Definícia, charakteristika. Elektromagnetické pole
Za určitých podmienok sa môžu navzájom generovať striedavé elektrické a magnetické polia. Tvoria elektromagnetické pole, ktoré vôbec nie je ich totalitou. Toto je jeden celok, v ktorom tieto dve polia nemôžu existovať jedna bez druhej.
Z histórie
Experiment dánskeho vedca Hansa Christiana Oersteda uskutočnený v roku 1821 ukázal, že elektrický prúd vytvára magnetické pole. Meniace sa magnetické pole zase môže generovať elektrický prúd. Dokázal to anglický fyzik Michael Faraday, ktorý v roku 1831 objavil fenomén elektromagnetickej indukcie. Je tiež autorom pojmu „elektromagnetické pole“.
V tom čase bol vo fyzike prijatý Newtonov koncept akcie na veľké vzdialenosti. Verilo sa, že všetky telesá na seba pôsobia cez prázdnotu nekonečne vysokou rýchlosťou (takmer okamžite) a na akúkoľvek vzdialenosť. Predpokladalo sa, že elektrické náboje interagujú podobným spôsobom. Faraday veril, že prázdnota v prírode neexistuje a interakcia nastáva konečnou rýchlosťou prostredníctvom určitého materiálneho média. Toto médium pre elektrické náboje je elektromagnetického poľa. A pohybuje sa rýchlosťou rovnajúcou sa rýchlosti svetla.
Maxwellova teória
Spojením výsledkov predchádzajúcich štúdií, Anglický fyzik James Clerk Maxwell vytvorený v roku 1864 teória elektromagnetického poľa. Podľa nej meniace sa magnetické pole generuje meniace sa elektrické pole a striedavé elektrické pole generuje striedavé magnetické pole. Samozrejme, najprv jedno z polí je vytvorené zdrojom nábojov alebo prúdov. Ale v budúcnosti môžu tieto polia už existovať nezávisle od takýchto zdrojov, čo spôsobí, že sa budú navzájom objavovať. teda elektrické a magnetické polia sú súčasťou jedného elektromagnetického poľa. A každá zmena v jednom z nich spôsobuje vzhľad iného. Táto hypotéza tvorí základ Maxwellovej teórie. Elektrické pole generované magnetickým poľom je vír. Jeho siločiary sú uzavreté.
Táto teória je fenomenologická. To znamená, že je vytvorený na základe predpokladov a pozorovaní a nezohľadňuje príčinu elektrických a magnetických polí.
Vlastnosti elektromagnetického poľa
Elektromagnetické pole je kombináciou elektrického a magnetického poľa, preto ho v každom bode v jeho priestore popisujú dve hlavné veličiny: intenzita elektrického poľa E a indukcia magnetického poľa IN .
Keďže elektromagnetické pole je proces premeny elektrického poľa na magnetické pole a potom magnetického na elektrické, jeho stav sa neustále mení. Šíri sa v priestore a čase a vytvára elektromagnetické vlny. V závislosti od frekvencie a dĺžky sa tieto vlny delia na rádiové vlny, terahertzové žiarenie, infračervené žiarenie, viditeľné svetlo, ultrafialové žiarenie, röntgenové a gama žiarenie.
Vektory sily a indukcie elektromagnetického poľa sú navzájom kolmé a rovina, v ktorej ležia, je kolmá na smer šírenia vlny.
V teórii pôsobenia na veľké vzdialenosti bola rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn považovaná za nekonečne veľkú. Maxwell však dokázal, že to tak nebolo. V látke sa elektromagnetické vlny šíria konečnou rýchlosťou, ktorá závisí od dielektrickej a magnetickej permeability látky. Preto sa Maxwellova teória nazýva teóriou pôsobenia na krátku vzdialenosť.
Maxwellovu teóriu experimentálne potvrdil v roku 1888 nemecký fyzik Heinrich Rudolf Hertz. Dokázal, že elektromagnetické vlny existujú. Okrem toho zmeral rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu, ktorá sa ukázala byť rovná rýchlosti svetla.
V integrálnej forme tento zákon vyzerá takto:
Gaussov zákon pre magnetické pole
Tok magnetickej indukcie cez uzavretý povrch je nulový.
Fyzikálny význam tohto zákona je, že v prírode neexistujú magnetické náboje. Póly magnetu nemožno oddeliť. Magnetické siločiary sú uzavreté.
Faradayov zákon indukcie
Zmena magnetickej indukcie spôsobuje vznik vírivého elektrického poľa.
,
Veta o cirkulácii magnetického poľa
Táto veta popisuje zdroje magnetického poľa, ako aj samotné polia nimi vytvorené.
Elektrický prúd a zmeny elektrickej indukcie vytvárajú vírivé magnetické pole.
,
,
E– intenzita elektrického poľa;
N- intenzita magnetického poľa;
IN- magnetická indukcia. Ide o vektorovú veličinu, ktorá znázorňuje silu, ktorou magnetické pole pôsobí na náboj veľkosti q pohybujúci sa rýchlosťou v;
D– elektrická indukcia alebo elektrický posun. Je to vektorová veličina rovnajúca sa súčtu vektora intenzity a vektora polarizácie. Polarizácia je spôsobená premiestnením elektrických nábojov pod vplyvom vonkajšieho elektrického poľa vzhľadom na ich polohu, keď takéto pole neexistuje.
Δ - operátor Nabla. Pôsobenie tohto operátora na konkrétne pole sa nazýva rotor tohto poľa.
Δ x E = hniloba E
ρ - hustota vonkajšieho elektrického náboja;
j- prúdová hustota - hodnota znázorňujúca silu prúdu pretekajúceho jednotkovou plochou;
s- rýchlosť svetla vo vákuu.
Štúdium elektromagnetického poľa je veda tzv elektrodynamika. Uvažuje o jeho interakcii s telesami, ktoré majú elektrický náboj. Táto interakcia sa nazýva elektromagnetické. Klasická elektrodynamika popisuje iba spojité vlastnosti elektromagnetického poľa pomocou Maxwellových rovníc. Moderná kvantová elektrodynamika verí, že elektromagnetické pole má tiež diskrétne (nespojité) vlastnosti. A k takejto elektromagnetickej interakcii dochádza pomocou nedeliteľných častíc-kván, ktoré nemajú žiadnu hmotnosť a náboj. Kvantové elektromagnetické pole sa nazýva fotón .
Elektromagnetické pole okolo nás
Okolo akéhokoľvek vodiča prenášajúceho striedavý prúd sa vytvára elektromagnetické pole. Zdrojmi elektromagnetických polí sú elektrické vedenia, elektromotory, transformátory, mestská elektrická doprava, železničná doprava, elektrické a elektronické domáce spotrebiče - televízory, počítače, chladničky, žehličky, vysávače, rádiotelefóny, mobilné telefóny, elektrické holiace strojčeky - jedným slovom všetko súvisiace so spotrebou alebo prenosom elektriny. Silnými zdrojmi elektromagnetických polí sú televízne vysielače, antény mobilných telefónnych staníc, radarové stanice, mikrovlnné rúry atď. A keďže takýchto zariadení je okolo nás pomerne veľa, elektromagnetické polia nás obklopujú všade. Tieto polia ovplyvňujú životné prostredie a ľudí. To neznamená, že tento vplyv je vždy negatívny. Elektrické a magnetické polia existujú okolo ľudí už dlho, ale sila ich žiarenia bola pred niekoľkými desaťročiami stokrát nižšia ako dnes.
Do určitej miery môže byť elektromagnetické žiarenie pre ľudí bezpečné. V medicíne sa teda elektromagnetické žiarenie nízkej intenzity využíva na hojenie tkanív, odstraňovanie zápalových procesov a pôsobí analgeticky. UHF prístroje uvoľňujú kŕče hladkého svalstva čriev a žalúdka, zlepšujú metabolické procesy v bunkách tela, znižujú kapilárny tonus a znižujú krvný tlak.
Ale silné elektromagnetické polia spôsobujú poruchy vo fungovaní ľudského kardiovaskulárneho, imunitného, endokrinného a nervového systému a môžu spôsobiť nespavosť, bolesti hlavy a stres. Nebezpečenstvo spočíva v tom, že ich dopad je pre človeka takmer neviditeľný a k poruchám dochádza postupne.
Ako sa môžeme chrániť pred elektromagnetickým žiarením, ktoré nás obklopuje? Nie je možné to urobiť úplne, takže sa musíte pokúsiť minimalizovať jeho vplyv. V prvom rade je potrebné usporiadať domáce spotrebiče tak, aby boli umiestnené mimo miest, kde sa najčastejšie nachádzame. Neseďte napríklad príliš blízko k televízoru. Koniec koncov, čím väčšia je vzdialenosť od zdroja elektromagnetického poľa, tým je slabšie. Veľmi často nechávame zariadenie zapojené. Ale elektromagnetické pole zmizne až po odpojení zariadenia od elektrickej siete.
Na zdravie človeka vplývajú aj prirodzené elektromagnetické polia – kozmické žiarenie, magnetické pole Zeme.
Elektromagnetické pole
Elektromagnetické pole označuje typ hmoty, ktorá sa vyskytuje okolo pohybujúcich sa nábojov. Pozostáva z elektrických, ale aj magnetických polí. Ich existencia je prepojená, keďže nemôžu existovať oddelene a nezávisle od seba, pretože jedno pole generuje druhé.
Skúsme teraz priblížiť tému elektromagnetického poľa podrobnejšie. Z definície môžeme usúdiť, že v prípade zmeny elektrického poľa vznikajú predpoklady pre vznik magnetického poľa. A keďže elektrické pole má tendenciu sa časom meniť a nemožno ho nazvať konštantným, magnetické pole je tiež premenlivé.
Keď sa jedno pole zmení, vygeneruje sa ďalšie. A bez ohľadu na to, aké bude následné pole, zdrojom bude predchádzajúce pole, teda vodič s prúdom, a nie jeho pôvodný zdroj.
A aj keď je prúd vo vodiči vypnutý, elektromagnetické pole stále nikam nezmizne, ale bude naďalej existovať a šíriť sa vo vesmíre.
Vlastnosti elektromagnetických vĺn
Maxwellova teória. Vírivé elektrické pole
James Clerk Maxwell, slávny britský fyzik, napísal v roku 1857 článok, v ktorom poskytol dôkazy, že polia ako elektrické a magnetické spolu úzko súvisia.
Podľa jeho teórie z toho vyplýva, že striedavé magnetické pole má tú vlastnosť, že vytvára nové elektrické pole, ktoré sa líši od predchádzajúceho elektrického poľa vytvoreného pomocou zdroja prúdu, keďže toto nové elektrické pole je vír.
A tu vidíme, že vírivé elektrické pole je pole, ktorého siločiary sú uzavreté. To znamená, že je potrebné poznamenať, že elektrické pole má rovnaké uzavreté čiary ako magnetické pole.
Z toho vyplýva, že striedavé magnetické pole je schopné vytvoriť vírivé elektrické pole a vírivé elektrické pole má schopnosť uviesť náboje do pohybu. A v dôsledku toho dostaneme indukčný elektrický prúd. Z Maxwellovej práce vyplýva, že polia ako elektrické a magnetické navzájom úzko existujú.
To znamená, že na existenciu magnetického poľa je potrebný pohybujúci sa elektrický náboj. No, elektrické pole vzniká v dôsledku stacionárneho elektrického náboja. Takýto transparentný vzťah existuje medzi poľami. Z toho môžeme vyvodiť ďalší záver, že v rôznych referenčných systémoch možno pozorovať rôzne typy polí.
Ak sa budeme riadiť Maxwellovou teóriou, môžeme zhrnúť, že striedavé elektrické a magnetické polia nemôžu existovať oddelene, pretože keď sa magnetické pole zmení, generuje elektrické a meniace sa elektrické pole vytvára magnetické pole.
Prírodné zdroje elektromagnetických polí
Pre moderných ľudí nie je žiadnym tajomstvom, že elektromagnetické polia, hoci zostávajú našim očiam neviditeľné, nás obklopujú všade.
Prírodné zdroje EMP zahŕňajú:
Po prvé, toto je konštantné elektrické a magnetické pole Zeme.
Po druhé, takéto zdroje zahŕňajú rádiové vlny, ktoré transformujú kozmické zdroje, ako je Slnko, hviezdy atď.
Po tretie, tieto zdroje sú tiež atmosférické procesy, ako sú výboje blesku atď.
Antropogénne (umelé) zdroje elektromagnetických polí
Okrem prirodzených zdrojov EMP vznikajú aj v dôsledku antropogénnych zdrojov. Medzi takéto zdroje patria röntgenové lúče, ktoré sa používajú v zdravotníckych zariadeniach. Používajú sa aj na prenos informácií pomocou rôznych rádiových staníc, staníc mobilnej komunikácie a tiež televíznych antén. Áno, a elektrina, ktorá je v každej zásuvke, tiež vytvára EMF, ale s nižšou frekvenciou.
Vplyv EMP na ľudské zdravie
Moderná spoločnosť si v súčasnosti nevie predstaviť svoj život bez takých výhod civilizácie, ako je prítomnosť rôznych domácich spotrebičov, počítačov a mobilnej komunikácie. Tie nám, samozrejme, uľahčujú život, no vytvárajú okolo nás elektromagnetické polia. Vy a ja samozrejme EMP nevidíme, ale obklopujú nás všade. Sú prítomné v našich domovoch, v práci a dokonca aj v doprave.
Pokojne môžeme povedať, že moderný človek žije v nepretržitom elektromagnetickom poli, ktoré má, žiaľ, obrovský vplyv na ľudské zdravie. Pri dlhodobom pôsobení elektromagnetického poľa na ľudský organizmus sa objavujú nepríjemné symptómy ako chronická únava, podráždenosť, poruchy spánku, pozornosti a pamäti. Takéto dlhodobé vystavenie EMP môže spôsobiť bolesti hlavy, neplodnosť, poruchy fungovania nervového a srdcového systému, ako aj výskyt rakoviny.
Pokyny
Vezmite dve batérie a spojte ich elektrickou páskou. Pripojte batérie tak, aby ich konce boli odlišné, to znamená, že plus je oproti mínusu a naopak. Pomocou sponiek na papier pripevnite na koniec každej batérie drôt. Potom umiestnite jednu zo sponiek na batérie. Ak sponka na papier nedosiahne stred každej sponky, možno bude potrebné ohnúť ju na správnu dĺžku. Zaistite štruktúru páskou. Uistite sa, že konce drôtov sú voľné a okraj kancelárskej sponky siaha do stredu každej batérie. Pripojte batérie zhora, to isté urobte na druhej strane.
Vezmite medený drôt. Nechajte asi 15 centimetrov drôtu rovný a potom ho začnite obtáčať okolo skleneného pohára. Urobte asi 10 otáčok. Nechajte ďalších 15 centimetrov rovno. Pripojte jeden z vodičov z napájacieho zdroja k jednému z voľných koncov výslednej medenej cievky. Uistite sa, že vodiče sú navzájom dobre spojené. Po pripojení obvod vytvára magnet pole. Pripojte druhý vodič napájacieho zdroja k medenému vodiču.
Keď prúd preteká cievkou, cievka umiestnená vo vnútri sa zmagnetizuje. Papierové sponky sa zlepia a časti lyžice, vidličky alebo skrutkovača sa zmagnetizujú a priťahujú iné kovové predmety, kým sa na cievku privedie prúd.
Vezmite prosím na vedomie
Cievka môže byť horúca. Uistite sa, že v blízkosti nie sú žiadne horľavé látky a dávajte pozor, aby ste si nepopálili pokožku.
Užitočné rady
Najľahšie zmagnetizovateľný kov je železo. Pri kontrole poľa nevyberajte hliník alebo meď.
Ak chcete vytvoriť elektromagnetické pole, musíte jeho zdroj vyžarovať. Zároveň musí produkovať kombináciu dvoch polí, elektrického a magnetického, ktoré sa môžu šíriť v priestore a navzájom sa generovať. Elektromagnetické pole sa môže šíriť v priestore vo forme elektromagnetickej vlny.
Budete potrebovať
- - izolovaný drôt;
- - klinec;
- - dva vodiče;
- - Ruhmkorffova cievka.
Pokyny
Vezmite izolovaný drôt s nízkym odporom, najlepšie je meď. Natočte ho okolo oceľového jadra, stačí obyčajný klinec s dĺžkou 100 mm (sto metrov štvorcových). Pripojte kábel k zdroju napájania. Vznikne elektrina pole, ktorý v ňom bude generovať elektrický prúd.
Usmernený pohyb nabitého (elektrického prúdu) zase spôsobí vznik magnetického pole, ktorý bude sústredený v oceľovom jadre, okolo ktorého je navinutý drôt. Jadro transformuje a priťahuje feromagnety (nikel, kobalt atď.). Výsledný pole možno nazvať elektromagnetické, keďže elektrické pole magnetické.
Na získanie klasického elektromagnetického poľa je potrebné, aby bolo elektrické aj magnetické polečasom menil, potom elektrický pole bude generovať magnetické a naopak. Na to je potrebné urýchliť pohyblivé náboje. Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, je prinútiť ich váhať. Preto na získanie elektromagnetického poľa stačí zobrať vodič a zapojiť ho do bežnej domácej siete. Bude ale taký malý, že ho nebude možné merať prístrojmi.
Aby ste získali dostatočne silné magnetické pole, vytvorte Hertzov vibrátor. Aby ste to urobili, vezmite dva rovné identické vodiče a upevnite ich tak, aby medzera medzi nimi bola 7 mm. Bude to otvorený oscilačný obvod s nízkou elektrickou kapacitou. Pripojte každý z vodičov k Ruhmkorffovým svorkám (umožňuje vám to prijímať vysokonapäťové impulzy). Pripojte obvod k batérii. Výboje začnú v iskrišti medzi vodičmi a samotný vibrátor sa stane zdrojom elektromagnetického poľa.
Video k téme
Zavádzanie nových technológií a rozšírené používanie elektrickej energie viedlo k vzniku umelých elektromagnetických polí, ktoré majú najčastejšie škodlivý vplyv na človeka a životné prostredie. Tieto fyzikálne polia vznikajú tam, kde sa pohybujú náboje.
Povaha elektromagnetického poľa
Elektromagnetické pole je špeciálny druh hmoty. Vyskytuje sa okolo vodičov, ktorými sa pohybujú elektrické náboje. Silové pole pozostáva z dvoch nezávislých polí - magnetického a elektrického, ktoré nemôžu existovať navzájom izolovane. Keď vznikne a zmení sa elektrické pole, vždy generuje magnetické pole.
Jedným z prvých, ktorí v polovici 19. storočia študovali povahu striedajúcich sa polí, bol James Maxwell, ktorému sa pripisuje vytvorenie teórie elektromagnetického poľa. Vedec ukázal, že elektrické náboje pohybujúce sa so zrýchlením vytvárajú elektrické pole. Jeho zmena vytvára pole magnetických síl.
Zdrojom striedavého magnetického poľa môže byť magnet, ak je uvedený do pohybu, ako aj elektrický náboj, ktorý kmitá alebo sa pohybuje so zrýchlením. Ak sa náboj pohybuje konštantnou rýchlosťou, potom vodičom preteká konštantný prúd, ktorý sa vyznačuje konštantným magnetickým poľom. Elektromagnetické pole, ktoré sa šíri v priestore, prenáša energiu, ktorá závisí od veľkosti prúdu vo vodiči a frekvencie emitovaných vĺn.
Vplyv elektromagnetického poľa na človeka
Úroveň všetkého elektromagnetického žiarenia vytvoreného človekom vytvorenými technickými systémami je mnohonásobne vyššia ako prirodzené žiarenie planéty. Ide o tepelný efekt, ktorý môže viesť k prehriatiu telesných tkanív a nezvratným následkom. Napríklad dlhodobé používanie mobilného telefónu, ktorý je zdrojom žiarenia, môže viesť k zvýšeniu teploty mozgu a očnej šošovky.
Elektromagnetické polia vznikajúce pri používaní domácich spotrebičov môžu spôsobiť výskyt malígnych novotvarov. To platí najmä pre detské telá. Dlhodobá prítomnosť človeka v blízkosti zdroja elektromagnetických vĺn znižuje účinnosť imunitného systému a vedie k ochoreniam srdca a ciev.
Samozrejme, nie je možné úplne opustiť používanie technických prostriedkov, ktoré sú zdrojom elektromagnetických polí. Môžete však použiť najjednoduchšie preventívne opatrenia, napríklad používať telefón iba s náhlavnou súpravou a po použití zariadenia nenechávajte káble spotrebiča v elektrických zásuvkách. V každodennom živote sa odporúča používať predlžovacie káble a káble, ktoré majú ochranné tienenie.
Elektromagnetické pole je druh hmoty, ktorá vzniká okolo pohybujúcich sa nábojov. Napríklad okolo vodiča prenášajúceho prúd. Elektromagnetické pole sa skladá z dvoch zložiek: elektrického a magnetického poľa. Nemôžu existovať nezávisle od seba. Jedna vec rodí druhú. Keď sa elektrické pole zmení, okamžite sa objaví magnetické pole.
Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn V=C/EM
Kde e A m respektíve magnetické a dielektrické konštanty prostredia, v ktorom sa vlna šíri.
Elektromagnetická vlna vo vákuu sa šíri rýchlosťou svetla, teda 300 000 km/s. Pretože dielektrická a magnetická permeabilita vákua sa považuje za rovnú 1.
Keď sa elektrické pole zmení, objaví sa magnetické pole. Keďže elektrické pole, ktoré to spôsobilo, nie je konštantné (to znamená, že sa mení v čase), magnetické pole bude tiež premenlivé.
Meniace sa magnetické pole zase vytvára elektrické pole atď. Teda pre nasledujúce pole (je jedno, či je elektrické alebo magnetické) bude zdrojom predchádzajúce pole a nie pôvodný zdroj, teda vodič s prúdom.
Takže aj po vypnutí prúdu vo vodiči bude elektromagnetické pole naďalej existovať a šíriť sa v priestore.
Elektromagnetická vlna sa šíri priestorom všetkými smermi od svojho zdroja. Môžete si predstaviť rozsvietenie žiarovky, lúče svetla z nej sa šíria na všetky strany.
Elektromagnetická vlna pri šírení prenáša energiu v priestore. Čím silnejší je prúd vo vodiči, ktorý spôsobuje pole, tým väčšia je energia prenášaná vlnou. Energia tiež závisí od frekvencie emitovaných vĺn, ak sa zvýši 2,3,4 krát, energia vĺn sa zvýši 4,9,16 krát. To znamená, že energia šírenia vlny je úmerná druhej mocnine frekvencie.
Najlepšie podmienky na šírenie vĺn sú vytvorené vtedy, keď sa dĺžka vodiča rovná vlnovej dĺžke.
Magnetické a elektrické siločiary budú lietať navzájom kolmo. Magnetické siločiary obklopujú vodič s prúdom a sú vždy uzavreté.
Elektrické siločiary prechádzajú z jedného náboja do druhého.
Elektromagnetická vlna je vždy priečna vlna. To znamená, že siločiary, magnetické aj elektrické, ležia v rovine kolmej na smer šírenia.
Intenzita elektromagnetického poľa je silová charakteristika poľa. Napätie je tiež vektorová veličina, to znamená, že má začiatok a smer.
Intenzita poľa smeruje tangenciálne k siločiaram.
Keďže intenzita elektrického a magnetického poľa je na seba kolmá, existuje pravidlo, podľa ktorého sa dá určiť smer šírenia vlny. Keď sa skrutka otáča po najkratšej dráhe od vektora intenzity elektrického poľa k vektoru intenzity magnetického poľa, pohyb skrutky dopredu bude indikovať smer šírenia vlny.
Vedecko-technický pokrok je sprevádzaný prudkým nárastom sily elektromagnetických polí (EMP) vytvorených človekom, ktoré sú v niektorých prípadoch stokrát a tisíckrát vyššie ako úroveň prírodných polí.
Spektrum elektromagnetických kmitov zahŕňa vlny dĺžky od 1000 km do 0,001 µm a podľa frekvencie f od 3×102 do 3×1020 Hz. Elektromagnetické pole je charakterizované súborom vektorov elektrických a magnetických zložiek. Rôzne rozsahy elektromagnetických vĺn majú spoločnú fyzikálnu povahu, líšia sa však energiou, povahou šírenia, absorpciou, odrazom a účinkom na životné prostredie a človeka. Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým viac energie kvantum nesie.
Hlavné charakteristiky EMF sú:
Intenzita elektrického poľa E, V/m.
Sila magnetického poľa N, A/m.
Hustota toku energie prenášaná elektromagnetickými vlnami ja, W/m2.
Spojenie medzi nimi je určené závislosťou:
Energetické pripojenie ja a frekvencie f vibrácie sú definované ako:
kde: f = s/l, a c = 3 × 108 m/s (rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn), h= 6,6 × 1034 W/cm2 (Planckova konštanta).
Vo vesmíre. Okolo zdroja EMF sú 3 zóny (obr. 9):
A) Blízka zóna(indukcia), kde nedochádza k šíreniu vĺn, prenosu energie, a preto sa elektrické a magnetické zložky EMF posudzujú nezávisle. Hranica zóny R< l/2p.
b) Stredná zóna(difrakcia), kde sa vlny navzájom prekrývajú a vytvárajú maximá a stojaté vlny. Hranice zón l/2p< R < 2pl. Основная характеристика зоны суммарная плотность потоков энергии волн.
V) Radiačná zóna(vlna) s hranicou R > 2pl. Dochádza k šíreniu vĺn, preto charakteristikou zóny žiarenia je hustota energetického toku, t.j. množstvo energie dopadajúcej na jednotku povrchu ja(W/m2).
 |
Ryža. 1.9. Zóny existencie elektromagnetického poľa
Elektromagnetické pole, keď sa vzďaľuje od zdrojov žiarenia, sa tlmí nepriamo úmerne druhej mocnine vzdialenosti od zdroja. V indukčnej zóne intenzita elektrického poľa klesá nepriamo úmerne so vzdialenosťou k tretej mocnine a magnetické pole sa znižuje nepriamo úmerne k druhej mocnine vzdialenosti.
Na základe povahy ich vplyvu na ľudské telo sú EMP rozdelené do 5 rozsahov:
Elektromagnetické polia výkonovej frekvencie (PFEMF): f < 10 000 Гц.
Elektromagnetické žiarenie v rozsahu rádiových frekvencií (RF EMR) f 10 000 Hz.
Elektromagnetické polia rádiofrekvenčnej časti spektra sú rozdelené do štyroch podrozsahov:
1) f od 10 000 Hz do 3 000 000 Hz (3 MHz);
2) f od 3 do 30 MHz;
3) f od 30 do 300 MHz;
4) f od 300 MHz do 300 000 MHz (300 GHz).
Zdrojmi priemyselno-frekvenčných elektromagnetických polí sú vysokonapäťové elektrické vedenia, otvorené rozvodné zariadenia, všetky elektrické siete a zariadenia napájané striedavým prúdom 50 Hz. Nebezpečenstvo vystavenia sa vedeniam sa zvyšuje so zvyšujúcim sa napätím v dôsledku zvýšenia náboja sústredeného vo fáze. Sila elektrického poľa v oblastiach, kde prechádzajú vysokonapäťové elektrické vedenia, môže dosiahnuť niekoľko tisíc voltov na meter. Vlny v tomto rozsahu sú silne absorbované pôdou a vo vzdialenosti 50-100 m od vedenia klesá napätie na niekoľko desiatok voltov na meter. Pri systematickom vystavení EP sa pozorujú funkčné poruchy v činnosti nervového a kardiovaskulárneho systému. So zvyšujúcou sa intenzitou poľa v tele dochádza k pretrvávajúcim funkčným zmenám v centrálnom nervovom systéme. Spolu s biologickým účinkom elektrického poľa môže dôjsť k výbojom medzi človekom a kovovým predmetom v dôsledku telesného potenciálu, ktorý pri izolácii človeka od Zeme dosahuje niekoľko kilovoltov.
Prípustné úrovne intenzity elektrického poľa na pracoviskách sú stanovené GOST 12.1.002-84 „Elektrické polia priemyselnej frekvencie“. Maximálna prípustná úroveň medzifrekvenčného napätia EMF je nastavená na 25 kV/m. Prípustný čas strávený v takomto teréne je 10 minút. Pobyt v EMP s napätím nad 25 kV/m bez ochranných prostriedkov nie je povolený a pobyt v EMP s napätím do 5 kV/m je povolený počas celého pracovného dňa. Na výpočet prípustnej doby pobytu v ED pri napätiach nad 5 až 20 kV/m vrátane sa používa vzorec T = (50/E) - 2, kde: T- povolený čas pobytu v EMP IF, (hodina); E- intenzita elektrickej zložky EMP IF, (kV/m).
Sanitárne normy SN 2.2.4.723-98 upravujú maximálne prípustné limity magnetickej zložky EMP IF na pracovisku. Pevnosť magnetickej zložky N by nemala presiahnuť 80 A/m počas 8-hodinového pobytu v podmienkach tohto poľa.
Intenzita elektrickej zložky EMF IF v obytných budovách a bytoch je regulovaná SanPiN 2971-84 „Hygienické normy a pravidlá na ochranu obyvateľstva pred účinkami elektrického poľa vytváraného nadzemnými elektrickými vedeniami striedavého prúdu priemyselnej frekvencie“. Podľa tohto dokumentu hodnota E by nemala presiahnuť 0,5 kV/mv obytných priestoroch a 1 kV/mv mestských oblastiach. Normy MPL pre magnetickú zložku EMF IF pre obytné a mestské prostredie neboli v súčasnosti vyvinuté.
RF EMR sa používa na tepelné spracovanie, tavenie kovov, rádiovú komunikáciu a medicínu. Zdroje EMF v priemyselných priestoroch sú generátory lámp, v rádiových inštaláciách - anténne systémy, v mikrovlnných rúrach - úniky energie pri poškodení obrazovky pracovnej komory.
EMP RF vystavenie organizmu spôsobuje polarizáciu atómov a molekúl tkanív, orientáciu polárnych molekúl, objavenie sa iónových prúdov v tkanivách a zahrievanie tkanív v dôsledku absorpcie energie EMP. To narúša štruktúru elektrických potenciálov, cirkuláciu tekutín v bunkách tela, biochemickú aktivitu molekúl a zloženie krvi.
Biologický účinok RF EMR závisí od jeho parametrov: vlnová dĺžka, intenzita a režim žiarenia (pulzné, kontinuálne, prerušované), plocha ožiareného povrchu a dĺžka ožarovania. Elektromagnetická energia je čiastočne absorbovaná tkanivami a premenená na teplo, dochádza k lokálnemu zahrievaniu tkanív a buniek. RF EMR pôsobí nepriaznivo na centrálny nervový systém, spôsobuje poruchy neuroendokrinnej regulácie, zmeny v krvi, zakalenie očnej šošovky (výhradne 4 podpásy), metabolické poruchy.
Hygienická štandardizácia RF EMR sa vykonáva v súlade s GOST 12.1.006-84 „Elektromagnetické polia rádiových frekvencií. Prípustné hladiny na pracoviskách a požiadavky na monitorovanie.“ Úrovne EMP na pracoviskách sú kontrolované meraním intenzity elektrických a magnetických zložiek vo frekvenčnom rozsahu 60 kHz – 300 MHz a vo frekvenčnom rozsahu 300 MHz – 300 GHz hustoty energetického toku (EF) EMP, berúc do úvahy čas strávený v zóne ožarovania.
Pre rádiové frekvencie EMF od 10 kHz do 300 MHz sa sila elektrických a magnetických zložiek poľa reguluje v závislosti od frekvenčného rozsahu: čím vyššie frekvencie, tým nižšia je prípustná hodnota sily. Napríklad elektrická zložka EMF pre frekvencie 10 kHz - 3 MHz je 50 V/m a pre frekvencie 50 MHz - 300 MHz len 5 V/m. Vo frekvenčnom rozsahu 300 MHz - 300 GHz sa reguluje hustota toku energie žiarenia a ním vytvorené energetické zaťaženie, t.j. energetický tok prechádzajúci jednotkou ožiareného povrchu počas pôsobenia. Maximálna hodnota hustoty energetického toku by nemala presiahnuť 1000 μW/cm2. Čas strávený na takomto poli by nemal presiahnuť 20 minút. Počas 8-hodinovej pracovnej zmeny je povolený pobyt na poli v PES rovnajúcom sa 25 μW/cm 2 .
V mestskom a domácom prostredí sa RF EMR regulácia vykonáva v súlade s SN 2.2.4/2.1.8-055-96 „Elektromagnetické žiarenie v rozsahu rádiových frekvencií“. V obytných priestoroch by RF EMR PES nemalo presiahnuť 10 μW/cm 2 .
V strojárstve je široko používané magneticko-pulzné a elektrohydraulické spracovanie kovov s nízkofrekvenčným impulzným prúdom 5-10 kHz (rezanie a krimpovanie rúrkových prírezov, razenie, rezanie otvorov, čistenie odliatkov). Zdroje pulzný magnetický Polia na pracovisku sú otvorené pracovné induktory, elektródy a prípojnice s prúdom. Pulzné magnetické pole ovplyvňuje metabolizmus v mozgovom tkanive a endokrinné regulačné systémy.
Elektrostatické pole(ESP) je pole stacionárnych elektrických nábojov, ktoré sa navzájom ovplyvňujú. ESP sa vyznačuje napätím E, teda pomer sily pôsobiacej v poli na bodový náboj k veľkosti tohto náboja. Intenzita ESP sa meria vo V/m. ESP vznikajú v elektrárňach a v elektrických procesoch. ESP sa používa pri čistení elektrických plynov a pri nanášaní náterov a lakov. ESP má negatívny vplyv na centrálny nervový systém; tí, ktorí pracujú v zóne ESP, pociťujú bolesti hlavy, poruchy spánku atď. V zdrojoch ESP predstavujú okrem biologických účinkov určité nebezpečenstvo aj ióny vzduchu. Zdrojom vzdušných iónov je koróna, ktorá sa objavuje na drôtoch pod napätím E>50 kV/m.
Prijateľné úrovne napätia ESP sú ustanovené GOST 12.1.045-84 „Elektrostatické polia. Prípustné úrovne na pracoviskách a požiadavky na monitorovanie.“ Prípustná úroveň napätia ESP je stanovená v závislosti od času stráveného na pracovisku. Prahová hodnota napätia ESP je nastavená na 60 kV/m na 1 hodinu. Keď je napätie ESP menšie ako 20 kV/m, čas strávený v ESP nie je regulovaný.
Hlavné charakteristiky laserové žiarenie sú: vlnová dĺžka l, (µm), intenzita žiarenia, určená energiou alebo výkonom výstupného lúča a vyjadrená v jouloch (J) alebo wattoch (W): trvanie impulzu (s), frekvencia opakovania impulzu (Hz) . Hlavnými kritériami nebezpečnosti lasera sú jeho výkon, vlnová dĺžka, trvanie impulzu a radiačná záťaž.
Podľa stupňa nebezpečenstva sa lasery delia do 4 tried: 1 - výstupné žiarenie nie je nebezpečné pre oči, 2 - priame a zrkadlovo odrazené žiarenie je nebezpečné pre oči, 3 - difúzne odrazené žiarenie je nebezpečné pre oči, 4 - difúzne odrazené žiarenie je pre pokožku nebezpečné .
Triedu lasera podľa stupňa nebezpečenstva generovaného žiarenia určuje výrobca. Pri práci s lasermi je personál vystavený škodlivým a nebezpečným výrobným faktorom.
Skupina fyzikálnych škodlivých a nebezpečných faktorov počas laserovej operácie zahŕňa:
Laserové žiarenie (priame, difúzne, zrkadlové alebo difúzne odrazené),
Zvýšené napájacie napätie lasera,
Prašný vzduch v pracovnom priestore s produktmi interakcie laserového žiarenia s cieľom, zvýšené hladiny ultrafialového a infračerveného žiarenia,
Ionizujúce a elektromagnetické žiarenie v pracovnej oblasti, zvýšený jas svetla z pulzných výbojok a riziko výbuchu laserových čerpacích systémov.
Lasery obsluhujúce personál sú vzhľadom na povahu výrobného procesu vystavené chemicky nebezpečným a škodlivým faktorom, ako sú ozón, oxidy dusíka a iné plyny.
Účinok laserového žiarenia na telo závisí od parametrov žiarenia (výkon, vlnová dĺžka, trvanie impulzu, frekvencia opakovania impulzu, doba ožiarenia a ožarovaná plocha), lokalizácia účinku a charakteristika ožarovaného objektu. Laserové žiarenie spôsobuje organické zmeny v ožarovaných tkanivách (primárne účinky) a špecifické zmeny v samotnom organizme (sekundárne účinky). Pri žiarení dochádza k rýchlemu zahrievaniu ožarovaného tkaniva, t.j. tepelné popálenie. V dôsledku rýchleho zahriatia na vysoké teploty dochádza v ožarovaných tkanivách k prudkému zvýšeniu tlaku, čo vedie k ich mechanickému poškodeniu. Účinky laserového žiarenia na organizmus môžu spôsobiť funkčné poruchy až úplnú stratu zraku. Povaha poškodenej kože je rôzna od miernych až po rôzne stupne popálenín, až po nekrózu. Okrem tkanivových zmien spôsobuje laserové žiarenie funkčné zmeny v organizme.
Maximálne prípustné úrovne expozície sú upravené „Sanitárnymi normami a pravidlami pre návrh a prevádzku laserov“ 2392-81. Maximálne prípustné úrovne ožiarenia sú diferencované s ohľadom na prevádzkový režim laserov. Pre každý prevádzkový režim, časť optického rozsahu, sa hodnota diaľkového ovládača určuje pomocou špeciálnych tabuliek. Dozimetrické monitorovanie laserového žiarenia sa vykonáva v súlade s GOST 12.1.031-81. Pri monitorovaní sa meria hustota výkonu kontinuálneho žiarenia, hustota energie pulzného a pulzne modulovaného žiarenia a ďalšie parametre.
Ultrafialové žiarenie - Ide o okom neviditeľné elektromagnetické žiarenie, ktoré zaujíma medzipolohu medzi svetlom a röntgenovým žiarením. Biologicky aktívna časť UV žiarenia sa delí na tri časti: A s vlnovou dĺžkou 400-315 nm, B s vlnovou dĺžkou 315-280 nm a C 280-200 nm. UV lúče majú schopnosť vyvolať fotoelektrický efekt, luminiscenciu, rozvoj fotochemických reakcií a majú aj významnú biologickú aktivitu.
Charakteristické je UV žiarenie baktericídne a erytémové vlastnosti. Sila erytémového žiarenia - to je hodnota, ktorá charakterizuje priaznivé účinky UV žiarenia na človeka. Jednotkou erytémového žiarenia je Er, čo zodpovedá výkonu 1 W pre vlnovú dĺžku 297 nm. Jednotka erytémového osvetlenia (ožiarenia) Er na meter štvorcový (Er/m2) alebo W/m2. Dávka žiarenia Ner sa meria v Er×h/m2, t.j. Ide o ožiarenie povrchu za určitý čas. Baktericídna sila toku UV žiarenia sa meria v bact. V súlade s tým je baktericídne ožarovanie bact na m 2 a dávka je bact za hodinu na m 2 (bq x h/m 2).
Zdrojmi UV žiarenia vo výrobe sú elektrické oblúky, autogénne plamene, ortuťovo-kremenné horáky a iné tepelné žiariče.
Prirodzené UV žiarenie má pozitívny vplyv na organizmus. Pri nedostatku slnečného žiarenia dochádza k „ľahkému hladovaniu“, nedostatku vitamínu D, oslabenej imunite, funkčným poruchám nervového systému. Zároveň UV žiarenie z priemyselných zdrojov môže spôsobiť akútne a chronické očné choroby z povolania. Akútne poškodenie oka sa nazýva elektrooftalmia. Často sa zistí erytém kože tváre a očných viečok. K chronickým léziám patrí chronická konjunktivitída, katarakta šošovky, kožné lézie (dermatitída, opuch s tvorbou pľuzgierov).
Štandardizácia UV žiarenia vykonávané v súlade s „Sanitárnymi normami pre ultrafialové žiarenie v priemyselných priestoroch“ 4557-88. Pri normalizácii sa intenzita žiarenia nastavuje vo W/m2. Pri ožarovacej ploche 0,2 m2 do 5 minút s prestávkou 30 minút v celkovom trvaní do 60 minút je norma pre UV-A 50 W/m2, pre UV-B 0,05 W/m2 a pre UV -C 0,01 W/m2. Pri celkovom trvaní ožiarenia 50 % pracovnej zmeny a jednom ožiarení 5 minút je norma pre UV-A 10 W/m2, pre UV-B 0,01 W/m2 s ožiarenou plochou 0,1 m2, a ožarovanie UV-C nie je povolené.