8.1 Характеристика электромагнитных полей и излучений

Классификация электромагнитных полей, принятая в гигиенической практике, приведена в табл. 8.1

Таблица 8.1

Классификация ЭМП

В табл. 8.2 приведено применение электромагнитных излучений в различных технологических процессах и отраслях.

Таблица8.2 Применение электромагнитных излучений

Электромагнитный спектр включает в себя две основных зоны: ионизирующее и неионизирующее излучение, которые, в свою очередь, подразделяются на отдельные виды излучения, как указано в табл. 8.1.

Неионизирующее излучение объединяет все излучения и поля электромагнитного спектра, у которых не хватает энергии для ионизации материи. Граница между неионизирующим и ионизирующим излучением устанавливается на длине волны примерно в 1 нанометр.

К неионизирующим электромагнитным излучениям и полям относят ЭМИ радиочастотного и оптического диапазонов, а также условно - статические электрические и постоянные магнитные поля, поскольку последние, строго говоря, излучениями не являются.

В данной главе рассматриваются электромагнитные поля и излучения радиочастотного диапазона, статические электрические и постоянные магнитные поля.

Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся магнитное - вихревое электрическое: обе компоненты - напряженность электрического поля Е и напряженность магнитного поля Н непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. Этот феномен был описан в 1865 году Дж. К. Максвеллом в четырех уравнениях, которые известны как "уравнения Максвелла".

Переменное электромагнитное поле распространяется в виде электромагнитных волн. Электромагнитные волны представляют собой взаимосвязанные колебания электрических и магнитных полей, составляющих единое электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью. Термин излучение означает энергию, переданную волнами.

Электромагнитные волны характеризуются набором параметром, включающих в себя частоту (ƒ), длину волны (λ), напряженность электрического поля (Е), напряженность магнитного поля (Н), скорость распространения (с) и вектор плотности потока энергии (S).

Частота f определяется как количество полных изменений электрического или магнитного поля за секунду и выражается в герцах (Гц). Длина волны λ - это расстояние между двумя последовательными гребнями или впадинами волны (максимумами или минимумами).

Скорость электромагнитной волны в свободном пространстве равна скорости света, а скорость в материалах и различных средах зависит oт электрических характеристик материала и среды, то есть, от диэлектрическом проницаемости ε и магнитной проницаемости μ , характеризующих соответственно взаимодействие материала с электрическим и магнитным полями.

Биологические субстанции имеют диэлектрическую проницаемость, существенно отличающуюся от этого показателя для свободного пространства (воздуха) и зависящую от длины волны (особенно в диапазоне радиочастот) и типа ткани. Магнитная проницаемость биологических субстанций эквивалентна проницаемости свободного пространства.

Распространение электромагнитной волны в свободном пространстве проиллюстрировано на рис. 8.3.

Рис.8.3. Плоская электромагнитная волна, распространяющаяся со скоростью света в направлении «х»

В электромагнитной волне векторы напряженности электрического Е и магнитного Н полей всегда колеблются в одинаковых фазах, перпендикулярны друг другу и направлению распространения.

Значения Е и Н в любой точке связаны соотношением:

Где и - соответственно электрическая и магнитная Ф/м, Гн/м ε и μ

Соответственно электрическая и магнитная проницаемость среды.

В вакууме и воздухе между Е и Н существует соотношение:

Е = =

Важной особенностью ЭМИ является деление его на «ближнюю» и «дальнюю» зоны.

В «ближней» зоне, или зоне индукции, ЭМП не сформировано. В этой зоне соотношение между Е и Н может быть самым различным и поэтому принято рассматривать каждую из них отдельно. Магнитная составляющая в зоне индукции убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника, а электрическая - кубу расстояния.

В «дальней», волновой зоне , ЭМП сформировано и

распространяется в виде бегущей волны. В этой зоне составляющие Е и Н изменяются в фазе, и между их средними значениями за период существует определенное соотношение (например, указанное выше).

В дальней зоне наиболее важным параметром является плотность потока энергии S, которая в общем виде определяется векторным произведением Е и H:

На практике, как правило, при частотах ниже 300 МГц оцениваются напряженность электрического поля (E, B/м) и напряженность магнитного поля (H, A/м). И то и другое поле является векторным, то есть характеризуется величиной и направлением в каждой точке. Для низкочастотного спектра магнитное поле часто выражается в терминах магнитной индукции В, единица измерения - тесла (Т). Когда речь идет о полях в нашем повседневном окружении, то удобно использовать более мелкую единицу - микротесла (мкТл). Перевод А/м в теслы (для полей в воздухе) осуществляется по формуле:

1 [А / ж] 1,25 [мкТл]

При частотах выше 300 МГц оценивается плотность потока энергии S (Вт/м²).

Статические электрические поля представляют собой поля неподвижных электрических зарядов, либо стационарные электрические поля постоянного тока. Основными физическими параметрами являются напряженность поля (Е, В/м) и потенциалы (φ, В) его отдельных точек.

Постоянные магнитные поля создаются постоянными магнитами, электромагнитами, системами постоянного тока. Основными физическими параметрами, характеризующими ПМП, являются: напряженность Н (А/м) и магнитная индукция В (Тл).