Электромагнитная радиация: Электромагнитное излучение — Википедия – источники, влияние и защита — Asutpp

Электромагнитное излучение — Википедия

Электромагни́тные во́лны / электромагни́тное излуче́ние — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.^[1]

Среди электромагнитных полей, порождённых электрическими зарядами и их движением, принято относить к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

Электромагнитные волны подразделяются на:

Электромагнитное излучение способно распространяться практически во всех средах. В вакууме (пространстве, свободном от вещества и тел, поглощающих или испускающих электромагнитные волны) электромагнитное излучение распространяется без затуханий на сколь угодно большие расстояния, но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом своё поведение).

Классификация диапазонов спектра электромагнитного излучения по-английски. Колонки: 1 (чёрная) — аббревиатуры обозначения диапазонов, 2 — частота, 3 — длина волны, 4 — энергия фотона

Характеристики электромагнитного излучения[править | править код]

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света^[2].

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определённые более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и её разделы) и радиофизика. Жёстким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий

[3]; в соответствии с современными представлениями (см. Стандартная модель), при высоких энергиях электродинамика перестаёт быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при ещё более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.

Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной

[4] из завершённых и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других — медицинских и биологических — позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей — фундаментальных и прикладных — таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

• электромагнитные волны в свободном пространстве — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

Диапазоны электромагнитного излучения[править | править код]

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и децимиллиметровые волны (гипервысокие частоты, ГВЧ, 300—3000 ГГц) — стандартные диапазоны радиоволн по общепринятой классификации^[5]. По другой классификации указанные стандартные диапазоны радиоволн, исключая метровые волны, называют микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ)^[6].

Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ. В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению).

Радиоволны[править | править код]

Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения, хотя их всё же приходится учитывать, в частности, при описании квантовых генераторов и усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов, а также молекулярных стандартов частоты и времени, при охлаждении аппаратуры до температур в несколько кельвинов.

Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.

Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.

Микроволновое излучение[править | править код]

Инфракрасное излучение (тепловое)[править | править код]

Видимое излучение (оптическое)[править | править код]

Прозрачная призма разлагает луч белого цвета на составляющие его лучи^[7]

Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).

Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.

Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 K и светит ярко-белым светом (максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм, где находится и максимум чувствительности глаза). Именно потому, что мы родились возле такой звезды, этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.

Излучение оптического диапазона возникает, в частности, при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота, на которой находится максимум спектра его излучения (см.: Закон смещения Вина). При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие (см.: Болометрия).

Оптическое излучение может создаваться и регистрироваться в химических и биологических реакциях. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии. Источником энергии для большинства живых существ на Земле является фотосинтез — биологическая реакция, протекающая в растениях под действием оптического излучения Солнца.

Ультрафиолетовое излучение[править | править код]

Жёсткое излучение[править | править код]

В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения.

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц.

Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов[править | править код]

Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического E(t){\displaystyle {\mathit {E}}(t)} и магнитного H(t){\displaystyle {\mathit {H}}(t)} полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.

Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн обычно можно описать с помощью соотношений классической электродинамики; а вот для волн

оптического диапазона и, тем более, жёстких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.

• Первые волновые теории света (их можно считать старейшими вариантами теорий электромагнитного излучения) восходят по меньшей мере к временам Гюйгенса, когда они получили уже и заметное количественное развитие. В 1678 году Гюйгенс выпустил «Трактат о свете» (фр. Traité de la lumière^[en]) — набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал так называемый принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем (принцип Гюйгенса — Френеля) и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции. В 1660—1670-е годы существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света внесли также Ньютон и Гук.
• Многие положения корпускулярно-кинетической теории М. В. Ломоносова (1740—1750-е годы) предвосхищают постулаты электромагнитной теории: вращательное («коловратное») движение частиц как прообраз электронного облака, волновая («зыблющаяся») природа света, общность её с природой электричества, отличие от теплового излучения и т. д.
• В 1800 году английский учёный У. Гершель открыл инфракрасное излучение.
• В 1801 году Риттер открыл ультрафиолетовое излучение^[8].
• Существование электромагнитных волн предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.
• В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил построение теории электромагнитного поля классической (неквантовой) физики, строго оформив её математически, и на её основе получив твёрдое обоснование существования электромагнитных волн, а также найдя скорость их распространения (неплохо совпадавшую с известным тогда значением скорости света), что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.
• В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём. Интересно, что Герц не верил в существование этих волн и проводил свой опыт с целью опровергнуть выводы Максвелла.
• 8 ноября 1895 года Рентген открыл электромагнитное излучение (получившее впоследствии название рентгеновского) более коротковолнового диапазона, чем ультрафиолетовое.
• В конце XIX столетия белорусский ученый, профессор Я. Наркевич-Иодко впервые в мире исследовал возможности использования электромагнитного излучения газоразрядной плазмы для электрографии (визуализации) живых организмов, то есть для нужд практической медицины.
• В 1900 году Поль Виллар при изучении излучения радия открыл гамма-излучение.
• В 1900 году Планк при теоретическом исследовании проблемы излучения абсолютно чёрного тела открывает квантованность процесса электромагнитного излучения. Эта работа стала началом квантовой физики.
• Начиная с 1905 года Эйнштейн, а затем и Планк публикуют ряд работ, приведших к формированию понятия фотона, что стало началом создания квантовой теории электромагнитного излучения.
• Дальнейшие работы по квантовой теории излучения и его взаимодействия с веществом, приведшие в итоге к формированию квантовой электродинамики в её современном виде, принадлежат ряду ведущих физиков середины XX века, среди которых можно выделить, применительно именно к вопросу квантования электромагнитного излучения и его взаимодействия с веществом, кроме Планка и Эйнштейна, Бозе, Бора, Гейзенберга, де Бройля, Дирака, Фейнмана, Швингера, Томонагу.

Излучения электромагнитного диапазона при определённых уровнях могут оказывать отрицательное воздействие на организм человека, животных и других живых существ, а также неблагоприятно влиять на работу электрических приборов. Различные виды неионизирующих излучений (электромагнитных полей, ЭМП) оказывают разное физиологическое воздействие. На практике выделяют диапазоны магнитного поля (постоянного и квазипостоянного, импульсного), ВЧ- и СВЧ-излучений, лазерного излучения, электрического и магнитного поля промышленной частоты от высоковольтного оборудования и др.

Влияние на живые существа[править | править код]

Существуют национальные и международные гигиенические нормативы уровней ЭМП, в зависимости от диапазона, для селитебной зоны и на рабочих местах.

Оптический диапазон[править | править код]

Существуют гигиенические нормы освещённости; также разработаны нормативы безопасности при работе с лазерным излучением.

Радиоволны[править | править код]

Допустимые уровни электромагнитного излучения (плотность потока электромагнитной энергии) отражаются в нормативах, которые устанавливают государственные компетентные органы, в зависимости от диапазона ЭМП. Эти нормы могут быть существенно различны в разных странах.

Установлены биологические последствия сильного воздействия полей высоких уровней (значительно выше 100 µT), которые объясняются действием признанных биофизических механизмов. Внешние магнитные поля крайне низкой частоты (КНЧ) индуцируют электрические поля и токи в организме человека, которые, при очень высокой мощности поля, оказывают стимулирующее воздействие на нервы и мышцы и вызывают изменение возбудимости нервных клеток в центральной нервной системе.

Что касается долгосрочных последствий, то ввиду недостаточности фактических данных, подтверждающих связь между воз

Электромагнитное излучение | Контроль Разума

Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.

Глубина проникновения ЭМИ в ткани находится в прямой зависимости от длины волны, а величина поглащения — в обратной. Воздействие излучений миллимитрового (от 30 до 300 ГГц) и сантиметрового (от 3 до 30 ГГц) вызывает в основном термические ожоги, а излучения дециметрового (от 0,3 до 3 ГГц) , проникают глубже, поражая внутренние органы.

Ткани с высоким коэффициентом содержания воды (сердце, кровь, мышцы) обладают значительно большим коэффициентом экранирования, т.к. лучше поглощают энергию ЭМП.

При поглощении энергии ЭМП, из-за химической неоднородности, и помимо интегрального воздействия, возникают «горячие пятна». Если эти «горячие пятна» находятся на месте жизненноважных органов, то это может очень сильно повлиять на организм и при меньшей энергии ЭМП. «Горячие пятна» в голове человека возникают в диапазоне 750-2500 МГц.

Характеристики электромагнитного излучения Править

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту и длину волны. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. Скорость распространения электромагнитного излучения (фазовая) в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше.

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения занимается наука — электродинамика.

Существуют различные теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения, например, «Квантовая теория поля» (для электромагнитного излучения, как правило, не применяется, а используется для моделирования «поведения» элементарных частиц), для описания свойств излучения используют, как правило, «Уравнения Максвелла», причём существуют упрощения в прикладных применениях, например для оптического излучения достаточно знания основных понятий оптики, а гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

• наличие трёх взаимноперпендикулярных векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.
• Электромагнитные волны — это поперечные волны (волны сдвига), в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

Диапазоны электромагнитного излучения Править

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Радиоволны. Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые или микрометровые. Волны с длиной λ < 1 м (ν > 300 МГц) принято также называть микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ).

Жёсткие лучи. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских

Электромагнитное излучение разрушает здоровье

«Излучение мобильных телефонов приводит к непоправимым последствиям для здоровья». «Прослушивание радио может привести к раку мозга». «Электромагнитное излучение разрушает иммунную систему». Такие пугающие заголовки встречаются сегодня на каждом шагу. Предупреждают, заставляют задуматься, некоторые даже выступают в роли пророков. Никто не защищен, мы все в страшной опасности: электромагнитное излучение разрушает наши тела и приводит к слабоумию. Удивительно, насколько губительным может оказаться излучение от обыкновенной микроволновки или тостера. Ведь мы так к ним привыкли.

К сожалению, сегодня средства массовой информации хватаются за любое неосторожное слово ученого, чтобы раздуть скандал планетарного масштаба, как это произошло уже с так называемым глобальным потеплением. Когда страсти вокруг этой псевдонаучной темы поулягутся, журналистам придется искать новый источник вдохновения. Не стоит удивляться, если через несколько лет все начнут вопить о скрытых ужасах обыкновенных бытовых приборов, заставят политиков принимать законы, ограничивающие максимальный уровень излучения для телевизоров и телефонов. Пока эта охота на ведьм носит исключительно рекомендательный характер, но если невежество боязливых граждан будет год от года подпитываться новыми небылицами – один черт знает, к каким издевательствам над здравым смыслом все это может привести.

Чтобы предупредить ваш страх перед дьявольской аббревиатурой ЭМИ, мы проясним, что такое электро-магнитоное излучение, расскажем, какую роль оно играет в нашей жизни, и объясним, насколько действительно опасна эта химера.

Электромагнитное излучение

Если мы представим, что ЭМИ в одночасье покинуло наш мир и перестало беспокоить нас своими волнами и частицами, то нам откроется довольно унылая картина. Сплошная бесконечная чернота, в которой нет места ничему живому. Солнечный и электрический свет, который позволяют нам видеть окружающий мир, существует благодаря одному из четырех фундаментальных физических взаимодействий — электромагнитному. Не будь его — не было бы ни микроволновок, ни радио, ни телевидения, ни очков ночного видения, ни радаров, ни GPS, ни даже компьютера, за которым вы сидите.

Что такое электромагнитное излучение, можно буквально объяснить на пальцах. Возьмем обыкновенный электрон. Он создает вокруг себя электростатическое поле. Теперь немножко потеребим его. Поле начнет перестраиваться вслед за электроном. В то же время, когда электрон вернется на свое привычное место, его новое поле будет вынуждено выполнять вторую перестановку, и так без конца. Из-за этих смещений поля во все стороны от него бегут электромагнитные волны. Это и называется электромагнитным излучением. От длины одного колебания зависит частота ЭМИ. Длина волны может быть очень длиной или оченькороткой.

Самые короткие волны называются гамма-излучением. Самые длинные – радиоизлучением. Насколько опасными

Защита от электромагнитного излучения: основные методы и средства

Электромагнитная энергия – неотъемлемая часть жизни современного человека. К источникам электромагнитного излучения (ЭМИ) следует отнести смартфоны, планшеты, компьютеры и большую часть бытовой техники. Последствием долгого пребывания в такой среде становится не только головная боль, но и более серьёзные заболевания: опухоли, неправильная работа гормональной системы и некоторые патологические изменения. Защита от электромагнитной энергии обязательна не только на производстве, но и на улице, на работе и даже дома.

Основные источники электромагнитного излучения

С глобальным развитием цифровой техники источники электромагнитных колебаний окружают нас практически везде. Постоянное ношение мобильного телефона, использование ПК на работе и простая поездка в электромобиле становятся серьёзной биологической опасностью для нашего организма.

Распространённые источники электромагнитного излучения

Для снижения уровня электромагнитного загрязнения, необходимо узнать основные его источники и постараться меньше контактировать с ними в дальнейшем.

В помещениях

Перечень приборов бытового и промышленного предназначения с наибольшей интенсивностью излучений:

• Компьютер. Сегодня ПК находится практически в каждой семье, но немногие пользователи знают, что монитором компьютера передаётся электромагнитная энергия, которая в 500 раз превышает норму.
• Микроволновая печь. По своей вредности стоит на одном уровне с ПК. Во время работы микроволновой печи окружающее пространство наполняется низкочастотными излучениями в радиусе 1.5-2 метров. В пище, приготовленной в микроволновке, резко снижается количество полезных веществ и витаминов.
• Смартфоны и планшеты. Гаджеты, которые постоянно находится вместе с современным пользователем. ЭМИ сотовых телефонов ненамного ниже излучений ПК – всего в 250 раз превышает допустимую норму.

Даже нахождение в помещение с разветвлённой электрической проводкой приведёт к нежелательному облучению. Каждый провод, пропускающий электрический ток, также становится причиной вредных воздействий.

Источники ЭМИ в стандартной квартире

На улице

Но не только в помещениях на человека воздействуют электромагнитных волн различных длин и диапазонов. Нежелательное облучение происходит на улице, в торговом центре и даже в общественном транспорте. Приведём несколько примеров:

• Линии высокого напряжения. Высоковольтные линии прокладывают как в земле, так и по воздуху. Пространство вокруг ЛЭП напряжением 110 кВ, может обладать такой интенсивностью ЭМИ, что на расстоянии 10 м создаст угрозу здоровью человека. Поэтому высоковольтные ЛЭП поднимают на большую высоту или глубоко закапывают в землю. Высоковольтные ЛЭП
• Высокочастотные передатчики. Например, вышки сотовой связи, которые сейчас установлены практически везде. Или комплексы радиосвязи, установленные в аэропортах. Работая в диапазоне волн от 500 МГц до 15 ГГц, такие электромагнитные устройства постоянно воздействуют на человеческий организм, даже находясь на солидном расстоянии от людей.
• Спутниковая система. Люди постоянно забывают о линиях спутниковой связи, находящихся на орбите. Сильное излучение таких объектов достигает 200-300 Вт/м2, но при достижении поверхности Земли, луч рассеивается и до людей доходит только малая часть опасного импульса.

Даже поездка в обыкновенном троллейбусе оставит некоторые последствия для самочувствия. Самым вредным считают посещение метро — по своему негативному воздействию оно в 2 раза превышает пребывание в любой разновидности электротранспорта. Электрокары также нельзя отнести к абсолютно безопасному, в плане электромагнитного излучения, типу передвижения. Длительное пребывание в электромобиле можно сравнить с несколькими часами работы за компьютером.

Общие правила защиты от ЭМИ

Надеяться на тот факт, что от воздействия ЭМИ ещё никто не умирал, не стоит. Прямое или косвенное электромагнитное излучение создаёт непоправимые изменения в человеческом организме. Поэтому следует минимизировать количество вредных влияний источников ЭМИ и узнать общие правила защиты.

Самый простой способ – резко сократить расстояние до электромагнитного источника. По внешним его габаритам и принципу действия можно судить о степени вредности. Например, от компьютера достаточно отстраниться на 20-30 см, а от высоковольтной линии передач с большой мощностью излучения следует отбежать на 25-30 метров. Следует обращать внимание на более мелкие источники: отодвигать смартфон от своей подушки на 10-15 см и полностью отказаться от Bluetooth-гарнитуры.

Существует ещё один вариант минимизации электромагнитного излучения – снизить время пребывания рядом с любыми источниками ЭМИ. Проводить за экраном монитора не несколько часов, а по 30-40 минут, делая полезные для глаз перерывы. Отказаться от постоянного сёрфинга в интернете и переписки в социальных сетях. Даже включив простую микроволновую печь, не надо постоянно стоять рядом с ней – лучше заняться другими, более полезными делами.

Выключенный, но подсоединённый к сети бытовой прибор также относится к источнику излучения. На концах шнура действует разница потенциалов, создающая вокруг себя электромагнитное поле. А если такой прибор не один, а их несколько в небольшой по своим габаритам квартире? Суммарное воздействие маломощных бытовых приборов через несколько лет станет причиной плохого самочувствия, недосыпания и массы других негативных моментов.

Такие простые способы помогут на порядок снизить воздействие источников ЭМИ и уберечь себя от скорых проблем со здоровьем.

Методы и технические решения защиты от излучения

После ознакомления с общепринятыми правилами по защите от опасного воздействия ЭМИ, следует переходить к узконаправленным техническим решениям. Не всегда простое выключение бытового прибора из розетки приведёт к снижению интенсивности электромагнитного поля в помещении. Иногда следует приобрести устройства или материалы, способные обеспечить эффективное экранирование от опасного излучения.

В частном доме и квартире

Своя квартира или дом – это место, где большая часть людей проводит много времени. И не важно, это отдых или решение бытовых проблем. Защитить своё жилище от пагубного ЭМИ-излучения – первая задача, которую должен поставить перед собой ответственный хозяин.

Перечень технических процедур и решений, помогающих снизить воздействие ЭМИ:

1. Покупать новые бытовые приборы со стандартной напряжённостью электрического поля. Если проще, то использовать можно только те устройства, уровень электромагнитного излучения которых не доходит до отметки «минимум». Решение простое и полезное. В выборе подобной бытовой техники помогут многочисленные продавцы-консультанты и сертификаты, предоставленные производителем.
2. Контролировать уровень влажности в помещении, например, с помощью бытового увлажнителя воздуха. Полезная процедура не только в качестве электромагнитной безопасности, но и как профилактика простудных заболеваний. Увлажнитель не следует использовать в паре с ионизаторами – эффект может быть противоположным.
3. Приобрести для домашнего компьютера защитное устройство – экран. Экран одевается поверх монитора, полностью обезопасить пользователя он не сможет, но снизить уровень ЭМИ – вполне. Разновидностей защитных экранов большое количество, можно быстро подобрать качественный и недорогой вариант. Защитный экран для монитора
4. Сделать перестановку приборов с повышенным электромагнитным фоном. Примеры:
• Микроволновая печь должна находится на расстоянии 1-1.5 м от обеденного стола. Её лучше поставить отдельно от части кухни в которой происходит приготовление пищи, её употребление, и мойка посуды.
• Телевизор, как прибор с наибольшей электромагнитной радиацией, следует переместить в дальний угол комнаты, на расстояние не менее 2 м от кровати или дивана.
• Безопасное расстояние для Wi-Fi роутера – 1.5-2 м от людей. Нередко роутер вешают в верхнем углу комнаты.

Отдельно следует остановиться на спальне. Многие хозяева квартир и частных домов покупают электрические одеяла с низкой частотой колебаний при работе. Пользоваться подобными электромагнитными вещами следует как можно реже, устанавливая самый низкий уровень мощности.

Уровни или степень облучения у каждого человека разные, поэтому лучше отставить кровать от того места, где в стене проложена электропроводка. Длительное нахождение рядом с проводом, проложенным в стене, через несколько лет приведёт к ухудшению физического здоровья. Кровать должна находится не менее чем в двух метрах от таких мест.

В офисе и на производстве

Основная проблема любого офиса – большое количество мобильных телефонов и компьютеров. При таком количестве, отдельные электромагнитные волны складываются в общий фон и воздействуют на людей. Результат: слишком быстрая усталость организма, повышенная сонливость, малая производительность.

Первое, что необходимо сделать – защитить себя от воздействия низкочастотных волн экрана компьютера. Надо установить защитный экран, выполненный в виде мелкой металлической сетки. Принцип такого экрана похож на клетку Фарадея – он вбирает в себя вредное электромагнитное излучение, защищая пользователя.

Важно обратить на материал экрана компьютера. Наименее вредные ЖК-дисплеи, после них меньше устают глаза, а электромагнитный уровень в пределах допустимого. Но верить в то, что ЖК-экраны абсолютно безопасны, тоже не стоит.

Кондиционеры, электрические чайники, неоновые лампы, в общем всё, что проводит электрическую энергию, излучает электромагнитные импульсы. От таких источников следует отдалиться не менее чем на 1.5-2 метра.

Несколько способов защиты от ЭМИ на производстве:

1. Электрические агрегаты, машины и станки промышленных частот являются основным источником электромагнитного излучения. Для защиты персонала следует установить небольшое экранирующее устройство, например, металлический козырёк. Также применяют перегородки, сваренные из прутов небольшого диаметра.
2. Если экранирование помещения невозможно, следует защитить персонал, работающий там. Специальная одежда защищает всю поверхность тела: голову, ноги, руки и туловище. Даже при воздействии различных диапазонов частот.
3. При ремонтных работах допускается снижение напряжённости электромагнитного поля, путём отключения некоторых узлов или аппаратов. При этом время на ремонт строго ограничено.

В некоторых сферах производства применяется лазерное излучение, что по своему негативному воздействию очень похоже на ЭМИ. Способы защиты от него практически ничем не отличаются: спецодежда, переносные или стационарные экраны, специальная защитная сетка.

Искусственные источники ЭМИ наносят наибольший вред при постепенном воздействии на протяжении длительного времени. Поэтому контакт с любыми электронными приборами следует минимизировать или полностью исключить.

Пара полезных советов

Чтобы меньше думать о том, как защитить себя от электромагнитной энергии, необходимо прислушаться к нескольким полезным советам:

• При покупке недвижимости обязательно узнать о местах прокладки высоковольтных линий передач. Не стоит покупать земельный участок там, где проходят воздушные ЛЭП. У многих хозяев таких домов через несколько лет развиваются сильные головные боли, ухудшается самочувствие.
• Следует сократить своё пребывание в электрифицированном транспорте. Это не только относится к электрокарам, но также к простому трамваю и троллейбусу. Если расстояние небольшое, то его лучше пройти пешком – нет вредного электромагнитного излучения под ногами и для здоровья полезно.

Видео в дополнение темы




ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, электромагнитные волны, возбуждаемые различными излучающими объектами, – заряженными частицами, атомами, молекулами, антеннами и пр. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны и низкочастотные электромагнитные колебания.

Может показаться удивительным, что внешне столь разные физические явления имеют общую основу. В самом деле, что общего между кусочком радиоактивного вещества, рентгеновской трубкой, ртутной газоразрядной лампой, лампочкой фонарика, теплой печкой, радиовещательной станцией и генератором переменного тока, подключенным к линии электропередачи? Как, впрочем, и между фотопленкой, глазом, термопарой, телевизионной антенной и радиоприемником. Тем не менее, первый список состоит из источников, а второй – из приемников электромагнитного излучения. Воздействия разных видов излучения на организм человека тоже различны: гамма- и рентгеновское излучения пронизывают его, вызывая повреждение тканей, видимый свет вызывает зрительное ощущение в глазу, инфракрасное излучение, падая на тело человека, нагревает его, а радиоволны и электромагнитные колебания низких частот человеческим организмом и вовсе не ощущаются. Несмотря на эти явные различия, все названные виды излучений – в сущности разные стороны одного явления.

Взаимодействие между источником и приемником формально состоит в том, что при всяком изменении в источнике, например при его включении, наблюдается некое изменение в приемнике. Это изменение происходит не сразу, а спустя некоторое время, и количественно согласуется с представлением о том, что нечто перемещается от источника к приемнику с очень большой скоростью. Сложная математическая теория и огромное число разнообразных экспериментальных данных показывают, что электромагнитное взаимодействие между источником и приемником, разделенными вакуумом или разреженным газом, может быть представлено в виде волн, распространяющихся от источника к приемнику со скоростью света с.

Скорость распространения в свободном пространстве одинакова для всех типов электромагнитных волн от гамма-лучей до волн низкочастотного диапазона. Но число колебаний в единицу времени (т.е. частота f) меняется в очень широких пределах: от нескольких колебаний в секунду для электромагнитных волн низкочастотного диапазона до 10²⁰ колебаний в секунду в случае рентгеновского и гамма-излучений. Поскольку длина волны (т.е. расстояние между соседними горбами волны; рис. 1) дается выражением l = с/f, она тоже изменяется в широких пределах – от нескольких тысяч километров для низкочастотных колебаний до 10^–14 м для рентгеновского и гамма-излучений. Именно поэтому взаимодействие электромагнитных волн с веществом столь различно в разных частях их спектра. И все же все эти волны родственны между собой, как родственны водяная рябь, волны на поверхности пруда и штормовые океанские волны, тоже по-разному воздействующие на объекты, встречающиеся на их пути. Электромагнитные волны существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приемнику через вакуум или межзвездное пространство. Например, рентгеновские лучи, возникающие в вакуумной трубке, воздействуют на фотопленку, расположенную вдали от нее, тогда как звук колокольчика, находящегося под колпаком, услышать невозможно, если откачать воздух из-под колпака. Глаз воспринимает идущие от Солнца лучи видимого света, а расположенная на Земле антенна – радиосигналы удаленного на миллионы километров космического аппарата. Таким образом, никакой материальной среды, вроде воды или воздуха, для распространения электромагнитных волн не требуется.



Источники электромагнитного излучения.

Несмотря на физические различия, во всех источниках электромагнитного излучения, будь то радиоактивное вещество, лампа накаливания или телевизионный передатчик, это излучение возбуждается движущимися с ускорением электрическими зарядами. Различают два основных типа источников. В «микроскопических» источниках заряженные частицы скачками переходят с одного энергетического уровня на другой внутри атомов или молекул. Излучатели такого типа испускают гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное, а в некоторых случаях и еще более длинноволновое излучение (примером последнего может служить линия в спектре водорода, соответствующая длине волны 21 см, играющая важную роль в радиоастрономии). Источники второго типа можно назвать макроскопическими. В них свободные электроны проводников совершают синхронные периодические колебания. Электрическая система может иметь самые разнообразные конфигурации и размеры. Системы такого типа генерируют излучение в диапазоне от миллиметровых до самых длинных волн (в линиях электропередачи).

Гамма-лучи испускаются самопроизвольно при распаде ядер атомов радиоактивных веществ, например радия. При этом происходят сложные процессы изменения структуры ядра, связанные с движением зарядов. Генерируемая частота f определяется разностью энергий E₁ и E₂ двух состояний ядра: f = (E₁ – E₂)/h, где h – постоянная Планка. См. также ПЛАНКА ПОСТОЯННАЯ.

Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке в вакууме поверхности металлического анода (антикатода) электронами, обладающими большими скоростями. Быстро замедляясь в материале анода, эти электроны испускают так называемое тормозное излучение, имеющее непрерывный спектр, а происходящая в результате электронной бомбардировки перестройка внутренней структуры атомов анода, в результате которой атомные электроны переходят в состояние с меньшей энергией, сопровождается испусканием так называемого характеристического излучения, частоты которого определяются материалом анода.

Такие же электронные переходы в атоме дают ультрафиолетовое и видимое световое излучение. Что же касается инфракрасного излучения, то оно обычно является результатом изменений, мало затрагивающих электронную структуру и связанных преимущественно с изменениями амплитуды колебаний и вращательного момента импульса молекулы.

В генераторах электрических колебаний имеется «колебательный контур» того или иного типа, в котором электроны совершают вынужденные колебания с частотой, зависящей от его конструкции и размеров. Наиболее высокие частоты, соответствующие миллиметровым и сантиметровым волнам, генерируются клистронами и магнетронами – электровакуумными приборами с металлическими объемными резонаторами, колебания в которых возбуждаются токами электронов. В генераторах более низких частот колебательный контур состоит из катушки индуктивности (индуктивность L) и конденсатора (емкость C) и возбуждается ламповой или транзисторной схемой. Собственная частота такого контура, которая при малом затухании близка к резонансной, дается выражением .

Переменные поля очень низких частот, используемые для передачи электрической энергии, создаются электромашинными генераторами тока, в которых роторы, несущие проволочные обмотки, вращаются между полюсами магнитов.

Теория Максвелла, эфир и электромагнитное взаимодействие.

Когда океанский лайнер в тихую погоду проходит на некотором расстоянии от рыбацкой лодки, то спустя какое-то время лодка начинает сильно раскачиваться на волнах. Причина этого всем понятна: от носа лайнера по поверхности воды бежит волна в виде последовательности горбов и впадин, которая и достигает рыбацкой лодки.

Когда при помощи специального генератора в установленной на искусственном спутнике Земли и направленной на Землю антенне возбуждаются колебания электрического заряда, в приемной антенне на Земле (также через некоторое время) возбуждается электрический ток. Как же передается взаимодействие от источника к приемнику, если между ними отсутствует материальная среда? И если сигнал, поступающий на приемник, можно представить в виде некоторой падающей волны, то что это за волна, которая способна распространяться в вакууме, и как могут возникать горбы и впадины там, где ничего нет?

Над этими вопросами в применении к видимому свету, распространяющемуся от Солнца к глазу наблюдателя, ученые задумывались уже давно. На протяжении большей части 19 в. такие физики, как О.Френель, И.Фраунгофер, Ф.Нейман, пытались найти ответ в том, что пространство на самом деле не пусто, а заполнено некой средой («светоносным эфиром»), наделенной свойствами упругого твердого тела. Хотя такая гипотеза и помогла объяснить некоторые явления в вакууме, она привела к непреодолимым трудностям в задаче о прохождении света через границу двух сред, например воздуха и стекла. Это побудило ирландского физика Дж.Мак-Куллага отбросить идею упругого эфира. В 1839 он предложил новую теорию, в которой постулировалось существование среды, по своим свойствам отличной от всех известных материалов. Такая среда не оказывает сопротивления сжатию и сдвигу, но сопротивляется вращению. Из-за этих странных свойств модель эфира Мак-Куллага вначале на вызвала особого интереса. Однако в 1847 Кельвин продемонстрировал наличие аналогии между электрическими явлениями и механической упругостью. Исходя из этого, а также из представлений М.Фарадея о силовых линиях электрического и магнитного полей, Дж.Максвелл предложил теорию электрических явлений, которая, по его словам, «отрицает действие на расстоянии и приписывает электрическое действие напряжениям и давлениям в некой всепроникающей среде, причем эти напряжения такие же, с какими имеют дело инженеры, а среда и есть именно та среда, в которой, как предполагают, распространяется свет». В 1864 Максвелл сформулировал систему уравнений, охватывающую все электромагнитные явления. Примечательно, что его теория во многом напоминала теорию, предложенную за четверть века до этого Мак-Куллагом. Уравнения Максвелла были столь всеохватывающими, что из них выводились законы Кулона, Ампера, электромагнитной индукции и следовал вывод о совпадении скорости распространения электромагнитных явлений со скоростью света.

После того как уравнениям Максвелла была придана более простая форма (заслуга в основном О.Хевисайда и Г.Герца), полевые уравнения стали ядром электромагнитной теории. Хотя эти уравнения сами по себе и не требовали максвелловской интерпретации на основе представлений о напряжениях и давлениях в эфире, такая интерпретация повсеместно была принята. Несомненный успех уравнений в предсказании и объяснении различных электромагнитных явлений был воспринят как подтверждение справедливости не только уравнений, но и механистической модели, на основе которой они были выведены и истолкованы, хотя эта модель была совершенно не существенна для математической теории. Фарадеевские силовые линии поля и трубки тока наряду с деформациями и смещениями стали существенными атрибутами эфира. Энергия рассматривалась как запасенная в напряженной среде, а ее поток Г.Пойнтинг в 1884 представил вектором, носящим теперь его имя. В 1887 Герц экспериментально продемонстрировал существование электромагнитных волн. В серии блестящих экспериментов он измерил скорость их распространения, а также показал, что они могут отражаться, преломляться и поляризоваться. В 1896 Г.Маркони получил патент на радиосвязь.

В континентальной Европе независимо от Максвелла развивалась теория дальнодействия – совершенно другой подход к проблеме электромагнитного взаимодействия. Максвелл писал по этому поводу: «Согласно теории электричества, которая делает большие успехи в Германии, две заряженные частицы непосредственно действуют друг на друга на расстоянии с силой, которая, по Веберу, зависит от их относительной скорости и действует, согласно теории, основанной на идеях Гаусса и развитой Риманом, Лоренцом и Нейманом, не мгновенно, а спустя некоторое время, зависящее от расстояния. По достоинству оценить мощь этой теории, которая столь выдающимся людям объясняет любой вид электрических явлений, можно, лишь изучив ее». Теорию, о которой говорил Максвелл, наиболее полно развил датский физик Л.Лоренц с помощью скалярного и векторного запаздывающих потенциалов, почти таких же, как и в современной теории. Максвелл отвергал идею запаздывающего действия на расстоянии, будь то потенциалы или силы. «Эти физические гипотезы совершенно чужды моим представлениям о природе вещей», – писал он. Тем не менее, теория Римана и Лоренца в математическом отношении была идентична его теории, и в конце концов он согласился, что в пользу теории дальнодействия свидетельствуют более убедительные доказательства. В своем Трактате об электричестве и магнетизме (Treatise on Electricity and Magnetism, 1873) он писал: «Не следует упускать из виду, что мы сделали всего лишь один шаг в теории действия среды. Мы высказали предположение, что она находится в состоянии напряжения, но совершенно не объяснили, что это за напряжение и как оно поддерживается».

В 1895 голландский физик Х.Лоренц объединил ранние ограниченные теории взаимодействия между неподвижными зарядами и токами, которые предвосхищали теорию запаздывающих потенциалов Л.Лоренца и были созданы в основном Вебером, с общей теорией Максвелла. Х.Лоренц рассматривал материю как содержащую электрические заряды, которые, различными способами взаимодействуя между собой, производят все известные электромагнитные явления. Вместо того чтобы принять концепцию запаздывающего действия на расстоянии, описываемого запаздывающими потенциалами Римана и Л.Лоренца, он исходил из предположения, что движение зарядов создает электромагнитное поле, способное распространяться сквозь эфир и переносить импульс и энергию от одной системы зарядов к другой. Но необходимо ли для распространения электромагнитного поля в виде электромагнитной волны существование такой среды, как эфир? Многочисленные эксперименты, призванные подтвердить существование эфира, в том числе и эксперимент по «увлечению эфира», дали отрицательный результат. Более того, гипотеза о существовании эфира оказалась в противоречии с теорией относительности и с положением о постоянстве скорости света. Вывод можно проиллюстрировать словами А.Эйнштейна: «Если эфиру не свойственно никакое конкретное состояние движения, то вряд ли имеет смысл вводить его как некую сущность особого рода наряду с пространством».

Излучение и распространение электромагнитных волн.

Движущиеся с ускорением электрические заряды и периодически изменяющиеся токи воздействуют друг на друга с некоторыми силами. Величина и направление этих сил зависят от таких факторов, как конфигурация и размеры области, содержащей заряды и токи, величина и относительное направление токов, электрические свойства данной среды и изменения в концентрации зарядов и распределении токов источника. Из-за сложности общей постановки задачи закон сил нельзя представить в виде одной формулы. Структура, именуемая электромагнитным полем, которую при желании можно рассматривать как чисто математический объект, определяется распределением токов и зарядов, создаваемым заданным источником с учетом граничных условий, определяемых формой области взаимодействия и свойствами материала. Когда речь идет о неограниченном пространстве, эти условия дополняются особым граничным условием – условием излучения. Последнее гарантирует «правильное» поведение поля на бесконечности.

Электромагнитное поле характеризуется вектором напряженности электрического поля E и вектором магнитной индукции B, каждый из которых в любой точке пространства имеет определенную величину и направление. На рис. 2 схематически изображена электромагнитная волна с векторами E и B, распространяющаяся в положительном направлении оси х. Электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны: они представляют собой компоненты единого электромагнитного поля, поскольку переходят друг в друга при преобразованиях Лоренца. Говорят, что векторное поле линейно (плоско) поляризовано, если направление вектора остается всюду фиксированным, а его длина периодически изменяется. Если вектор вращается, но длина его не меняется, то говорят, что поле имеет круговую поляризацию; если же длина вектора периодически изменяется, а сам он вращается, то поле называется эллиптически поляризованным.



Соотношение между электромагнитным полем и колеблющимися токами и зарядами, поддерживающими это поле, можно проиллюстрировать на относительно простом, но очень наглядном примере антенны типа полуволнового симметричного вибратора (рис. 3). Если тонкую проволоку, длина которой составляет половину длины волны излучения, разрезать посередине и к разрезу подключить высокочастотный генератор, то приложенное переменное напряжение будет поддерживать примерно синусоидальное распределение тока в вибраторе. В момент времени t = 0, когда амплитуда тока достигает максимального значения, а вектор скорости положительных зарядов направлен вверх (отрицательных – вниз), в любой точке антенны заряд, приходящийся на единицу ее длины, равен нулю. По прошествии первой четверти периода (t = T/4) положительные заряды будут сосредоточены на верхней половине антенны, а отрицательные – на нижней. При этом ток равен нулю (рис. 3,б). В момент t = T/2 заряд, приходящийся на единицу длины, равен нулю, а вектор скорости положительных зарядов направлен вниз (рис. 3,в). Затем к концу третьей четверти заряды перераспределяются (рис. 3,г), а по ее завершении заканчивается полный период колебаний (t = T) и все снова выглядит так, как на рис. 3,а.



Чтобы сигнал (например, меняющийся во времени ток, приводящий в действие громкоговоритель радиоприемника) можно было передать на расстояние, излучение передатчика нужно промодулировать путем, например, изменения амплитуды тока в передающей антенне в соответствии с сигналом, что повлечет за собой модуляцию амплитуды колебаний электромагнитного поля (рис. 4).



Передающая антенна является той частью передатчика, где электрические заряды и токи совершают колебания, излучая в окружающее пространство электромагнитное поле. Антенна может иметь самые разнообразные конфигурации, в зависимости от того, какую форму электромагнитного поля необходимо получить. Она может быть одиночным симметричным вибратором или же системой симметричных вибраторов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и обеспечивающих необходимое соотношение между амплитудами и фазами токов. Антенна может представлять собой симметричный вибратор, расположенный перед сравнительно большой плоской или изогнутой металлической поверхностью, играющей роль отражателя. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн особенно эффективна антенна в форме рупора, соединенного с металлической трубой-волноводом, который играет роль линии передачи. Токи в короткой антенне на входе волновода индуцируют переменные токи на его внутренней поверхности. Эти токи и связанное с ними электромагнитное поле распространяются по волноводу к рупору. См. также АНТЕННА.

Меняя конструкцию антенны и ее геометрию, можно добиться такого соотношения амплитуд и фаз колебаний токов в различных ее частях, чтобы излучение усиливалось в одних направлениях и ослаблялось в других (антенны направленного действия).

На больших расстояниях от антенны любого типа электромагнитное поле имеет довольно простой вид: в любой данной точке векторы напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В колеблются в фазе во взаимно перпендикулярных плоскостях, убывая обратно пропорционально расстоянию от источника. При этом волновой фронт имеет форму увеличивающейся в размерах сферы, а вектор потока энергии (вектор Пойнтинга) направлен вовне по ее радиусам. Интеграл от вектора Пойнтинга по всей сфере дает полную, усредненную по времени, излучаемую энергию. При этом волны, распространяющиеся в радиальном направлении со скоростью света, переносят от источника не только колебания векторов E и B, но также импульс поля и его энергию.

Прием электромагнитных волн и явление рассеяния.

Если в зоне электромагнитного поля, распространяющегося от удаленного источника, поместить проводящий цилиндр, то индуцированные в нем токи будут пропорциональны напряженности электромагнитного поля и, кроме того, будут зависеть от ориентации цилиндра относительно фронта падающей волны и от направления вектора напряженности электрического поля. Если цилиндр имеет вид проволоки, диаметр которой мал по сравнению с длиной волны, то индуцированный ток будет максимальным, когда проволока параллельна вектору Е падающей волны. Если проволоку разрезать посередине и к образовавшимся выводам присоединить нагрузку, то к ней будет подводиться энергия, как это и имеет место в случае радиоприемника. Токи в этой проволоке ведут себя так же, как и переменные токи в передающей антенне, а потому она тоже излучает поле в окружающее пространство (т.е. происходит рассеяние падающей волны).

Отражение и преломление электромагнитных волн.

Передающую антенну обычно устанавливают высоко над поверхностью земли. Если антенна находится в сухой песчаной или скалистой местности, то грунт ведет себя как изолятор (диэлектрик), и токи, индуцируемые в нем антенной, связаны с внутриатомными колебаниями, поскольку здесь нет свободных носителей заряда, как в проводниках и ионизованных газах. Эти микроскопические колебания создают над поверхностью земли поле отраженной от земной поверхности электромагнитной волны и, кроме того, изменяют направление распространения волны, входящей в грунт. Эта волна движется с меньшей скоростью и под меньшим углом к нормали, чем падающая. Такое явление называется преломлением. Если же волна падает на участок поверхности земли, имеющий, наряду с диэлектрическими, также и проводящие свойства, то общая картина для преломленной волны выглядит намного сложнее. Как и прежде, волна меняет направление движения у границы раздела, но теперь поле в грунте распространяется таким образом, что поверхности равных фаз уже не совпадают с поверхностями равных амплитуд, как это обычно имеет место в случае плоской волны. Кроме того, быстро затухает амплитуда волновых колебаний, поскольку электроны проводимости при столкновениях отдают свою энергию атомам. В результате энергия волновых колебаний переходит в энергию хаотического теплового движения и рассеивается. Поэтому там, где грунт проводит электричество, волны не могут проникнуть в него на большую глубину. То же самое относится и к морской воде, чем затрудняется радиосвязь с подводными лодками.

В верхних слоях земной атмосферы располагается слой ионизованного газа, который называется ионосферой. Он состоит из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Под действием посылаемых с земли электромагнитных волн заряженные частицы ионосферы начинают колебаться и излучать собственное электромагнитное поле. Заряженные ионосферные частицы взаимодействуют с посланной волной примерно так же, как и частицы диэлектрика в рассмотренном выше случае. Однако электроны ионосферы не связаны с атомами, как в диэлектрике. Они реагируют на электрическое поле посланной волны не мгновенно, а с некоторым сдвигом по фазе. В результате волна в ионосфере распространяется не под меньшим, как в диэлектрике, а под бóльшим углом к нормали, чем посланная с земли падающая волна, причем фазовая скорость волны в ионосфере оказывается больше скорости света c. Когда волна падает под некоторым критическим углом, угол между преломленным лучом и нормалью становится близок к прямому, а при дальнейшем увеличении угла падения излучение отражается в сторону Земли. Очевидно, что в этом случае электроны ионосферы создают поле, которым компенсируется поле преломленной волны в вертикальном направлении, а ионосфера действует как зеркало.

Энергия и импульс излучения.

В современной физике выбор между теорией электромагнитного поля Максвелла и теорией запаздывающего дальнодействия делается в пользу теории Максвелла. До тех пор, пока нас интересует только взаимодействие источника и приемника, обе теории одинаково хороши. Однако теория дальнодействия не дает никакого ответа на вопрос, где находится энергия, которую уже излучил источник, но еще не принял приемник. Согласно теории Максвелла, источник передает энергию электромагнитной волне, в которой она и находится, пока не будет передана поглотившему волну приемнику. При этом на каждом этапе соблюдается закон сохранения энергии.

Таким образом, электромагнитные волны обладают энергией (а также импульсом), что заставляет считать их столь же реальными, как, например, атомы. Электроны и протоны, находящиеся на Солнце, передают энергию электромагнитному излучению, в основном в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра; примерно через 500 с, достигнув Земли, оно эту энергию отдает: повышается температура, в зеленых листьях растений происходит фотосинтез, и т.д. В 1901 П.Н.Лебедев экспериментально измерил давление света, подтвердив, что свет имеет не только энергию, но и импульс (причем соотношение между ними согласуется с теорией Максвелла).

Фотоны и квантовая теория.

На рубеже 19 и 20 вв., когда казалось, что исчерпывающая теория электромагнитного излучения, наконец, построена, природа преподнесла очередной сюрприз: оказалось, что помимо волновых свойств, описываемых теорией Максвелла, излучение проявляет также свойства частиц, причем тем сильнее, чем короче длина волны. Особенно ярко эти свойства проявляются в явлении фотоэффекта (выбивания электронов из поверхности металла под действием света), открытого в 1887 Г.Герцем. Оказалось, что энергия каждого выбитого электрона зависит от частоты n падающего света, но не от его интенсивности. Это свидетельствует о том, что энергия, связанная со световой волной, передается дискретными порциями – квантами. Если увеличивать интенсивность падающего света, то растет число выбитых в единицу времени электронов, но не энергия каждого из них. Иными словами, излучение передает энергию определенными минимальными порциями – как бы частицами света, которые были названы фотонами. Фотон не имеет ни массы покоя, ни заряда, но обладает спином, а также импульсом, равным hn/c, и энергией, равной hn; он перемещается в свободном пространстве с постоянной скоростью c.

Каким же образом электромагнитное излучение может иметь все свойства волн, проявляющиеся в интерференции и дифракции, но вести себя как поток частиц в случае фотоэффекта? В настоящее время наиболее удовлетворительное объяснение этой двойственности можно найти в сложном формализме квантовой электродинамики. Но и эта изощренная теория имеет свои трудности, а ее математическая непротиворечивость вызывает сомнения. См. также МОМЕНТЫ АТОМОВ И ЯДЕР; ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ; ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ; КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА; ВЕКТОР.

К счастью, в макроскопических задачах излучения и приема миллиметровых и более длинных электромагнитных волн квантовомеханические эффекты обычно не имеют существенного значения. Число фотонов, излучаемых, например, симметричной вибраторной антенной, столь велико, а энергия, переносимая каждым из них, столь мала, что можно забыть о дискретных квантах и считать, что испускание излучения – непрерывный процесс.

Электромагнитное излучение

Определение 1

Электромагнитное излучение – это электромагнитные волны, которые возбуждаются разными излучающими объектами (атомами, заряженными частицами, молекулами, антеннами).

С момента зарождения жизни на планете существует стабильный электромагнитный фон. На протяжении длительного времени он был неизменен. Однако интенсивность этого фона с развитием человечества растет с неимоверной скоростью. Огромное количество электрических приборов, линии электропередач, мобильная связь – все эти «новшества эволюции» стали основным источником электромагнитного загрязнения.

Особенности электромагнитного излучения

На первый взгляд может показаться, что нет ничего общего между столь разыми явлениями электромагнитного излучения. И в самом деле, что общего между рентгеновской трубкой, радиоактивным веществом, теплой печкой, лампой фонарика и генератором переменного тока, который подключен к линии электропередачи, как, впрочем, и между глазом, фотопленкой, термопарой, радиоприемником и телевизионной антенной? Второй список состоит из приемников, а первый – из источников электромагнитного излучения.

Воздействие различных видов излучения на человеческий организм также различно: рентгеновское и гамма- излучение вызывает повреждение тканей и органов, видимый свет влияет на зрение, инфракрасное излучение нагревает организм человека, а радиоволны вовсе не ощущаются. Но, несмотря на явные отличия, все вышеперечисленные примеры излучений – разные стороны одного и того же явления.

Все типы электромагнитных волн имеют одинаковую скорость распространения в свободном пространстве. Однако число колебаний в единицу времени изменяется в широких пределах: для электромагнитных волн низкочастотного диапазона – от нескольких колебаний в секунду и до 1020 колебаний в секунду в случае гамма- и рентгеновского излучения.

Поскольку длина электромагнитной волны представлена в виде выражения $l = \frac {c}{f}$, то она также изменяется в широком диапазоне – от $10^{-12}$ метров для рентгеновского излучения и до нескольких тысяч километров для низкочастотных колебаний. Поэтому воздействие электромагнитных волн с веществом очень отличается в различных частях спектра. Электромагнитные волны значительно отличаются от звука тем, что их можно передать к источнику от приемника через вакуум.

Пример 1

Например, рентгеновские лучи, которые возникают в вакуумной трубке, влияют на фотопленку, что расположены вдали от нее. В то время, как звук колокольчика, что находится под колпаком, невозможно услышать, если откачать воздух из-под колпака.

Глаз человека воспринимает солнечные лучи видимого света, а антенна, что расположена на Земле, — радиосигналы космического аппарата, который удален на миллионы километров.

Замечание 1

Таким образом, для распространения электромагнитных волн никакой материальной среды не требуется.

Виды электромагнитного излучения

В зависимости от длины волны, электромагнитное излучение можно разделить на множество видов:

1. Видимый свет. Сюда относится то электромагнитное излучение, которое человек может воспринимать зрительно. Длина световых волн в данном случае варьируется от 380 до 780 нанометров. Из этого следует, что электромагнитные волны видимого света очень короткие.
2. Инфракрасное излучение. Данный вид излучения находится в электромагнитном спектре между радиоволнами и световым излучением. Длина инфракрасных волн значительно больше световых волн и располагается в диапазоне от 780 нанометров до 1-го миллиметра.
3. Радиоволны. Сюда же можно отнести микроволны, что излучает микроволновая печь. Это самые длинные электромагнитные волны. К ним относится все виды излучения, длина волн которых начинается от 0,5 миллиметра.
4. Ультрафиолетовое излучение. Данный вид электромагнитного излучения является пагубным для большинства живых существ. Длина таких волн находится в диапазоне от 10 до 400 нанометров. Располагаются волны инфракрасного излучения в промежутке между видимым и рентгеновским излучением.
5. Рентгеновское излучение. Этот вид электромагнитного излучения выделяется среди других наличием электронов. Оно имеет широкий диапазон волн – от $10^{-7}$ м до $10^{-12}$ м. Этот вид излучения широко используется в медицинском оборудовании.
6. Гамма-излучение. Это самый коротковолновой вид электромагнитного излучения. Длина волны менее $10^{-10}$ метра. Гамма-лучи имеют самую высокую энергию излучения. Этот вид – самый опасный вид электромагнитного излучения для человеческого организма.

Источники электромагнитного излучения

Несмотря на то, что электромагнитное излучение имеет физические различия, во всех его источниках это излучение возбуждается при помощи движущихся с ускорением электрических зарядов.

Различают два вида источников электромагнитного излучения:

1. Микроскопические источники электромагнитного излучения. Заряженные частицы в «микроисточниках» переходят из одного энергетического уровня в другой при помощи скачков. Такие скачки происходят внутри молекул и атомов. Излучатели такого типа испускают ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-, инфракрасное и видимое излучение. В некоторых случаях возникает длинноволновое излучение. В качестве примера тут можно привести линию в спектре водорода, которая соответствует длине волны 21 сантиметр. Такое вид излучения играет важную роль в радиоастрономии.
2. Макроскопические источники электромагнитного излучения. В данном случае свободные электроны проводников совершают периодические синхронные колебания. Электрическая система тут может иметь разные размеры и конфигурации. Системы данного типа генерируют электромагнитное излучение в диапазоне от миллиметровых размеров волн и до самых длинных. Часто применяется в линиях электропередач.

Гамма-лучи при распаде ядер атомов радиоактивных веществ испускаются самопроизвольно. При этом осуществляются сложные процессы, что приводят к изменениям в структуре ядра. Генерируемая частота $f$ определяется при помощи разности энергий $E_1$ и $E_2$ двух состояний ядра:

$f = \frac {(E_1 – E_2)}{h}$, где $h$ — это постоянная Планка.

В соответствии с теорией Планка, энергия кванта электромагнитного излучения определяется при помощи формул:

$E= hv$

$\lambda = \frac {c}{v} $

$v = \frac {c}{\lambda } $

$E = h \frac {c}{\lambda } $, где $h = 6,62 • 10^{-34}$ Дж.

Поскольку фото является элементарной частицей, что находится в движении, ему свойственна некоторая масса движения, а значит и некоторый импульс. Масса покоя фотона равна нулю.

Энергия равна:

$E = mc^2$

$hv = m^2 c$

$m = \frac {hv}{c^2}$

Рентгеновское излучение формируется при бомбардировке в вакууме на поверхности металлического анода при помощи электронов, которые обладают огромными скоростями. Замедляясь в материале анода, данные электроны испускают «тормозное излучение», которое имеет непрерывный спектр. А перестройка внутренней структуры атомов, что происходит в результате электронной бомбардировки, сопровождается испусканием характеристического излучения. Частоты данного излучения определяются материалом анода.

Световое видимое и ультрафиолетовое излучение дают такие же электронные переходы в атоме. Что касается инфракрасного излучения, то оно является результатом трансформаций, которые практически не затрагивают электронную структуру и что связаны с изменением амплитуды колебаний и вращательного момента импульса молекулы.

«Колебательный контур» имеется в генераторах электрических колебаний. Тут электроны совершают вынужденные колебания с частотой, которая зависит от его размеров и конструкции. Самые высокие частоты, которые соответствуют сантиметровым и миллиметровым волнам, генерируются магнетронами и клистронами. Это электровакуумные приборы с металлическими резонаторами, в которых колебания возбуждаются токами электронов.

Колебательный контур в генераторах с низкими частотами состоит из катушки индуктивности $L$ и конденсатора с емкостью $C$, который возбуждается транзисторной или ламповой схемой. Собственная частота такого контура, что близка при малом затухании к резонансной, представлена в виде выражения:

$f = \frac {1} {2} \pi \sqrt {LC}$

Переменные поля низких частот, которые применяются для передачи электроэнергии, создаются электромашинными генераторами тока, где роторы вращаются между магнитными полюсами.

Примеры источников излучения

Вокруг нас постоянно находится множество источников электромагнитного излучения, которые отдают в пространство опасные для человека электромагнитные волны. Перечислить их все практически нереально, поэтому рассмотрим наиболее глобальные и популярные примеры источников электромагнитного излучения:

• Высоковольтные линии электропередач. Данные источники имеют мощный уровень электромагнитного излучения и высокое напряжение. Если жилой дом расположен менее чем на 1000 метров к таким линиям, то у жителей таких домов возрастают риски возникновения онкологических заболеваний.
• Электрический транспорт. Сюда относятся поезда метрополитена и электрички, троллейбусы и трамваи, а также обычные лифты в домах и торговых центрах.
• Радио- и телевизионные вышки. Электромагнитное излучение от таких вышек крайне опасно для человеческого здоровья. Особенно опасны те, что установлены не в соответствии с санитарными нормами.
• Бытовые приборы. К ним можно отнести микроволновые печи, телевизор, компьютер, энергосберегающие лампы, фены, зарядные устройства и прочие.
• Мобильные телефоны. Электромагнитное излучение от телефона негативно сказывается на общем самочувствии и плохо воздействует на человеческий мозг.
• Медицинское оборудование. Рентген, компьютерный томограф, МРТ имеют сильное излучение.

Все мы по-прежнему будем пользоваться этими приборами. Важно при этом минимизировать негативное воздействие, которое оказывают источники электромагнитного излучения.

Электромагнитное излучение: виды, влияние, характеристики, применение

Электромагнитное излучение существует ровно столько, сколько живет наша Вселенная. Оно сыграло ключевую роль в процессе эволюции жизни на Земле. По факту, это возмущение состояние электромагнитное поля, распространяемого в пространстве.

 Характеристики электромагнитного излучения

Любую электромагнитную волну описывают с помощью трех характеристик.

1. Частота.

2. Поляризация.

3. Длина.

Поляризация – одна из основных волновых атрибутов. Описывает поперечную анизотропию электромагнитных волн. Излучение считается поляризованным тогда, когда все волновые колебания происходят в одной плоскости.

Это явление активно используют на практике. Например, в кино при показе 3D фильмов.

С помощью поляризации очки IMAX разделяют изображение, которое предназначено для разных глаз.

Частота – число гребней волны, которые проходят мимо наблюдателя (в данном случае – детектора) за одну секунду. Измеряется в герцах.

Длина волны – конкретное расстояние между ближайшими точками электромагнитного излучения, колебания которых происходят в одной фазе.

Электромагнитное излучение может распространяться практически в любой среде: от плотного вещества до вакуума.

Скорость распространения в вакууме равна 300 тыс. км за секунду.

Интересное видео о природе и свойствах ЭМ волн смотрите в видео ниже:

Виды электромагнитных волн

Все электромагнитное излучение делят по частоте.

1. Радиоволны. Бывают короткими, ультракороткими, сверхдлинными, длинными, средними.

Длина радиоволн колеблется от 10 км до 1 мм, а частота от 30 кГц до 300 ГГц.

 Их источниками может быть как деятельность человека, так и различные естественные атмосферные явления.

2. Инфракрасное излучение. Длина волны лежит в пределах 1мм — 780нм, а частота может доходить до 429 ТГц. Инфракрасное излучение еще называют тепловым. Основа всей жизни на нашей планете.

3. Видимый свет. Длина 400 — 760/780нм. Соответственно частота колеблется в пределах 790-385 ТГц. Сюда относят весь спектр излучения, которое можно увидеть человеческим глазом.

4. Ультрафиолет. Длина волны меньше, чем в инфракрасного излучения.

Может доходить до 10 нм. Частота таких волн очень большая – порядка 3х10^16 Гц.

5. Рентгеновские лучи. частота волны 6х10^19 Гц, а длина порядка 10нм — 5пм.

6. Гамма волны. Сюда относят любое излучение, частота которого больше, чем в рентгеновских лучах, а длина – меньше. Источником таких электромагнитных волн являются космические, ядерные процессы.

Сфера применения

Где-то начиная с конца XIX столетия, весь человеческий прогресс был связан с практическим применением электромагнитных волн.

Первое о чем стоит упомянуть – радиосвязь. Она дала возможность людям общаться, даже если они находились далеко друг от друга.

Спутниковое вещание, телекоммуникации – являются дальнейшим развитием примитивной радиосвязи.

Именно эти технологии сформировали информационный облик современного общества.

Источниками электромагнитного излучения следует рассматривать как крупные промышленные объекты, так и различные линии электропередач.

Электромагнитные волны активно используются в военном деле (радары, сложные электрические устройства). Также без их применения не обошлась и медицина. Для лечения многих болезней могут использовать инфракрасное излучение.

Рентгеновские снимки помогают определить повреждения внутренних тканей человека.

С помощью лазеров проводят ряд операций, требующих ювелирной точности.

Важность электромагнитного излучения в практической жизни человека сложно переоценить.

Советское видео о электромагнитном поле:

Возможное негативное влияние на человека

Несмотря на свою полезность, сильные источники электромагнитного излучения могут вызывать такие симптомы:

• усталость;

• головную боль;

• тошноту.

Чрезмерное воздействие некоторых видов волн вызывают повреждения внутренних органов, центральной нервной системы, мозга. Возможны изменения в психике человека.

Интересное виде о влиянии ЭМ волн на человека:

Чтобы избежать таких последствий практически во всех странах мира действуют стандарты, регулирующие электромагнитную безопасность. Для каждого типа излучений существуют свои регулирующие документы (гигиенические нормы, нормы радиационной безопасности). Влияние электромагнитных волн на человека до конца не изучено, поэтому ВОЗ рекомендует минимизировать их воздействие.