Основные характеристики и классификация электромагнитных полей

⇐ ПредыдущаяСтр 20 из 27Следующая ⇒

Как правило, под электромагнитными полями понимают электромагнитные колебания в частотном диапазоне 0 Гц – 300 ГГц (хотя инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, излучение видимого диапазона, ионизирующие излучения также имеют электромагнитную природу).

Живые организмы, от одноклеточных до высших животных и человека, обнаруживают исключительно высокую чувствительность к электрическим и магнитным полям, параметры которых близки к естественным параметрам полей биосферы. Электромагнитные поля (ЭМП) естественных источников (геомагнитные поля, атмосферные разряды, излучения звезд и галактик) существенно влияют на формирование биологических ритмов.

На сегодняшний день большинство населения фактически живет в ЭМП искусственной (антропогенной) природы, обладающим весьма сложной пространственной, временной и частотной структурой. Искусственные источники создают ЭМП значительно больших интенсивностей, нежели естественные.

Период и частота. Периодом Т электромагнитного колебания называют наименьший промежуток времени, по истечении которого повторяются значения всех величин, характеризующих колебание. Частотой f электромагнитных колебаний называют число полных колебаний за единицу времени:

(5.1)

где Т – период, 1/с. Частота электромагнитного колебания (частота переменного ЭМП) имеет размерность герц (Гц). Кратными единицами являются килогерц (1 кГц = 103 Гц), мегагерц (1 МГц = 106 Гц) и гигагерц (1 ГГц = 109 Гц).

Круговой частотой w переменного ЭМП называют число колебаний, которые совершаются за 2p единиц времени:

(5.2)

Угловая частота имеет размерность радиан в секунду.

Электромагнитные поля с частотой, равной нулю, называются статическими (электростатическими и магнитостатическими), остальные ЭМП являются переменными. В настоящее время используются три шкалы частот ЭМП:

· радиотехническая;

· медицинская;

· электротехническая.

Использование трех шкал частот вызывает определенные разночтения в терминологии. В дальнейшем изложении будет использована в силу ее простоты электротехническая шкала источников ЭМП:

· низкочастотные (НЧ) от 0 до 60 Гц;

· среднечастотные (СЧ) от 60 Гц до 10 кГц;

· высокочастотные (ВЧ) от 10 кГц до 300 МГц;

· сверхвысокочастотные (СВЧ) от 300 МГц до 300 ГГц.

Скорость и длина волны. Электромагнитной волной называется распространяющееся в пространстве (или среде) переменное электромагнитное поле. Скорость V распространения электромагнитной волны определяется свойствами среды:

, м/с (5.3)

где e – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, имеющая размерность фарад на метр (Ф/м); m – абсолютная магнитная проницаемость среды, имеющая размерность генри на метр (Гн/м). В вакууме , , где Ф/м – электрическая постоянная; Гн/м – магнитная постоянная. В вакууме скорость волны:

, м/с (5.4)

Длиной волны l называется расстояние, на которое распространяется фронт электромагнитной волны за время Т, равное периоду колебаний в источнике (длину волны можно также определять как ближайшее расстояние между точками ЭМП с одинаковыми фазами):

, м. (5.5)

Зоны воздействия. У переменных ЭМП различают ближнюю и дальнюю зоны воздействия. Анализировать поля в ближней зоне, где электромагнитная волна еще не сформировалась, и в дальней зоне (зоне излучения, зоне плоской волны) следует с учетом размера d элемента, определяющего поле, выраженного в единицах длины волны l.

Если d < < l, что характерно для ненаправленных и слабонаправленных излучателей и антенн, то расстояние от источника ЭМП до границы раздела между ближним и дальним полем определяется как:

Если d > l/2, что характерно для направленных антенн (зеркальной, линзовой) то:

где d – диаметр апертуры зеркальной антенны, м. Для направленных антенн других типов:

где L₁, L₂ – горизонтальный и вертикальный размеры антенны, м.

Понятия ближней и дальней зон оказываются весьма удобными при гигиенической оценке электромагнитных воздействий. Так, в ближней зоне оценивают интенсивности электрического и магнитного полей, в дальней– плотность потока энергии. Принятое в радиотехнике понятие промежуточной зоны не находит применения при оценке воздействия ЭМП на человека.

Интенсивность. В гигиенической практике интенсивность ЭМП характеризуется следующими величинами в диапазоне частот 0…300 МГц:

· Е – среднеквадратическим значением напряженности электрического поля, выражаемой в вольтах на метр (В/м);

· Н – среднеквадратическим значением напряженности магнитного поля, имеющей размерность ампер на метр (А/м), либо В – магнитной индукцией, выраженной в тесла (Т). Для поля в вакууме справедливо соотношение

(5.6)

В воздухе на расстояниях от источника, больших длины волны (в дальней зоне), напряженности Е и Н связаны простым соотношением:

, (5.7)

где Z₀ – волновое сопротивление свободного пространства, равное 377 Ом.

В диапазоне частот 300 МГц…300 ГГц интенсивность ЭМП характеризуется S – плотностью потока энергии, выраженной в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Для дальней зоны справедлива формула

(5.8)

Классификация ЭМП. По энергетическому спектру различают ЭМП:

· синусоидальные (монохроматические);

· модулированные;

· импульсные;

· флуктуационные (шумовые).

По виду источника принято разделять ЭМП от естественных источников земных и внеземных и ЭМП от искусственных (антропогенных) источников.

По видам воздействия различают ЭМП:

· изолированное (от одного источника);

· сочетанное (от двух и более источников одного частотного диапазона);

· смешанное (от двух и более источников различных частотных диапазонов);

· комбинированное (в случае одновременного действия какого-либо другого неблагоприятного фактора).

Отношение облучаемого лица к источнику облучения может быть профессиональным, т.е. связанным с выполнением производственных операций, и непрофессиональным (прочее население).

При облучении тела различают общее облучение, когда воздействию электромагнитного поля подвергается все тело, и локальное (местное), когда электромагнитное поле воздействует преимущественно на какие-либо части тела.

По времени облучение может быть постоянным и прерывистым.

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 192021 22 23 24 Следующая ⇒