Электромагнитное действие. Виды электромагнитного излучения

Если естественное электромагнитное поле остаётся практически постоянным на протяжении тысячелетий, то уровень искусственных электромагнитных полей сильно вырос за последние десятилетия.

Источниками искусственных электромагнитных полей являются: электромагнитные поля низкочастотного диапазона, которые используются в промышленном производстве (термическая обработка); высокочастотные поля (радиосвязь, медицина, ТВ, радиовещание); электромагнитные поля СВЧ-диапазона (радиолокация, навигация, медицина, сотовая связь), и т. д.

Применение электромагнитных полей в промышленности значительно улучшает условия труда, однако, при этом возникает ряд проблем по защите персонала от их воздействия. Электромагнитные поля всепроникающи, способны распространяться со скоростью света и не обнаруживаются органами чувств. Органы чувств человека не воспринимают электромагнитные поля в рассматриваемом диапазоне частот, человек не может сам контролировать уровень излучения и оценить грозящую опасность.

Степень воздействия электромагнитного излучения на человека зависит от интенсивности излучения, частоты и времени действия.

Длительное воздействие на человека электромагнитных полей большой интенсивности вызывает достаточно сильное стрессовое состояние, повышенную утомляемость, сонливость, нарушение сна, головную боль, гипертонию, боли в области сердца. Воздействие полей сверхвысоких частот может вызвать изменение в крови, заболевание глаз.

Виды и источники электромагнитных излучений.

Совокупность электрического и магнитного полей называется электромагнитным полем (ЭМП). Электромагнитные излучения (ЭМИ) представляют собою распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью взаимосвязанные и не могущие существовать друг без друга переменные электрические и магнитные поля. Они обладают волновыми и квантовыми свойствами.

К волновым свойствам относят скорость распространения ЭМИ в пространстве (С), частоту колебаний поля (f) и длину волны (λ). Скорость распространения всех видов ЭМИ равна в атмосфере примерно 300000 км в сек.

Источники ЭМП естественные: атмосферное электричество, космические лучи, излучение солнца. Искусственные: генераторы, трансформаторы, антенны, лазерные установки, микроволновые печи, мониторы компьютеров и др. Источники электромагнитных полей промышленной частоты - это все электрические приборы, линии электропередач.

Переменное ЭМП является совокупностью двух взаимосвязанных полей: электрического (Е, В/м) и магнитного (Н, A/м).

Характеристики ЭМП: длина волны λ, [м]; частота колебаний f, [Гц]; скорость распространения С, м/с.

Длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 103 м (радиоволны) до 10-8 см (рентгеновские лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.

Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые ускоренно движущимися заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны в конечном счете по их действию на заряженные частицы. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.

Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.

Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и гамма-излучениям , сильно поглощаемым атмосферой.

По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.

Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волн. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.

Радиоволны

f = 105-1011 Гц

Получают с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.

Свойства: Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.

Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.

При прочих равных условиях доза ионизирующего излучения тем больше, чем больше время облучения, т.е. доза со временем накапливается. Доза, отнесённая ко времени воздействия, называется уровнем радиации и измеряется в рентгенах в час (Р/ч).

Внешнее излучение действует на весь организм человека.

Фоновое облучение организма человека складывается из естественного радиационного фона Земли (космическое излучение, излучение от находящихся в почве, стройматериалах, в воде и воздухе естественных радиоактивных элементов; излучение от радиоактивных природных элементов, которые с пищей и водой попадают внутрь организма, фиксируются в тканях и сохраняются в теле человека всю жизнь) и искусственных источников облучения (в медицине - рентген, флюорограмма, лазер; в промышленности - предприятия ядерно-топливного цикла; в быту - компьютеры, телевизоры, часы со светящимися циферблатами).

Средняя доза облучения от всех природных источников - 200 мР/год, от искусственных источников 150 - 300 мР/год. В целом фоновое облучение составляет 500 мР/год.

При полете в самолете на высоте 8 км дополнительное облучение составляет 1,35 мкР/год.

Цветной телевизор на расстоянии 2,5 метра от экрана излучает 0,0025 мкР/час, 5 см. от экрана - 100 мкР/час.

Средняя эквивалентная доза облучения при медицинских исследованиях 25 - 40 мкР/год.

Воздействие электромагнитных излучений на человека.

Воздействие электромагнитных полей (ЭМП) на человека зависит от интенсивности поля, длины волны, времени воздействия и функционального состояния организма.

От длины волны зависит глубина проникновения поля в живой организм. Длинноволновые ЭМП проникают глубоко в организм, подвергая воздействию спинной и головной мозг. ЭМП СВЧ диапазона свою энергию расходуют, в основном, в поверхностном слое кожи, приводя к тепловому воздействию. От этого больше всего страдают органы, не защищённые жировым слоем, бедные кровеносными сосудами (глаза, мозг, почки, желчный и мочевой пузырь, семенники). Избыточная теплота отводится из организма благодаря терморегуляции. Однако, начиная с определённой величины, называемой тепловым порогом, организм не справляется с отводом образующейся теплоты и температура тела повышается. При этом значение теплового порога тем ниже, чем выше частота ЭМП. Например, для волн дециметрового диапазона тепловой порог 40 мВт/см2, а для миллиметровых волн - 7 мВт/см2.

Постоянное воздействие ЭМП ведет к функциональным расстройствам нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой систем, у человека понижается кровяное давление, замедляется пульс, тормозятся рефлексы, изменяется состав крови. Тепловое воздействие может привести к перегреву тела и отдельных органов, нарушению их функциональной деятельности. ЭМП СВЧ диапазона приводят к тепловой катаракте (помутнение хрусталика глаза). Субъективно проявление воздействия ЭМП выражается в повышенной утомляемости, головной боли, раздражительности, одышке, сонливости, ухудшении зрения, повышении температуры тела.

Допустимые уровни воздействия ЭМП приведены в ГОСТ12.1.006-84 "Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля". ГОСТ12.1.006-84 устанавливает предельно допустимые значения плотности потока энергии электромагнитного поля.

Предельно допустимые значения плотности потока энергии электромагнитного поля составляют - 25мкВт/см2 в течение 8 часов, 100мкВт/см2 в течение 2 часов, при этом максимальное значение не должно превышать 1000мкВт/см2.

ЭМП с частотой от 60 кГц до 300 МГц нормируются отдельно по электрической и по магнитной составляющей, так как на этих частотах на человека действуют независимо друг от друга электрическое и магнитное поле. Для полей СВЧ диапазона (300 МГц - 300 ГГц) нормируют предельно-допустимую плотность потока энергии, которая не должна превышать 10 Вт/м2.

Если значения ЭМП на рабочих местах превышают допустимые, то необходимо предусмотреть соответствующие способы защиты человека.

Во времена СССР на военных заводах, в НИИ, КБ, люди связанные с высокочастотным излучением получали: 15% надбавку за вредность, сокращенный рабочий день, сокращение возраста выхода на пенсию.

Чувствительность организма к высокочастотному излучению начинается при уровнях много меньше теплового воздействия. Начиная порядка долей микроватт на сантиметр квадратный; до единиц милливатт продолжается фаза угнетения организма, далее наступает фаза стимуляции - улучшение под влиянием высокочастотного излучения общего состояния организма или чувствительности его отдельных органов, а на плотности более 10 мВт/см2 снова наступает фаза угнетения организма».

Сотовый телефон является источником неионизирующего излучения в диапазонах 900 и 1800 МГц.

По воздействию на организм человека высокочастотное излучение условно делится на два вида:

1) Тепловое - за счет нагрева тканей организма человека, проявляется на больших уровнях излучения. Наиболее подвержены тепловому воздействию глаза (хрусталик) и яички у мужчин. Это связано с тем, что в этих органах мало кровеносных сосудов, поэтому из-за крайне низкого теплоотвода глаза и яички поражаются в первую очередь.

Следует отметить, что уровень излучения сотового телефона не оказывает заметного теплового воздействие на человека, но может снижать остроту зрения.

2) Нетепловое (информационное) воздействие - проявляется на небольших уровнях излучения, как результат взаимодействия высокочастотного излучения с биополем человека. Проявляется косвенно, как дополнительный стресс организма, в комплексе с другими негативными воздействиями (экология, продукты питания, психическое напряжение жителей мегаполисов). Воздействие неионизирующего излучения имеет тенденцию накапливаться в организме.

Это выглядит следующим образом: через некоторое время после начала разговора по сотовому телефону организм человека начинает защищаться от электромагнитного поля излучаемого телефоном: увеличивает уровень своих полей. По окончании разговора биополе человека оказывается возбужденным, (степень и продолжительность возбуждения зависит от индивидуальных особенностей); организм незамедлительно начинает восстанавливать его конфигурацию. Далее следует другой звонок, воздействие повторяется, и так день за днем. В результате воздействия от последующего звонка накладываются на предыдущие.

Под воздействием ионизирующего излучения в организме человека наблюдаются изменения:

1. Первичные (возникают в молекулах ткани и живых клетках);

2. Нарушение функций всего организма.

Защита от воздействия электромагнитных излучений.

Защита человека от неблагоприятного биологического действия ЭМП строится по следующим основным направлениям: организационные мероприятия; инженерно-технические мероприятия; лечебно-профилактические мероприятия.

К организационным мероприятиям по защите от действия ЭМП относятся: выбор режимов работы излучающего оборудования; разработка нормативных актов, регламентирующих допустимый уровень излучения; ограничение места и времени нахождения в зоне действия ЭМП (защита расстоянием и временем); обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМП.

Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны в которых интенсивность ЭМП превышает ПДУ. Границы зон определяются расчетно для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов. Инженерно-технические защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания человека.

От электрического поля промышленной частоты, создаваемого системами передачи электроэнергии, осуществляется путем установления санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижением напряженности поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов. Защита от магнитного поля промышленной частоты практически возможна только на стадии разработки изделия или проектирования объекта.

Основные требования к обеспечению безопасности населения от электрического поля промышленной частоты, создаваемого системами передачи и распределения электроэнергии, изложены в Санитарных нормах и правилах «Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты» № 2971-84.

В настоящее время ряд стран разработали документы, регламентирующие нормы излучения бытовых электронных приборов. Общепризнанным лидером, чьи национальные стандарты превратились в мировые, стала Швеция. Первый популярный шведский стандарт назывался MPR 2 (1990 год). Для своего времени MPR 2 весьма жестко регламентировал нормы на излучение. Но истинно наднациональными и почетными для производителей мониторов и сотовых телефонов стали жесткие нормы стандартов ТСО.

Эти стандарты обновляются каждые три года.

Аббревиатура ТСО расшифровывается как «Шведская федерация профсоюзов». За разработкой стандарта стоят: собственно Федерация, Шведское общество охраны природы, национальный комитет промышленного и технического развития (NUTEK) и измерительная компания SEMKO, имеющая вес и авторитет независимой сертификации.

Заключение.

В связи с бурным развитием техники, электроники уровень искусственных электромагнитных полей сильно вырос за последние десятилетия. Практически все мы находимся в условиях одновременного воздействия электромагнитных полей, ионизирующих излучений, химических веществ и других неблагоприятных факторов внешней среды. В результате совместного действия всех этих факторов процессы в организме протекают иначе, чем они протекали бы при воздействии только естественных магнитных полей (магнитное поле Земли, радиоизлучение солнца, атмосферное электричество).

Традиционно при рассмотрении биологических эффектов от электромагнитного поля считалось, что основным механизмом воздействия является "тепловое” поражение тканей. Исходя из этого, и разрабатывались стандарты безопасности во многих странах. Однако в последнее время появляется все большее количество доказательств, что существуют другие пути взаимодействия электромагнитного поля живого организма при интенсивностях поля недостаточных для тепловых воздействий. В числе отдаленных проявлений этих воздействий и раковые, и гормональные заболевания, и многое другое.

Контрольные вопросы:

1. Радиационная авария?

2. Радиационное поражение?

3. Виды электромагнитных излучений?

4. Защита от электромагнитного излучения?

Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду электромагнитные волны ВЧ и УВЧ-диапазонов. Сравнительный анализ санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность электромагнитного загрязнения вносят базовые станции сотовой связи, функциональные теле- и радиопередатчики, радиорелейные станции, радиолокационные станции, СВЧ-приборы. Отказываться от изобретений, облегчающих жизнь, конечно же, не стоит. Но, чтобы технический прогресс не стал из помощника врагом, следует лишь соблюдать некоторые правила и разумно использовать технические новшества. - системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока (0-3 кГц): электростанции, линии электропередачи (ВЛ), трансформаторные подстанции, домовые распределительные щиты электропитания, кабели электропитания, электропро­водка, выпрямители и преобразователи тока); - бытовые приборы; - транспорт на электроприводе (0-3 кГц): железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт — метрополитен, троллейбусы, трамваи и т. п. — является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Максимальные значения плотности потока магнитной индукции (В) в пригородных электричках достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл; - функциональные передатчики: радиовещательные станции низких частот (30 — 300 кГц), средних частот (0,3 — 3 МГц), высоких частот (3 — 30 МГц) и сверхвысоких частот (30 — 300 МГц); телевизионные передатчики; базовые станции систем подвижной (в т. ч. сотовой) радиосвязи; наземные станции космической связи; радиорелейные станции; радиолокационные станции и т.п. В длинном перечне источников электромагнитного загрязнения можно выделить в первую очередь те, с которыми приходится сталкиваться чаще всего.

Линии электропередачи

Провода работающей линии электропередачи (ЛЭП) создают в прилегающем пространстве электромагнитные поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает десятков метров. Дальность, распространение и величина поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии — например, ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение — тем больше зона повышенного уровня электромагнитного поля, при этом размеры зоны не изменяются в течение времени работы линии электропередачи. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются. Границы санитарно-защитных зон для линий электропередачи на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля — 1 кВ/м. К размещению воздушных линий ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых воздушных линий электропередачи 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.

Бытовые электроприборы

Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой «без инея», электроплиты, телевизоры, компьютеры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа. Значения электромагнитного поля тесно связаны с мощностью прибора. Причем степень загрязнения увеличивается в геометрической прогрессии с увеличением мощности.

Функциональные передатчики

Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин — излучение, 30 мин — пауза, суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд. Радары метеорологические могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м 2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м 2 на расстоянии 60 м. Морское радиолокационное оборудование устанавливается на всех кораблях, обычно оно имеет мощность передатчика на порядок меньшую, чем у аэродромных радаров, поэтому в обычном режиме сканирования ППЭ, создаваемое на расстоянии нескольких метров, не превышает 10 Вт/м 2 . Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты.

Сотовая связь

Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или «соты», радиусом обычно 0,5-10 километров. Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц. БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю. 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.

Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека «откликается» на наличие излучения сотового телефона.

Спутниковая связь

Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженной узконаправленный основной луч — главный лепесток. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м 2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м 2 . Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.

Теле- и радиостанции

Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком. Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части. Первая часть зоны — это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны — это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны. Расположение ПРЦ может быть различным, например, в Москве и Санкт- Петербурге характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки. Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду электромагнитные волны ВЧ и УВЧ-диапазонов.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) – это естественное явление, вызванное резким ускорением частиц (в основном, электронов), которое приводит к возникновению интенсивного всплеска электромагнитной энергии. Повседневными примерами ЭМИ могут служить следующие явления: молния, системы зажигания двигателей внутреннего сгорания и солнечные вспышки. Несмотря на то, что электромагнитный импульс способен вывести из строя электронные устройства, данную технологию можно применить для целенаправленного и безопасного отключения электронных устройств или для обеспечения безопасности персональных и конфиденциальных данных.

Шаги

Создание элементарного электромагнитного излучателя

Соберите необходимые материалы. Для создания простейшего электромагнитного излучателя вам понадобится одноразовый фотоаппарат, медная проволока, резиновые перчатки, припой, паяльник и железный прут. Все эти предметы можно приобрести в ближайшем строительном магазине.

• Чем толще проволоку вы возьмете для эксперимента, тем мощнее получится итоговый излучатель.
• Если вы не сможете найти железный прут, можете заменить его стержнем из неметаллического материала. Однако обратите внимание, что подобная замена негативно скажется на мощности производимого импульса.
• В ходе работы с электрическими деталями, способными удерживать заряд, или при пропускании электрического тока через объект, мы настоятельно рекомендуем надевать резиновые перчатки, дабы избежать возможного электрического удара.

1. Соберите электромагнитную катушку. Электромагнитная катушка – это устройство, которое состоит из двух отдельных, но в то же время взаимосвязанных деталей: проводника и сердечника. В данном случае в качестве сердечника будет выступать железный прут, а в качестве проводника – медная проволока.

   Припаяйте концы электромагнитной катушки к конденсатору. Конденсатор, как правило, имеет вид цилиндра с двумя контактами, а найти его можно на любой монтажной плате. В одноразовом фотоаппарате такой конденсатор отвечает за вспышку. Перед отпаиванием конденсатора обязательно вытащите батарейку из фотоаппарата, иначе вас может ударить током.

   Найдите безопасное место для тестирования своего электромагнитного излучателя. В зависимости от задействованных материалов, эффективный радиус действия вашего ЭМИ будет составлять примерно один метр в любом направлении. Как бы то ни было, любая электроника, попавшая под ЭМИ, будет уничтожена.

   • Не забывайте, что ЭМИ воздействует на все без исключения устройства в радиусе поражения, начиная от аппаратов жизнеобеспечения, вроде кардиостимуляторов, и заканчивая мобильными телефонами. Любой ущерб, причиненный этим устройством посредством ЭМИ, может повлечь за собой юридические последствия.
   • Заземленная площадка, вроде пня или пластмассового стола, является идеальной поверхностью для тестирования электромагнитного излучателя.

2. Найдите подходящий объект для испытаний. Так как электромагнитное поле воздействует лишь на электронику, подумайте о приобретении какого-то недорогого устройства в ближайшем магазине электроники. Эксперимент можно считать успешным, если после активации ЭМИ электронное устройство перестанет работать.

   • Множество магазинов канцелярских товаров торгуют достаточно недорогими электронными калькуляторами, с помощью которых вы можете проверить эффективность созданного излучателя.

3. Вставьте батарейку обратно в камеру. Для восстановления заряда необходимо пропустить через конденсатор электричество, которое впоследствии обеспечит вашу электромагнитную катушку током и создаст электромагнитный импульс. Поместите объект для испытаний как можно ближе к ЭМ излучателю.

   Дайте конденсатору зарядиться. Позвольте батарейке снова зарядить конденсатор, отсоединив его от электромагнитной катушки, затем уже в резиновых перчатках или пластиковыми щипцами снова их соедините. Работая голыми руками, вы рискуете получить удар током.

   Включите конденсатор. Активация вспышки на камере высвободит накопленное в конденсаторе электричество, которое при прохождении через катушку создаст электромагнитный импульс.

   Создание портативного устройства ЭМ излучения

   1. Соберите все необходимое. Создание портативного устройства ЭМИ пройдет более гладко, если при себе у вас будут все необходимые инструменты и компоненты. Вам понадобятся следующие предметы:

      Вытащите монтажную плату из фотоаппарата. Внутри одноразового фотоаппарата находится монтажная плата, которая и отвечает за его функционал. Для начала вытащите батарейки, а затем уже и саму плату, не забыв при этом отметить положение конденсатора.

      • Работая с фотоаппаратом и конденсатором в резиновых перчатках, вы тем самым обезопасите себя от возможного электрического удара.
      • Конденсаторы, как правило, имеют вид цилиндра с двумя контактами, прикрепленными к плате. Это одна из важнейших деталей будущего устройства ЭМИ.
      • После того как вы вытащите батарейку, щелкните пару раз фотоаппаратом, чтобы израсходовать накопленный заряд в конденсаторе. Из-за накопленного заряда вас в любой момент может ударить током.

   2. Обмотайте медную проволоку вокруг железного сердечника. Возьмите достаточное количество медной проволоки, чтобы равномерно идущие витки могли полностью покрыть железный сердечник. Также убедитесь, чтобы витки плотно прилегали друг к другу, иначе это негативно скажется на мощности ЭМИ.

      • Оставьте небольшое количество провода на краях обмотки. Они нужны, чтобы подсоединить к катушке остальную часть устройства.

   3. Нанесите изоляцию на радиоантенну. Радиоантенна послужит в качестве рукоятки, на которой будут закреплены катушка и плата от фотоаппарата. Оберните основание антенны изолентой, дабы уберечься от удара током.

      Закрепите плату на плотном куске картона. Картон послужит в качестве еще одного слоя изоляции, который убережет вас от неприятного электрического разряда. Возьмите плату и изолентой закрепите ее на картоне, но так, чтобы она не закрывала дорожки электропроводящей цепи.

      • Закрепите плату лицевой стороной вверх, чтобы конденсатор и его проводящие дорожки не контактировали с картоном.
      • На картонной подложке для печатной платы также должно хватить достаточно места для батарейного отсека.

   4. Закрепите электромагнитную катушку на конце радиоантенны. Поскольку для создания ЭМИ электрический ток должен пройти через катушку, неплохо бы добавить второй слой изоляции, поместив небольшой кусочек картона между катушкой и антенной. Возьмите изоленту и закрепите катушку на куске картона.

      Припаяйте источник питания. Найдите на плате разъемы для батарейки и соедините их с соответствующими контактами батарейного отсека. После этого можете закрепить все это дело изолентой на свободном участке картонки.

      Подсоедините катушку к конденсатору. Необходимо припаять края медной проволоки к электродам вашего конденсатора. Между конденсатором и электромагнитной катушкой также следует установить переключатель, который бы управлял потоком электроэнергии между этими двумя компонентами.

Источники электромагнитного излучения природного, техногенного происхождения создают общий фон среды обитания. Влияние ЭМ-поля на жизнедеятельность живых организмов является доказанным фактом.

Естественные излучатели

Естественная среда обитания человека – электромагнитное пространство: геомагнитное поле, солнечная радиация, грозовые разряды. Человек является одновременно излучателем и приемником ЭМВ. Обменные процессы в организме имеют ионную природу. Трудно представить, какие формы примет жизнь при отсутствии электромагнетизма. Поверхность Земли имеет положительный статический заряд 130 V/m.

Чем выше над уровнем моря, тем меньше статический заряд:

• 100 м – 100 V/m;
• 1 000 м – 45 V/m;
• 20 000 м – 1 V/m.

Грозовые облака меняют напряженность ЭМП в 30 раз без разрядов молний. Электрическая проводимость атмосферного воздуха колеблется в зависимости от температуры, влажности. Облачная погода, туман повышают концентрацию ионов, увеличивая общий потенциал поверхности.

Человеческий организм приспособлен к вариативности электромагнитного поля Земли. Обменные процессы в организме проходят в ионной форме. Атмосфера защищает от воздействия жесткой радиации. Ядерные реакции на Солнце, звездах других систем являются причиной ультрафиолетовых, инфракрасных, рентгеновских волн. Они наносят вред здоровью даже при минимальных дозах. Обладая высокой частотой и энергией, разрушают клетки организма, могут вызвать необратимые последствия.

Переход заряженных частиц в атоме или молекуле с одного уровня на другой во время ядерной реакции сопровождается энергетическим всплеском. Возникают новые частицы со своими волновыми характеристиками. Колебания электромагнитных излучений имеют разную частоту, от которой зависит длина волны, энергия.

По мощности (частоте) излучение подразделяется на 6 типов:

• низкочастотное;
• радиоволновое;
• инфракрасное;
• световое;
• ультрафиолетовое;
• рентгеновское.

Технические средства, созданные человеком, имеют такой же волновой спектр. Они могут совмещаться, усиливая воздействия, или диссонировать, создавая помехи для функционирования.

Техногенные волновые излучатели

Человек научился воспроизводить ЭМИ для своих целей. Источники электромагнитного поля являются необходимой частью современной жизни.

Воспроизводятся в земных условиях:

• высокочастотные – гамма и рентгеновские лучи;
• среднечастотные – инфракрасные, световые, ультрафиолетовые;
• низкочастотные – радио, микроволны.

Искусственные излучатели стали привычными и встречаются на каждом шагу:

• компьютеры;
• бытовая техника;
• мобильные устройства;
• передающие электро-, теле- и радиоустройства;
• промышленные механизмы;
• электротранспорт;
• медицинское и научное оборудование.

Искусственные высоковольтные источники электромагнитных полей:

• трансформаторы;
• мониторы;
• телевизоры.

Основные типы источников электромагнитного излучения: атомарный уровень и проводниковый. Примером проводникового излучателя является высоковольтная линия электропередач: поток свободных электронов совершает синхронные колебательные движения, создавая напряжение.

Воздействие искусственного ЭМ-фона

Линии электропередач создают напряженность, размеры которого зависят от передаваемого напряжения.

Санитарная зона определяется из расчета напряженности поля:

• для ЛЭП 220 кВ расстояние составит 50 м;
• для ЛЭП 750 кВ – 250 м;
• для ЛЭП 1 150 кВ – 300 м.

Радиоволны различной частоты – основной источник возникновения ЭМ-шума:

• радиолокация в аэропортах, на метеостанциях;
• базовые станции мобильной связи;
• теле-, радиостанции;
• ППС спутниковой связи;
• радиотелефоны.

Радары работают на высоких частотах (от 500 МГЦ до 100 ГГЦ). Мощные излучатели, работая в прерывистом режиме, тем не менее создают плотный энергетический потом на значительном расстоянии из-за круглосуточного характера работы. Аэропорты в городской черте – основной источник облучения жилых кварталов.

Приемопередающие станции мобильной связи используют частоты от 500 до 2 000 МГЦ. Деятельность станций зависит от нагрузки (количества абонентов на связи). Пиковые величины облучения приходятся на дневное время, в ночные часы равны нулю.

Телеизлучатели, расположенные на высоте от 100 м над землей, оказывают меньшее влияние на напряженность поверхностного поля, чем радиопередающие центры. Радиотрансляторы работают в диапазоне ультракоротких и сверхвысоких частот, охватывая зоны до 100 км по круговому радиусу. Неблагоприятному воздействию подвергается не только работающий персонал, но и прилегающая жилая застройка.

Станции спутниковой связи представляют угрозу для здоровья, если находиться в зоне действия узконаправленного энергетического потока. Мобильные телефоны не оказывают существенного влияния на фон. Трамвай, метро, троллейбус в среднем имеют показатель 50-80 мкТл.

ЭМ-загрязнение от бытовых электроприборов зависит от их мощности:

• утюг, холодильник имеют предельно допустимый показатель 0,2 мкТл;
• стиральная машина, электрочайник – 0,5 мкТл;
• электроплита – 1-3 мкТл;
• печь-СВЧ – 8мкТл;
• пылесос – 100 мкТл.

Стандарты ограничивают мощность статического напряжения оборудования и техники, применяемых в быту от 1 до 20 KV/m. Функционирование технических средств может быть затруднено из-за ЭМ-помех.

ЭМ-совместимость

Внешние возмущения от грозовых разрядов резко меняют частотный диапазон электростатического поля.

Последствия ударов молний – выход из строя:

• телекоммуникационных систем;
• беспроводной связи;
• линий электропередач;
• падение мощности оборудования (на производстве, электротранспорте и пр. видах).

Совмещение на одной площади нескольких излучателей ухудшает или мешает их работе. Микроволновая печь, имеющая частоту излучения в 100 ГГЦ, затруднит прием сигнала на мобильный телефон в радиусе 50 см. По этой причине запрещено использование смартфонов во время медицинского обследования на компьютерном томографе, МРТ, УЗИ, ЭКГ.

Во избежание помех разрабатываются стандарты совместимости (ЭМС). Промышленная застройка не возможна без соблюдения стандартов ЭМС. Для этого проводится обследование на обстановку (ЭМО), помехи (ЭМП), помехоустойчивость.

ЭМС учитывается при выпуске предметов широкого потребления, в которых учтены медицинские показания безопасного использования. Рекомендуется прибегнуть к дополнительным мерам безопасности при постоянном применении.

Безопасные расстояния, на которых воздействие ЭМИ заканчивается:

• мобильный телефон – 2,5 см;
• телевизор – 1 м;
• печь СВЧ – 1 м;
• системный блок – 0.5 м;
• монитор – 0,5 м.

Напряженность у земной поверхности, бытовая техника (кроме СВЧ), средства связи, коммуникаций относятся к безвредным ЭМИ.

Измерители волновых излучений

Для определения напряженности применяется флюксметр (веберметр). Принцип действия прибора заключается в фиксации магнитного потока при помощи катушки и гальванометра. Магнитные величины взаимосвязаны с электрическими, что объясняет применение прибора.
Флюксметр используют:

• в промышленных установках (на мостовых кранах, использующих переменные магниты для складирования черных металлов);
• при строительстве меридиональных трубопроводов большого сечения (для измерения магнитного поля);
• для защиты электроустановок от ЭМ-бурь, вызванных вспышкой на Солнце (показания веберметра позволяют вовремя принять ограничительные действия);
• для защиты от блуждающих токов электростанций, подстанций, магистральных трубопроводов.

Флюксметры бывают магнитоэлектрические и фотоэлектрические. Отличие – большей чувствительности последних из-за применения компенсационного усилителя. Измерение магнитного потока с помощью ЭДС, единицы измерения – Вб/дел.

Тесламетры (разновидность флюксметра) измеряют ЭДС между полупроводниковыми пластинами, единица измерения – мкТл. Приборы компактны, имеют погрешность до 2%, широкий диапазон частот как переменного, так и постоянного тока.

Воздействие ЭМИ на человеческий организм

Электромагнитные излучения оказывают био- и тепловое воздействие на ткани и органы человека.

На человеческий организм оказывает влияние:

• мощность излучения;
• длительность;
• тип воздействия.

Энергия переменного поля поглощается тканями неодинаково из-за различий в структуре. Неравномерный подъем температуры вызывает перенагрев органов и тканей, имеющих недостаточную теплорегуляцию. Передача теплоты во внешнюю среду затруднена, в результате чего повреждаются/разрушаются клетки.

В первую очередь страдают:

• глазной хрусталик;
• желчный пузырь;
• мочевой пузырь.

Мозг, кишечник имеют слабую возможность для терморегуляции.

Заболевания, вызываемые ЭМП:

• катаракта;
• гипотония;
• заболевания кроветворной системы (разрушение эритроцитов);
• мигрень;
• нарушения эндокринной системы;
• синдром хронической усталости.

Воздействие сильного ЭМ-поля неблагоприятно влияет на беременность, вызывая нарушение внутриутробного развития плода. Эндокринные нарушения у мужчин – это снижение потенции, бесплодность. Разрушение кровяных телец блокирует работу иммунной системы. В головном мозге нарушаются нейронные связи: ухудшается память, внимание. Инфракрасная форма ЭМИ опасна высокой энергией частиц, вызывающих перегрев организма. При температуре выше 42 градусов останавливается кровоток, человек погибает. Злоупотребление ультрафиолетовым облучением может привести к меланоме (раку кожи).

Природные ЭМ-волны, необходимые для существования земных организмов, могут быть губительны в высокочастотном диапазоне. Устройства и механизмы – источники ЭМ-загрязнения, что является побочным эффектом от их применения.

Электромагнитное излучение существует ровно столько, сколько живет наша Вселенная. Оно сыграло ключевую роль в процессе эволюции жизни на Земле. По факту, это возмущение состояние электромагнитное поля, распространяемого в пространстве.

Характеристики электромагнитного излучения

Любую электромагнитную волну описывают с помощью трех характеристик.

1. Частота.

2. Поляризация.

Поляризация – одна из основных волновых атрибутов. Описывает поперечную анизотропию электромагнитных волн. Излучение считается поляризованным тогда, когда все волновые колебания происходят в одной плоскости.

Это явление активно используют на практике. Например, в кино при показе 3D фильмов.

С помощью поляризации очки IMAX разделяют изображение, которое предназначено для разных глаз.

Частота – число гребней волны, которые проходят мимо наблюдателя (в данном случае – детектора) за одну секунду. Измеряется в герцах.

Длина волны – конкретное расстояние между ближайшими точками электромагнитного излучения, колебания которых происходят в одной фазе.

Электромагнитное излучение может распространяться практически в любой среде: от плотного вещества до вакуума.

Скорость распространения в вакууме равна 300 тыс. км за секунду.

Интересное видео о природе и свойствах ЭМ волн смотрите в видео ниже:

Виды электромагнитных волн

Все электромагнитное излучение делят по частоте.

1. Радиоволны. Бывают короткими, ультракороткими, сверхдлинными, длинными, средними.

Длина радиоволн колеблется от 10 км до 1 мм, а от 30 кГц до 300 ГГц.

Их источниками может быть как деятельность человека, так и различные естественные атмосферные явления.

2. . Длина волны лежит в пределах 1мм — 780нм, а может доходить до 429 ТГц. Инфракрасное излучение еще называют тепловым. Основа всей жизни на нашей планете.

3. Видимый свет. Длина 400 — 760/780нм. Соответственно колеблется в пределах 790-385 ТГц. Сюда относят весь спектр излучения, которое можно увидеть человеческим глазом.

4. . Длина волны меньше, чем в инфракрасного излучения.

Может доходить до 10 нм. таких волн очень большая – порядка 3х10^16 Гц.

5. Рентгеновские лучи . волны 6х10^19 Гц, а длина порядка 10нм — 5пм.

6. Гамма волны. Сюда относят любое излучение, которого больше, чем в рентгеновских лучах, а длина – меньше. Источником таких электромагнитных волн являются космические, ядерные процессы.

Сфера применения

Где-то начиная с конца XIX столетия, весь человеческий прогресс был связан с практическим применением электромагнитных волн.

Первое о чем стоит упомянуть – радиосвязь. Она дала возможность людям общаться, даже если они находились далеко друг от друга.

Спутниковое вещание, телекоммуникации – являются дальнейшим развитием примитивной радиосвязи.

Именно эти технологии сформировали информационный облик современного общества.

Источниками электромагнитного излучения следует рассматривать как крупные промышленные объекты, так и различные линии электропередач.

Электромагнитные волны активно используются в военном деле (радары, сложные электрические устройства). Также без их применения не обошлась и медицина. Для лечения многих болезней могут использовать инфракрасное излучение.

Рентгеновские снимки помогают определить повреждения внутренних тканей человека.

С помощью лазеров проводят ряд операций, требующих ювелирной точности.

Важность электромагнитного излучения в практической жизни человека сложно переоценить.

Советское видео о электромагнитном поле:

Возможное негативное влияние на человека

Несмотря на свою полезность, сильные источники электромагнитного излучения могут вызывать такие симптомы:

Усталость;

Головную боль;

Тошноту.

Чрезмерное воздействие некоторых видов волн вызывают повреждения внутренних органов, центральной нервной системы, мозга. Возможны изменения в психике человека.

Интересное виде о влиянии ЭМ волн на человека:

Чтобы избежать таких последствий практически во всех странах мира действуют стандарты, регулирующие электромагнитную безопасность. Для каждого типа излучений существуют свои регулирующие документы (гигиенические нормы, нормы радиационной безопасности). Влияние электромагнитных волн на человека до конца не изучено, поэтому ВОЗ рекомендует минимизировать их воздействие.