Природные (естественные) источники ЭМП

Лекция 9

НЕИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ: ОПАСНОСТЬ, ОЦЕНКА, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

С развитием электроэнергетики, радио- и телевизионной техники, средств связи, электронной офисной техники, специального промышленного оборудования и др. появилось большое количество искусственных источников электромагнитных полей (ЭМП), что обусловило интенсивное «электромагнитное загрязнение» среды обитания человека.

Длительное воздействие этих полей на организм человека вызывает нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечнососудистой систем, что выражается в повышенной утомляемости, снижении качества выполнения рабочих операций, сильных болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса.

Источники ЭМП

Электромагнитные поля окружают нас постоянно. Однако человек различает только видимый свет, который занимает лишь узкую полоску спектра электромагнитных волн - ЭМВ (рис. 1). Глаз человека не различает ЭМП, длина волны которых больше или меньше длины световой волны, поэтому мы не видим излучений промышленного оборудования, радаров, радиоантенн, линий электропередач и др. Все эти устройства, как и многие другие, использующие электрическую энергию, излучают так называемые антропогенные ЭМП, которые вместе с естественными полями Земли и Космоса создают сложную и изменчивую электромагнитную обстановку.

Рис. 1 - Электромагнитный спектр

По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е (В/м) порождает магнитное поле Н (А/м), а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле. Обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга (рис. 2).

Рис. 2 – Две компоненты ЭМП (дальняя зона излучения)

Векторы Е и Н бегущей ЭМВ в зоне распространения всегда взаимно перпендикулярны. При распространении в проводящей среде они связаны соотношением

, B/м, (1)

где ω - частота электромагнитных колебаний; γ - удельная проводимость вещества экрана; γ - магнитная проницаемость этого вещества; k - коэффициент затухания; R - расстояние от входной плоскости экрана до рассматриваемой точки.

ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн (не исчезая с устранением источника). Например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны λ. Источник, генерирующий излучение, то есть создающий электромагнитные колебания, характеризуется частотой f (табл. 1).

Таблица 1 - Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Особенностью ЭМП является его деление на «ближнюю» и «дальнюю» зоны. На практике в «ближней» зоне - зоне индукции на расстоянии от источника r < λ ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату r ² или кубу r ³ расстояния. Поле в зоне индукции служит для формирования электромагнитной волны. «Дальняя» зона (r ≥ 3 λ) - зона сформировавшейся электромагнитной волны, в которой интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r ^-1. Граница «ближней» и «дальней» зоны представлена на рис. 3.

Рис. 3 - Ближняя и дальняя зоны ЭМП для различных частот

Согласно теории ЭМП «ближняя» (зона индукции) находится на расстоянии r ≤ λ /2 π ≈ λ/ 6, где λ - длина волны и определяется из соотношения λ = c/f, где с - скорость распространения волны (для вакуума или воздуха - скорость света), f - частота электромагнитных колебаний. «Дальняя» зона, или зона распространения (зона излучения) находится на расстоянии r > λ /6.

В зоне индукции еще не сформировалась бегущая волна, вследствие чего Е и Н не зависят друг от друга, поэтому нормирование в этой зоне ведется как по электрической, так и по магнитной составляющей поля. Это характерно для ВЧ-диапазона. В зоне излучения ЭМП характеризуется электромагнитной волной, наиболее важным параметром которой является плотность потока мощности (ППМ).

В «дальней» зоне излучения принимается Е = 377 Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума, Ом. В практике санитарно-гигиенического надзора на частотах выше 300 Мгц в «дальней» зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ) или плотность потока мощности (ППМ) - S, Вт/м². За рубежом ППЭ обычно измеряется для частот выше 1 ГГц. ППЭ характеризует величину энергии, теряемой системой за единицу времени вследствие излучения электромагнитных волн.

Природные (естественные) источники ЭМП

Природные (естественные) источники ЭМП делятся на 2 группы. Первая - поле Земли: постоянное (основное) магнитное поле (55,7-33,4 А/м, причем напряженность геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору). Процессы в магнитосфере вызывают колебания геомагнитного поля в широком диапазоне частот: от 10^-5 до 10² Гц, амплитуда может достигать сотых долей А/м. Вторая - радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, галактики и др.). В силу относительно низкого уровня излучения от космических радиоисточников и нерегулярного характера воздействия их суммарный эффект поражения биообъектов незначителен.

Человеческое тело также излучает ЭМП с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии порядка 0,003 Вт/м². Если общая площадь поверхности среднего человеческого тела 1,8 м², то общая излучаемая энергия составляет примерно 0,0054 Вт.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: