Školské experimenty s analyzátorom vysokofrekvenčného elektromagnetického poľa HF35C

Transcription

1 Školské experimenty s analyzátorom vysokofrekvenčného elektromagnetického poľa HF35C JÁN DEGRO 1, MIRIAM FERETOVÁ 2, MONIKA LEŠŠOVÁ 2 1 Prírodovedecká fakulta, Univerzita P. J. Šafárika v Košiciach 2 Gymnázium a základná škola sv. Mikuláša, Duklianska 16, 81 Prešov V príspevku budú prezentované námety, pracovné listy (šesť) na experimenty s prístrojom HF35C. Taktiež budú prezentované výsledky meraní elektromagnetických polí v exteriéri (v okolí školy a obytného domu), v interiéri (v okolí, mikrovlniek, bezšnurových telefónov, mobilov, wifi), ktoré sme získali so žiakmi. Predstavíme taktiež projekt s názvom Vysokofrekvenčné elektromagnetické polia v životnom prostredí žiaka. Predstavíme dotazník, ktorým študenti, pred začiatkom experimentov, zmapovali používanie mobilov žiakmi školy. Úvod Veľa ľudí dnes používa prístroje, ktoré pracujú na princípe vysokofrekvenčných (vf) elektromagnetických polí (EMP), napr. mikrovlnky, mobilné a bezšnúrové telefóny, wifi. Kvôli rôznym, často opačným, názorom na vplyv vf EMP na zdravie, prezentovaných v médiách (televízia, rádio, časopisy) a internet [1-6] sme sa rozhodli realizovať so žiakmi projekt, v rámci ktorého, by sme premerali veľkosť tohto poľa v exteriéri a interiéri s cieľom porovnať ich s platnými hygienickými normami. Projektu predchádzala príprava brožúrky s námetmi na experimenty. Napriek tomu, že profesionálne merania vf EMP sú náročné a taktiež prístroje sú drahé, existuje možnosť, ako premerať vf EMP vo svojom okolí. Na tento účel je vhodný prístroj HF35C, ktorý vyrába firma Gigahertz Solutions (Nemecko). Táto firma vyrába okrem profesionálnych prístrojov, aj lacnejšie pre obyvateľov (laikov) zaujímajúcich sa o kvalitu životného prostredia. Cieľom príspevku je prezentovať námety na jednoduché pilotné experimenty s meračom HF35C, ktoré je možné realizovať v prostredí školy resp. doma. Cieľom je taktiež prezentovať nami realizovaný projekt na Gymnáziu sv. Mikuláša v Prešove s názvom Vysokofrekvenčné EMP v životnom prostredí žiaka. Vysokofrekvenčný analyzátor HF35C Digitálny vysokofrekvenčný analyzátor elektromagnetických polí HF35C (high frequency analyzer), obr.1, umožňuje meranie EMP v intervale 8 MHz a 2,5 GHz. Tento frekvenčný rozsah je dôležitý, lebo pokrýva mobilné telefóny (GSM8, GSM19, TDMA, CDMA, AMPS, iden), bezšnúrové telefóny (2,4 GHz), mikrovlnky (2,45 GHz), ako aj technológie generácii UMTS (3G) alebo Buetooth, ktoré sa dnes intenzívne rozvíjajú. Všetky frekvencie, ktoré sú medzi tým, sú zahrnuté tiež [7]. 64

2 Analyzátor HF35C pozostáva zo základného meracieho prístroja a sondy - senzora (obr.1.). Senzor vf žiarenia je logaritmicko-periodická anténa. Má výbornú vlastnosť, tzv. smerovosť. To znamená, že je možné pomocou nej zamerať zdroj emisie žiarenia, teda zistiť, z ktorého smeru prichádza žiarenie [7]. Poznať smer skade prichádza žiarenie je dôležitý predpoklad pre efektívne tienenie. Hodnoty zobrazené na displeji meracieho prístroja ukazujú hustotu energie elektromagnetického poľa S v μw/m 2 v priestore antény (priestorový integrál tykadla antény zo smeru zdroja). Prepínač nastavenia rozsahov poskytuje dve možnosti 199 μw/m 2 a 1999 μw/m 2. Prepínač módu merania umožňuje merať strednú hodnotu signálu (mittelwerte) a maximálnu hodnotu (peak werte; odporúčané nastavenie). V prístroji je možnosť zapnúť zvukovú analýzu hodnotenia signálu. Obr.1 Analyzátor HF35C. Námety na experimenty s HF35C Existuje veľa možností ako použiť analyzátor HF35C. My sme sa rozhodli pre jednoduché pilotné experimenty s analyzátorom, v lokálnom životnom prostredí žiaka, ktoré by bolo možné realizovať v prostredí školy resp. doma. Návody na experimenty, na bezprostredné použitie, sú prezentované v brožúrke s názvom zhodným s názvom príspevku. Brožúrku možno nájsť na webovej adrese Experiment sme rozdelili na dve skupiny: Experimenty v exteriéri: Určenie hustoty energie S mimo obytného domu a školy. Určenie hustoty energie S vnútri bytu a školy. Experimenty v interiéri: Určenie hustoty energie S v okolí mikrovlnnej rúry. Určenie hustoty energie S v okolí bezšnúrového telefónu. Určenie hustoty energie S v okolí mobilného telefónu. Určenie hustoty energie S v okolí wifi vysielača. Po realizácii experimentov a spracovaní výsledkov majú žiaci porovnať namerané hodnoty s platnými hygienickými normami. Poznámka: Počas experimentov nesmieme zabudnúť upozorniť žiakov na bezpečnosť pri práci. Počas experimentov s jedným prístrojom, majú byť ostatné prístroje vypnuté. 65

3 Projekt na gymnáziu Projekt s názvom Vysokofrekvenčné EMP v životnom prostredí žiaka sme realizovali na Gymnáziu sv. Mikuláša v Prešove. Projekt mal štyri etapy. V prvej etape žiaci študovali rôzne informačné zdroje o vplyve vf EMP na zdravie. Výsledok materiál v tlačenej podobe. Formulácia hypotéz. V druhej etape žiaci zmapovali pomocou ankety používanie mobilov žiakmi gymnázia. Výsledok vlastný dotazník a stĺpcové grafy. Dotazník a grafy sú na adrese k/degro/pokus/pokusy.html (1) V tretej experimentálnej etape študenti realizovali merania vf EMP analyzátorom HF35C v exteriéri a interiéri. Výsledok tabuľky a grafy v tlačenej forme. V štvrtej etape študenti porovnali namerané hodnoty s hygienickými normami. Výsledok zhodnotenie nameraných hodnôt a formulácia záverov. Na záver projektu študenti prezentovali výsledky, formou prezentácie, v rámci študentskej odbornej činnosti SOČ. Prezentácia vybraných výsledkov Hygienické normy. Pred analýzou experimentálnych výsledkov je potrebné zoznámiť sa s hygienickými normami pre vf elektormagentické pole. Slovenské národné normy v Zbierke zákonov č.325/26, č. 329/26 a č.534/27 definujú požiadavky na zdravotné limity hustoty energie S vf žiarenia vo W/m 2 a hraničné zdravotné limity špecifického absorbovaného výkonu SAR (specific absorption rate) vo W/kg pre obyvateľov a zamestnancov [1, 11, 12]. Zdravotné limity sú referenčné hodnoty, ktoré by sa nemali prekročiť. Slovenské normy sú založené na podkladoch Medzinárodnej komisie pre ochranu pred neionizujúcim žiarením - International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) [13, 14]. Tabuľka 1 ukazuje referenčné hodnoty hustoty energie elektromagnetického poľa S pre obyvateľov a zamestnancov. Tab.1. Referenčné hodnoty hustoty energie S pre rovinnú vlnu [1, 11, 12]. Frekvenčný rozsah 1 MHz < 4 MHz 4 MHz < 2 MHz 2 GHz < 3 GHz S (W/m 2 ) zamestnanci 1 f/4 5 S (W/m 2 ) obyvatelia 2 f/2 1 66

4 Mikrovlna rúra v kuchyni Kvalitatívne experimenty s detektormi mikrovĺn MW1AK a MT-128 [8, 9] (obr.2) ukázali, že mikrovlnná rúra (MR) je bezpečná - ich ručičky sa ani nepohli. Avšak experimenty s HC35C ukázali, že okolo MR je nehomogénne, nestacionárne EMP. Pred začiatkom kvantitatívnych meraní sme nakreslili pôdorys kuchyne s vyznačením meracích bodov a polohou MR (obr.3). Experiment a vyhodnotenie sme realizovali podľa pracovného listu v (1). Obr. 2 Mikrovlnná rúra v kuchyni. MW1AK (vľavo) a MT-128 (vpravo). Obr. 3 Pôdorys kuchyne: 2,8 m x 4 m; A, B, C a D meracie body; MR mikrovlnná rúra. Obr. 4 ukazuje časové závislosti hustoty energie S v rôznych meracích bodoch, pri vypnutej MR, tzv. pozadie. Obr. 5 ukazuje rovnakú závislosť, avšak pri zapnutej MR. S(μW/m 2 ) t(s) Obr. 4 Časová závislosť hustoty energie S v rôznych miestach kuchyne, pozri obr.3. MR je vypnutá. A B Balkón S (μw/m 2 ) t (s) A B C D Obr. 5 Časová závislosť hustoty energie S v rôznych miestach kuchyne, pozri obr.3. MR je zapnutá. Z porovnania závislosti S(t) na obr. 4 a 5 vyplýva, že zapnutá MR je zdrojom vf, EMP. Toto pole, v priestore celej kuchyne, je nestacionárne a nehomogénne. Hodnoty S, závisia na vzdialenosti od MR. V porovnaní so Slovenskými normami sú hodnoty S (v najnepriaznivejšom prípade) 1 krát menšie, ako predpisuje norma (2 W/m 2 ), avšak, sú 1 až 1 krát väčšie v porovnaní s pozadím. Podľa SBM28 [15] sú v kuchyni silné až extrémne anomálie vf EMP. Experimenty ukázali, že MR najviac žiari cez dvierka. 67

5 Bezšnúrový telefón v pracovni Merania vf EMP, ktorého zdrojom je bezšnúrový telefón (BT), sme realizovali v pracovni (obr.6). Nakreslili sme pôdorys miestnosti s vyznačením meracích bodov (Obr. 7). Experiment a vyhodnotenie sme realizovali podľa pracovného listu (1). Obr. 6 Bezšnúrový telefón na stolíku v pracovni. Obr. 7 Pôdorys pracovne (6,5 m x 2,5 m); A, B, C, D, E, F, a G meracie body; T stôl, BT bezšnúrový telefón. Obr. 8 ukazuje časové závislosti hustoty energie S v rôznych meracích bodoch, pri vypnutom bezšnúrovom telefóne (stanica BT, nie je pripojená na napätie 22V) pozadie. Obr. 9 ukazuje rovnakú závislosť, avšak BT je pripojený na 22 V, pričom netelefonujeme. S (μw/m 2 ) 1 A B C t (s) Obr. 8 Časová závislosť hustoty energie S v rôznych miestach pracovne, pozri obr.7. BT nie je zapnutý v sieti - pozadie. S(μW/m 2 ) A B C G t (s) Obr. 9 Časová závislosť hustoty hustoty energie S v rôznych miestach pracovne. BT je zapnutý, avšak netelefonujeme. Z porovnania závislosti S(t) na obr. 8 a 9 vyplýva, že zapnutý BT je zdrojom vf EMP. Toto pole, v priestore celej pracovne, je stacionárne a nehomogénne. Hodnoty S, závisia na vzdialenosti od BT. V porovnaní so Slovenskými normami sú hodnoty S (v najnepriaznivejšom prípade) 14 krát menšie, ako predpisuje norma (2 W/m 2 ), avšak, sú 2 až 15 krát väčšie v porovnaní s pozadím. Podľa SBM28 [15] sú v pracovni silné až extrémne anomálie vf. EMP. Experimenty ukázali, že v bodoch D a E boli hodnoty S väčšie ako 2 μw/m 2. Žiarenie prešlo aj stenou na chodbu, bod G je vo vzdialenosti od steny. 68

6 Vf EPM v exteriéri. Na sídlisku v okolí blokov sme namerali hodnoty S v intervale cca 1 až 5 μw/m 2, v okolí školy 2 až 2 μw/m 2, v lese, až 3, μw/m 2. Mobilný telefón (MT). Merania ukázali, že MT žiari, iba ak telefonujeme. Opakované merania závislosti S(t) sa často líšili pravdepodobne kolíše sieť, podľa aktuálne stavu (plánujeme študovať). Všeobecne možno zhrnúť, že počas prvých cca 1-15 sekúnd je intenzita žiarenia veľká a potom klesne. Anketu (4 žiakov) o používaní mobilných telefónov a jej vyhodnotenie nájdete na adrese Literatúra [1] Holger Konig and Peter Erlacher. Neviditelná hrozba. Elektromagnetické pole kolem nás, Hell. (Translation from German language: Baubiologische Elektroistallation, Verlag GmbH, Staufen bei Freiburg Breisgau, Germany) 21. [2] Philip Chadwick and Zenon Sienkiewicz. Elektomagnetické polia, (Slovak version, translation from English language: Electromagnetic Fields) 2nd Edition WHO, Regional office for Europe, State Health Institute in Bratislava, [3] Henry LayMemory and Behavior, International seminar: The Biological Effects, Health Consequences and Standards for Pulsed Radiofrequency Field, at the Ettoll Majorare, Centre for Scientific Culture, Erice, Italy, November 21-25, 1999, s [4] Instruction manual of mobile phone, 26. [5] [6] [7] HF35C Instruction manual 25 GIGAHERTZ SOLUTIONS GMbH, D-9579 Langenzenn, Germany, [8] MW1AK: Microwave detector Instruction manual 27 Conrad electronic, GmbH, 8452 Hirschau, Germany. [9] MT-128: Microwave detector Instruction manual 26 VOLTCRAFT Hirschau, Duitsland, Germany. [1] Statute book no.325/26 part 113, p : Government Resolution of Slovak Republic May 26 about details, about requirements for exposure limits of electromagnetic fields of inhabitants. [11] Statute book no.329/26 part 113, p : Government Resolution of Slovak Republic May 26 about details, about requirements for exposure limits of electromagnetic fields of employee. [12] Statute book no.534/27 part 224, p : Government Resolution of Slovak Republic August 27 about details, about requirements for exposure limits of electromagnetic fields of inhabitants in environment. [13] ICNIRP, EMF guidelines, Health Physics 74, 1998, s [14] [15] BAUBIOLOGIE MAES / Institut für Baubiologie + Ökologie IBN Ergänzung zum Standard der baubiologischen Messtechnik SBM-28. Schorlemerstr. 87, Holzham Neubeuern, Deutchland. 69