технически грамотным языком, на весь использованный материал должны быть даны ссылки по тексту. В конце задания должен быть приведен список использованной литературы. Общий объем ответа на теоретическое задание должен составлять не менее 5 печатных страниц.

Таблица 1.

Тепловое воздействие на организм человека

Важно учитывать, что непосредственное термическое воздействие на живой организм при пожаре возможно только в том случае, когда человек, будучи в полном сознании, не имеет возможности защитить себя или не в состоянии принять какие-либо контрмеры, поскольку находится без сознания. Восприятие боли как предупредительного импульса термического поражения поверхности тела (например, образование пузырей) зависит от интенсивности теплового потока и времени его воздействия. Быстро горящие материалы с высокой теплотой сгорания (например, хлопок, ацетаты целлюлозы, полиакрилнитриловое волокно и т. п.) оставляют мало времени между ощущением боли (предупредительный сигнал) и повреждением поверхности тела.

Повреждения, причиняемые тепловым излучением, характеризуются следующими данными:

Нагрев до 60 °С. Эритема (покраснение кожи).

Нагрев до 70 °С. Везикация (образование пузырей).

Нагрев до 100 °С. Деструкция кожи с частичным сохранением капилляров.

Нагрев свыше 100 °С. Ожог мышц.

Обнаружение таких косвенных термических воздействий означает, что организм находился на определенном расстоянии от места активного горения и подвергался воздействию вторичных его проявлений - нагреву от поглощения лучистой энергии и передачи теплоты нагретым воздухом.

Для большинства людей смерть от СО достигается при 60% концентрации карбоксигемоглобина в крови. При 0,2% СО в воздухе требуется 12-35 минут в обстановке пожара для образования 50% карбоксигемоглобина. В этих условиях человек начинает задыхаться и не в состоянии координировать свои движения и теряет сознание. При 1% СО требуется всего 2,5-7 минут, чтобы достигнуть той же концентрации карбоксигемоглобина, а при экспозиции в 5% концентрации СО требуется всего 0,5-1,5 мин. На детей монооксид углерода воздействует сильнее, нежели на взрослых. Двойной глубокий вдох 2% СО в газообразной смеси приводит к потере сознания и смерти в течение двух минут.

Количество абсорбированного в крови монооксида углерода обусловливается помимо концентрации СО следующими факторами:

• 1) скоростью вдыхания газа (с ростом скорости увеличивается количество поглощаемого СО);
• 2) характером деятельности или ее недостатком, что обусловливает потребность в кислороде и тем самым поглощение монооксида углерода;
• 3) индивидуальной чувствительностью к действию газа.

Если анализ крови жертвы показывает минимальное содержание СО, приведшее к смерти, то это может свидетельствовать о длительным воздействии относительно низких концентраций газа в условиях небольшого тлеющего процесса горения. С другой стороны, если в крови обнаруживается очень высокая концентрация СО, то это указывает на более короткую экспозицию при значительно более высокой концентрации газа, выделяемого в условиях сильного пожара.

Неполное горение способствует образованию, наряду с монооксидом углерода, различных токсических и раздражающих газов. Доминирующим по опасности токсическим газом являются пары синильной кислоты, образующейся при разложении многих полимеров. Примером их являются полиуретаны, присутствующие во многих покрытиях, красках, лаках; полужесткий пенополиуретан, применимый во всяких драпировках мебели; жесткий пенополиуретан, употребляемый в качестве изоляции потолков и стен. Другие материалы, содержащие азот в их молекулярной структуре, также образуют при разложении и горении цианистый водород и диоксид азота. Эти продукты образуются из волос, шерсти, нейлона, шелка, мочевины, акрилнитрильных полимеров.

Для определения причины смерти в случае, если содержание СО в крови оказалось на низком уровне и отсутствуют другие ее причины, необходимо проанализировать кровь на присутствие цианистого водорода (НС). Его наличие в воздухе в количестве 0,01% вызывает смерть в течение нескольких десятков минут. Цианистый водород может удерживаться длительное время в обводненном остатке. Исследователь пожара, стремящийся определить по запаху наличие легко воспламеняемых жидкостей, может не почувствовать летальные концентрации НСL, которые снижают чувствительность носа к запахам.

Другие токсичные газы, как окись и закись азота, также образуются при горении азотсодержащих полимеров. Хлорсодержащие полимеры, преимущественно поливинилхлорид (РУС, ПВХ), образуют хлористый водород - очень токсичный газ, который в контакте с водой, так же как хлор, в виде соляной кислоты вызывает сильную коррозию металлических элементов.

Полимеры содержащие серу, сульфоновые полиэфиры и вулканизированный каучук - образуют диоксид серы, сероводород и карбонилсульфида. Карбонилсульфид значительно токсичнее монооксида углерода. Полистиролы, часто используемые в качестве упаковочных материалов, в световой рассеивающей арматуре и др образуют при разложении и горении мономер стирола, также являющегося токсичным продуктом.

Все полимеры и нефтепродукты при развившемся горении могут образовать альдегиды (формальдегид, акролеин), оказывающие сильное раздражающее воздействие на дыхательную систему живого организма.

Снижение концентрации кислорода в атмосфере ниже 15% (об.) затрудняет вплоть до полного прекращения газообмен в легочных альвеолах. При уменьшении содержания кислорода от 21% до 15% ослабляется мускульная деятельность (кислородное голодание). При концентрациях от 14% до 10% кислорода сохраняется еще сознание, но падает способность к ориентировке в обстановке, теряется рассудительность. Дальнейшее уменьшение концентрации от 10% до 6% кислорода приводит к коллапсу (полный упадок сил), но с помощью свежего воздуха или кислород состояние может быть предотвращено.

Хорошо известно, что изменение температуры может оказывать весьма существенное влияние на механические свойства материалов. Поэтому в задачах термомеханики при наличии температурных градиентов необходим учет температурной неоднородности. В некоторых случаях даже перепад в несколько градусов приводит к значительному изменению механических характеристик (мерзлые грунты, некоторые полимеры). В то же время существуют материалы, в которых заметное изменение свойств происходит при наличии градиентов температуры в несколько сотен градусов (горные породы, металлы и пр.). Некоторые экспериментальные данные по влиянию температуры на механические свойства металлов и сплавов приведены в работе . Ниже рассматриваются примеры температурных зависимостей механических характеристик металлов, горных пород и бетонов, а также способы их аппроксимации.

Металлы и сплавы. На рис. 1.2 приведены зависимости модуля упругости, предела текучести и предела прочности алюминиевого сплава от температуры. 11а рис. 1.3 приведена зависимость предела прочности от температуры для различных конструкционных сталей.

Рис. 1.2. Влияние температуры на модуль упругости Е, предел текучести ст г и предел прочности а в алюминиевого сплава 2024-ТЗ

Рис. 1.3.

Графики, приведенные на рис. 1.2 и 1.3, показывают, что в интервале между комнатной температурой и температурой приблизительно 200-300°С все механические характеристики меняются относительно слабо, причем иногда предел прочности в этом интервале увеличивается. Примерно с 200-300°С наблюдается значительное уменьшение как прочностных, так и деформационных свойств металлов. Понижение температуры для многих сталей приводит к увеличению предела текучести и предела прочности. При понижении температуры примерно до -200°С предел прочности сталей возрастает почти в два раза, а предел текучести увеличивается более чем в три раза, приближаясь к пределу прочности. Во многих случаях при низких температурах наблюдается хрупкое разрушение.

Грунты и горные породы. Многочисленные исследования были проведены по изучению влияния температуры на механические свойства грунтов и горных пород.

Изучение характера изменения модуля Юнга в грунтах (глины) в случае одноосного напряженного состояния при различных температурах [ 211 показало, что с увеличением температуры наблюдается снижение этой основной деформационной характеристики грунтов. Результаты соответствующих экспериментов приведены на рис. 1.4.

Аналогичные исследования проводились и для горных пород, но уже для случая трехосного сжатия и при значительно более высоких температурах, так как при сравнительно небольших температурах горные породы (например, базальт) практически не изменяют своих упругих свойств. Соответствующие зависимости показаны на рис. 1.5. Здесь, как и в предыдущем случае, при повышении температуры происходит весьма существенное снижение величины модуля упругости. Например, в граните модуль Юнга при комнатной температуре почти в три раза больше, чем при температуре 800°С. Для базальта это различие еще больше. Результаты полученных экспериментальных исследований можно с достаточной точностью аппроксимировать с помощью простой зависимости

где Е 0 - модуль упругости ненагретого материала; 5 - эмпирический коэффициент. На рис. 1.4 и 1.5 (для гранита) приведены аппроксимирующие зависимости (1.22). Можно заметить, что совпадение с экспериментальными данными достаточно хорошее. Для сверхтвердых пород тина базальта соотношение (1.22) может быть несколько уточнено:

Рис. 1.4.

Рис. 1.5.

Поскольку характер температурных зависимостей модуля упругости грунтов и горных пород во многом подобен зависимостям механических характеристик металлов и сплавов, показанным на рис. 1.2, 1.3, то соотношения типа (1.22) и (1.23) могут также использоваться для аппроксимации последних.

Бетон. Сведения о механических и теплофизических характеристиках бетонов различных составов, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур, приведены в работе . 11а рис. 1.6 приведены зависимости модуля упругости жаростойких бетонов от температуры в интервале 50- 1000°С, построенные на основании табличных данных, приведенных в работе . Можно видеть, что с ростом температуры в целом происходит падение модуля упругости, причем при температуре, приближающейся к 1000°С, модуль упругости для некоторых составов бетонов уменьшается в десять и более раз (кривые 2 и 3). Для некоторых бетонов в интервале температур 70-300°С наблюдается некоторое увеличение модуля упругости (кривые 3 и 4).

Рис. 1.6. Температурные зависимости модуля упругости бетонов различных составов (Е 0 - начальный модуль упругости)

Учитывая достаточно сложный и неодинаковый для разных бетонов характер изменения модуля упругости с температурой, трудно аппроксимировать рассматриваемые зависимости единой относительно простой формулой. Одним из способов аппроксимации таких зависимостей может быть полиномиальная функция

Выражение (1.24) имеет два достоинства. Первое заключается в возможности достижения требуемой точности при невысокой степени полинома (N= 2, 3), второе - в наличии стандартных подпрограмм для определения коэффициентов аппроксимирующего полинома методом наименьших квадратов, что позволяет легко автоматизировать данную процедуру.

При решении задач с температурными полями вынужденные (температурные) деформации, входящие в физические соотношения (1.12), (1.13), вычисляются по формуле

где а т - коэффициент линейного температурного расширения, в общем случае зависящий от температуры.

На рис. 1.7 показаны зависимости а,(Т) для некоторых составов бетонов. Различный температурный диапазон для разных кривых обусловлен пределами применимости того или иного бетона. Следует обратить внимание на существенную зависимость коэффициента линейного температурного расширения от температуры. При этом в случае кратковременного нагрева с ростом температуры коэффициент а т монотонно уменьшается и при достижении температуры 1000°С его значение в несколько раз меньше, чем при нормальной температуре. При длительном нагреве а т с увеличением температуры сначала растет, а затем монотонно уменьшается. Очевидно, что при больших температурных градиентах необходимо учитывать зависимость этого коэффициента от температуры.

Рис. 1.7. Зависимость а т бетона от температуры: сплошная линия - при кратковременном нагреве; пунктирная линия - при длительном нагреве

Для аппроксимации функций а,(7) в случае их монотонного изменения можно использовать зависимости типа (1.22) или (1.23), а для функций, показанных пунктиром на рис. 1.7, можно воспользоваться полиномом типа (1.24).

Как было отмечено выше, если распределение температуры в теле неоднородно, то в соответствующем температурном интервале механические свойства тела являются функциями координат, т.е. тело становится неоднородным по своим упругим и пластическим свойствам.

Для определения этой неоднородности, названной нами косвенной, сначала требуется решить краевую задачу для уравнения теплопроводности

где X - коэффициент теплопроводности; с - удельная теплоемкость; р - плотность; W - интенсивность источников тепла, отнесенных к единице объема. Таким образом, функции неоднородности определяются но формуле

где под F понимается любая механическая характеристика материала. Следует также заметить, что в некоторых случаях необходим учет термической неоднородности, например зависимости ЦТ). На рис. 1.8 согласно работе приведены соответствующие графики для бетонов разных составов. Можно заметить, что для большинства марок бетонов коэффициент теплопроводности близок к постоянному значению или является слаборастущей функцией (кривые 2-4). Однако в некоторых случаях этот коэффициент с ростом температуры может существенно уменьшаться (кривая 1).

Рис. 1.8.

Для аппроксимации такой зависимости, по-видимому, может использоваться функция типа (1.22).

Как отмечено в работе , воздействие температурного поля может вызвать неоднородность двух типов: а) существующую во время действия температуры; б) остающуюся после снятия температуры, если последняя была настолько велика, что привела к структурным изменениям материала.

Стрессорное воздействие. Достаточной силы тепловые процедуры, особенно баня, оказывают на организм человека стрессорное влияние. Если это грамотно использовать, то можно активировать защитные силы и укрепить организм. Так, умеренная баня встряхивает, обновляет, тонизирует человеческий организм. Именно поэтому выходишь из бани в прекрасном настроении. Пожилым людям особенно необходима подобная физиологическая встряска. Это позволит значительно активировать их организм, сохранить бодрость и силу до преклонных лет.

На кожу. Воздействие теплом (как и холодом) на кожу означает:
а) воздействие на самый большой орган в человеческом организме. Кожный покров составляет около 1,5 мг ткани, 20% от общего веса человека;

б) воздействие на естественную защиту. Наша кожа — «передний край обороны» человеческого организма. Непосредственно вступает в контакт с окружающей средой. Защищает наши сосуды, нервы, железы, внутренние органы, от холода и перегрева, от повреждений и микробов. Кожа содержит вещество лизоцим, губительное для многих бактерий;

в) воздействие на дыхательную и водно-выделительную функцию кожи. Кожа дышит, а значит, помогает легким. Через нее выделяется вода, что облегчает работу почкам. С ее помощью мы освобождаемся от шлаков;

г) воздействие на сальные железы. Сальные железы имеют выход наружу в виде пор, смазывая нашу кожу тонким слоем особой эмульсии, которая смягчает, предохраняет ее от высушивания, придает эластичность, упругость и блеск. Если сальные железы функционируют плохо, то кожа страдает, а вместе с ней страдает и организм;

д) защиту от инфекций. Человеческий организм в борьбе с инфекцией способен вырабатывать антитела - противоядие, не только убивающее бактерии, но и обеззараживающее выделяемые ими яды. Эта защита продолжает действовать и когда выздоравливаешь. Так возникает невосприимчивость к болезни - иммунитет, в формировании которого, как показали новейшие исследования, кожа участвует самым активнейшим образом. Но кожа это может делать лишь тогда, когда она чиста и здорова. Чистая, здоровая кожа противодействует непрерывной агрессии микробов. Заражение через кожу возможно лишь при ее загрязнении. Исследования ученых показали, что микроорганизмы на чистой коже быстро погибают;

е) образование грязи на коже. Недавно датские микробиологи обнаружили в пыли клещики диаметром всего 30 микрон, питающиеся отмершими частицами человеческой кожи и вызывающие одну из форм астмы. Смешиваясь с потом, с постоянно выделяющимся кожным салом и чешуйками омертвевшего рогового слоя, эти пылинки образуют то, что мы называем грязью. Грязная кожа теряет упругость, становится беззащитной. Воспаления, нагноения чаще всего вызываются стафилококками;

ж) причины кожных заболеваний. Многие болезни кожи являются причинами выброса токсического содержимого организма изнутри наружу. Так организм борется от накопившихся в нем ядовитых веществ, если органы выделения не справляются. Поэтому, чтобы банный жар не действовал на кожу как «пылесос», через который удаляется токсическое содержимое организма, проведите предварительную очистку всех важнейших систем организма - кишечника, печени, жидкостных сред;

з) очищающее. Сильный приятный жар (бани), как никакое другое гигиеническое средство, открывает и тщательно прочищает все поры тела, удаляет грязь. Мягко снимает с верхнего слоя кожи отжившие, омертвевшие клетки. Полезно знать, что только за одни сутки у человека в среднем погибает и восстанавливается двадцатая часть клеток кожного покрова. Так влажный жар бани помогает самообновлению кожи;

и) бактерицидное действие жара. Жар сауны и бани обладает бактерицидностью. Гибнут в этом жару и микробы на теле человека;

к) косметический эффект. Горячие и влажные процедуры позволяют усилить ток крови, тренирует сосуды, прилегающие к коже. От этого кожа смотрится не только привлекательнее, но улучшаются и ее физиологические свойства. Ей не страшны перепады температур. К тому же повышается ее осязательная способность.

Насыщение организма влагой и теплом. Одной из особенностей феномена жизни является постоянная борьба организма за сохранение оптимального количества влаги и тепла. Посудите сами: трехдневный человеческий зародыш состоит на 97% из воды, взрослый - почти на две трети своего веса, а старый человек - еще меньше. Взрослый человек при нормальных условиях выдыхает за 1 час около 25,5 г воды (это в сутки около 600 г). С годами любой человек теряет воду и тепло, а с ними уходит и жизненная сила. Влажная банная процедура позволяет организму человека пополнять и то и другое. В результате этого жизненные проявления в организме человека восстанавливаются. Особенно это полезно для пожилых и старых людей.

Влияние на кровообращение вообще. Как ранее указывалось, жар сильно стимулирует циркуляторные процессы в организме. Главной циркулирующей жидкостью в организме является кровь. Поэтому активизируется деятельность сердца, кровь быстро циркулирует по организму, орошая все органы и системы без исключения. Вот почему простой прогрев помогает просто и эффективно избавиться от застоя крови. Здоровье, сопротивляемость организма внешним и внутренним неблагоприятным факторам во многом зависят от кровообмена. А с возрастом кровообмен имеет тенденцию сокращаться. Так, после обследования кровообмена у 500 людей, было установлено, что в среднем у 18-летних лиц через 1,5 см3 мышц проходит 25 см3 крови. К 25 годам количество циркулирующей в мышцах крови уменьшается почти наполовину. Особенно снижается кровоснабжение мышц у тех, кто ведет малоактивный образ жизни. Что особенно ценно, в результате нагрева организма приходит в движение резервная кровь, которой у человека 1 л (из 5-6 л). Резервная кровь, богатая ценнейшими питательными веществами, осуществляет прекрасное питание клеток организма. В начале разогрева организма давление крови несколько повышается. А потом - благодаря расширению кровеносных сосудов - идет его снижение.

Влияние жара на капиллярное кровообращение. Если рассматривать кровеносную систему, то в капиллярах находится 80% всей циркулирующей крови в организме. Общая протяженность капилляров около 100 тыс. километров. Система капилляров представляет своеобразный сосудистый скелет, орошающий каждую нашу клеточку организма. В каждом плохо функционирующем органе, как правило, находят спазм капилляров, их расширение или сужение. Любой болезнетворный процесс это, прежде всего, нарушение капиллярного кровообращения. Жар бани увеличивает циркуляторные процессы в организме, расслабляет спазмы в тканях и органах, что способствует восстановлению нормальной циркуляции крови, а значит, восстанавливает работу органа или ткани.

Влияние жара на картину крови. Академик И. Р. Тарханов доказал, что после банной процедуры количество эритроцитов и гемоглобина увеличивается. Новейшие исследования подтвердили это открытие. Под влиянием банной процедуры увеличивается и количество лейкоцитов - белых кровяных шариков, участвующих в иммунной защите организма.

Влияние жара на сердце. Под влиянием жара банной процедуры происходит активизация работы сердечной мышцы. Сила ее сокращений увеличивается. Регулярная парная приводит к тренирующему эффекту сердечной мышцы. Это было подтверждено экспериментально. Группе мужчин в возрасте 30-40 лет был предложен тест на определение работы сердечной мышцы - как можно быстрее подняться без лифта на 12-й этаж. Фиксировались время, затраченное на это восхождение, частота сердечных сокращений и дыхание, а также время восстановления этих показателей. Затем все участники эксперимента были разделены на две группы. Одна группа стала два раза в неделю заниматься бегом трусцой, другая столько же раз в неделю посещала баню, где применялись контрастные воздействия: четыре-пять заходов в парную по 5-7 мин, с последующим обливанием холодной (12-15° С) водой в течение 20-40 с и 1-2 мин теплой (35-37° С). Между каждым заходом в парную отдых 5-7 мин. Через три месяца контрольный тест был повторен (подъем на 12-й «этаж без лифта). У тех, кто занимался бегом трусцой и кто парился в бане, положительные сдвиги оказались примерно одинаковыми. Все участники эксперимента значительно сократили время подъема вверх, и при этом у представителей обеих групп отмечалась более благоприятная реакция сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Но что весьма важно, время восстановления функций резко сократилось, особенно у тех, кто посещал баню.

Влияние жара на обмен веществ. Затруднение теплоотдачи организмом вызывает активность кровообращения. Усиление кровообращения в свою очередь приводит к повышению температуры тела. Повышение температуры сказывается на увеличении активности окислительно-восстановительных ферментов в клетках. В итоге в организме активизируются окислительные процессы. Быстрая циркуляция крови, выход резервного количества и увеличение гемоглобина в ней позволяют доносить до клеток большее количество кислорода. Это в свою очередь стимулирует процессы окисления веществ. Вот так банная процедура повышает примерно на одну треть обмен веществ. Лучше усваиваются пищевые вещества, шлаки окисляются и выводятся из организма. Активность ферментов, повышенный обмен веществ приводят к тому, что у человека появляется здоровый аппетит. Это позволяет нормализовать многие отклонения в работе пищеварения, повысить усвояемость пищевых веществ.

Влияние жара на функцию дыхания. Баня прекрасно стимулирует дыхание. Горячий увлажненный воздух воздействует на гортань и на слизистые оболочки носа. Поскольку усиленный обмен веществ во время жара требует кислорода, дыхание учащается, становится глубже, а это в свою очередь улучшает воздухообмен в легочных альвеолах. Вентиляция легких по сравнению с показателями до бани возрастает более чем в два с половиной раза. После жара бани лучше дышится потому, что прочищены поры кожи, выведено токсическое содержимое из крови, улучшена кровяная циркуляция. После банной процедуры потребление кислорода увеличивается в среднем на одну треть.

Влияние жара на железы внутренней секреции. Улучшение кровоснабжения, обмена веществ и дыхания, удаление токсинов в результате банной процедуры стимулирует железы внутренней секреции, в результате чего лучше регулируется и координируется деятельность органов и систем организма.

Улучшение психического состояния человека. Когда организм человека улучшает свое функционирование в результате описанных выше действий жара, то человек чувствует себя комфортно. Это приводит к тому, что человека теперь ничего не раздражает, и он психологически отдыхает. К тому же жар бани снимает утомление, которое постепенно накапливается к концу недели. Из мышц с потом удаляется молочная кислота, которая усугубляет чувство утомления. Банный жар, прогрев кожу, мышцы, различные ткани и органы, вызывает приятную расслабленность. Расслабленность и прогрев - основное, что необходимо для благоприятного восстановления жизненных сил. Все это создает окрыленное, оптимистическое настроение. Когда организм расслаблен и нет скованности, наступает здоровый, безмятежный сон.

Парная и повышение остроты зрения. Теплота - одна из функций жизненного принципа «Желчи», который контролирует кроме пищеварения функцию зрения. Поэтому нет ничего удивительного, что у человека в результате применения парной улучшается функция зрения. Ученые в своих исследованиях банной процедуры лишь подтвердили это положение Аюрведы.

Жар и инфекции. Порог температурной чувствительности целого ряда болезнетворных микробов ниже порога температур, которые могут переносить клетки человеческого организма. Поэтому широко используют повышение температуры (сауну, парную) для лечения ряда инфекционных болезней.

По материалам книги Г.П. Малахова "Основы здоровья"