Сейчас много говорят об электромагнитном излучении, которому неизбежно подвергается любой современный человек, особенно житель большого города. Как влияет электромагнитное излучение на организм человека? Насколько оно опасно?
Что такое электромагнитное излучение (ЭМИ)? Это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрическими заряженными частицами, некая неосязаемая волна, распространяющаяся в среде, состоящая из электрической и магнитной составляющей.
Источники ЭМИИсточники, создающие электромагнитное поле, могут быть как естественными, так и искусственными.
К естественным источникам электромагнитного излучения относятся постоянное электрическое и постоянное магнитное поле Земли, электрические явления в атмосфере (грозы, разряды молний), радиоизлучение солнца и звезд, космическое излучение.
Искусственные источники электромагнитного поля условно можно разделить на источники электромагнитного излучения высокого и низкого уров¬ня излучения. При этом следует отметить, что, в первую очередь, уровень излучения зависит от мощности источника: чем выше мощность, тем выше уровень излучения. Около источника уровень излучения максимально высок, с увеличением расстояния от источника уровень излучения падает.
Источники высокого уровня ЭМИ:
- воздушные линии электропередачи (ВЛ, ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения 4-1150 кВ);
- транспорт на электрической тяге: трамваи, троллейбусы, поезда метро и т.п. — и его инфраструктура;
- трансформаторные подстанции (ТП);
- лифты;
- телевизионные станции;
- радиовещательные станции;
- базовые станции систем подвижной радиосвязи (ВС), прежде всего сотовой.
Источники относительно низкого уровня ЭМИ:
- персональные компьютеры и видеодисплейные терминалы, игровые автоматы, детские игровые приставки;
- бытовые электроприборы — холодильники, стиральные машины, СВЧ-печи, кондиционеры воздуха, фены, телевизоры, электрочайники, утюги и т.п.;
- сотовые, спутниковые и бесшнуровые радиотелефоны, персональные радиостанции;
- кабельные линии;
- некоторое медицинское диагностическое, терапевтическое и хирургическое оборудование;
- система электроснабжения зданий.
Организм человека реагирует как на изменение естественного геомагнитного поля, так и на воздействие электромагнитных излучений от многочисленных и разнообразных техногенных источников. Реакция организма может варьироваться как по мере увеличения, так и снижения воздействия ЭМИ, в ряде случаев приводя к выраженным изменениям в состоянии здоровья и генетическим последствиям.
Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности электромагнитного поля (ЭМП) во всех частотных диапазонах. Биологические эффекты воздействия ЭМП на организм человека зависят от частоты и длины волны излучения, интенсивности ЭМП, продолжительности и периодичности облучения, комбинированного и суммарного воздействия ЭМП и других факторов. Сочетание обозначенных параметров может давать существенно различающиеся последствия в реакции организма.
Не менее важна локализация воздействия — общая или местная, так как при общем воздействии риск проявления негативных последствий выше. Например, воздействие от ЛЭП — общее на весь организм, а воздействие от сотового телефона — местное (на определенные участки тела человека).
Эффект взаимодействия ЭМП с биологической средой находится в зависимости от дозы облучения. В его основе лежит преобразование энергии поля в тепло; механизм, осуществляющий такое преобразование, вызывает вращение (перемещение) молекул. Это приводит к возникновению различных негативных явлений в организме.
Следует отметить, что наш организм ежедневно подвергается действию нескольких различных электромагнитных полей одновременно или последовательно.
Такое воздействие сказывается прежде всего на нервной, иммунной, эндокринной и репродуктивной системах, изменения функций которых предполагают неблагоприятные последствия для организма.
Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания.
Особо опасными ЭМП могут быть для детей, беременных (в частности, для эмбриона), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечнососудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом. В настоящее время специалистами США, Швеции, Дании проведен ряд исследований в пределах 150 м от подстанций, трансформаторов, электрических линий железных дорог и ЛЭП, которые показали, что при длительном воздействии ЭМП риск развития раковых заболеваний у детей, в особенности детской лейкемии, возрастает почти в 4 раза.
Влияние ЭМП на организм человекаНаиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия электромагнитного излучения на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы. Лица, длительное время находившиеся в зоне электромагнитного излучения (ЭМИ), предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций (дыхание, питание, газообмен, выделительная функция), различные нарушения со стороны сердечнососудистой системы. Обычно эти изменения возникают у лиц, по роду своей работы постоянно находившихся под действием ЭМИ с достаточно большой интенсивностью (ЛЭП, электротранспорт, трансформаторные подстанции и т.п.).
Длительное повторное воздействие выше предельно допустимых норм ЭМИ (особенно в дециметровом диапазоне волн, например от телевизионных и радиовещательных станций) может привести к психическим расстройствам.
В подавляющем большинстве случаев облучение происходит полями относительно низких уровней (поля от объектов промышленной частоты: электропроводка, бытовые приборы; компьютеры, сотовые телефоны): перечисленные ниже последствия относятся к таким случаям.
Влияние ЭМП на нервную систему . Большое число исследований, выполненных в России, дают основание отнести нервную систему к одной из наиболее чувствительных систем в организме человека к воздействию ЭМП. У людей, имеющих контакт с ЭМП, изменяется высшая нервная деятельность, ухудшается память. Эти лица могут иметь склонность к развитию стрессорных реакций, таких, как головные боли, постоянная усталость, резкие перемены настроения, угнетенное состояние, высыпания на коже, нарушения сна, потеря аппетита.
Высокую чувствительность к ЭМП проявляет нервная система эмбриона. Возрастает риск нарушения формирования нервной системы плода.
Влияние ЭМП на иммунную систему . При воздействии ЭМП нарушаются процессы формирования иммунитета, чаще — в сторону их угнетения. Может происходить изменение белкового обмена, наблюдается определенное изменение состава крови. Возможно образование в организме антител, направленных против собственных тканей.
Влияние ЭМП на эндокринную систему . В работах советских ученых еще в 1960-е годы показано, что при действии ЭМП, как правило, происходила стимуляция самой главной эндокринной железы, расположенной в головном мозге, — гипофиза. Это приводит к увеличению количества выработки гормонов других желез — надпочечников, в том числе стрессорного гормона — адреналина, в результате чего организм хуже адаптируется к физическим факторам внешней среды (высокие температуры воздуха, недостаток кислорода и т.д.).
Влияние ЭМП на репродуктивную функцию . Чувствительность эмбриона к ЭМП значительно выше, чем чувствительность материнского организма. ЭМП низкой интенсивности, оказывающее негативное воздействие на организм беременных женщин, могут быть причиной преждевременных родов, а также различных врожденных патологий у детей. Наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша. Это в первую очередь касается женщин, работающих в условиях нарушенных норм электромагнитной безопасности. О нормах электромагнитной безопасности для вашего рабочего места вас должен проинформировать инженер по охране труда на предприятии. Позаботиться о безопасности в первую очередь стоит женщинам, работающим на производствах, обслуживающих мощные источники электромагнитного излучения — антенны, локаторы, электрические подстанции, а также на производствах с большим количеством техники (станков и т.п.).
Защита от электромагнитного излученияКаким же образом обезопасить свою семью от столь негативного воздействия? Во-первых, не следует забывать, что все описанные исследования и негативные последствия воздействия ЭМП приводились для случаев непрерывного длительного или периодического длительного облучения. Также важно помнить о том, что максимальный вред наносится при комбинированном и суммарном воздействии от нескольких источников. Общее правило для всех вредных воздействий: ослабить их, насколько это возможно, минимизировать количество источников воздействия, сократить время воздействия.
Для защиты населения в РФ существует санитарно-гигиеническое нормирование электромагнитных полей, основанное на многолетних исследованиях и установленное законодательно. Прежде всего, вокруг источников электромагнитного поля должна быть санитарно-защитная зона, при необходимости должны выполняться мероприятия по снижению напряженности электрического поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов. Размер этой зоны определяется законодательно в зависимости от типа источника. В пределах санитарно-защитной зоны запрещается: размещать жилые и общественные здания и сооружения; дачные и садово-огородные участки; устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта; размещать предприятия по обслуживанию автомобилей.
Вот самые простые меры безопасности и профилактики для защиты от ЭМП.
Осторожно, ЛЭП! Держитесь подальше от высоковольтных ЛЭП. Прежде всего, вокруг источников электромагнитного поля промышленной частоты должна быть отведена санитарно-защитная зона. Размер этой зоны определяется законодательно и установлен в зависимости от напряжения, идущего по ЛЭП, от 10 до 55 м. Поскольку простому обывателю трудно определить, каково напряжение конкретной ЛЭП, то лучше всего не приближаться к ним ближе чем на 55 м, а еще лучше — держаться в радиусе 100-150 м. При этом не следует пугаться ЛЭП, идущих вдоль дорог, так как все исследования говорят о вреде длительного воздействия ЭМП. Так что не стоит загорать на лесной просеке под ЛЭП и устраивать там пикник с детьми. Не нужно возделывать грядки непосредственно под линией или в радиусе 150 м и обустраивать там садовые участки. Ведь допустимое время нахождения в зоне действия ЭМП от "высоковольток" — лишь несколько минут. Не покупайте дачные и садовые участки под ЛЭП, в санитарно-защитной зоне ЛЭП. Если участок граничит с санитарно-защитной зоной ЛЭП, пригласите специалистов из аккредитованных лабораторий для проведения измерений и определения безопасной зоны для продолжительного пребывания людей.
Те же меры предосторожности приводятся для крупных трансформаторных подстанций. Если у вас во дворе стоит будка небольшой трансформаторной подстанции, то лучше не пускать малыша играть в радиусе 10 м от нее.
Телебашни и передающие радиотехнические объ¬екты различного характера . Действует все то же золотое правило — обходим стороной. Нужно отметить, что эти объекты, как правило, имеют санитарно-защитную зону намного большую, чем ЛЭП. В данном случае речь может идти о расстояниях в 1,5-6 км.
Транспорт на электрической тяге . Максимально опасные зоны в данном случае находятся в кабинах машинистов и около края платформы. Поэтому, ожидая электропоезда или поезда метрополитена, лучше отойти подальше от края платформы.
Бытовые приборы . Поскольку в наших домах, как паутина, повсюду тянется электропроводка, мы постоянно пользуемся бытовыми приборами, необходимо помнить простые правила безопасности: отдалять источник излучения, минимизировать количество источников, сокращать время воздействия. Одно из главных правил дома — не включать сразу всю бытовую технику: не стоит устраивать электромагнитную бурю. Используйте, по возможности, бытовые приборы раздельно. Например, когда пылесосите, выключите телевизор.
Поместив для подогрева пищу в микроволновку и нажав кнопку "старт", можно ретироваться в комнату и там вместе с малышом подождать пару минут, пока греется еда.
Также и электрочайник прекрасно справится с кипячением воды без вашего присутствия. Поскольку не всегда есть возможность выйти из помещения, где работает бытовая техника, электрочайник и микроволновку лучше поставить на расстоянии 0,5-1 м от обеденного или разделочного стола.
Пылесос во время уборки мы, как правило, держим за шланг и в процессе довольно далеко (более 1 м) удаляемся от самого излучающего корпуса пылесоса.
Компрессор, излучающий элемент обычного холодильника , находится также достаточно далеко от нас, чтобы нам навредить. Но можно при необходимости поставить обеденный стол на расстоянии более 1 м от холодильника.
Если стиральная машина стоит не в кладовке или ванной комнате, где можно спокойно стирать, когда помещение никому не требуется, практикуйте стирку во время вашего отсутствия.
Находиться в пределах 2 м от работающей стиральной машины небезопасно с точки зрения излучения — и не важно, чем человек в этот момент занят. Принимать душ или ванну, когда в ванной комнате работает стиральная машина, небезопасно и с точки зрения электробезопасности. При подключении стиральной машины должны обязательно соблюдаться условия заземления, об этом и обо всех правилах подключения подробно сказано в инструкции по ее использованию. Для подключения крупногабаритной бытовой техники (стиральной машины, плиты, посудомоечной машины) в целях собственной безопасности всегда лучше пригласить специалиста.
Электроплита также является источником ЭМИ промышленной частоты. При приготовлении пищи не забывайте, что чем выше мощность, тем больше уровень излучения, Поэтому старайтесь не использовать максимальные режимы нагрева конфорок и духовки, выбирайте режимы средней мощности, и не стоит одновременно включать все конфорки и духовку.
Телевизор важно смотреть на расстоянии не ближе 2-3 м, и конечно, не злоупотреблять временем просмотра. Не используйте включенный телевизор в качестве "фона" целый день.
Электропроводка . Лучше, если электрическая проводка экранированная, т.е. выполнена с использованием специальных экранированных кабелей, имеющих дополнительные обмотки, препятствующие распространению ЭМИ наружу, и идет по полу, чем на расстоянии 1-1,5 м от пола, находясь как раз на уровне головы спящего человека. Не стоит в изголовье кровати помещать розетки с постоянно включенными в них бра. Кровать для ночного отдыха рекомендуется максимально удалять от источников продолжительного облучения, расстояние до распределительных шкафов, силовых электрокабелей должно быть 2,5-3 м, даже если они находятся за стеной. Поэтому при расстановке мебели посмотрите чертежи дома у застройщика при въезде в новостройку или в управляющей компании для домов, введенных в эксплуатацию. При необходимости установить теплые полы рекомендуется выбирать электрические системы с пониженным уровнем магнитного поля и многоуровневой изоляцией нагревательного элемента кабеля или системы водяного теплого пола. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо сравнить технические характеристики товара.
Лифт . При работе лифта создается очень большое по интенсивности электромагнитное поле. По возможности следует выбрать квартиру максимально удаленную от лифта. Если же такой возможности не представилось, то нужно понять, с какой комнатой и стеной в этой комнате граничит лифт. У этой стены не ставьте кровать, не организовывайте рабочее место — устройте там, например, зеленый уголок.
Телефоны радио- и сотовые . Вредное влияние ЭМИ, образуемого как мобильным, так и обычным радиотелефоном, зависит от мощности телефона. Более мощные телефоны оказывают более негативное воздействие. Существуют исследования, которые показывают возрастающий риск раковых заболеваний мозга при злоупотреблении (более 3-5 минут непрерывного разговора, более 30 минут в день) сотовым телефоном. Другие исследования показывают повышенную утомляемость, нервозность. Но в современном мире мобильный телефон уже давно стал необходимостью. Поэтому предлагаются простые правила, позволяющие минимизировать воздействие электромагнитного излучения данного фактора. Постарайтесь на работе и дома чаще использовать обычный телефон, пускай и радио-, но его мощность намного меньше, чем мобильного. Используйте проводную гарнитуру, тем самым удаляя источник излучения. Не стоит использовать сотовый телефон в качестве будильника и класть его неподалеку во время сна, лучше отключите его или держите подальше. Носить мобильный телефон лучше в сумке, а не в кармане.
Персональные компьютеры. Видеодисплейные терминалы . При расстановке компьютеров в офисе учтите, что излучение исходит не только от монитора, но и от системного блока, Если ПК стоят друг за другом, то минимальное расстояние между ними должно быть 2 м, если бок о бок — 1,2 м. Рабочее место не должно попадать в зону излучения от задней панели любого монитора, так как там оно максимально. Важно выбрать качественный современный монитор, отвечающий всем стандартам безопасности. С точки зрения ЭМИ ЖК-монитор для пользователя безопаснее, излучение есть по электрической составляющей от стенки, но оно меньше. Системный блок и монитор должны находиться как можно дальше от вас. Не оставляйте компьютер включенным на длительное время, если вы им не пользуетесь. Также не забудьте использовать "спящий режим" для монитора, так как излучение в этом случае меньше.
Старайтесь устраивать перерывы в работе, во время которых нужно находиться вдалеке от компьютеров.
Игровые приставки также являются источником ЭМИ.
Осталось сказать, что яд от лекарства отличается лишь дозировкой. Так ЭМП успешно применяются в медицине для лечения многих заболеваний, например различных опухолей, варикозного расширения вен, гипертонической болезни, лечения заболеваний ЛОР-органов и органов дыхания, в косметических целях, для лечения воспалительных заболеваний мышц, суставов, периферической нервной системы, при лечении ушибов, переломов, остеохондроза позвоночника, гинекологических и урологических заболеваний и многих других. Поэтому главное — быть предусмотрительными и соблюдать осторожность.
Пользователь. | 18.10.2017
В спальне стоит морозильник.ларь.он может быть причиной частой головной боли? Ставить больше некуда.
Нина | 30.10.2013
Замечательная статья, нужная - открывает глаза на агрессивность со стороны мира, который создали своими же руками и ввели в свои жизни "троянских коней", только в виде домашних "помощников" - врагов, без которых не мыслим своей жизни...
Владимир | 13.08.2013
С 2006 года по настоящее время период первично обследовано 237 человек (6 – 15 лет), из которых 156 детей находятся под наблюдением более 2 лет (58 – 2 года, 48 – 3 года, 21– 4 года, 14 – 5 лет и 15 – 6 лет). Контрольная группа - 67 детей, тестовая (дети-пользователи) - 170. Воздействие мобильного телефона на детейПолученные результаты указывают на мультивариантность возможного воздействия излучения мобильных телефонов на нервную систему детей. Установлено, что у детей-пользователей мобильными телефонами (МТ) увеличивается время реакции на звуковой (ВРСС) и световой сигнал (ВРЗС). В частности у детей 7-летнего возраста, для ВПСС этот эффект проявляется, если суммарное время пользования МТ составляет 360 мин, а для ВРЗС – 730 мин. У всех детей-пользователей МТ выявлен эффект увеличения числа нарушений фонематического восприятия, которые являются признаками неверного восприятие на слух близких по звучанию или сходных по артикуляции звуков речи. Зарегистрировано снижение показателя работоспособности (у 50,7%) и повышение параметра утомления (в 39,7% случаев). Кроме этого, были установлены изменения высших психических функций. В частности, снижение показателей устойчивости произвольного внимания: в 14,3% случаев отмечено снижение показателя продуктивности выполнения тестового задания и в 19,4% случаев – показателя точности. Изменение показателей смысловой памяти также были зарегистрированы: снижение показателя точности выполнения задания выявлено у 19,4% учащихся и в 30,1% случает отмечено увеличение времени выполнения задания. Описанные выше эффекты уже отражаются на успешности ребёнка при обучении в школе. Так, выявленное возрастание числа нарушений фонематического восприятия увеличивает вероятность ошибок в речи и в письме, а также снижают эффективность работы логопеда при проведении коррекционно-развивающих занятий. Несмотря на то, что в большинстве случаев изменение психофизиологических показателей выявлено пока в пределах возрастных норм, однако установлена устойчивая тенденция к снижению показателей с высоких величин до нижней границы нормы. Таким образом, предварительные результаты позволяют сделать вывод, что излучение мобильных телефонов могут оказывать негативное влияние на психофизическое здоровье детей. Следует подчеркнуть, что проводимые исследования не имеют аналогов, как в России, так и за рубежом. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимической физики им. Н.М.Эмануэля РАН, Москва, Россия, Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва. Хорсева Н.И., Григорьев Ю.Г., Горбунова Н.В.
Борис | 21.02.2013
возможен ли выезд в пределах 70км от с-пб. для измерения эмп.
Лаборатория №5 | 30.11.2010
Если кому интересно измерить у себя дома (в квартире, или частном доме) электромагнитное излучение от линий электропередач, электроподстанций, компьютера, электробытовых приборов и пр. - обращайтесь. измерения провожу в диапазонах частот 5 Гц - 400 кГц и 50Гц отдельно. Укажу норму согласно с действующими нормативами, дам рекомендации по устранению превышений, при наличии таковых. Так же, при необходимости, могу измерить и оценить уровни освещенности, шума, вибрации и прочих физических факторов (специализированными приборами) работа в СПб и Лен. области пишите на ящик [email protected]
* - поля, обязательные для заполнения.
Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) - распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.
Диапазоны электромагнитного излучения
1 Радиоволны
2. Инфракрасное излучение (Тепловое)
3. Видимое излучение (Оптическое)
4. Ультрафиолетовое излучение
5. Жёсткое излучение
Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту и длину волны. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. Скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше.
Особенностями электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики являются 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.
Общим для всех видов излучений является скорость их распространения в вакууме, равная 300 000 000 метров в секунду.
Электромагнитные излучения характеризуются частотой колебаний, показывающих число полных циклов колебаний в секунду, или длиной волны, т.е. расстоянием, на которое распространяется излучение за время одного колебания (за один период колебаний).
Частота колебаний (f), длина волны (λ) и скорость распространения излучения (с) связаны между собой соотношением:с = f λ.
Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам . 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.
Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые или микрометровые. Волны с длиной λ длиной менее 1 м (частота более 300 МГц) принято также называть микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ).
Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны 0,74 мкм) и микроволновым излучением (1-2 мм).
Инфракрасное излучение занимает самую большую часть оптического спектра. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как все тела, твёрдые и жидкие, нагретые до определённой температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне.
Видимый свет представляет собой сочетание семи основных цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового.Перед красными областями спектра в оптическом диапазоне находятся инфракрасные, а за фиолетовыми - ультрафиолетовые. Но не инфракрасные, не ультрафиолетовые не видимы для человеческого глаза.
Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра
в широком смысле этого слова. Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 градусов и светит ярко-жёлтым светом. Этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.
Излучение оптического диапазона
возникает при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота его излучения. 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.
В природе мы чаще всего встречаемся е телами, излучающими свет сложного спектрального состава, состоящего из воли различной длины. Поэтому энергия видимых излучений воздействует на светочувствительные элементы глаза и производит неодинаковое ощущение. Это объясняется разной чувствительностью глаза к излучениям с различными длинами волн.
Кроме теплового излучения источником и приёмником оптического излучения могут служить химические и биологические реакции. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии.
Жёсткие лучи . 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.
Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) - электромагнитное излучение, занимающее диапазон между видимым и рентгеновским излучением (380 - 10 нм, 7,9×1014 - 3×1016 Гц). Диапазон условно делят на ближний (380-200 нм) и дальний, или вакуумный (200-10 нм) ультрафиолет, последний так назван, поскольку интенсивно поглощается атмосферой и исследуется только вакуумными приборами.
Длинноволновое ультрафиолетовое излучение
обладает сравнительно небольшой фотобиологической активностью, но способно вызвать пигментацию кожи человека, оказывает положительное влияние на организм. Излучение этого поддиапазона способно вызывать свечение некоторых веществ, поэтому его используют дли люминесцентного анализа химического состава продуктов.
Средневолновое ультрафиолетовое излучение
оказывает тонизирующее и терапевтическое действие на живые организмы. Оно способно вызывать эритему и загар, превращать в организме животных необходимый для роста и развития витамин D в усвояемую форму, обладает мощным антирахитным действием. Излучение этого поддиапазона вредны для большинства растений.
Коротковолновое ультрафиолетовое излечение
отличается бактерицидным действием, поэтому его широко используют для обеззараживания воды и воздуха, дезинфекции и стерилизации различного инвентаря и посуды.
Основной природный источник ультрафиолетового излучения на Земле - Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от различных факторов.
Искусственные источники ультрафиолетового излучения многообразны. Сегодня искусственные источники ультрафиолетового излучения широко применяются в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т.д. предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного ультрафиолетового излучения излучения.
Влияние электромагнитного излучения на человека
Мы живем на планете, которая постоянно (24 часа, 7 дней в неделю) оказывает на нас различного рода воздействия. Электромагнитное излучение, влияние на человека которого увеличилось в последние годы, является одним из основных факторов, определяющих не только наш быт, но и наше состояние здоровья. Рассмотрим, как именно происходит воздействие электромагнитного излучения на человека, и какие последствия им вызваны.
Источники электромагнитного излученияНа нашей планете существует природный радиационный фон (ПРФ) в виде нескончаемого потока высокоэнергетических частичек, в котором существует живая материя. ПРФ составляют космические излучения (около 16%), гамма-излучения Земли (почти 22%), излучения живых организмов (в пределах 20%), а также излучения торона и радона (42%).
ПРФ является ионизирующим излучением, энергия частиц которого при поглощении клеткой организма способна индуцировать разложение или возбуждение веществ на молекулярном уровне. В течение 1 часа в живых клетках происходит в среднем 200 миллионов — 6 миллиардов таких превращений. Выходит, что все организмы Земли в каждую секунду, начиная с момента зачатия и заканчивая смертью, попадают под влияние электромагнитного излучения естественного происхождения.
Развиваясь, люди начали пользоваться электромагнитной энергией в своих целях. Так, человечество создало электромагнитное поле (ЭМП) искусственного происхождения. Но за короткий период своего существования оно уже существенно превышает уровень ПРФ. Мировые энергоресурсы увеличиваются вдвое почти каждые 10 лет, что также влияет на рост ЭМП.
Наибольшее влияние электромагнитного излучения на здоровье человека и других животных организмов происходит в техногенных радиочастотных ЭМП и низкочастотных полях. Так, в локализации подстанций и воздушных линий сверхвысокого напряжения напряженность промышленного магнитного поля выше естественного уровня магнитных полей планеты в среднем на 2-3 порядка.
С развитием искусственного ЭМП из-за использования радиопередающих средств коммуникации (в том числе и мобильных телефонов, телевизоров, радиоприемников, компьютеров и пр.) возникло явление электромагнитного загрязнения, или «смога». Неионизирующие электромагнитные излучения низких частот (до 1000 Гц) создаются электротранспортом, многочисленными линиями передач и кабельными трассами. Некоторые эксперты ВОЗ полагают, что на сегодняшний день уровень ЭМ загрязнения планеты сравнялся с ее химическим загрязнением.
Одно из наисильнейших воздействий электромагнитного излучения на человека в городах оказывают центры радиотелевизионных передач, которые излучают вокруг себя ультракороткие волны высокой частоты. Давно отмечено сильное влияние электромагнитных волн на организм человека от бытовой электротехники. Для сравнения: когда человек сушит волосы феном, влияющий на него прибор вырабатывает магнитную индукцию в пределах 2000 мкТл, тогда как природный ЭМ фон Земли не превышает отметку в 30-60 мкТл. Мобильные телефоны, которых у некоторых людей насчитывается несколько штук, излучают дециметровые волны большой проникающей способности. В микроволновых печах для приготовления и подогрева пищи применяется энергия сверхвысокочастотных электромагнитных волн.
Взаимодействие ЭМП с человеческим организмом
На сегодняшний день в ходе массы исследований достоверно установлено воздействие электромагнитных полей на человека, которые возникли антропогенным путем. Техногенные ЭМП несут в себе потоки разных длин и частот, неблагоприятных резонансных явлений, сверхвысокочастотных излучений, от которых тело человека пока еще не выработало защиту.
Регулярное воздействие электромагнитного поля искусственного происхождения может отражаться на работоспособности людей, способности к запоминанию, внимании, приводить ко многим заболеваниям различных систем органов. Антропогенный магнитный фон в разы увеличивает вероятность развития сердечно-сосудистых и эндокринных заболеваний, злокачественных опухолей, иммунодефицита, эректильной дисфункции у мужчин.
Но если сильное воздействие электромагнитных полей на организм человека достаточно исследовано, то влияние слабых эффектов во многом еще остается загадкой. Предполагается, что именно слабые воздействия оказывают опосредованное влияние в виде канцерогенных и генетических эффектов.
Рассмотрим, как влияние на организм людей оказывают электромагнитные поля низкой и высокой частоты.
Эффекты ЭМП низкой частоты на человеческое телоВоздействие низкочастотного электромагнитного поля на человека происходит так, что последний играет роль проводника. ЭМП низкой частоты провоцирует в теле возникновение тока. Так как электромагнитные волны в данном случае имеют длину, во много раз превосходящую размеры человека, они оказывают эффект на весь организм. Наши ткани и органы имеют различное друг от друга строение, то есть они имеют различные электрические свойства. Из-за этого воздействие на человека ЭМП низкой частоты будет отличаться в разных частях тела. Наиболее чувствительными к низкочастотному излучению оказываются структуры нервной системы.
Влияние электромагнитных излучений на организм человека проявляется в небольшом повышении температуры тканей, непосредственно контактирующих с волнами низкой частоты. Были изучены эффекты низкочастотного волнового излучения на увеличение выработки гормонов гипофиза и коры надпочечников, что в большинстве случаев ведет к активации элементов половой системы.
Исследователи установили определенную связь между развитием онкологических образований и влиянием электромагнитного поля на организм человека, но эти результаты требуют дополнительных анализов и повторов. На сегодня точно определена роль низкочастотного ЭМП на возникновение лейкоза и рака головного мозга у людей разных возрастов, которые регулярно подвергаются облучению.
Опасными для человеческого тела являются также сверхнизкочастотные электромагнитные излучения. Они могут оказать такое же действие на электромагнитное поле человека, как и радиация.
Как действуют на человека ЭМП высокой частоты?Реакция организма на излучения высокой частоты (в отличие от низкочастотного ЭМП) проявляется в нагреве тканей, непосредственно подвергшихся воздействию облучения. Причем тепловая реакция усиливается пропорционально росту частоты ЭМП. В отличие от тока низкой частоты высокочастотный ток не приводит к возбуждению нервных и мышечных клеток.
Влияние электромагнитных полей на человека может происходить как локально (на определенные участки тела), так и на весь организм. Это зависит от того, полностью или частично происходит действие электромагнитного излучения на организм человека, а еще от длины волны.
Энергия сверхвысокочастотного излучения больше всего поглощается водными средами организма. Эти волны почти не вступают во взаимодействие с кожным покровом и жировой тканью, но оказывают эффект на мышечные волокна и внутренние органы. Сейчас детально изучаются эффекты сверхвысокочастотного излучения низкой интенсивности на центральную нервную систему людей. Было установлено, что оно оказывает на организм кардиотропное действие.
Отдельное внимание нужно уделить влиянию микроволновых излучений на здоровье человека. Наибольшая доля в микроволновом загрязнении отводится радиостанциям и тем объектам, которые генерируют электромагнитное излучение в сверхвысокочастотном диапазоне. У работников подобных станций систематически возникают мигрень, недомогание, заторможенность, проблемы с запоминанием и пр.
В зависимости от характера облучения и величины дозы поражение микроволнами принято разделять на острое и хроническое. Для острого поражения характерны термогенный эффект и кратковременное воздействие излучения. При хроническом поражении микроволны воздействуют на тело человека в течение долгого времени. Страшно то, что влияние электромагнитного излучения на организм человека в этом случае проявляется отдаленно, а поэтому выявить его эффекты крайне сложно.
Многочисленные исследования установили высокую чувствительность определенных органов и тканей к влиянию ЭМП, а именно:
- центральной нервной системы (перевозбуждение нервных клеток);
- органов зрения;
- половых желез (у мужчин развивается импотенция, снижается выработка тестостерона, а у женщин могут возникать выкидыши, токсикозы во время беременности, патологии во внутриутробном развитии плода);
- органов сердечно-сосудистой системы (миокардиодистрофия, коронарная недостаточность и пр.);
- желез внутренней секреции;
- иммунной системы (при хроническом облучении возможно развитие лейкопении).
Влияние электромагнитного поля на здоровье человека проявляется в реакциях трех типов со стороны последнего: возбуждение, нагрев и кооперация. Первым двум посвящено много научных работ, третий остается все еще слабо изученным.
Как известно, экология, питание и стресс – это основные факторы, которые влияют на здоровье человека. Все, что попадает в наш организм извне, помогает или вредит нам.
Разрушают наше здоровье, накапливаясь в организме, токсичные вещества, нитраты, пестициды, тяжелые металлы, радиация и электромагнитное излучение.
Даже в наших домах мы не защищены от влияния внешних факторов. Мы живем в окружении химикатов.
Отделочные материалы, моющие и чистящие средства в своей основе состоят из синтетических материалов, которые оказывают на организм человека канцерогенное действие. Если сравнить с озоновыми дырами и кислотными дождями, то воздействие на организм человека синтетических материалов внутри наших домов намного больше и что самое страшное -это их постоянное воздействие на людей, хотя и малыми дозами.
Поэтому вряд ли стоит удивляться, что болезни, причиной которых является влияние внешних воздействий на организм, встречаются все чаще и чаще. Это не только обычные аллергии , но и онкозаболевания такие как рак.
на организм человекаЧто можно сказать об электромагнитных полях? Электрические провода оплели наши дома, поймав нас в сети паутины, словно в ловушку. Воздействие радиации подвергают каждого человека риску различных заболеваний. И вряд ли большинство из нас смогут изменить что-то в этом плане. Сейчас это не в силах ни для кого.
Поэтому хочу подробнее остановиться на влиянии электромагнитных излучений на организм человека .
Согласитесь, сложно представить современную жизнь без бытовых приборов: компьютеры, телевизионные приемники, сотовая связь, излучения СВЧ печей, все это создает электромагнитное поле, которое может продолжать свое существование некоторое время даже после отключении всех приборов, подобно статическому электричеству.
Особенно чувствительны к влиянию электромагнитных излучений на организм человека иммунная, нервная, половая и эндокринная системы. У человека ухудшается память, снижается иммунитет, проявляется постоянное напряжение из-за увеличения адреналина в крови, снижается половая активность, у женщин усиливается негативное влияние на развитие плода во время беременности.
Те люди, которые постоянно вынуждены подвергаться контакту с электромагнитным излучением, чаще всего страдают радиоволновой болезнью. Ведь недаром врачи-рентгенологи идут на пенсию очень рано.
Что же делать, если мы постоянно вынуждены подвергаться электромагнитному воздействию?
Защита от электромагнитных излученийНа предприятиях для защиты работников от электромагнитных излучений используют различные поглощающие, отражающие материалы и отклоняющие устройства.
В быту наиболее эффективной является защита расстоянием. Также используют пластину из шунгита, которая называется магралит, которую устанавливают на сотовые телефоны. Тем самым намного снижается вредное влияние на мозг говорящего по сотовому телефону человека. Посмотрите видео о пластине из шунгита магралит:
Как защитить себя, если вы вынужденно подвергаетесь электромагнитному излучению? Прежде всего нужно знать степень опасности для здоровья человека каждого бытового прибора. Для этого посмотрите таблицу:
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 10 20 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 E 1 и E 2 двух состояний ядра: f = (E 1 – E 2)/h , где h – постоянная Планка.
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.
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. 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.