Сущность электромагнитных полей

Содержание 

    Введение 2

    1. Общая характеристика электромагнитных полей 3

    1.1. Электромагнитные излучения радиочастот и сверхвысоких частот 3

    1.2. Электрические поля 4

    1.3. Магнитные поля 4

    2.  Источники электромагнитных излучений 5

    2.1. Радиочастоты и сверхвысокие частоты 5

    2.2. Системы спутниковой связи 5

    2.3. Теле- и радиостанции 6

    2.4. Сотовая связь 7

    2.5. Персональный компьютер 9

    2.6. Бытовые приборы 11

    2.7. Электропроводка 13

    2.8. Линии электропередачи 13

    3. Медико-биологические аспекты воздействия ЭМИ излучений 14

    3.1. Виды исследования биологического действия ЭМ излучений 14

    3.2. Биофизика взаимодействия ЭМИ с биологическими объектами 15

    3.3. Реакция организма человека на воздействие ЭМ излучений 16

    Заключение 18 
 

 

Введение

В связи  с наступлением двадцать первого  века - века научно технического прогресса, появилась крайняя необходимость  принятия обязательных мер для обеспечения  безопасности жизнедеятельности человека и обеспечения электромагнитной совместимости оборудования, а также  выделить в отдельную группу вопросы  защиты от электромагнитного и ионизирующих излучений.

Об отрицательном  влиянии на человека электромагнитных излучений ученые знали давно. Но их знания ограничивались только влиянием мощных полей, излучаемых линиями электропередач, электрическим транспортом, мощными  радиоустановками и т.п.

Однако  источники электромагнитных полей (ЭМП) получают все более широкое  распространение, как в производственных, так и в бытовых условиях, создавая все большую опасность для  здоровья населения. Это, главным образом, компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны, СВЧ-печи и т.п.

Действие  ЭМИ усугубляется долговременным воздействием: круглосуточно и на протяжении ряда лет, что, как правило, приводит к  передозировке ЭМИ и трагическим  последствиям. В последние годы внимание к уровню излучения бытовых и  промышленных приборов существенно  возросло, особенно - для образцов новой  техники. Яркий пример - мониторы компьютеров (регламентируются излучения: мягкое рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное, видимое, радиочастотное, сверх- и низкочастотное). Однако, в большинстве случаев  это лишь способ увеличения продаж.   

 

1. Общая характеристика  электромагнитных  полей

В современных  условиях научно-технического прогресса  в результате развития различных  видов энергетики и промышленности электромагнитные излучения занимают одно из ведущих мест по своей экологической  и производственной значимости среди  других факторов окружающей среды.

В целом  общий электромагнитный фон состоит  из источников естественного (электрические  и магнитные поля Земли, атмосферики, радиоизлучения Солнца и галактик) и искусственного (антропогенного) происхождения (телевизионные и  радиостанции, линии электропередачи, электробытовая техника и другие) излучений.

Уровень естественного электромагнитного  фона в некоторых случаях бывает на несколько порядков ниже уровней  электромагнитных излучений, создаваемых  антропогенными источниками. Электромагнитные излучения космического, околоземного и биосферного пространств играют определенную роль в организации  жизненных процессов на Земле, и  в ряде случаев выявляется их биологическая  значимость.

1.1. Электромагнитные  излучения радиочастот  и сверхвысоких  частот

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ  ПОЛЕ - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными  частицами. Представляет собой взаимосвязанные переменные электрическое поле и магнитное поле. Взаимная связь электрического Е и магнитного Н полей заключается в том, что всякое изменение одного из них приводит к появлению другого: переменное электрическое поле, порождаемое ускоренно движущимися зарядами (источником), возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в прилегающих к нему областях пространства переменное электрическое поле, и т. д. Таким образом, электромагнитное поле распространяется от точки к точке пространства в виде электромагнитных волн, бегущих от источника. Благодаря конечности скорости распространения электромагнитное поле может существовать автономно от породившего его источника и не исчезает с устранением источника (например, радиоволны не исчезают с прекращением тока в излучившей их антенне).

Электромагнитное  поле в вакууме описывается напряженностью электрического поля Е и магнитной индукцией В. Электромагнитное поле в среде характеризуется дополнительно двумя вспомогательными величинами: напряженностью магнитного поля Н и электрической индукцией D. Связь компонентов электромагнитного поля с зарядами и токами описывается уравнениями Максвелла.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ  ВОЛНЫ представляют собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды (рис. 1).

Рис. 1. Электромагнитные волны 

Существование электромагнитных волн предсказано английским физиком М. Фарадеем в 1832 г. Другой английский ученый, Дж. Максвелл, в 1865 г. теоретически показал, что электромагнитные колебания не остаются локализованными в пространстве, а распространяются во все стороны от источника. Теория Максвелла позволила единым образом подойти к описанию радиоволн, оптического излучения, рентгеновского излучения, гамма-излучения. Оказалось, что все эти виды излучения – электромагнитные волны с различной длиной волны λ, т. е. родственны по своей природе. Каждое из них имеет своё определённое место в единой шкале электромагнитных волн (рис. 2).

Рис. 2. Шкала  электромагнитных волн

Распространяясь в средах, электромагнитные волны, как  и всякие другие волны, могут испытывать преломление и отражение на границе  раздела сред, дисперсию, поглощение, интерференцию; при распространении  в неоднородных средах наблюдаются  дифракция волн, рассеяние волн и  другие явления.

Электромагнитные  волны различных диапазонов длин волн характеризуются различными способами  возбуждения и регистрации, по-разному  взаимодействуют с веществом.

Электромагнитные  волны широко используются в радиосвязи, радиолокации, телевидении, медицине, биологии, физике, астрономии и др. областях науки и техники.

1.2. Электрические поля

Электрическое поле представляет собой частную  форму проявления электромагнитного  поля. В своем проявлении это силовое  поле, основным свойством которого является способность воздействовать на внесенный в него электрический  заряд с силой, не зависящей от скорости заряда. Источниками электрического поля могут быть электрические заряды (движущиеся и неподвижные) и изменяющиеся во времени магнитные поля.

Основная  количественная характеристика электрического поля – напряженность электрического поля Е.

Электрическое поле в среде наряду с напряженностью характеризуется вектором электрической  индукции D . В общем случае электрическое  поле описывается уравнениями Максвелла.

1.3. Магнитные поля

Магнитное поле представляет собой частную  форму электромагнитного поля. В  своем проявлении это силовое  поле, основным свойством которого является способность воздействовать на движущиеся электрические заряды (в т.ч. на проводники с током), а  также на магнитные тела независимо от состояния их движения. Источниками  магнитного поля могут быть движущиеся электрические заряды (проводники с  током), намагниченные тела и изменяющиеся во времени электрические поля. Основная количественная характеристика магнитного поля – магнитная индукция В, которая  определяет силу, действующую в данной точке поля в вакууме на движущийся электрический заряд и на тела, имеющие магнитный момент.

В материальных средах для магнитного поля вводится дополнительная характеристика – напряженность  магнитного поля Н, которая связана  с магнитной индукцией соотношением: Н = В/m , где m - магнитная проницаемость среды.

    

Рис. 6. Диаграмма  направленности секторной антенны

Диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости построена таким образом, что основная энергия излучения (более 90 %) сосредоточена в довольно узком «луче» (рис. 7).  

Рис. 7. Диаграмма  направленности антенн

Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны  БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы сотовой связи.

Антенны БС не излучают постоянную мощность 24 часа в сутки, а имеют переменный график излучения, определяемый загрузкой, то есть наличием владельцев сотовых  телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для  разговора (рис.8). Для станций, расположенных  в различных районах города, график загрузки различный. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю, т. е. станции  в основном «молчат».

Рис. 8. График загрузки БС в черте города в зависимости  от времени суток

 Мобильный  радиотелефон (МРТ) представляет  собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта  телефона, передача ведется в  диапазоне частот 453 – 1785 МГц.  Мощность излучения МРТ является  величиной переменной, в значительной  степени зависящей от состояния  канала связи «мобильный радиотелефон  – базовая станция», т. е. чем  выше уровень сигнала БС в  месте приема, тем меньше мощность  излучения МРТ. Максимальная мощность  находится в границах 0,125–1 Вт, однако в реальной обстановке  она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт.

2.5. Персональный компьютер

Основными составляющими частями персонального  компьютера (ПК) (рис. 9) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер и т. п.  

 

Рис. 9. Основные излучающие элементы ПК 

Каждый  персональный компьютер включает средство визуального отображения информации, называемое по-разному – монитор, дисплей, главным компонентом которого часто является устройство на основе электронно-лучевой трубки. ПК часто  оснащают сетевыми фильтрами (например, типа «Pilot»), источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным  электрооборудованием.