Электромагнитные поля, излучения и волны

Жизнь современного человека окружена огромным количеством источников электромагнитного излучения (ЭМИ). Оно стало неотъемлемой частью его среды обитания. Включая компьютер, электродрель или разговаривая по телефону, человек активирует источник ЭМИ не задумываясь о том, какими свойствами он обладает, и как воздействует на окружающую среду.

Природа электромагнитных излучений

Из курса физики известно, что вокруг электрически заряженных частиц возникают электрические поля (ЭП). Под магнитными полями (МП) понимают силовые поля, возникающие и действующие на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. При изменении электрического поля, возникает магнитное поле, и наоборот, изменение магнитного поля, влечет за собой возникновение электрического поля.

Электрическое поле
Рис. 1. Электрическое поле

 Таким образом, можно утверждать, что электрические и магнитные поля неразрывно связаны между собой, а их существование в совокупности называется электромагнитными полями (ЭМП).

Итак, электромагнитные поля — это поля,  которые образуются при взаимодействии электрически заряженных частиц, с частицами, обладающими магнитными свойствами (магнитным моментом).

При возмущении электромагнитного поля (изменении его состояния покоя), возникают электромагнитные волны (ЭМВ). Это можно представить по аналогии, например, с водяными волнами, которые возникают при ударе о спокойную поверхность воды камнем или палкой. Таким образом, под электромагнитной волной понимают распространяющиеся в пространстве, и порождающие друг друга, переменные электрические и магнитные поля.

Распространение электромагнитных волн в пространстве, достаточно далеко от их источника, называют электромагнитным излучением (ЭМИ). Оно способно распространяться практически в любых средах — вакууме, воздухе, газах и т.д.

Как и у других видов волн, основными характеристиками электромагнитных излучений являются частота, длина волны и мощность переносимой энергии, измеряемая плотностью потока.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света, и определяется как произведение длины волны на ее частоту:

c = λ ʋ

Так, как скорость распространения ЭМВ – величина постоянная, существует жесткая связь между величинами частоты и длины волны. Чем больше длина волны, тем меньше частота, и наоборот, чем больше частота, тем меньше длина волны. Иначе говоря, произведение этих двух характеристик, должно стремиться к постоянной величине.

Электромагнитное излучение обладает двойственной природой. В зависимости от характеристик частоты, длины волны и мощности энергетического потока, оно проявляет ярко выраженные волновые и корпускулярные свойства.

Классификация электромагнитных волн и излучений

В зависимости от длины волны (либо частоты колебаний), спектр электромагнитного излучения условно делят на несколько диапазонов:

  • низкочастотные электромагнитные волны;
  • радиоволны (длинные, средние, короткие);
  • инфракрасное излучение;
  • спектр видимого света;
  • ультрафиолетовое излучение;
  • рентгеновские лучи;
  • гамма-излучение.

Деление электромагнитных излучений по частотным диапазонам, достаточно условное. Четких границ между разными видами излучений не существует. Все они плавно переходят друг в друга, и созданы лишь для удобной классификации по своим свойствам (см. рис.2).

Диапазон электромагнитных волн

 

Рис. 2. Диапазон электромагнитных волн

Электромагнитные излучения с разной длиной волны по-разному поглощаются различными веществами. Излучения коротковолнового диапазона (особенно рентгеновское и гамма-излучения) свободно проходят через материалы, которые отражают излучения оптического диапазона. Это связано с тем, что как правило, чем короче волна, тем большую энергию она несет. Ниже, в таблице 1 показаны границы диапазонов волн, в зависимости от длины волны и переносимой энергии потока.

НазваниеДиапазон по длине волныДиапазон по энергии фотонов, эВ (электрон-вольт)
Низкочастотные волны100 км < λ <10-9 < Е < 10-6
Радиоволны0,1 мм < λ < 100 км10-6< Е < 10-3
Инфракрасное излучение760 нм < λ < 0,1 мм1,2∙10-3 < Е < 1,6
Спектр видимого света380 нм < λ < 760 нм1,6 < Е < 3,2
УФ излучение12 нм < λ < 380 нм3,2 < Е < 100
Рентгеновские лучи0,01 нм < λ < 12 нм100 < Е < 104
Гамма-излучениеλ < 0,01 нм106 < Е < 109

Источники электромагнитных излучений

Электромагнитные волны различных диапазонов отличаются источниками происхождения (или искусственного получения), и способами их обнаружения (регистрации).

Низкочастотные излучения порождаются переменными токами в проводниках и электронных потоках. Как правило, это системы распределения электроэнергии, — линии электропередач (ЛЭП), разного рода кабельные системы, электростанции, трансформаторы, генераторы переменного тока. Сюда же относится вся бытовая и компьютерная техника, а также электротранспорт (метро, трамваи, троллейбусы, железнодорожный транспорт и т.д.).

Источниками радиоволн, также как и длинноволнового излучения являются электрические токи в проводниках. Искусственно созданные радиоволны широко используются для передачи информации на расстояние. К ним относится радиовещание, радиолокация, радиосвязь, радионавигация, беспроводные компьютерные сети и др.

Видимый свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, относят к оптическим видам излучений. Они порождаются излучением молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. Одним из важнейших источников волн в этих диапазонах, является Солнце.

Рентгеновское излучение возникает в результате внутриатомных или внутримолекулярных высокоэнергетических процессов, при воздействии ускоренных заряженных частиц.

Природа возникновения гамма-излучения схожа с рентгеновским, и возникает при высокоэнергетических процессах внутри атомных ядер, либо при ядерных реакциях радиоактивного распада.

Естественные и искусственные источники излучений

По своему взаимодействию с человеком, ЭМИ можно разделить на излучения естественного (природного), и искусственного (антропогенного) происхождения, полученные в результате деятельности человека.

К естественным источникам электромагнитного излучения, относятся солнечный свет, электрическое и магнитное поле Земли, атмосферное электричество, космические источники радиоволн и т.д.

К искусственным источникам относят технические средства, специально созданные человеком как источники излучения. Например, теле и радио станции, медицинские диагностические и терапевтические приборы, различные системы связи, в том числе сотовой.

Другими искусственными источниками излучений, являются электрические и электронные изделия и устройства, излучения которых проявляются как побочные вредные факторы. К ним относятся электрические и компьютерные сети, в том числе высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), бытовые и промышленные электроприборы, электротранспорт и др.

Польза и вред ЭМИ

Благодаря своим свойствам, электромагнитные излучения нашли широкое применение в жизни человека. Они используются практически повсеместно, — в медицине, промышленности и быту.

Сегодня, жилище человека просто напичкано устройствами, излучающими ЭМИ. Это компьютеры, мобильные телефоны, утюги, фены, микроволновые печи, холодильники и т.д.

Без медицинского оборудования, не мыслимы современные методы диагностики и лечения. Электрические сталеплавильные печи, нагревательные приборы высокой частоты, дефектоскопия, электротранспорт, — это все стоит на службе человека, облегчает его жизнь, и приносит неоспоримую пользу.

Однако надо понимать, что несмотря на всю пользу, электромагнитные излучения могут приносить существенный вред для здоровья человека. Как говорится, «все хорошо в меру».

Все мы с детства знаем, что частое применение рентгена и флюорографии достаточно вредно для организма. Ио излучения от других источников ЭМИ могут быть не менее опасны.

Их прямое или косвенное воздействие на человека может вызвать необратимые изменения в организме.

Защита от ЭМИ

Для предупреждения и защиты от вредного воздействия ЭМИ, нужно знать и использовать простые правила. В общем, все способы защиты от ЭМИ можно разделить на три основные части:

  1. сокращение времени воздействия;
  2. сокращение расстояния до источников излучения;
  3. использование технических средств коллективной и индивидуальной защиты от ЭМИ.

Влияние электромагнитных полей и излучений на организм человека в настоящее время только изучается. Данные различных научно-исследовательских организаций, часто существенно отличаются. Тем не менее, все они сходятся в одном, — влияние на организм человека в той или иной степени существует.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *