Электромагнитные поля и излучения (от 0 до 300 ГГц)

Электромагнитные волны – это взаимосвязанное распространение в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей. Совокупность этих полей, неразрывно связанных друг с другом, называется электромагнитным полем.

Электромагнитное поле – вид материи, определяемый во всех точках двумя векторными величинами – напряженностями электрической и магнитной составляющей электромагнитной волны, оказывающими силовое воздействие на электрически заряженные частицы, зависящее от их скорости и электрического заряда.

Электрическое поле – одна из двух компонент электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости.

Магнитное поле – одна из двух компонент электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на движущуюся электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и ее скорости.

Источники электромагнитных полей (ЭМП) делятся
на природные и техногенные.

Природные источники делятся на две группы:

– поле Земли, состоящее из постоянного электрического поля и основного (постоянного) магнитного поля;

– радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, Галактика и т. д.).

Электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на ее поверхности. Его напряженность на открытой местности обычно находится в диапазоне от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков-сотен кВ/м.

Магнитное (геомагнитное) поле Земли состоит из основного (постоянного) поля (около 99 %) и переменного (около 1 %). Существование постоянного магнитного поля Земли объясняется процессами, происходящими в ее жидком металлическом ядре. Оно ориентировано относительно магнитных полюсов планеты. В средних широтах напряженность магнитного поля примерно 40 А/м. Основное геомагнитное поле испытывает лишь медленные вековые изменения.

Переменное геомагнитное поле, порождаемое токами в магнитосфере и ионосфере, более неустойчиво и может колебаться в диапазоне частот от 10 до 10 Гц.

Наиболее сильные изменения в переменном геомагнитном поле происходят при возникновении магнитных бурь, которые образуются при вспышках на Солнце, когда так называемый солнечный ветер, представляющий собой плазму с очень сильным магнитным полем, достигает магнитосферы Земли.

Вторая группа природных ЭМП характеризуется наличием широкого диапазона частот. В силу относительно низкого уровня излучения от космических источников и случайного, нерегулярного характера воздействия на атмосферу Земли, их суммарный эффект воздействия на биообъекты незначителен.

Человеческое тело также излучает электромагнитные поля с частотой выше 300 ГГц.

Техногенные источники электромагнитного поля по их предназначению можно разделить на источники технологическог о характера, используемые в различных сферах экономики и побочно создающие негативный фактор воздействия ЭМП на население,
и источники военного характера, специально генерирующие ЭМП как для вывода из строя электронных объектов инфраструктуры, так и для нанесения поражения населению.

Технологические источники ЭМП подразделяются на группы по критерию частоты излучения: 1 группа – источники, генерирующие излучения в диапазоне от 0 Гц до 3 кГц, II группа –
от 3 кГц до 300 ГГц.

 

К первой группе технологических источников относятся:

– системы производства, передачи и распределения электроэнергии (электростанции, трансформаторные подстанции, системы и линии электропередач);

– офисная и домашняя электро- и электронная техника, электросети жилых и административных зданий;

– транспорт на электроприводе и его инфраструктура.

Ко второй группе технологических источников относятся:

– функциональные передающие источники ЭМП, используемые в целях передачи и получения информации (теле- и радиопередающие центры, системы сотовой и спутниковой связи, релейные станции), навигационные системы, РЛС различных видов и назначений:

– технологическое оборудование предприятий, использующих СВЧ-излучение;

– СВЧ-печи;

– медицинские терапевтические и диагностические установки;

– видеодисплейные терминалы (ВДТ) ЭВМ.

К источникам ЭМИ военного характера относятся различные виды электромагнитного оружия: радиочастотное, микроволновое и лазерное.

Источниками постоянных магнитных полей на рабочих местах являются постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока (линии передачи постоянного тока, электролитные ванны и другие электротехнические устройства). Постоянные магниты и электромагниты широко используются
в приборостроении, в магнитных шайбах подъемных кранов и других фиксирующих устройствах, в магнитных сепараторах, устройствах для магнитной обработки воды, в магнитогидродинамических (МГД) генераторах, установках магнитно-резонансной томографии (МРТ) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), а также в физиотерапевтической практике.

Основными источниками электромагнитных полей промышленной частоты (ЭМП ПЧ) являются элементы токопередающих систем различного напряжения (линии электропередач, контактная сеть, распределительные устройства, их составные части), электроприборы и аппаратура промышленного и бытового назначения, потребляющая электроэнергию.

Основные источники электромагнитных полей радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ): радиостанции низкочастотного (НЧ) (130…285 кГц), средневолнового (СВ) (415…1606 кГц), коротковолнового (КВ) (3,95… 26,1 МГц) и ультракоротковолнового диапазонов (УКВ, FM) (87, 5…108 МГц); телевизионные передатчики (47…68 МГц, 174…239 МГц, 470…890 МГц); индивидуальные и мобильные средства связи; системы охраны и радиолокационные системы службы слежения авиатранспорта; установки СВЧ нагрева (2,45 ГГц); медицинское диагностическое и терапевтическое оборудование; видеодисплейные терминалы и персональные компьютеры.

Характеристики электромагнитного поля. Электромагнитное поле характеризуется частотой излучения f, измеряемой в герцах, или длиной волны λ, измеряемой в метрах. Электромагнитная волна распространяется в вакууме со скоростью света (3 · 10⁸ м/с), и связь между длиной и частотой электромагнитной волны определяется зависимостью

f = с / λ,

где с – скорость света.

Скорость распространения волн в воздухе близка к скорости их распространения в вакууме.

Электромагнитное поле имеет электрическую и магнитную составляющие. Движущееся электромагнитное поле характеризуется векторами напряженности электрического (Е, В/м) и магнитного (Н, А/м) полей, которые отражают силовые свойства ЭМП. При измерении сверхнизких и крайне низких частот используется понятие магнитной индукции В. Ее единица измерения – Тл (Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

Напряженность электрического поля – векторная величина, характеризующая электрическое поле и определяющая силу, действующую на электрически заряженную частицу со стороны электрического поля.

Напряженность магнитного поля – векторная величина, равная геометрической разности магнитной индукции, деленной на магнитную постоянную, и намагниченности.

Классификация ЭМП. Электромагнитные поля обладают широким спектром частот и отличаются друг от друга способами излучения, распространения и регистрации. С учетом свойств ЭМП разделяют на виды: звуковые волны, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, γ-излучение.

По общепринятой классификации, предложенной в 1975 г. международным консультативным комитетом по радио (МККР), спектр частот от 3 Гц до 3 ТГц разделен на 12 диапазонов: 0,3×10 N Гц до 3×10 N, где N – номер диапазона.

Частоты, лежащие в интервале 3×10³…3×10¹¹ Гц, принято называть радиочастотами.

Принято различать электростатические поля (электрические поля неподвижных электрических зарядов), постоянные магнитные поля, электрические и магнитные поля промышленной частоты (50 Гц), электромагнитные излучения радиочастот.

Постоянное электрическое поле часто называют электростатическим.

Электростатическое поле – электрическое поле неподвижных заряженных тел при отсутствии в них электрических токов.

Постоянное магнитное поле – поле, генерируемое постоянным током.

Электромагнитные поля промышленной частоты (ЭМП ПЧ) – это поля, которые являются частью сверхнизкочастотного диапазона радиочастотного спектра. Диапазон ПЧ представлен в РФ частотой 50 Гц.