Общая характеристика электромагнитных излучений

Природными источниками электромагнитных полей (ЭЖ1) являются: атмосферное электричество, излучение солнца, электрическое и магнитное поля Земли, космические излучения. Техногенные, искусственные источники — это трансформаторы, теле- и радиоаппаратура, компьютеры, генераторы, линии электропередач, источники света, радиационные объекты и др. Процесс распространения: свободного ЭМП имеет характер волны, при этом в каждой точке пространства происходят гармонические колебания напряженности электрического Е (В/м) и магнитного Н (А/м) полей. Этим электромагнитные волны отличаются от механических колебаний, где волновой процесс означает передачу колебаний от одних частиц среды к другим.

Изменение напряженности электрического поля влечет за собой изменение напряженности магнитного поля, и наоборот. Благодаря этому периодическое изменение электрического и магнитного полей является причиной возникновения электромагнитных волн. Электромагнитное излучение распространяется от источника, пока не будет поглощено веществом и не преобразуется в какой-либо другой вид энергии. Длина волны λ (м) связана со скоростью распространения колебаний С (м/с) и частотой f (Гц) соотношением

(4.22)

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме и в воздухе составляет С = 3∙10⁸ м/с, а в веществе она существенно меньше и зависит от его диэлектрической проницаемости.

На рис. 4.9 показана зависимость напряженности электрического поля Е в функции от времени t и расстояния Х, а также функциональная зависимость напряженности магнитного поля Н, причем Е_а и Н_а — амплитудные максимальные значения напряженности, λ — длина волны, Т — период колебаний. Векторы Е и Н колеблются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

При распространении ЭМП в вакууме или воздухе

(4.23)

 

Рис. 4.9. Зависимость напряженности электрического поля от времени (а)

и расстояния (б)

 

Направление движения потока энергии определяется вектором Умова-Пойтинга

(4.24)

Кроме волновой модели процесс существования ЭМП описывается квантовой моделью, согласно которой процесс взаимодействия электромагнитных излучений с веществом можно рассматривать как действие совокупности большого числа элементарных частиц — фотонов или квантов. С помощью волновой модели описывается процесс распространения волн, а также такие явления, как отражение, преломление, дифракция, интерференции, а квантовая модель позволяет представлять процессы поглощения и генерации излучения.

Спектр электромагнитных колебаний условно делят на три участка (рис. 4.10): радиоизлучения, оптические и ионизирующие фотонные.

Рис. 4.10. Спектр электромагнитных колебаний

Эти виды электромагнитных колебаний оцениваются различными параметрами, численные значения которых отражают их степень влияния на человека.

Радиоизлучение

Диапазон электромагнитных колебаний — радиоволны — делят на радиочастоты (РЧ) и сверхвысокие частоты (СВЧ). В спектре радиочастот рассматривают поддиапазоны: низкие (Н), средние (СР), высокие (В) и очень высокие (ОВ), что показано на рис. 4.11

Рис. 4.11. Спектр радиоволн

 

Излучения радиочастот лежат в частотной области f = 0,03...300 МГц, а сверхвысоких частот — f > 300 МГц.

На расстояниях от источника электромагнитных колебаний располагается ближняя зона (зона индукции), в которой бегущая волна еще не сформировалась, а ЭМП характеризуется векторами . На расстояниях от источника R > λ ЭМП представляет собой бегущую волну (дальняя или волновая зона), характеризуемую интенсивностью J, которая численно равна величине П, Напряженности электрического и магнитного поля выражаются зависимостями

(4.25)

где — напряжение, В;

— расстояние от источника излучения до точки измерения, м;

— сила тока, А.

При излучении сферических волн интенсивность J убывает обратно пропорционально квадрату расстояния.

Электромагнитному облучению может подвергаться все тело (общее облучение) или отдельные его части. Степень воздействия радиоизлучений зависит от частоты колебаний, напряженности электрического и магнитного полей, плотности потока энергии, времени воздействия и общего состояния здоровья человека.

ЭМП оказывает на человека тепловое и биологическое действие. Часть энергии ЭМП при облучении поглощается телом человека. Начиная с величины J =10 мВт/см², называемой тепловым порогом, система терморегуляции организма не справляется с отводом теплоты, и температура тела повышается, что приносит вред здоровью. Тепловое воздействие наиболее опасно для таких органов человека с большим содержанием вода, как желудок, желчный пузырь, мочевой пузырь, а также для органов с плохим кровообращением — хрусталик и стекловидное тело глаза. Облучение глаз вызывает помутнение хрусталика (катаракту). Тепловое воздействие электромагнитных излучений отягощает течение хронических болезней, угнетает систему иммунитета, снижает адаптацию к другим вредным факторам.

ЭМП оказывает специфическое воздействие на ткани человека как биологического объекта, при интенсивности излучения значительно меньшей теплового порога. При этом изменяется ориентация клеток и цепей молекул в соответствии с направлением силовых линий электрического поля, ослабляется активность белкового обмена, нарушаются функции ССС.

При небольших интенсивностях излучений эти изменения обратимы.

В случае длительного воздействия электромагнитных волн большой напряженности и интенсивности происходит торможение рефлексов, понижение артериального давления, замедление пульса изменение состава крови (увеличение числа лейкоцитов и уменьшение эритроцитов).

Субъективные критерии отрицательного воздействия ЭМП проявляются в виде головной боли, повышенной утомляемости, раздражительности, сонливости, одышки, ухудшении зрения, повышении температуры тела.

Допустимые значения параметров ЭМП диапазонов РЧ и СВЧ устанавливаются ГОСТ 12.1.006-84 «Электромагнитные поля, радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля». В РЧ-диапазоне ЭМП нормируют по напряженности электрического поля Е на частотах 0,06...300 МГц в зависимости от времени облучения, причем нормы задаются отдельно для профессионального и непрофессионального облучения. В СВЧ-диапазоне нормируют плотность потока энергии J с учетом времени воздействия раздельно для антенн и других источников.