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.
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).
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.
Название | Диапазон по длине волны | Диапазон по энергии фотонов, эВ (электрон-вольт) |
Низкочастотные волны | 100 км < λ < | 10-9 < Е < 10-6 |
Радиоволны | 0,1 мм < λ < 100 км | 10-6< Е < 10-3 |
Инфракрасное излучение | 760 нм < λ < 0,1 мм | 1,2∙10-3 < Е < 1,6 |
Спектр видимого света | 380 нм < λ < 760 нм | 1,6 < Е < 3,2 |
УФ излучение | 12 нм < λ < 380 нм | 3,2 < Е < 100 |
Рентгеновские лучи | 0,01 нм < λ < 12 нм | 100 < Е < 104 |
Гамма-излучение | λ < 0,01 нм | 106 < 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:
- сокращение времени воздействия;
- сокращение расстояния до источников излучения;
- 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.