Электромагнитное поле это: Электромагнитное поле — это… Что такое Электромагнитное поле?

Электромагнитное поле — это… Что такое Электромагнитное поле?

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компонента напряжённости электрического поля и три компонента напряжённости магнитного поля (или — магнитной индукции)^{[~ 1]}, а также четырёхмерным электромагнитным потенциалом — в определённом отношении ещё более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) — предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощённой квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше.

Возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве, называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами)^{[~ 2]}. Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью — скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и ультрафиолет), рентгеновское излучение и гамма-излучение.

История открытия

До начала XIX в. электричество и магнетизм считались явлениями, не связанными друг с другом, и рассматривались в разных разделах физики.

В 1819 г. датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что проводник, по которому течёт электрический ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, расположенного вблизи этого проводника, из чего следовало, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны.

Французский физик и математик А. Ампер в 1824 г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем (см. Закон Ампера).

В 1831 г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции — возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля.

В 1864 г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

Теория Максвелла уже при своем возникновении разрешила ряд принципиальных проблем электромагнитной теории, предсказав новые эффекты и дав надежную и эффективную математическую основу описанию электромагнитных явлений. Однако при жизни Максвелла наиболее яркое предсказание его теории — предсказание существования электромагнитных волн — не получило прямых экспериментальных подтверждений.

В 1887 г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла. Его экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически первую систему радиосвязи, хотя сам Герц не видел никакого практического применения своего открытия, и рассматривал его исключительно как экспериментальное подтверждение теории Максвелла.

В XX в. развитие представлений об электромагнитном поле и электромагнитном излучении продолжилось в рамках квантовой теории поля, основы которой были заложены великим немецким физиком Максом Планком. Эта теория, в целом завершенная рядом физиков около середины XX века, оказалась одной из наиболее точных физических теорий, существующих на сегодняшний день.

Во второй половине XX века (квантовая) теория электромагнитного поля и его взаимодействия была включена в единую теорию электрослабого взаимодействия и ныне входит в так называемую стандартную модель в рамках концепции калибровочных полей (электромагнитное поле является с этой точки зрения простейшим из калибровочных полей — абелевым калибровочным полем).

Классификация

Электромагнитное поле с современной точки зрения есть безмассовое^{[~ 3]} абелево^{[~ 4]}векторное^{[~ 5]}калибровочное^{[~ 6]} поле. Его калибровочная группа — группа U(1).

Среди известных (не гипотетических) фундаментальных полей электромагнитное поле — единственное, относящееся к указанному типу. Все другие поля такого же типа (которые можно рассматривать, по крайней мере, чисто теоретически) — (были бы) полностью эквивалентны электромагнитному полю, за исключением, быть может, констант.

Физические свойства

Физические свойства электромагнитного поля и электромагнитного взаимодействия — предмет изучения электродинамики, с классической точки зрения оно описывается классической электродинамикой, а с квантовой — квантовой электродинамикой. В принципе, первая является приближением второй, заметно более простым, но для многих задач — очень и очень хорошим.

В рамках квантовой электродинамики электромагнитное излучение можно рассматривать как поток фотонов. Частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон (частица, которую можно представить как элементарное квантовое возбуждение электромагнитного поля) — безмассовый векторный бозон. Фотон также называют квантом электромагнитного поля (подразумевая, что соседние по энергии стационарные состояния свободного электромагнитного поля с определенной частотой и волновым вектором различаются на один фотон).

Электромагнитное взаимодействие — это один из основных видов дальнодействующих фундаментальных взаимодействий, а электромагнитное поле — одно из фундаментальных полей.

Существует теория (входящая в Стандартную модель), объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействие в одно — электрослабое. Также существуют теории, объединяющие электромагнитное и гравитационное взаимодействие (например, теория Калуцы-Клейна). Однако последняя, при её теоретических достоинствах и красоте, не является общепринятой (в смысле её предпочтительности), так как экспериментально не обнаружено ее отличий от простого сочетания обычных теорий электромагнетизма и гравитации, как и теоретических преимуществ в степени, заставившей бы признать её особенную ценность. Это же (в лучшем случае) можно сказать пока и о других подобных теориях: даже лучшие из них по меньшей мере недостаточно разработаны, чтобы считаться вполне успешными.

Безопасность электромагнитных полей

В связи со всё большим распространением источников ЭМП в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретают нормирование уровней ЭМП и изучение возможного влияния ЭМП на человека^[1]. Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны.

Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях — на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в разных радиочастотных диапазонах различны^[2].

См. также

Примечания

1. ↑ Для вакуума, для которого формулируются фундаментальные уравнения, напряжённость магнитного поля и магнитная индукция — по сути одно и то же, хотя в некоторых системах единиц (в том числе в СИ) могут отличаться постоянным множителем и даже единицами измерения.
2. ↑ Подразумевается распространение со слабым убыванием по интенсивности; в вакууме подразумевается убывание с расстоянием от источника медленнее, чем убывание статического (кулоновского) поля; плоская электромагнитная волна — пока приближение плоской волны верно и в пренебрежении поглощением (или в идеальном вакууме) — вообще не убывает по амплитуде, сферическая — убывает медленнее, чем соответственно напряженность или потенциал в законе Кулона.
3. ↑ Параметр m (масса) в уравнении Клейна-Гордона для электромагнитного поля равен нулю (иначе говоря, это означает, что электромагнитный потенциал подчиняется — в определённой калибровке — просто волновому уравнению. С этим связан факт, что фотон (в вакууме) нельзя — как и любую безмассовую частицу — остановить (а также разогнать или замедлить), он всегда движется с одной и той же скоростью — скоростью света.
4. ↑ В наиболее простой интерпретации это означает, что электромагнитное поле непосредственно не взаимодействует само с собой, то есть что электромагнитное не имеет электрического заряда. Фотон не может сам непосредственно излучить или поглотить другой фотон.
5. ↑ При применении терминов в узком смысле калибровочными считаются только векторные поля; но мы, во всяком случае, обозначим здесь векторный характер электромагнитного поля явно.
6. ↑ Калибровочным электромагнитное поле является при рассмотрении его во взаимодействии с электрически заряженными частицами; понятие калибровочного поля всегда подразумевает подобное взаимодействие (подобное в каком-то смысле; конкретный способ взаимодействия может заметно отличаться).

Литература

Ссылки

1. ↑ Ю. А. Холодов Мозг в электромагнитных полях. — М.: Наука, 1982. — P. 123. — (Человек и окружающая среда).
2. ↑ Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 10-60 КГц (утв. Минздравом СССР 31.07.1991 № 5803-91), по состоянию на 12 октября 2006 года.

Электромагнитное поле — это… Что такое Электромагнитное поле?

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компонента напряжённости электрического поля и три компонента напряжённости магнитного поля (или — магнитной индукции)^{[~ 1]}, а также четырёхмерным электромагнитным потенциалом — в определённом отношении ещё более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) — предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощённой квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше.

Возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве, называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами)^{[~ 2]}. Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью — скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и ультрафиолет), рентгеновское излучение и гамма-излучение.

История открытия

До начала XIX в. электричество и магнетизм считались явлениями, не связанными друг с другом, и рассматривались в разных разделах физики.

В 1819 г. датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что проводник, по которому течёт электрический ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, расположенного вблизи этого проводника, из чего следовало, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны.

Французский физик и математик А. Ампер в 1824 г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем (см. Закон Ампера).

В 1831 г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции — возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля.

В 1864 г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

Теория Максвелла уже при своем возникновении разрешила ряд принципиальных проблем электромагнитной теории, предсказав новые эффекты и дав надежную и эффективную математическую основу описанию электромагнитных явлений. Однако при жизни Максвелла наиболее яркое предсказание его теории — предсказание существования электромагнитных волн — не получило прямых экспериментальных подтверждений.

В 1887 г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла. Его экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически первую систему радиосвязи, хотя сам Герц не видел никакого практического применения своего открытия, и рассматривал его исключительно как экспериментальное подтверждение теории Максвелла.

В XX в. развитие представлений об электромагнитном поле и электромагнитном излучении продолжилось в рамках квантовой теории поля, основы которой были заложены великим немецким физиком Максом Планком. Эта теория, в целом завершенная рядом физиков около середины XX века, оказалась одной из наиболее точных физических теорий, существующих на сегодняшний день.

Во второй половине XX века (квантовая) теория электромагнитного поля и его взаимодействия была включена в единую теорию электрослабого взаимодействия и ныне входит в так называемую стандартную модель в рамках концепции калибровочных полей (электромагнитное поле является с этой точки зрения простейшим из калибровочных полей — абелевым калибровочным полем).

Классификация

Электромагнитное поле с современной точки зрения есть безмассовое^{[~ 3]} абелево^{[~ 4]}векторное^{[~ 5]}калибровочное^{[~ 6]} поле. Его калибровочная группа — группа U(1).

Среди известных (не гипотетических) фундаментальных полей электромагнитное поле — единственное, относящееся к указанному типу. Все другие поля такого же типа (которые можно рассматривать, по крайней мере, чисто теоретически) — (были бы) полностью эквивалентны электромагнитному полю, за исключением, быть может, констант.

Физические свойства

Физические свойства электромагнитного поля и электромагнитного взаимодействия — предмет изучения электродинамики, с классической точки зрения оно описывается классической электродинамикой, а с квантовой — квантовой электродинамикой. В принципе, первая является приближением второй, заметно более простым, но для многих задач — очень и очень хорошим.

В рамках квантовой электродинамики электромагнитное излучение можно рассматривать как поток фотонов. Частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон (частица, которую можно представить как элементарное квантовое возбуждение электромагнитного поля) — безмассовый векторный бозон. Фотон также называют квантом электромагнитного поля (подразумевая, что соседние по энергии стационарные состояния свободного электромагнитного поля с определенной частотой и волновым вектором различаются на один фотон).

Электромагнитное взаимодействие — это один из основных видов дальнодействующих фундаментальных взаимодействий, а электромагнитное поле — одно из фундаментальных полей.

Существует теория (входящая в Стандартную модель), объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействие в одно — электрослабое. Также существуют теории, объединяющие электромагнитное и гравитационное взаимодействие (например, теория Калуцы-Клейна). Однако последняя, при её теоретических достоинствах и красоте, не является общепринятой (в смысле её предпочтительности), так как экспериментально не обнаружено ее отличий от простого сочетания обычных теорий электромагнетизма и гравитации, как и теоретических преимуществ в степени, заставившей бы признать её особенную ценность. Это же (в лучшем случае) можно сказать пока и о других подобных теориях: даже лучшие из них по меньшей мере недостаточно разработаны, чтобы считаться вполне успешными.

Безопасность электромагнитных полей

В связи со всё большим распространением источников ЭМП в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретают нормирование уровней ЭМП и изучение возможного влияния ЭМП на человека^[1]. Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны.

Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях — на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в разных радиочастотных диапазонах различны^[2].

См. также

Примечания

1. ↑ Для вакуума, для которого формулируются фундаментальные уравнения, напряжённость магнитного поля и магнитная индукция — по сути одно и то же, хотя в некоторых системах единиц (в том числе в СИ) могут отличаться постоянным множителем и даже единицами измерения.
2. ↑ Подразумевается распространение со слабым убыванием по интенсивности; в вакууме подразумевается убывание с расстоянием от источника медленнее, чем убывание статического (кулоновского) поля; плоская электромагнитная волна — пока приближение плоской волны верно и в пренебрежении поглощением (или в идеальном вакууме) — вообще не убывает по амплитуде, сферическая — убывает медленнее, чем соответственно напряженность или потенциал в законе Кулона.
3. ↑ Параметр m (масса) в уравнении Клейна-Гордона для электромагнитного поля равен нулю (иначе говоря, это означает, что электромагнитный потенциал подчиняется — в определённой калибровке — просто волновому уравнению. С этим связан факт, что фотон (в вакууме) нельзя — как и любую безмассовую частицу — остановить (а также разогнать или замедлить), он всегда движется с одной и той же скоростью — скоростью света.
4. ↑ В наиболее простой интерпретации это означает, что электромагнитное поле непосредственно не взаимодействует само с собой, то есть что электромагнитное не имеет электрического заряда. Фотон не может сам непосредственно излучить или поглотить другой фотон.
5. ↑ При применении терминов в узком смысле калибровочными считаются только векторные поля; но мы, во всяком случае, обозначим здесь векторный характер электромагнитного поля явно.
6. ↑ Калибровочным электромагнитное поле является при рассмотрении его во взаимодействии с электрически заряженными частицами; понятие калибровочного поля всегда подразумевает подобное взаимодействие (подобное в каком-то смысле; конкретный способ взаимодействия может заметно отличаться).

Литература

Ссылки

1. ↑ Ю. А. Холодов Мозг в электромагнитных полях. — М.: Наука, 1982. — P. 123. — (Человек и окружающая среда).
2. ↑ Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 10-60 КГц (утв. Минздравом СССР 31.07.1991 № 5803-91), по состоянию на 12 октября 2006 года.

Электромагнитное поле — это… Что такое Электромагнитное поле?

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компонента напряжённости электрического поля и три компонента напряжённости магнитного поля (или — магнитной индукции)^{[~ 1]}, а также четырёхмерным электромагнитным потенциалом — в определённом отношении ещё более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) — предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощённой квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше.

Возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве, называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами)^{[~ 2]}. Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью — скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и ультрафиолет), рентгеновское излучение и гамма-излучение.

История открытия

До начала XIX в. электричество и магнетизм считались явлениями, не связанными друг с другом, и рассматривались в разных разделах физики.

В 1819 г. датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что проводник, по которому течёт электрический ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, расположенного вблизи этого проводника, из чего следовало, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны.

Французский физик и математик А. Ампер в 1824 г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем (см. Закон Ампера).

В 1831 г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции — возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля.

В 1864 г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

Теория Максвелла уже при своем возникновении разрешила ряд принципиальных проблем электромагнитной теории, предсказав новые эффекты и дав надежную и эффективную математическую основу описанию электромагнитных явлений. Однако при жизни Максвелла наиболее яркое предсказание его теории — предсказание существования электромагнитных волн — не получило прямых экспериментальных подтверждений.

В 1887 г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла. Его экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически первую систему радиосвязи, хотя сам Герц не видел никакого практического применения своего открытия, и рассматривал его исключительно как экспериментальное подтверждение теории Максвелла.

В XX в. развитие представлений об электромагнитном поле и электромагнитном излучении продолжилось в рамках квантовой теории поля, основы которой были заложены великим немецким физиком Максом Планком. Эта теория, в целом завершенная рядом физиков около середины XX века, оказалась одной из наиболее точных физических теорий, существующих на сегодняшний день.

Во второй половине XX века (квантовая) теория электромагнитного поля и его взаимодействия была включена в единую теорию электрослабого взаимодействия и ныне входит в так называемую стандартную модель в рамках концепции калибровочных полей (электромагнитное поле является с этой точки зрения простейшим из калибровочных полей — абелевым калибровочным полем).

Классификация

Электромагнитное поле с современной точки зрения есть безмассовое^{[~ 3]} абелево^{[~ 4]}векторное^{[~ 5]}калибровочное^{[~ 6]} поле. Его калибровочная группа — группа U(1).

Среди известных (не гипотетических) фундаментальных полей электромагнитное поле — единственное, относящееся к указанному типу. Все другие поля такого же типа (которые можно рассматривать, по крайней мере, чисто теоретически) — (были бы) полностью эквивалентны электромагнитному полю, за исключением, быть может, констант.

Физические свойства

Физические свойства электромагнитного поля и электромагнитного взаимодействия — предмет изучения электродинамики, с классической точки зрения оно описывается классической электродинамикой, а с квантовой — квантовой электродинамикой. В принципе, первая является приближением второй, заметно более простым, но для многих задач — очень и очень хорошим.

В рамках квантовой электродинамики электромагнитное излучение можно рассматривать как поток фотонов. Частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон (частица, которую можно представить как элементарное квантовое возбуждение электромагнитного поля) — безмассовый векторный бозон. Фотон также называют квантом электромагнитного поля (подразумевая, что соседние по энергии стационарные состояния свободного электромагнитного поля с определенной частотой и волновым вектором различаются на один фотон).

Электромагнитное взаимодействие — это один из основных видов дальнодействующих фундаментальных взаимодействий, а электромагнитное поле — одно из фундаментальных полей.

Существует теория (входящая в Стандартную модель), объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействие в одно — электрослабое. Также существуют теории, объединяющие электромагнитное и гравитационное взаимодействие (например, теория Калуцы-Клейна). Однако последняя, при её теоретических достоинствах и красоте, не является общепринятой (в смысле её предпочтительности), так как экспериментально не обнаружено ее отличий от простого сочетания обычных теорий электромагнетизма и гравитации, как и теоретических преимуществ в степени, заставившей бы признать её особенную ценность. Это же (в лучшем случае) можно сказать пока и о других подобных теориях: даже лучшие из них по меньшей мере недостаточно разработаны, чтобы считаться вполне успешными.

Безопасность электромагнитных полей

В связи со всё большим распространением источников ЭМП в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретают нормирование уровней ЭМП и изучение возможного влияния ЭМП на человека^[1]. Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны.

Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях — на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в разных радиочастотных диапазонах различны^[2].

См. также

Примечания

1. ↑ Для вакуума, для которого формулируются фундаментальные уравнения, напряжённость магнитного поля и магнитная индукция — по сути одно и то же, хотя в некоторых системах единиц (в том числе в СИ) могут отличаться постоянным множителем и даже единицами измерения.
2. ↑ Подразумевается распространение со слабым убыванием по интенсивности; в вакууме подразумевается убывание с расстоянием от источника медленнее, чем убывание статического (кулоновского) поля; плоская электромагнитная волна — пока приближение плоской волны верно и в пренебрежении поглощением (или в идеальном вакууме) — вообще не убывает по амплитуде, сферическая — убывает медленнее, чем соответственно напряженность или потенциал в законе Кулона.
3. ↑ Параметр m (масса) в уравнении Клейна-Гордона для электромагнитного поля равен нулю (иначе говоря, это означает, что электромагнитный потенциал подчиняется — в определённой калибровке — просто волновому уравнению. С этим связан факт, что фотон (в вакууме) нельзя — как и любую безмассовую частицу — остановить (а также разогнать или замедлить), он всегда движется с одной и той же скоростью — скоростью света.
4. ↑ В наиболее простой интерпретации это означает, что электромагнитное поле непосредственно не взаимодействует само с собой, то есть что электромагнитное не имеет электрического заряда. Фотон не может сам непосредственно излучить или поглотить другой фотон.
5. ↑ При применении терминов в узком смысле калибровочными считаются только векторные поля; но мы, во всяком случае, обозначим здесь векторный характер электромагнитного поля явно.
6. ↑ Калибровочным электромагнитное поле является при рассмотрении его во взаимодействии с электрически заряженными частицами; понятие калибровочного поля всегда подразумевает подобное взаимодействие (подобное в каком-то смысле; конкретный способ взаимодействия может заметно отличаться).

Литература

Ссылки

1. ↑ Ю. А. Холодов Мозг в электромагнитных полях. — М.: Наука, 1982. — P. 123. — (Человек и окружающая среда).
2. ↑ Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 10-60 КГц (утв. Минздравом СССР 31.07.1991 № 5803-91), по состоянию на 12 октября 2006 года.

Магнитное поле — определение, виды

Магнитное поле

Люди только и делают, что говорят про какие-то магнитные бури, привозят магнитики на холодильник, ходят в походы с компасом, который показывает, где север, а где юг. В основе всего этого лежит магнитное поле.

Магнитное поле — это материя, за счет которой осуществляется взаимодействие зарядов.

У нее есть несколько условий для существования:

• магнитное поле материально, то есть существует независимо от наших знаний о нем;
• порождается только движущимся электрическим зарядом;
• обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
• магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

У любого магнита есть два полюса — северный и южный.

Любое магнитное поле описывается магнитными линиями, которые выходят из северного поля и приходят в южный. Эти линии всегда замкнуты, даже если у них бесконечная длина. Вот так это выглядит:

Северный полюс обозначается латинской буквой N (от английского слова North). А южный — буквой S (от английского слова South).

Опыт Эрстеда

Самое главное экспериментальное доказательство того, что магнитное поле возникает из-за движения зарядов — это опыт Эрстеда. В1820 году Эр­стед опыт­ным пу­тём свя­зал элек­три­че­ст­во и маг­не­тизм с по­мо­щью экс­пе­ри­мен­та с от­кло­не­ни­ем стрел­ки ком­па­са.

Это явление использовали, когда создавали первые ам­пер­мет­ры, так как от­кло­не­ние стрел­ки про­пор­цио­наль­но ве­ли­чи­не то­ка. Оно ле­жит в ос­но­ве лю­бо­го элек­тро­маг­ни­та.

А вот и видео эксперимента:

Источник: YouTube-канал «ШКОЛА ОНЛАЙН»

Магнитное поле помогает оздоровлению мышц. В спортзал можно не ходить?

1 декабря 2020

Автор фото, Getty Images

Недавнее исследование, проведенное учеными из Национального университета Сингапура, показало, что один из белков, входящих в состав нашей мышечной ткани, реагирует на слабое магнитное поле, стимулируя мышечный рост.

С возрастом люди постепенно теряют мышечную массу и силу. Причины этого до сих пор толком не известны, поэтому изучение всех аспектов мышечного здоровья представляет немалый интерес, как для ученых, так и для всех, кто столкнулся с проблемой возрастной потери мышечной массы.

Команда под руководством доцента Альфредо Франко-Обрегона из Института инноваций и технологий здравоохранения при сингапурском университете (iHealthtech) обнаружила, что белок TRPC1 реагирует на слабые колебания магнитного поля.

Такая реакция обычно наблюдается во время физических упражнений. Эту чувствительность к воздействию магнитного поля можно использовать для стимуляции восстановления мышц, что может улучшить качество жизни пациентов с нарушенной подвижностью.

Результаты совместного исследования ученых из сингапурского университета и швейцарского Федерального технологического института опубликованы в журнале Advanced Biosystems.

Магнитное поле и здоровье мышц

Магнитные поля, которые исследователи использовали для стимуляции мышц, всего в 10-15 раз сильнее, чем магнитное поле Земли, но намного слабее, чем привычный нам стержневой магнит. Это дало ученым возможность предположить, что мышцы человека естественным образом реагируют на слабое магнитное поле.

Чтобы проверить эту теорию, группа исследователей сначала использовала специальную экспериментальную установку, чтобы нейтрализовать влияние всех окружающих магнитных полей. Исследователи обнаружили, что мышечные клетки действительно росли медленнее, когда они были защищены от воздействия всех магнитных полей окружающей среды.

Автор фото, Westend61

Подпись к фото,

Об отказе от физических упражнений в исследовании не говорится — какая незадача для лентяев…

Эти наблюдения убедительно подтвердили идею о том, что магнитное поле Земли естественным образом взаимодействует с мышцами, вызывая биологические реакции.

Чтобы продемонстрировать участие TRPC1 в качестве своего рода «антенны», реагирующей на магнитное поле, исследователи с помощью генной инженерии создали мышечные клетки, из генома которых был удален белок TRPC1.

Оказалось, что клетки-мутанты не реагируют на любое магнитное поле. Затем исследователи смогли восстановить магнитную чувствительность путем избирательной доставки TRPC1 к этим клеткам.

Метаболические изменения, аналогичные тем, которые достигаются при физических упражнениях, наблюдались в предыдущих клинических испытаниях и исследованиях, проведенных доцентом Франко-Обрегоном. Как оказалось, для стимуляции мышечных клеток достаточно воздействия магнитного поля в течение всего 10 минут в неделю.

Почему это важно

Здоровье мышц сильно влияет на общее метаболическое состояние человека — вес, уровень сахара в крови, инсулина и холестерина, и в целом на самочувствие человека. Особенно это важно для людей с различными заболеваниями, которым трудно поддерживать высокий уровень физической активности в повседневной жизни.

Магнитные поля, симулируя работу мышц, могут помочь пациентам, неспособным выполнять упражнения из-за травм, болезней или слабости. Сейчас ученые исследуют возможности снижения зависимости пациентов от лекарственных препаратов при лечении таких заболеваний, как диабет.

«Мы надеемся, что наши исследования помогут снизить количество прописываемых препаратов для лечения заболеваний, и таким образом уменьшить побочные эффекты от лекарств и повысить качество жизни пациентов», — говорит Франко-Обрегон.

Магнитное поле земли и здоровье человека

Сейфулла Р.Д. 
М.: ООО «Самполиграфист», 2013. 120 с.

Магнитное поле Земли в первом приближении представляет собой диполь, полюса которого располагаются рядом с полюсами планеты. Магнитное поле – разновидность электромагнитного поля, создаваемого движущимися электрическими зарядами или токами и оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряды или токи. Поле определяет магнитосферу, которая отклоняет частицы солнечного ветра. Они накапливаются в радиационных поясах – двух концентрических областях в форме экватора вокруг Земли. Около магнитных поясов эти частицы могут «высыпаться» в атмосферу и приводить к появлению полярных сияний. Нашу планету окружает магнитное поле, которое существует с момента её формирования. Всё, что находится на Земле подвержено действию невидимых силовых линий этого поля. Именно это обстоятельство заинтересовало нас в большей степени, так как структура и функция Земли, а также и человеческого организма тесным образом связана с наличием электрических зарядов, которые определяют все процессы, связанные с жизнедеятельностью всех организмов, находящихся на её поверхности, в воде, в почве, в воздухе. Земля обладает электрическим и магнитным полем. Вся планета имеет отрицательный заряд, а ионосфера положительный. Линии напряженности электрического поля направлены сверху (от ионосферы) вниз (к Земле). Напряженность поля порядка Е = 120 – 130 в/м. Проведя несложные вычисления был сделан вывод, что в электромагнитном поле Земли заключена колоссальная энергия. Проблема получения энергии из магнитного поля Земли весьма актуальна для человечества. Такой приёмник — генератор был сделан ещё в 1889 году Николой Тесла, но правительство США запретило разглашать эту тайну по коммерческим соображениям. В теле человека имеется своё силовое поле, вследствие протекания крови по сосудам. В здоровом теле человека и в нормальных атмосферных условиях имеется полное соответствие и взаимодействие внешнего и внутреннего магнитных полей. Кроме того, существует магнитное поле Солнца, космических галактик и Земли, которые оказывают своё действие на поведение человека и животных (перелётных птиц, рыб, членистоногих, насекомых), которые безошибочно определяют направления движения на тысячи километров.

Оказалось, что изменение магнитного поля Земли является причиной многих заболеваний, которые лечатся другими способами, что требует особого внимания специалистов и лечащих врачей. Так называемые магнитные бури, в которых принимают участие Солнце, солнечный ветер, а также магнитное поле Земли создают много проблем и являются причиной ненормального поведения человека, в том числе и криминального, а также тяжелейших заболеваний: инсультов мозга, инфарктов миокарда, психических расстройств, ДТП и другого криминального и суицидального поведения, о чем пойдёт речь ниже. Японский врач – исследователь Киочи Накагава обратил внимание в середине ХХ века на то, что дефицит магнитного поля Земли является причиной многочисленных заболеваний, которые он объединил общим названием синдром дефицита магнитного поля Земли . Накагава, а также другие ученые поддержали это открытие и предложили проводить коррекцию магнитного поля при его дефиците, при помощи магнитотерапии, что позволило проводить профилактику и лечение многих заболеваний при помощи компенсации недостающего магнитного поля. Это касается, прежде всего, сердечно-сосудистой системы, которая занимает в настоящее время первое место среди других заболеваний. Дело в том, что каждая молекула в магнитном поле вытягивается и поляризуется. Один её конец становится северным магнитным полюсом, а другой — южным. В таком виде каждая молекула легче вступает в электрохимические реакции и в организме идёт правильный обмен веществ. Резкое усиление магнитного поля при магнитной буре или геомагнитной зоне всегда отрицательно сказывается на самочувствии человека. Однако, отсутствие или ослабление магнитного поля является для организма критической ситуацией. Дополнительным фактором риска является электромагнитный смог (создаваемый компьютерными дисплеями, электробытовыми приборами, TV и другими) уменьшают воздействие на наш организм геомагнитного поля Земли. У вернувшихся из космического полёта космонавтов обнаруживали остеопороз, тяжелую депрессию и другие патологические состояния. Важной составляющей для нормализации физиологических функций является восстановление полярности клеток и активизация работы ферментных систем, а также улучшения кровообращения. Автор в течение 33 лет занимается проблемами спортивной фармакологии со спортсменами высшей квалификации, что требует нестандартных, недопинговых подходов (к подготовке спортсменов экстра — класса) особенно восстановления. Поэтому нас заинтересовала, в своё время, проблема дефицита магнитного поля Земли и соответствующие меры её коррекции для того, чтобы повысить работоспособность физически одарённых спортсменов без применения искусственных стимуляторов. Автор не ставил перед собой задачи процитировать всех авторов, которые занимались проблемами магнитного поля Земли, так как их существует многие тысячи как в нашей стране, так и за рубежом, а попытался продемонстрировать основные тенденции этой проблемы, касающихся здоровья человека.

Издание носит научно-популярный характер. В космосе постоянно работают и накапливают необходимый опыт для межпланетных полётов коллективы отечественных и зарубежных ученых исследователей для перспективы создания постоянно действующих обитаемых станций с человеком и разработки полезных ископаемых.
 

Часть I.
Природа магнитного поля Земли и влияние его на человека

Глава 1. Вселенная и строение солнечной системы
Глава 2. Солнечная система во вселенной
Глава 3. Напряженность магнитного поля Земли
Глава 4. Позитивные свойства магнитного поля Земли
Глава 5. Роль магнитного поля в жизнедеятельности человека
Глава 6. Атмосфера Земли
Глава 7. Влияние магнитных бурь на организм человека

Часть II.
Электрические и магнитные свойства при передаче нервного импульса

Глава 8. Поляризация мембраны живой клетке
Глава 9. Живые ткани как источник энергетических потенциалов
Глава 10. Синдром дефицита магнитного поля Земли
Глава 11. Коррекция магнитного поля спортсменов при помощи магнитотерапии
Глава 12. Естественный баланс дефицита магнитного поля Земли
Глава 13. Влияние магнитного поля Земли на космонавтов
Глава 14. Биоэлектрические явления (при эпилепсии) в процессах передачи информации в организме
Глава 15. Патофизиологические причины эпилепсии
Глава 16. Межнейронные связи при передаче информации в организме 
Глава 17. Необходимые условия для нормальной работы ЦНС
Глава 18. Профилактическое действие магнитотерапии при дефиците магнитного поля
Глава 19. О пользе магнитов при дефиците магнитного поля Земли
Глава 20. Перспективы развития цивилизаций

Принципы работы МРТ. Центр МРТ Верум в Ижевске

МРТ является одной из наиболее часто используемых технологий обработки изображений, хотя это относительно новая технология. Первая статья об этой технологии опубликована в 1973 году. Через год после этого первое изображение поперечного сечения живой мыши. Технология была впервые использована на человеческом теле в 1977 году, а с другой стороны, первое рентгеновское изображение человека было получено в 1895 году.

Возникновение технологии МРТ обусловлено большим развитием ядерного магнитного резонанса. Вот почему в первые годы эта технология называлась ядерной магнитно-резонансной томографией (ЯМРТ). Тем не менее, одна важная вещь о МРТ, о которой следует упомянуть, заключается в том, что эта технология не так опасна, как ее звук.

Физические принципы МРТ

Известно, что более 70% человеческого тела образованы молекулами воды, каждая из которых содержит два ядра водорода или протоны. Это означает, что почти в каждом человеческом органе и тканях содержится большое количество молекул воды. Между тем, ученые выяснили, что магнитные моменты некоторых протонов в молекулах воды совпадают с направлением поля, когда он был помещен в сильное магнитное поле. Это привело к тому, что это явление можно использовать для разработки новой передовой медицинской технологии обработки изображений, поэтому была изобретена МРТ. Конечно, чтобы получить изображение человеческого тела, следует использовать другие устройства и технологии.

Прежде всего, необходимо создать очень мощное магнитное поле. Чтобы создать это сильное магнитное поле, нам нужен радиочастотный передатчик. Функция этого устройства заключается в создании электромагнитного поля. Когда большое количество электронов, протекающих по металлическому кольцу вокруг устройства МРТ, генерируется сильное магнитное поле. Проще говоря, фотоны этого поля имеют только правую энергию, известную как резонансная частота, для переворота спина выровненных протонов. Чем более мощная и продолжительная продолжительность поля, тем больше будут задействованы совпадающие спины. Протон начнет распадаться в исходное состояние спин-вниз, и во время этой процедуры фотоны будут выпущены. Именно эта связь между напряженностью поля и частотой позволяет использовать ядерный магнитный резонанс для визуализации. Для различных частей тела человека может быть применено дополнительное магнитное поле, обеспечивающее простой способ контроля, где протоны активируются радиофотонами. Следует упомянуть, что когда градиентные катушки создают мощное магнитное поле, во время работы будут большие шумы. Поэтому необходимо предпринять некоторые усилия для уменьшения этого шума, в противном случае он может достичь приблизительно 130 децибел (порог человеческой боли), что будет очень вредно для человеческого организма

Принцип, по которому можно построить изображения, состоит в том, что различные органы или ткани внутри человеческого тела имеют разное количество молекул воды, поэтому различные положения человеческого тела возвращаются в равновесное состояние с разной скоростью. Используя компьютер для расчета, можно получить изображения органов и тканей. Иногда для визуализации МРТ можно использовать метод инъекции, который называется контрастными агентами. Контрастные агенты можно вводить внутривенно или непосредственно в сустав. Первый метод может помочь улучшить появление кровеносных сосудов, опухолей или воспаления. Второй способ сродни артрографии. МРТ широко используется для получения изображений большинства частей человеческого тела.

Применение МРТ

В медицинской области, МРТ-технология используется для обнаружения тканей, которые имеют патологические проявления, например опухоли. Используя эту технологию, нормальные ткани и патологические ткани можно легко отличить, потому что МРТ имеет лучшее контрастное разрешение (способность различать между двумя произвольно подобными, но не идентичными тканями), чем КТ. Еще одна важная причина, по которой используется МРТ, заключается в том, что, не как компьютерная томография и традиционный рентгеновский снимок, МРТ использует сильные магнитные поля и неионизирующее излучение, и нет убедительных доказательств того, что эта технология может принести любой ущерб здоровью человека.

У МРТ есть особое преимущество, что он может определять внутреннее строение человеческого тела без каких-либо разрезов. Хотя технология МРТ несколько дороже для обычной клиники для ежедневной работы, но процедура МРТ очень эффективна, что делает ее привлекательной.

Технология МРТ особенно полезна при следующих процессах в организме:

• воспаление или инфекция в органе;
• дегенеративные заболевания;
• инсульты;
• мышечно-скелетные расстройства;
• опухоли;
• другие нарушения, которые существуют в тканях или органах в их теле.

Магнитно-резонансная томография в настоящее время получила широкое распространение в медицине, как наиболее информативный и не инвазивный метод диагностики патологии различных органов и систем. Томограф представляет собой большой магнит, по силе которого сканеры разделяются на низкопольные (до 0.5Тл), среднепольные (от 0.5Тл до 1.0Тл), высокопольные (от 1.0 до 3.0Тл) и сверхвысокопольные (более 3.0Тл). Наибольшее распространение в клинической практике получили 1.5Тл томографы, в большинстве случаев позволяющие получить исчерпывающую информацию о структуре тканей и органов. В основе МР-томографии лежит ряд основных принципов.

Для получения изображения, в ходе исследования в теле человека создается временное магнитное поле, направление которого изменяется из-за воздействия радиочастотных сигналов, что сопровождается выделением энергии, которая считывается томографом и конвертируется в изображение. Этот процесс не несет лучевой нагрузки, по этой причине количество МР-исследований в течение жизни человека не ограничено.

Процесс получения изображений при МР-томографии более длительный по сравнению с другими исследованиями (УЗ-диагностика, рентген и КТ), в среднем сканирование одной области составляет около 30 минут, на протяжении которого пациент должен лежать неподвижно. Высокопольные МР-системы (1.5Тл) обладают сравнительно быстрой способностью получения и обработки изображения.

Дискомфорт во время исследования могут принести громкие звуковые сигналы, образующиеся в ходе работы томографа, что являются особенностью метода (для комфортного прохождения процедуры и защиты органов слуха используются защитные наушники). При длительном сканировании радиочастотное излучение может вызвать у пациента чувство жара, для предотвращения чрезмерного нагрева тканей в современных томографах установлена защита, ограничивающая силу радиочастотного импульса, в соответствии с международными стандартами безопасности.

МР-томографы подразделяются на «открытый» и «закрытый» типы. Для первого вида характерно отсутствие замкнутой апертуры, что играет важную роль для пациентов с клаустрофобией, но такие томографы обладают низкой силой магнитного поля, а, следовательно, и разрешением, кроме того исследования выполняются более длительное время. Абсолютное большинство томографов в клинической практике закрытого типа, в которых пациент почти полностью находится в закрытой апертуре, что позволяет добиться высокой разрешающей способности и скорости сканирования, но не всегда подходят для пациентов с клаустрофобией.

1. Введение в электромагнитные поля

1. Введение в электромагнитные поля

• 1.1 Что такое электромагнитные поля?
• 1.2 Как была проведена повторная оценка опасности электромагнитных полей для здоровья?

1.1 Что такое электромагнитные поля?

Электромагнитные поля
представляют собой сочетание невидимого электрического и
магнитные силовые поля.Они порождаются природными явлениями, такими как
Магнитное поле Земли, но
также в результате деятельности человека, в основном за счет использования
электричество.

Мобильные телефоны, линии электропередач и компьютерные экраны являются примерами.
оборудования, которое производит
электромагнитные поля.

Самый рукотворный
электромагнитные поля
меняют их направление через равные промежутки времени, изменяя
с высоких радиочастот (мобильные телефоны)
через промежуточных частот (компьютер
экранов) до предельно низких частот (мощность
линий).

Термин статический относится к полям, которые не
изменяются со временем (т.е. с частотой 0 Гц). Статический
магнитные поля используются в
медицинские изображения и генерируются приборами, использующими
постоянный ток.
Более…

Источник и ©:
Возможное влияние электромагнитных полей (ЭМП) на здоровье человека

1.2 Как были переоценены риски для здоровья, связанные с электромагнитными полями?

Обзор соответствующих научных отчетов был проведен с
акцент на статьях, опубликованных в 2007 и 2008 годах, и исследованиях
считается релевантным, комментируются в заключении.Области, где
литературы особенно мало.
дается объяснение, почему результаты некоторых исследований не
добавить полезную информацию в базу. Эта оценка
оценивает оба возможных воздействия на группы людей, у которых
подвергся воздействию
электромагнитные поля в
их повседневная жизнь
(эпидемиологические данные)
и потенциальные эффекты, наблюдаемые в лабораторных экспериментах, проводимых
на добровольцев, животных и
культуры клеток (экспериментальные
доказательство).

Основываясь на этих совокупных доказательствах, оценка оценивает
существует ли причинно-следственная связь между воздействием
электромагнитные поля и
некоторые неблагоприятные последствия для здоровья.
Ответ на этот вопрос не обязательно однозначный: да.
или нет, но выражает весомость доказательства ссылки
между экспозицией и эффектом.Если такая ссылка найдена,
оценки риска
насколько сильно воздействие на здоровье и насколько велик риск для здоровья
будет для разных уровней воздействия и схем воздействия
(зависимость доза-реакция). Характер и степень
выделяются неопределенности и то, как
электромагнитные поля могут вызывать эффекты (вероятный механизм)
оцениваются.Подробнее …

Электрические и магнитные поля

Электрические и магнитные поля (ЭМП) — это невидимые области энергии, часто называемые излучением, которые связаны с использованием электроэнергии и различных форм естественного и искусственного освещения. ЭМП обычно делятся на две категории по частоте:

• Неионизирующий : низкоуровневое излучение, которое обычно считается безвредным для человека
• Ионизирующая : излучение высокого уровня, которое может привести к повреждению клеток и ДНК

← Вернуться на страницу

Могут ли ЭМП быть вредными для моего здоровья?

В течение 1990-х годов большинство исследований ЭМП было сосредоточено на чрезвычайно низкочастотных воздействиях, исходящих от обычных источников энергии, таких как линии электропередач, электрические подстанции или бытовые приборы. Хотя некоторые из этих исследований показали возможную связь между напряженностью поля ЭМП и повышенным риском лейкемии у детей, их результаты показали, что такая связь была слабой.Немногочисленные исследования, проведенные на взрослых, не показывают никаких доказательств связи между воздействием ЭМП и раком взрослых, таким как лейкемия, рак мозга и рак груди.

Сейчас, в эпоху сотовых телефонов, беспроводных маршрутизаторов и Интернета вещей, все из которых используют ЭМП, сохраняются опасения по поводу возможных связей между ЭМП и неблагоприятными последствиями для здоровья. Эти воздействия активно изучаются. NIEHS рекомендует продолжить обучение практическим способам снижения воздействия ЭМП.

Излучает ли мой сотовый телефон электромагнитное излучение?

Сотовые телефоны излучают форму радиочастотного излучения в нижней части спектра неионизирующего излучения. В настоящее время научные данные не позволяют однозначно связать использование сотового телефона с какими-либо неблагоприятными проблемами для здоровья человека, хотя ученые признают, что необходимы дополнительные исследования.

Национальная токсикологическая программа (NTP) со штаб-квартирой в NIEHS только что завершила крупнейшее на сегодняшний день исследование на животных по радиочастотному воздействию сотовых телефонов.Для краткого обзора результатов посетите наш пресс-релиз и веб-страницу NTP «Радиочастотное излучение сотовых телефонов».

Что делать, если я живу рядом с линией электропередачи?

ЭМП: электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии Буклет

Важно помнить, что сила магнитного поля резко уменьшается с увеличением расстояния от источника. Это означает, что сила поля, достигающего дома или строения, будет значительно слабее, чем в исходной точке.

Например, по данным Всемирной организации здравоохранения в 2010 году, магнитное поле величиной 57,5 ​​миллигаусс непосредственно рядом с линией электропередачи на 230 киловольт составляет всего 7,1 миллигаусс на расстоянии 100 футов и 1,8 миллигаусс на расстоянии 200 футов.

Для получения дополнительной информации см. Учебный буклет NIEHS «ЭМП: электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии». Этот буклет, подготовленный в 2002 году, содержит самые последние исследования NIEHS в области здравоохранения и электрических и магнитных полей в линиях электропередач.

Как я могу узнать, не подвержен ли я ЭМП?

Если вас беспокоят ЭМП, излучаемые линией электропередачи или подстанцией в вашем районе, вы можете связаться с местной энергетической компанией, чтобы запланировать чтение на месте. Вы также можете измерить ЭДС самостоятельно с помощью гауссметра, который можно приобрести в Интернете через ряд розничных продавцов.

Электромагнитное излучение и поля

Электромагнитное излучение

Электромагнитное поле (ЭМП) создается при ускорении заряженных частиц, таких как электроны.Заряженные частицы в движении создают магнитные поля. Электрические и магнитные поля присутствуют вокруг любой электрической цепи, будь то электричество переменного (AC) или постоянного (DC) тока. Поскольку постоянный ток статичен, а переменный ток меняется по направлению, поля от источников постоянного и переменного тока существенно различаются. Статические поля, например, не вызывают токов в неподвижных объектах, в отличие от полей переменного тока. Статические магнитные поля не меняются во времени и, следовательно, не имеют частоты (0 герц [Гц]).

Наиболее известные магнитные эффекты возникают в ферромагнитных материалах, которые сильно притягиваются магнитными полями и могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами, которые сами создают магнитные поля. Лишь немногие вещества являются ферромагнитными; наиболее распространены железо, никель, кобальт и их сплавы.

Напряженность магнитного поля обычно измеряется в теслах (Тл или мТл) или гауссах (Гс). Бытовые магниты имеют силу порядка нескольких десятков миллитесла (1 мТл = 10 ^–3 Тл), в то время как напряженность поля оборудования магнитно-резонансной томографии (МРТ) колеблется от 1.От 5 до 10 т.

Статические электрические поля

Электрическое поле — это силовое поле, создаваемое притяжением и отталкиванием электрических зарядов, и оно измеряется в вольтах на метр (В / м). Статическое электрическое поле (также называемое электростатическим полем) создается зарядами, которые фиксируются в пространстве. Сила естественного статического электрического поля в атмосфере варьируется от примерно 100 В / м в хорошую погоду до нескольких тысяч В / м под грозовыми облаками. Другим источником статических электрических полей является разделение зарядов в результате трения или статических электрических токов от различных технологий.В домашних условиях зарядовые потенциалы в несколько киловольт могут накапливаться при ходьбе по непроводящему ковру, создавая локальные поля. Высоковольтные линии постоянного тока могут создавать статические электрические поля до 20 кВ / м и более.

Источники с напряженностью поля более 5-7 кВ / м могут создавать широкий спектр опасностей, таких как реакции вздрагивания, связанные с искровыми разрядами, и контактные токи от незаземленных проводников внутри поля.

Статические магнитные поля

Магнитное поле — это силовое поле, созданное магнитом или зарядами, которые движутся в постоянном потоке, как при постоянном токе (DC).Статические магнитные поля оказывают притягивающую силу на металлические предметы, содержащие, например, железо, никель или кобальт. Количество феррита (форма железа) или мартенситной стали (особый тип сплава нержавеющей стали) в объекте влияет на его магнитную способность: чем больше количество этих компонентов, тем выше ферромагнетизм. Все типы нержавеющей стали серии 400 являются магнитными. Аустенитная сталь немагнитна. Большая часть, но не вся нержавеющая сталь серии 300 является аустенитной, а не магнитной.

Источники статических магнитных полей, обнаруженные в лаборатории Беркли, включают оборудование ядерного магнитного резонанса (ЯМР), системы МРТ, системы спектроскопии, ионные насосы, квадруполи и секступоли, изгибные магниты, сверхпроводящие магниты и криостаты.

Статические магнитные поля также могут стирать данные, хранящиеся на магнитных носителях или на полосах кредитных или дебетовых карт и бейджей.

Изменяющиеся во времени магнитные поля

Изменяющиеся во времени магнитные поля — это магнитные поля, которые меняют свое направление с постоянной частотой.Они могут индуцировать электрический ток в проводнике, присутствующем в этом поле, а также в теле человека. Изменяющиеся во времени магнитные поля создаются устройствами, использующими переменный ток, такими как антенны сотовых телефонов, микроволны и т. Д. Общее практическое правило состоит в том, что 1 Тл / сек может индуцировать около 1 микроампер на квадратный сантиметр (мкА / см ² ) в тело.

Наведенные в теле токи могут вызвать локальное нагревание и возможные ожоги, что является основным эффектом изменяющихся во времени полей. Причина — изменяющееся во времени поле высокой радиочастоты.Низкочастотные поля обычно не вносят большого вклада в этот эффект.

Источники электромагнитного излучения

Статические магнитные поля создаются магнитами или потоком постоянного тока. Они также могут быть произведены из многих природных источников. К естественным источникам статических электрических полей относятся земная атмосфера во время шторма, заряд, возникающий при перемещении по ковру, и «статическое прилипание» одежды. Земля имеет электрическое поле около 130 В / м у поверхности из-за разделения зарядов между Землей и ионосферой.Он направлен вертикально. Земля и ионосфера вместе образуют сферический конденсатор, причем двумя проводящими поверхностями являются земля и верхняя атмосфера. Эта разница потенциалов поддерживается за счет молнии, которая несет на землю отрицательные заряды.

Земля имеет естественное статическое магнитное поле, которое используется для навигации по компасу. Токи, протекающие глубоко в ядре Земли, создают естественные статические магнитные поля на поверхности Земли. Земля имеет постоянную плотность магнитного потока, составляющую в среднем 0.5 Гс при минимальной напряженности поля на экваторе и максимальной на магнитных полюсах.

Общие источники статических магнитных полей включают постоянные магниты (которые используются в бытовой технике, игрушках и медицинских устройствах), приборы с батарейным питанием, сканеры МРТ, некоторые электрифицированные железнодорожные системы и определенные производственные процессы.

Сверхпроводящие магниты

Схематическое изображение магнитного поля, создаваемого индуцированным током.

Сверхпроводящий магнит — это электромагнит, сделанный из катушек сверхпроводящего провода.Во время работы их необходимо охлаждать до криогенных температур. В сверхпроводящем состоянии провод может проводить гораздо большие электрические токи, чем обычный провод, создавая сильные магнитные поля. Сверхпроводящие магниты используются в сканерах МРТ в больницах и в научном оборудовании, таком как спектрометры ядерного магнитного резонанса (ЯМР), масс-спектрометры и ускорители частиц.

Сверхпроводящие магниты, такие как оборудование для ЯМР и МРТ, представляют особую угрозу безопасности. Эти проблемы включают криогенную безопасность, сильные магнитные поля и возможность создания атмосферы с дефицитом кислорода.Самый высокий потенциал для наиболее серьезных из этих опасностей существует во время запуска магнита, наполнения криогенным веществом и работ по техническому обслуживанию. После того, как магниты работают и магнитные поля установлены, риски минимальны, если операторы, обслуживающий персонал, пациенты и / или посетители понимают пределы близости и процедуры, которым необходимо следовать при работе рядом с магнитом.

Ядерный магнитный резонанс

Пример системы ЯМР

Система ЯМР использует статическое магнитное поле и радиочастотный импульс для выравнивания ядерных спинов в магнитном поле, чтобы максимизировать силу сигнала ЯМР.ЯМР-спектроскопия — это метод исследования, который использует магнитные свойства определенных атомных ядер и может предоставить подробную информацию о структуре, динамике, состоянии реакции и химическом окружении молекул.

ЯМР

— это сверхпроводящие магниты, которые обычно создают поля сердечника от 0,15 Тл до 20 Тл. Эти поля уменьшаются по интенсивности по мере увеличения расстояния от сердечника. Исследовательские ЯМР более мощные, чем медицинские устройства, но их области меньше по объему, сфокусированы и быстро исчезают, что упрощает обеспечение защиты персонала.

Советы по безопасности при использовании ЯМР

Магнитно-резонансная томография

Типичный медицинский сканер МРТ

Метод МРТ используется в радиологии для создания изображений органов тела для диагностической визуализации. МРТ-сканирование основано на науке о ЯМР с использованием сильных магнитных полей, радиоволн и градиентов поля для создания изображений органов в теле. Сканер МРТ состоит из большого мощного магнита, в котором лежит пациент. Радиоволновая антенна используется для передачи сигналов телу, а затем приема сигналов обратно.Эти возвращаемые сигналы преобразуются в изображения компьютером, подключенным к сканеру. Изображение практически любой части тела можно получить в любой плоскости.

Большинство клинических магнитов — это сверхпроводящие магниты, для которых требуется жидкий гелий. Сила магнитного поля МРТ колеблется от 0,15 Тл до 4 Тл. Сверхпроводящие магниты при 1,5 Тл и выше позволяют получать функциональные изображения мозга и МР-спектроскопию с улучшенным временным и пространственным разрешением. Такие магниты создают дополнительные проблемы из-за радиочастотного (RF) нагрева объекта.

Советы по безопасности при использовании МРТ

Ионные насосы

Пример распылительного ионного насоса

Ионный насос (также называемый распылительным ионным насосом) представляет собой тип вакуумного насоса, способный достигать давления до 10 ⁻¹¹ миллибар (мбар) в идеальных условиях. Ионный насос ионизирует газ внутри сосуда, к которому он прикреплен, и использует сильный электрический потенциал, обычно 3–7 кВ, что позволяет ионам ускоряться и захватываться твердым электродом и его остатками.

Три основных типа ионных насосов — это обычный или стандартный диодный насос, благородный диодный насос и триодный насос.

Базовая конструкция состоит из двух электродов (анода и катода) и магнита. Ионные насосы обычно используются в системах сверхвысокого вакуума (UHV), поскольку они могут достигать предельного давления менее 10 ⁻¹¹ мбар. В отличие от других распространенных сверхвысококачественных насосов, таких как турбомолекулярные и диффузионные насосы, ионные насосы не имеют движущихся частей и не используют масло.Поэтому они чистые, не требуют особого ухода и не производят вибрации. Эти преимущества делают ионные насосы хорошо подходящими для использования в сканирующей зондовой микроскопии и других высокоточных приборах. Кроме того, они не нуждаются в запекании и предназначены для минимизации паразитного магнитного поля.

Большинство ионных насосов, установленных на лучевых линиях ALS, имеют линию 5 G в пределах 20–30 см от поверхности.

Воздействие на здоровье

Физические и биологические эффекты в статических электрических и магнитных полях

Безусловно, наиболее важным эффектом является притяжение магнитных объектов в теле или на теле магнитным полем.Такие предметы, как кардиостимуляторы, хирургические зажимы и имплантаты, планшеты, инструменты, украшения, часы, швабры, ведра, ножницы и винты, были задокументированы как потенциальные опасности. Даже маломощные предметы могут стать опасными при движении на высокой скорости. Большая часть этого опыта пришла из медицинских систем МРТ. Магнитные объекты будут пытаться выровняться с линиями магнитного поля. Если имплантированный объект попытается сделать это, крутящий момент может привести к серьезной травме.

Современные кардиостимуляторы предназначены для тестирования или перепрограммирования с использованием небольшого магнитного поля, внешнего по отношению к телу.Статические поля могут замкнуть герконы и вызвать переход кардиостимулятора в режим тестирования, перепрограммирования, обхода и другие режимы работы с возможной травмой.

На основании данных использования МРТ статические поля могут оказывать небольшое обратимое влияние на данные электрокардиограммы. Причина — взаимодействие движущейся крови (проводящей среды) и поля в сердце. Эффект минимален (менее 2 Тл) и не считается проблемой.

Имеющаяся в настоящее время информация не указывает на какие-либо серьезные последствия для здоровья в результате острого воздействия статических магнитных полей до 8 Тл, но это может привести к потенциально неприятным эффектам, таким как головокружение во время движений головы или тела.Степень этих ощущений во многом зависит от индивидуальных факторов, таких как личная предрасположенность к укачиванию и скорость передвижения в поле.

Физические и биологические эффекты в изменяющихся во времени и индуцированных электрических полях

Эффекты изменяющихся во времени полей аналогичны эффектам статических полей. В таком поле могут возникать небольшие токи, обычно отсутствующие в теле. Обычно это не вызывает беспокойства, но они могут вызывать головокружение и сенсорные ощущения, такие как тошнота, металлический привкус во рту и слабые мерцающие зрительные ощущения (магнитофосфены).Пользователи кардиостимуляторов также могут подвергаться риску. Индуцированные токи могут привести к неправильному запуску кардиостимулятора или даже к предотвращению стимуляции, когда это действительно необходимо. Наведенные токи могут вызвать локальный нагрев, который является основным эффектом изменяющихся во времени полей.

Основным взаимодействием низкочастотных изменяющихся во времени электрических и магнитных полей с телом человека является индукция электрического поля и токов в соответствии с законом Фарадея: E = πfrB, где E — электрическое поле, f — частота, r — радиус петли, перпендикулярной магнитному полю, а B — плотность магнитного потока.Чем больше радиус r , тем больше электрическое поле и ток. У человека наибольший радиус по периметру тела.

Сообщалось о стимуляции нервной и мышечной ткани при 50–500 мТл (500–5000 G). Выше 500 мТл (5000 G) индуцированные токи могут нарушить сердечный ритм или вызвать фибрилляцию желудочков. Все эти эффекты вызваны наведенными токами (IRPA, 1990).

Пределы и оценка электромагнитного воздействия

ПДК ACGIH относятся к плотности потока статического магнитного поля, которой, как считается, почти все рабочие могут подвергаться многократно изо дня в день без неблагоприятных последствий для здоровья.

ПДК для обычного (8-часового) профессионального воздействия статических магнитных полей перечислены в таблице 1. Работники с имплантированными ферромагнитными или электронными медицинскими устройствами не должны подвергаться воздействию статических магнитных полей, превышающих 0,5 мТл (5 G).

Таблица 1. TLV для статических магнитных полей

Примечание. Время экспозиции, взвешенное по времени (TWA), обычно имеет значение только для чрезвычайно сильных полевых воздействий на все тело.

1 гаусс (Г) = 0,1 миллитесла (мТл)

Полный список TLV можно загрузить по указанной ниже ссылке: Полный список пороговых значений.

Пороговые значения (ПДК)

Оценка воздействия

Для оценки опасности и оценки воздействия устройств, генерирующих ЭМП, необходимо выполнить измерение излучения ЭМП и сравнить его с соответствующими ПДК.Оценка должна выполняться во время установки устройства, генерирующего ЭДС, после изменения рабочих параметров, которое увеличивает опасность, или после ремонта, который может изменить рабочие параметры. Уже установленные, но не прошедшие оценку устройства следует оценивать при первой возможности. Если результаты первоначальных оценок значительно ниже ПДК, дальнейший мониторинг не требуется, если только деятельность не изменена так, чтобы ожидать увеличения воздействия. Если установлено, что результаты превышают уровни TLV или очень близки к TLV, периодический мониторинг следует проводить с частотой, достаточной для обеспечения адекватности мер контроля (обычно ежегодно).

Общие правила техники безопасности

Снаряды

Самая непосредственная опасность, связанная с магнитной средой, — это притяжение между магнитом и ферромагнитными объектами. Ферромагнитные металлические предметы могут стать летательными снарядами в сильном магнитном поле. Инструменты и баллоны со сжатым газом могут стать неконтролируемыми и лететь, как ракеты, к магнитам в областях, где существуют сильные статические поля и сильные градиенты поля (изменения напряженности поля на расстоянии).Механические опасности зависят от напряженности поля и градиента поля, а также от того, насколько быстро сила магнитного поля изменяется с расстоянием. Очевидная мера безопасности — не допустить попадания магнитных материалов в рабочую зону.

Никогда не помещайте какие-либо части тела между магнитом и незакрепленными металлическими предметами. Если большой объект притягивается к магниту и ударяется о магнит, выйдите из комнаты, так как это может вызвать гашение магнита. Сообщите своему руководителю. Если произошла травма, немедленно позвоните в службу 911.

Электронные и металлические имплантаты

Лица, носящие металлические имплантаты, такие как костные или суставные протезы, хирургические зажимы, гвозди или винты в сломанных костях, пирсинг или даже зубные пломбы, могут испытывать болезненные ощущения при воздействии сильных магнитных полей. Лица, оснащенные кардиостимуляторами, подвергаются особому риску, поскольку статические или импульсные магнитные поля могут влиять на рабочий режим их имплантированных устройств.

Проблемы криогенного газа

Квенч

Квенч — это (обычно неожиданная) потеря сверхпроводимости в ЯМР-магните, приводящая к быстрому нагреву из-за повышенного сопротивления сильному току.Сверхпроводящий магнит содержит жидкий гелий и жидкий азот. Если магнит погаснет, значительный объем жидкого гелия превратится в газ. При гашении магнита сверхпроводящий магнит теряет способность к сверхпроводимости, и накопленная энергия выделяется в виде тепла, которое выкипает из жидкого гелия. Газообразный гелий выходит из магнитного дьюара и заполняет комнату сверху вниз (гелий легче воздуха) и образует облако у потолка. Тушение очевидно: над магнитом образуется большое облако паров гелия, сопровождающееся громким свистящим звуком, который может создать атмосферу с дефицитом кислорода.Если происходит тушение, немедленно покиньте комнату, включите пожарную сигнализацию, чтобы эвакуироваться из здания, и позвоните по номеру 911.

Закалка может сильно повредить магнит, и предметы из железа будут втянуты в отверстие магнита.

Биоэффекты

Сверхпроводящие магниты, использующие жидкий гелий и / или азот, представляют дополнительную проблему безопасности при работе с криогенными жидкостями. Прямой контакт с кожей или тканями глаза может вызвать серьезные повреждения в результате обморожения (повреждение тканей от замерзания).При сильном обморожении поврежденные ткани могут нуждаться в ампутации. Вдыхание концентрированных криогенных газов может вызвать потерю сознания и (в конечном итоге) смерть из-за кислородного голодания (удушье).

Вентиляция помещения

В целом, пять полных замен воздуха в помещении в час считается достаточным для борьбы с небольшими разливами или выбросами криогенов. В случае серьезного выброса персонал должен немедленно покинуть помещение и держать двери открытыми. Если существует риск катастрофического выброса, следует рассмотреть возможность использования вспомогательной вентиляции для предотвращения образования атмосферы с дефицитом кислорода.

Дьюарс

Емкости для перевозки криогенов должны быть металлическими. Стекло Дьюара может легко взорваться, что приведет к серьезным травмам. Все устройства Дьюара должны иметь соответствующие вентиляционные отверстия. Невентилируемые емкости могут разорваться, когда жидкость нагреется и расширится. Необходимо постоянно следить за всеми перемещениями криогенов, чтобы предотвратить проливание или замерзание клапанов.

Средства индивидуальной защиты

При работе с криогенами используйте изолирующие перчатки, маску для лица или другие средства защиты глаз / лица от брызг, обувь с закрытым носком и лабораторные халаты.

Вопросы электробезопасности

Источники питания

Хотя источники питания, используемые для магнитов ЯМР, работают при относительно низких напряжениях (около 10 В), используемый ток очень высок (около 100 А). При контакте с тканями человека высокая сила тока чрезвычайно опасна.

Кабели, провода и соединители

Все кабели, провода и разъемы должны быть должным образом изолированы, чтобы предотвратить контакт с рабочим током. Их следует регулярно проверять, чтобы гарантировать целостность изоляции.Во избежание возникновения дуги никогда не разрывайте соединения, не отключив предварительно питание обрабатываемой цепи.

Блокировка, бирка

При работе с оборудованием, которое приводится в действие опасным источником энергии, необходимо соблюдение процедур блокировки и маркировки.

Прочие вопросы безопасности

Противопожарная защита

Держите поблизости огнетушитель класса C на случай возгорания электрического тока. Перед попыткой тушения электрического пожара необходимо отключить питание.Весь персонал должен быть обучен процедурам противопожарной защиты и эвакуации.

Обеспокоенность землетрясением

Магниты в сборе могут весить несколько тонн и должны быть закреплены, чтобы они не сдвинулись или опрокинулись во время землетрясения; при их размещении следует учитывать конструкционные стальные опоры. Источники питания также должны быть защищены от движения во время землетрясения.

Акустический шум

Переключение градиентов поля вызывает изменение силы Лоренца, испытываемой градиентными катушками, вызывая незначительные расширения и сжатия катушки.Поскольку переключение обычно происходит в слышимом диапазоне частот, возникающая в результате вибрация вызывает громкие шумы (щелчки, стук или звуковой сигнал). Это наиболее заметно в машинах с сильным полем и методах быстрого получения изображений, в которых уровни звукового давления могут достигать 120 дБ (A) (децибелы, взвешенные по шкале А), что эквивалентно реактивному двигателю при взлете; Следовательно, во время обследования всем, кто находится в комнате со сканером МРТ, необходима соответствующая защита слуха.

Радиочастота

RF сам по себе не вызывает слышимых шумов (по крайней мере, для людей), поскольку современные системы используют частоты 8.5 МГц (система 0,2 Тл) или выше. ВЧ-мощность, которая может быть произведена, соответствует мощности многих небольших радиостанций (15–20 кВт). В результате присутствуют тепловые эффекты со стороны РФ. В большинстве импульсных последовательностей нагрев незначителен и не превышает рекомендаций Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.

При использовании ВЧ-катушек существует возможность поражения электрическим током, поэтому необходимо надлежащее заземление и изоляция катушек. Любое повреждение катушек или их кабелей требует незамедлительного внимания. Прикрепление кабеля к катушке может привести к ожогам любого, кто к ним прикоснется.Лучше избегать любого контакта с кабелями РЧ катушки.

Средства контроля воздействия

Два подхода к контролю воздействия — это использование технических средств контроля (например, экранирование) и административных средств контроля (например, средств индивидуальной защиты).

Инженерный контроль

Экранирование

Магнитные поля контролируются с помощью проницаемого сплава, который ограничивает линии магнитного потока и отклоняет их. Магнитное экранирование может быть выполнено с использованием сплавов с высоким содержанием никеля, называемых мю-металлом или мягким железом.Превращение мю-металла в сложный экран стоит дорого, и мю-металл легко повреждается. Такое экранирование лучше всего применять рядом с источником поля, когда это возможно. Другой подход заключается в использовании непроницаемых металлов, таких как медь или алюминий, для создания вихревых токов, которые нейтрализуют исходное магнитное поле.

Защита от тушения

Чтобы избежать ситуации гашения, используйте систему датчиков уровня криогенного вещества, чтобы обнаружить гашение и инициировать снижение тока и накопленной магнитной энергии, чтобы предотвратить выгорание проводника.Всегда заправляйте или обесточивайте магнит, если на датчиках указывается низкий уровень криогенного вещества.

Примеры технических средств контроля сверхпроводящих магнитов:

• Установка вентиляционного отверстия для продувки жидким гелием, чтобы позволить избыточному газообразному гелию выйти через выхлопное отверстие, выходящее через крышу
• Внутренние датчики для индикации низкого уровня жидкого гелия
• Визуальная и звуковая сигнализация
• Надежный контроль доступа, такой как запертые двери и ограниченный доступ только для уполномоченного персонала

Заземление

Металлические конструкции, вызывающие удары при контакте, должны быть электрически заземлены или изолированы.

Блокировки

Области, где воздействие полей 60 Гц на все тело превышает 25 кВ / м или 1 мТл (10 G), должны быть ограничены положительными средствами, такими как запертые корпуса, блокировки или предохранительные цепи.

Административный контроль

Обозначение участка

Пример линии 5 Гс, обозначенной цепочкой

В рамках процесса проектирования статическое магнитное поле в помещении должно быть определено путем измерения или расчетов, если существует опасность для кардиостимулятора (> 5 G) и опасность кинетической энергии (> 30 G).Также необходимо определить места, где может произойти чрезмерное облучение всего тела (> 600 G).

Инструменты и намагничиваемые предметы нельзя хранить в местах, где присутствуют повышенные статические магнитные поля.

Если установлено, что требуется экранирование, следует нанять опытную консалтинговую фирму для разработки экранирования магнитного поля.

Должны быть приняты меры для обеспечения безопасности и ограничения доступа пользователей кардиостимуляторов к местам, где магнитные поля всего тела превышают 5 G.Линия 5 G представляет собой разграничение между неконтролируемыми и контролируемыми зонами и должна быть четко обозначена. Для полей с экспозицией менее 5 G никаких настроек или проводки не требуется.

В дополнение к предупреждающим знакам, размещенным на дверных проемах, необходим другой метод обозначения линии 5 G вокруг магнита. Например, можно использовать нарисованную линию или ленту, размещенную на полу вокруг магнита, где поле составляет 5 G. Другой пример — цепь, веревка или забор, обозначающий линию 5G вокруг магнита.

Какой бы метод ни использовался, выход из зоны в случае возникновения чрезвычайной ситуации не должен блокироваться или предотвращаться.

Предупреждающие знаки

Предупреждающий знак должен быть вывешен у входа в лаборатории или помещения, где магнитные поля превышают любые из указанных выше пределов. Зоны, где существуют потенциальные механические опасности, должны быть четко обозначены. Инструменты, баллоны со сжатым газом и другие изделия из магнитопроницаемого материала не должны находиться в таких местах.

Предупреждающие знаки должны быть вывешены в местах, где напряженность магнитного поля может превышать 0,5 мТл (5 Гс), и / или в местах, где электрические поля 60 Гц превышают 1 кВ / м, как показывают измерения или вычисления, предупреждая людей с кардиостимуляторами или другими медицинскими электронные имплантаты, чтобы держаться подальше.

Предупреждающие знаки должны быть вывешены там, где электрические поля превышают 5 кВ / м, предупреждая людей о возможности возникновения раздражающих искр.

Люди с кардиостимуляторами не должны находиться в местах, где магнитные поля 60 Гц превышают 0.1 мТл (1 Гс), что подтверждается измерением или расчетом.

Области, где воздействие полей 60 Гц на все тело превышает 25 кВ / м или 1 мТл (10 G), должны быть ограничены положительными средствами, такими как запертые корпуса, блокировки или предохранительные цепи.

Зоны, где магнитные поля превышают 3 мТл, должны быть обследованы, чтобы определить, где существуют потенциальные механические опасности. Люди с металлическими медицинскими имплантатами не должны находиться в местах, где напряженность поля превышает 3 мТл (30 G).

Руководство по использованию предупреждающих знаков

Примеры знаков, предупреждающих об опасности, показаны ниже.

Оборудование, которое может создавать электрические поля 60 Гц выше 2,5 кВ / м или магнитные поля выше 0,1 мТл (1 G), должно иметь маркировку или должен быть размещен предупреждающий знак.

Примеры этикеток показаны ниже.

Световой сигнализатор с подсветкой

Некоторые электромагниты обозначаются мигающей красной сигнальной лампой, которая загорается, когда на магнит подано напряжение. Магниты, создающие сильное статическое магнитное поле, обычно обесточиваются, когда может произойти облучение персонала (т.например, во время длительных простоев, связанных с работой акселератора).

Индивидуальная защитная одежда

При работе с криогенами надевайте изолирующие перчатки и маску для лица или другие средства защиты глаз / лица от брызг, обувь с закрытыми носками и лабораторные халаты.

Изоляционная одежда и оборудование должны использоваться в областях, где электрические поля 60 Гц превышают 5 кВ / м, как показывают измерения или вычисления. Изолирующие перчатки или, предпочтительно, специальные средства управления (например, кожух или экранирование источника поля) должны использоваться, чтобы избежать контакта с объектами, которые могут подвергнуть персонал воздействию искр, связанных с напряженностью поля более или равной 5 кВ / м.

Список литературы

1. 10 CFR 851 Безопасность и здоровье работников — Министерство энергетики, § 851.23 Стандарты безопасности и здоровья.
2. TLV и BEI Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH) — 2016 , включенные ссылкой 10 CFR 851 Безопасность и здоровье рабочих — Министерство энергетики, §851.27.
3. TLV и BEI ACGIH — 2012.
4. Руководство ICNIRP по пределам воздействия статических магнитных полей .Физика здоровья, Vol. 96 (4): 504-514. 2009.
5. Руководство ICNIRP по ограничению воздействия электрических полей, вызванных движением человеческого тела в статическом магнитном поле и изменяющимися во времени магнитными полями ниже 1 Гц. Health Physics, Vol. 106 (3): 418-425. 2014.
6. Plogg, H., and Miller, G. Основы промышленной гигиены . Четвертое издание, глава 11: Неионизирующее излучение. 2001.
7. Временные рекомендации IPRA по предельным значениям воздействия электрических и магнитных полей 50/60 Гц .Физика здоровья, Vol. 58 (1): 113-122. 1990.

Моделирование неоднородных электромагнитных полей в нервной системе: новая парадигма в понимании клеточных взаимодействий, этиологии заболевания и терапии

Метод Крэнка-Николсона для решения модели аксона Ходжкина-Хаксли

Как только начинается модель Ходжкина-Хаксли, ионные ворота в клетке и нейрональная мембрана контролируются потенциалом на мембране и, таким образом, известны как каналы, управляемые напряжением.Согласно модели Ходжина-Хаксли, эти каналы могут быть описаны марковским процессом с двумя состояниями, где O обозначает открытие, а C закрытие каналов с ограничением по напряжению:

$$ C \ underset {{\ rm {k}} -} {\ overset {{\ rm {k}} +} {\ rightleftarrows}} O $$

Здесь, согласно определению марковского процесса с двумя состояниями, доля открытых каналов может быть обозначена как f ₀ , k ⁺ — это константа скорости открытия, а k ^— — константа скорости закрытия каналов, управляемых напряжением.{+}}) $$

Самым большим входом в модель Ходжкина-Хаксли в этом случае было признание того, что проводимость каждого ионного канала зависит как от ворот активации, так и от инактивации, число которых и вероятность их открытия или закрытия зависят о природе ионного канала ¹⁹ .

Признавая важность ворот активации и инактивации, Ходжкин и Хаксли доказали, что калиевый канал зависит от четырех ворот активации, а натриевой канал зависит от трех ворот активации и одного входа инактивации, обозначенных суперскриптами мощности.Эти ворота активации и инактивации обозначены m, n и h, которые представляют собой безразмерные величины от 0 до 1. n — вероятность открытия ворот активации калия, м — вероятность открытия ворот активации натрия. и h — вероятность открытия заслонки инактивации натрия. Отсюда проводимость каждого соответствующего ионного канала, g , может быть записана как функция средней проводимости, \ (\ bar {g} \), и соответствующих вероятностей активации и инактивации ворот.{3} h $$

(3)

Поскольку каждый нейрон имеет несколько ионных каналов, которые все, в некоторой меньшей форме, вносят вклад в общий мембранный потенциал и, вместе с тем, в чистое электричество и электромагнитные поля, вклады от других каналов учитываются посредством неспецифических ионных токов утечки. , обозначается индексом L.

$$ {g} _ {L} = {g} _ {L} (V) $$

(4)

Поскольку калиевые, натриевые и другие ионные ворота могут контролироваться мембранным потенциалом и, в свою очередь, играть роль в установлении мембранного потенциала, считается, что все они являются функциями V:

$$ {g} _ { K} = {g} _ {K} (V), \, {g} _ {Na} = {g} _ {Na} (V), \, {g} _ {L} = {g} _ { L} (V) $$

Поскольку n, m и h связаны с активацией калиевых каналов, активацией натриевых каналов и инактивацией натриевых каналов соответственно, как видно из уравнений (3) и (4), они имеют вид:

$$ \ frac {dm} {dt} = \ frac {{m} _ {\ infty} (V) -m (V)} {{\ tau} _ {m} (V)} $$

$$ \ frac {dn} {dt} = \ frac {{n} _ {\ infty} (V) -n (V)} {{\ tau} _ {n} (V)} $$

$$ \ frac {dh} {dt} = \ frac {{h} _ {\ infty} (V) -h (V)} {{\ tau} _ {h} (V)} $$

, где значение τ _p , индекс которого определяется как p = (n, m, h) , зависит от напряжения и положения, но не от времени.Тогда τ _p можно определить как

$$ {\ tau} _ {p} (V) = \ frac {1} {{\ alpha} _ {p} (V) + {\ beta } _ {p} (V)} $$

Здесь p можно заменить на n, m или h, чтобы учесть активацию или инактивацию натриевых или калиевых каналов. Чтобы учесть i-е ионные каналы, Ходжкин-Хаксли ввел α _p ( В ) и β _p ( В ) в качестве констант скорости, которые зависят от напряжения, но не время.{- \ mathrm {0.1 (} V + \ mathrm {35)}}} $$

Здесь каждая из числовых констант, следующих за константами скорости, была экспериментально измерена и получена Ходжкин-Хаксли в их статье 1952 года, озаглавленной «Количественный анализ. описание мембранного тока и его приложения к проводимости и возбуждению в нервах » ¹⁹ .

Поскольку электромагнитное поле генерируется как побочный продукт стационарных зарядов и движущихся токов во время потенциала действия внутри аксона, результирующий ток, который дает неоднородное изменяющееся во времени электромагнитное поле, предлагаемое нашей теорией, является суммой емкостных, I _cap , а ионный ток I _ion , как показано на рис.1, по модели Ходжкина Хаксли, и дополнительные члены осевого, I _ax , и продольного, I _lng , внутриклеточные токи, распространяющиеся вместе с потенциалом действия, предложенные нашей моделью. Как указано в их названии, емкостной ток возникает из-за емкости ячейки, а ионный ток возникает из-за потока ионов через клеточную мембрану. И емкостный, и ионный токи модели Ходжкина-Хаксли учитывают циклы гиперполяризации и деполяризации нервной мембраны за счет притока и оттока ионов, но из-за ионного движения во внеклеточном пространстве и расположения зарядов как внутриклеточно, так и внеклеточно. пространства во время распространения потенциала действия, мы предлагаем дополнение к модели Ходжкина-Хаксли в форме упомянутых выше осевых и продольных токов, которые более точно описывают и количественно определяют облегчение распространения потенциала действия.

В то время как емкостной ток представляет собой изменение напряжения мембраны, умноженное на емкость ячейки,

$$ {I} _ {cap} = C \ frac {dV} {dt} $$

ионный ток является суммой индивидуальный ток течет по всем ионным каналам.

$$ {I} _ {ion} = \ sum {I} _ {i} $$

С другой стороны, продольный ток, предлагаемый нашей теорией, является результатом созданной и приложенной разности потенциалов из-за пассивное распространение потенциала действия и последующий поперечный ионный ток.

$$ {I} _ {lng} = \ frac {V} {R} $$

Тогда аксиальный ток представляет собой сумму продольного тока и долей емкостного и ионного токов, которые инициируют распространение потенциала действия в следующем аксональном сегменте. .

Согласно модели Ходжкина-Хаксли, ионный ток равен проводимости ионного канала, умноженной на движущую силу через мембрану, включая натриевые, калиевые и ионные токи утечки.

$$ {I} _ {ion} = \ sum {I} _ {i} = \ sum {g} _ {i} (V- {V} _ {i}) $$

$$ {I } _ {ion} = {g} _ {K} (V- {V} _ {K}) + {g} _ {Na} (V- {V} _ {Na}) + {g} _ {L } (V- {V} _ {L}) $$

При вычислении производных с использованием приближения Эйлера первого порядка для эволюции стробирующих переменных напряжения n, m, h и V выражения принимают следующий вид:

$$ V (i + \ mathrm {1)} = V (i) + {\ rm {\ Delta}} t \ frac {{I} _ {ion}} {C} $$

$$ n (i + \ mathrm {1)} = n (i) + {\ rm {\ Delta}} t ({\ alpha} _ {n} (i \ mathrm {) (1} -n (i)) — {\ beta} _ {n} (i ) n (i)) $$

$$ m (i + \ mathrm {1)} = m (i) + {\ rm {\ Delta}} t ({\ alpha} _ {m} (i \ mathrm { ) (1} -m (i)) — {\ beta} _ {m} (i) m (i)) $$

$$ h (i + \ mathrm {1)} = h (i) + {\ rm {\ Delta}} t ({\ alpha} _ {h} (i \ mathrm {) (1} -h (i)) — {\ beta} _ {h} (i) h (i)) $$

Если диаметр нейрона равен d , его окружность равна π d , а поверхность отрезка длины шага равна Δ x , то емкость этого отрезка нейрона равна C = πd Δ xc .Здесь c — удельная емкость на единицу площади.

Согласно закону Кирхгофа сумма всех напряжений в контуре цепи должна быть равна нулю. В этом случае емкостной и ионный токи утечки должны быть равны, чтобы описать установившееся состояние. Таким образом, можно записать, что:

$$ C \ frac {dV} {dt} = {g} _ {K} (V- {V} _ {K}) + {g} _ {Na} (V — {V} _ {Na}) + {g} _ {L} (V- {V} _ {L}) + {I} _ {app} $$

(5)

, где I _lng — приложенный ток, определяемый моделью Ходжкина-Хаксли как ток, генерируемый скачком напряжения, приложенным к нейрону.

Чтобы учесть изменение емкости мембраны и ионного потенциала вдоль нейрона, модель Ходжкина-Хаксли сначала должна быть решена методом компартментального метода для пространственно-временного распространения потенциала действия. Это делается с помощью ODE и добавления дополнительных условий связывания, чтобы связать пространственную и временную зависимость между различными нейронными компартментами.

Наиболее распространенными способами решения таких ОДУ являются методы прямого Эйлера или обратного Эйлера, но оба они сами по себе несут численную нестабильность.{j}) $$

Определение сопротивления и площади нейрона

Моделируя нейрон как токоведущий провод, мы утверждаем, что электрическое сопротивление провода больше для более длинного провода, чем для провода с большим поперечным сечением. -площадь сечения и зависит от материала, из которого изготовлена ​​проволока. Все это учтено в удельном сопротивлении ρ . Зная, что

, тогда мы можем сказать, что на данный момент длина аксонального сегмента L равна размеру шага x .{2} $$

(6)

При этом изменение сопротивления нейрона после шага x становится

$$ R = \ frac {\ rho x} {2 \ pi r (x + r)} $$

(7)

Выведение члена с продольным током и его решение с использованием метода Кранка Николсона

Поскольку начальный продольный ток соответствует скачку напряжения в этом нервном сегменте, деленному на сопротивление нервного волокна, \ ({I} _ {lng } = \ frac {V} {R} \), чтобы получить значение продольного тока и его соответствующее временное распространение по длине нейронного сегмента, x , необходимо было получить сопротивление аксона R, смоделирован как проволока.{3} [h (j) + {\ rm {\ Delta}} x ({\ alpha} _ {h} (j \ mathrm {) (1} -h (j)) \\ & & — {\ beta } _ {h} (j) h (j))] ((V (j) + {\ rm {\ Delta}} x \ frac {{I} _ {ion}} {C}) — {V} _ {Na}) + R [V (j) + {\ rm {\ Delta}} x \ frac {{I} _ {ion}} {C}] \ end {array} $$

(9)

Оба этих выражения, представленные в уравнениях (8) и (9), служат для определения и количественной оценки аксиального тока как в предыдущем, так и в последующих сегментах аксонов и его временной прогрессии.

Моделирование электромагнитного поля вокруг нейронов, создаваемого проходящими осевыми, внутриклеточными и ионными токами

Даже если ток в аксоне можно было бы приблизительно оценить как устойчивый во времени на достаточно маленьком, Δ x , элементе нейрона, и тогда будет означать, что индуцированное магнитное поле не изменяется во времени, распространение потенциала действия кодируется синусоидальными пороговыми свойствами.Синусоидальная частота потенциала действия затем индуцирует изменяющееся во времени магнитное поле, и к закону Био-Савара должен быть добавлен новый исходный член, называемый током смещения, что приводит к уравнению Ампера-Максвелла.

$$ \ overrightarrow {\ nabla} \ times \ overrightarrow {B} = {\ mu} _ {0} \ overrightarrow {J} + {\ varepsilon} _ {0} \ frac {\ partial \ overrightarrow {E} } {\ partial t} $$

(10)

Где \ (\ overrightarrow {B} \) — магнитное поле, \ (\ overrightarrow {J} \) — полная плотность тока, \ (\ overrightarrow {E} \) — индуцированное электрическое поле, μ ₀ — магнитная проницаемость свободного пространства, а ε ₀ — электрическая проницаемость свободного пространства.

Поскольку напряженность индуцированного электрического поля не может быть непосредственно получена из системы связанных ОДУ в уравнении (3), интегральная форма закона Ампера-Максвелла должна использоваться для описания электромагнитного поля, создаваемого прохождением ионного и аксиального тока. во время распространения потенциала действия.

$$ {\ oint} _ {C} \ overrightarrow {B} \ cdot \, \ overrightarrow {d} \, l = {\ mu} _ {0} ({I} _ {enc} + {\ varepsilon } _ {0} \ frac {d} {dt} {\ int} _ {s} \ overrightarrow {E} \ cdot \ hat {n} da) $$

Как мы определили \ (\ frac {d} {dt} {\ int} _ {s} \ overrightarrow {E} \ cdot \ hat {n} da \) как скорость изменения электрического потока, тогда электрический поток может быть вычислен для заряда, заключенного в нейроне, чтобы результат:

$$ {\ int} _ {s} \ overrightarrow {E} \ cdot \ hat {n} da = {\ int} _ {s} \ frac {\ sigma} {{\ varepsilon} _ {0 }} da = \ frac {Q} {A {\ varepsilon} _ {0}} {\ int} _ {s} da = \ frac {{Q} _ {enc}} {{\ varepsilon} _ {0} } $$

Хотя говорят, что в проводнике нет заряда, что мы и наблюдаем в данном случае на нейрон, поскольку внешнее напряжение постоянно прикладывается к нейрону во время потенциала действия от предыдущего к следующему. сегмент, приводящий к распространению осевого тока, описанному в уравнениях (8) и (9), то мы не можем игнорировать член в уравнении Ампера-Максвелла который включает Q _enc .Затем это приводит к пространственно-временным изменениям зарядов, накопленных внутри нейрона. Поскольку потенциал действия распространяется с такой скоростью, чтобы возникать около 100 раз за секунду , Q _enc является исключительно функцией накопления заряда из-за ионного потока через натриевые, калиевые и другие каналы утечки.

Это дает нам окончательную версию уравнения Ампера-Мавелла, которое описывает силу электромагнитного поля вокруг нейрона.Чтобы решить эту проблему, необходимо точно измерить заряд, заключенный в нейроне.

$$ {\ oint} _ {C} \ overrightarrow {B} \ cdot \, \ overrightarrow {d} \, l = {\ mu} _ {0} \ overrightarrow {I} + \ frac {{Q} _ {enc}} {dt} $$

Теоретическая модель движения клеток в ЦНС

Чтобы учесть движение клеток в электромагнитном поле, определяемом системой связанных ОДУ, клетки моделируются как отрицательно заряженные сферы, которые: ведут себя как ньютоновская жидкость с вязкостью 0.0012 Па-с » ²⁰ . Поскольку их поток управляется давлением и зависит от градиента концентрации, его лучше всего описать с помощью метода сглаженной диссипативной динамики частиц, во время которого они демонстрируют обобщенные блуждания Леви ²¹ под влиянием индуцированных неоднородных электромагнитных полей вокруг нейронов, которые предлагаются этим бумага.

Диапазон магнитного поля вокруг узлов Ранвье и миелинизированных участков аксонов

Чтобы вычислить диапазон, в котором магнитное поле может воздействовать на клетки, чтобы увидеть, действуют ли магнитные поля на достаточно больших расстояниях, чтобы клетки могли Для его обнаружения использовалась упрощенная версия модели, предложенной в этой статье, исключающая пространственно-временное распространение потенциала действия и, следовательно, исключающая пространственные и временные индексы из используемых уравнений.Причина, по которой это могло быть сделано, заключается в том, что, хотя само поле чрезвычайно неоднородно, на достаточно малых расстояниях вокруг нейрона оно может рассматриваться как однородное и все еще подчиняющееся закону Био-Савара.

Рассматривая нейрон как провод с неоднородной плотностью тока, линейный интеграл напряженности магнитного поля может быть решен как

$$ {\ oint} _ {C} \ overrightarrow {B} \ cdot \, \ overrightarrow {d} l = 2 \ pi r \ overrightarrow {B} $$

Используя полученное выражение в уравнении Ампера-Максвелла,

$$ 2 \ pi r \ overrightarrow {B} = {\ mu} _ {0} I + \ frac {{Q} _ {enc}} {dt} $$

Поскольку поле можно рассматривать как однородное на относительно небольших расстояниях, то термин, включающий Q _enc , заряд, заключенный в нейрон, приближается к 0 и может быть проигнорирован.В результате получается

$$ 2 \ pi r \ overrightarrow {B} = {\ mu} _ {0} I $$

, где I — сумма аксиального, продольного и ионного токов, как предлагается в нашей модели.

Без учета пространственно-временных вариаций токов и электромагнитного поля, чтобы получить расстояние, на котором электромагнитное поле действует, ток, текущий через нейрон, определяется как

$$ I = {g} _ {K} ( V- {V} _ {K}) + {g} _ {Na} (V- {V} _ {Na}) + {g} _ {L} (V- {V} _ {L}) + \ frac {V} {R} $$

где V — мембранный потенциал, а R — сопротивление нейрона. {2} $$

$$ {g} _ { K} = 12.{2} $$

Далее, поскольку сейчас мы работаем с полем вокруг узла Ранвье, согласно Каркано и др. . ²³ длина узла Ранвье принята равной

$$ x = 1,08 \ pm 0,02 \, \ мкм, $$

, а плотность нейрона принята равной ρ = 1 г / мл , поскольку нет доступных измеренных значений.

Чтобы получить максимальное расстояние от аксолеммы, на котором может действовать магнитное поле, \ (\ overrightarrow {B} \) (r) устанавливается равным 0, и уравнение решается относительно r.{-4} см + r)} {1 \, г / мл}]} {2 \ pi r} = 0 $$

$$ r = {D} _ {max} = 6.606 \, \ mu m $ $

Диапазон магнитного поля на миелинизированных сегментах

Для этого вычисления шаги были повторены, как для узлов Ранвье, но только длина миелинизированного сегмента x была установлена ​​на уровне

$$ x = 3.08 \ pm 0,02 \, \ mu m $$

Следовательно, расстояние, на которое действует магнитное поле в миелинизированных сегментах, составляет

, но это расстояние включает толщину миелиновой оболочки, т.е.е. полный спектр магнитного поля от поверхности нейрона, аксолеммы. При этом толщину миелиновой оболочки необходимо вычесть из этого значения, чтобы получить истинное расстояние от поверхности миелиновой оболочки, нейрилеммы, толщина которой была принята в среднем равной d = 3,63 ± 0,05 мкм , на котором присутствует магнитное поле.

При этом реальное расстояние, на котором действует магнитное поле, начиная с нейрилеммы, составляет

$$ {D} _ {max} = 2.066 \, \ mu m $$

Моделирование максимальной силы магнитного поля вокруг нейронов

Как было показано, нейрон можно смоделировать как токоведущий провод, сила тока которого изменяется в зависимости от относительного положения узла. Ранвье или миелинизированный сегмент. Если наблюдается одна такая область, ток в узле Ранвье будет индуцировать круговое магнитное поле в этой области. Сила, направление и сила, которую это магнитное поле оказывает на частицы, будут тогда полностью определяться общим осевым, продольным и ионным током внутри этого сегмента.

Приближая ток в аксоне, чтобы он был устойчивым во времени на достаточно маленьком элементе Δ x узла Ранвье, можно сказать, что индуцированное магнитное поле не изменяется во времени и является относительно однородным на расстояниях в несколько микрон вокруг. аксон и закон Био-Савара для магнитного поля вокруг провода. Если бы это было не так и ток изменялся во времени даже в таких меньших масштабах, это вызвало бы изменяющееся во времени магнитное поле, и нужно было бы добавить новый источник, называемый током смещения, что привело бы к уравнению Ампера-Максвелла; предложенный в этой статье для более точного описания пространственно-временного распространения потенциала действия и связанных с ним неоднородных электромагнитных полей.{3}} dL \ times \ hat {R} $$

Здесь цель состоит в том, чтобы вычислить магнитное поле, B , в позиции r , создаваемое постоянным ионным, продольным и осевым током, I , через нейрон. Электрический ток через нейрон приближается к непрерывному потоку ионов через натрий, калий и каналы утечки, который является постоянным во времени и не приводит к накоплению или истощению зарядов в любой точке, добавленных к продольному потоку тока в результате распространения импульса.

Для этого на Matlab был написан исходный код, который состоит из инициализации x-, y- и z-компонентов пространства в форме

$$ {X} _ {w} = floor \ frac {- N} {2}: floor \ frac {N} {2} $$

и последующие вычисления компонент вектора в каждом сегменте нейрона. После определения x-, y- и z- составляющих магнитного поля вокруг нейрона и размещения его в плоскости yz, код проходил по циклу для каждой итерации, чтобы получить силу поля в непосредственной близости от аксона (рис. .5).

Рисунок 5

Цветная диаграмма напряженности магнитного поля, создаваемого вокруг нейрона в плоскости yz, с легендой, указывающей силу магнитного поля в T. Здесь видно, что магнитное поле является самым сильным, как и ожидалось, ближайшим к аксону и нелинейно спадает с расстоянием после достижения D _max , показывая первые признаки неоднородности. В самом сильном виде магнитное поле дает значение B = 3,0 × 10 ⁻¹² T .

Поскольку магнитное поле становится все более неоднородным с увеличением расстояния от источника, уравнение Ампера-Максвелла должно использоваться после D _max , чтобы точно отобразить изменения в напряженности поля, которые: в конечном итоге, в результате получается напряженность магнитного поля, измеренная МЭГ.

In vivo Исследование слежения за клетками с помощью МРТ после воздействия модификации заряда клеточной поверхности на ее миграцию в ЦНС

Исследование in vivo магнитно-резонансной томографии (МРТ) было выполнено с использованием мышей C57Bl6, у которых был инсульт. были индуцированы методом MCAO, как сообщила наша группа ²⁴ .После выделения Т-лимфоцитов из плазмы крови, полученной при кровотечении из орбитального венозного синуса, клетки разделили на две группы. Первую группу лечили антагонистом глюкокортикоидных рецепторов RU486 (Мифепристон 98%, Sigma-Aldrich), который влияет на чистый поверхностный заряд клетки ^5,25,26,27 , в то время как вторая группа не обрабатывалась и служила контролем. . Обе группы клеток были помечены раствором суперпарамагнитных наночастиц оксида железа (SPION, Sigma Aldrich), что позволило нам визуализировать их с помощью МРТ.

Убедившись, что клетки в обеих группах действительно демонстрируют одинаковую скорость размножения и жизнеспособность, 4 мышам с инсультом вводили клетки, обработанные RU486, а другим 4 — необработанные клетки. Один миллион клеток был введен в область полосатого тела ( AP — 0,5, ML + 2,5 и DV — 2,5), примерно 500 мкм от внешней границы мазка. МРТ Biospec Bruker 7 T использовался для обнаружения трансплантированных клеток и измерения расстояний, которые достигли мигрирующие клетки через 7 дней после трансплантации.

Хотя этот эксперимент, в котором мы проверили нашу гипотезу о том, что нейтрализация поверхностного заряда будет влиять на миграцию Т-лимфоцитов, проводился с несколькими уровнями контроля (т. Е. Мы подтвердили отсутствие разницы в жизнеспособности клеток до инъекции и наблюдали нет единой разницы в физиологии клеток до инъекции), мы планируем подтвердить наш вывод дополнительными экспериментами. Первый будет в форме теста in vivo с источниками электромагнитного поля и визуализацией живых клеток для отслеживания движения Т-лимфоцитов под влиянием внешних электромагнитных полей, будь то заряженных или незаряженных.Второе исследование будет направлено на измерение точного значения заряда Т-лимфоцитов и, впоследствии, на поиск оптимального распределения заряда по его периметру, чтобы максимизировать или минимизировать его миграцию — в зависимости от рассматриваемых обстоятельств и конечного желаемого эффекта.

Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на циркадную систему: текущий уровень знаний

Одним из побочных эффектов работы каждого электрического устройства является электромагнитное поле, генерируемое рядом с его рабочим местом.Все организмы, включая человека, ежедневно подвергаются воздействию различных типов этого поля, характеризующегося различными физическими параметрами. Поэтому важно точно определить влияние электромагнитного поля на физиологические и патологические процессы, происходящие в клетках, тканях и органах. Многочисленные эпидемиологические и экспериментальные данные показывают, что чрезвычайно низкочастотное магнитное поле, создаваемое линиями электропередачи и устройствами с электрическим приводом, а также высокочастотное электромагнитное излучение, излучаемое электронными устройствами, потенциально отрицательно влияет на циркадную систему.С другой стороны, несколько исследований не обнаружили влияния этих полей на хронобиологические параметры. В соответствии с текущим уровнем знаний, некоторые ранее предложенные гипотезы, в том числе гипотеза о ключевой роли нарушения секреции мелатонина в патогенезе заболеваний, вызванных электромагнитным полем, нуждаются в пересмотре. В этой статье рассматриваются данные о влиянии электрических, магнитных и электромагнитных полей на ритмы мелатонина и кортизола — двух основных маркеров циркадной системы, а также сна.Он также предоставляет основную информацию о характере, классификации, параметрах и источниках этих полей.

1. Введение

Одним из побочных эффектов работы любого электрического устройства является электромагнитное поле, возникающее рядом с его рабочим местом. Все организмы, включая человека, ежедневно подвергаются воздействию различных типов этого поля, характеризующегося различными физическими параметрами. Поэтому важно точно определить влияние электромагнитного поля на организмы.Все устройства с электропитанием и линии передачи генерируют низкочастотное (обычно 50 или 60 Гц) поле, которое имеет квазистационарный характер, и две его составляющие — электрическое и магнитное поле — можно анализировать отдельно. Считается, что это поле оказывает потенциально негативное воздействие на организмы, хотя механизм его биологического действия остается неизвестным. С другой стороны, электронные устройства, такие как мобильные телефоны, телевизоры или радиопередатчики, излучают электромагнитное излучение с высокими частотами (от 300 МГц до 300 ГГц).Излучение высокой энергии этого типа вызывает тепловой эффект, который может повышать температуру тканей и органов, а также вызывать серьезные повреждения клеток. Международное агентство по изучению рака (IARC) в 2002 году классифицировало чрезвычайно низкочастотное магнитное поле, создаваемое электрическими устройствами, как возможное канцерогенное для человека [1]. В 2011 году радиочастоты электромагнитных полей были квалифицированы МАИР и ВОЗ как потенциально повышающие риск развития злокачественной опухоли головного мозга [2].

Видимая часть электромагнитного излучения с относительно узкой полосой частот от 389 до 789 ТГц играет ключевую роль в регуляции суточных ритмов, влияя на активность супрахиазматического ядра через меланопсин-положительные ганглиозные клетки сетчатка [3]. Тем не менее, несколько отчетов предоставили доказательства того, что электрические и магнитные поля также влияют на циркадную систему. Было высказано предположение, что дефицит секреции мелатонина может быть ответственным за онкогенное действие электромагнитного поля [4].

Целью статьи был обзор данных о влиянии электрических, магнитных и электромагнитных полей на ритмы мелатонина и кортизола, двух основных маркеров циркадной системы, а также на сон. Мы также включили информацию о природе, физических параметрах, классификации и источниках полей, которая может быть полезна биологам и врачам.

2. Природа электрических, магнитных и электромагнитных сил

В физических науках электромагнитное поле — это состояние пространства, характеризующееся электродинамической природой сил, действующих на электрически заряженные объекты.В этом контексте электромагнитное поле можно рассматривать как состоящее из двух независимых компонентов [5]: (i) электрическое — представленное состоянием пространства, известным как электрическое поле, в котором кулоновские силы действуют на неподвижные электрически заряженные объекты, (ii) магнитное — представленное состоянием пространства, известным как магнитное поле, в котором силы Лоренца действуют на нестационарные (движущиеся) электрически заряженные объекты (представляющие электрические токи). Может быть интересно отметить, что согласно специальной теории относительность, электрическое и магнитное поля — это два аспекта одного и того же явления в зависимости от выбранной системы отсчета наблюдения — электрическое поле в одной системе отсчета может восприниматься как магнитное поле в другой системе отсчета.

В пределах своего воздействия электромагнитные поля могут воздействовать на физические объекты, включая живые организмы. Эффекты этого влияния зависят от многих факторов. Среди них наиболее важными являются [5] (i) напряженность поля — в случае электрического поля его напряженность выражается в вольтах на метр (В / м), а в случае магнитного поля (МП) — в интенсивность выражается в амперах на метр (А / м), (ii) расстояние до объекта выражается в метрах (м), (iii) частота излучаемой энергии — в случае полей, зависящих от времени, она выражается в герцах (Гц) , в то время как для полей, не зависящих от времени, их частота равна 0, (iv) поверхностная плотность мощности (удельная мощность), представляющая интенсивность излучаемой энергии (мощности) с площадью по всей этой излучаемой энергии, выраженная в ваттах на квадратный метр (Вт / м ² ).

Здесь стоит упомянуть, что напряженность магнитного поля выражается в амперах на метр (А / м) в соответствии со стандартами SI. Однако в литературе и научной практике очень часто вместо этого используется индукция магнитного поля, которая выражается в теслах (Тл). Эти величины — и — взаимосвязаны через магнитную проницаемость среды.

3. Электромагнитные поля в среде обитания живых организмов

Электромагнитное излучение и поля сопровождают живые организмы с самого начала жизни на Земле.Однако их нынешнюю интенсивность и повсеместность следует отнести, прежде всего, к человеческой деятельности — технологическим достижениям в современном машиностроении, связанным с разработкой и практическим использованием систем передачи электроэнергии, электрического оборудования и телекоммуникаций.

Источники электромагнитного излучения и полей можно разделить на естественные и неестественные. К естественным источникам относятся небесные тела, такие как звезды и магнитары, Земля и биологические процессы, связанные с потоком электрических импульсов в живых организмах (рис. 1).Электромагнитное излучение, которое достигает поверхности Земли из космоса в виде микроволнового фонового излучения, является следствием Большого взрыва и эволюции Вселенной в самые первые секунды ее существования. Этот тип излучения характеризуется распределением тепловой энергии как наиболее совершенное черное тело в природе и имеет почти идеальный планковский спектр при температуре около 2,7 К, в то время как максимум его поверхностной плотности мощности соответствует длине волны 272 ГГц [6 ]. Солнечное излучение, достигающее поверхности Земли, имеет относительно небольшую поверхностную плотность мощности около 3 мкм Вт / м ² [6] и состоит из отличительных полос частот, так называемых атмосферных окон, представляющих те полосы частот, которые не поглощаются атмосфера Земли.Их можно перечислить как (i) радиоокно — представленное длинами электромагнитных волн от 15 МГц до 300 ГГц, (ii) оптическое окно — представленное длинами электромагнитных волн от 150 ТГц до 1000 ТГц, (iii) микроволновое окно — представленное электромагнитными длинами волн от 23,1 ТГц до 37,5 ТГц. Магнитное поле Земли — это еще одно естественное поле, исходящее из ядра планеты, которое простирается до обширного пространства, окружающего Землю, известного как магнитосфера. Важным источником сильных электромагнитных полей являются атмосферные разряды, известные как молния.Быстрые выбросы радиации, которые сопровождают эти природные явления, характеризуются высокой плотностью мощности и высокими частотами. В живых организмах электромагнитные поля возникают из-за передачи сигналов в нервной системе и из структур, автономно генерирующих электрические импульсы (например, сердца).

История неестественных источников электромагнитного излучения и полей относительно коротка и охватывает только последние сто лет. Неестественные источники электромагнитного излучения или полей относятся к двум группам.Первая группа включает ионизирующее излучение, характеризующееся относительно высокой энергией, которое может приводить к ионизации частиц вещества. Присутствие этого вида излучения имеет в первую очередь естественные причины (статистическая годовая доза облучения составляет около 2,4 мЗв). Однако неприродные источники ионизирующего излучения, такие как технические устройства, в которых используются различные радиоактивные изотопы, в настоящее время считаются наиболее важными проблемами в охране здоровья населения. Вторая группа — это неионизирующее излучение с энергией, которая слишком мала для ионизации частиц вещества.Обычными источниками этого вида излучения являются все средства, используемые для производства, передачи и использования электроэнергии (высоковольтные линии электропередач, подстанции, двигатели, генераторы, промышленные и бытовые приборы, домашняя электропроводка и т. Д.). Очень важные источники электромагнитного излучения включают телекоммуникационные системы (радио, телевидение, Интернет и Wi-Fi), а также медицинские устройства, используемые для диагностики или терапии.

Согласно Европейской комиссии, неионизирующее излучение можно разделить на несколько уровней [7]: (i) статические поля, (ii) поля крайне низкой частоты (поля СНЧ), (iii) поля промежуточной частоты (поля ПЧ), ( iv) радиочастотные поля (радиочастотные поля).Чтобы проиллюстрировать соображения авторов, типичные источники электромагнитных полей / излучения, влияющих на живые организмы и упомянутые выше, перечислены и описаны в таблице 1.

4.Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции мелатонина

Мелатонин является основным гормоном системы циркадного ритма у всех позвоночных, включая человека [8]. Суточный ритм его секреции в шишковидной железе млекопитающих управляется супрахиазматическим ядром — центральным эндогенным осциллятором, непосредственно связанным с сетчаткой [8–10]. В физиологических условиях регуляторные механизмы обеспечивают правильное включение этого ритма в цикл свет-темнота, и, следовательно, повышенная секреция мелатонина в ночное время может служить для всех клеток организма часами и календарем [8, 11, 12].Мелатонин играет ключевую роль в контроле многих физиологических процессов, происходящих в суточных или сезонных ритмах, таких как сон, метаболизм и размножение [13]. Более того, мелатонин также участвует в регуляции иммунной системы [14], сердечно-сосудистой системы [15] и развития рака [13, 16, 17]. Это также очень мощный поглотитель свободных радикалов [18].

Следует отметить, что уровень секреции мелатонина заметно различается у разных людей, как у людей [19, 20], так и у животных [21, 22].Основываясь на измерениях мелатонина в моче, человеческую популяцию можно разделить на выделителей мелатонина с низким и высоким содержанием мелатонина [19, 20]. Исследование на овцах продемонстрировало, что индивидуальная изменчивость уровня мелатонина в плазме находится под строгим генетическим контролем и связана с массой шишковидной железы и секрецией мелатонина, но не с катаболизмом гормонов [21]. Индивидуальные суточные профили мелатонина плазмы хорошо воспроизводятся в последовательные дни, недели и месяцы как у людей, так и у животных [20, 22].Уровень ночной секреции мелатонина снижается с возрастом [23].

Несколько факторов, например световое загрязнение в ночное время или перемещение по часовым поясам, могут привести к нарушению ритма секреции мелатонина и циркадной дезорганизации, что, несомненно, оказывает негативное влияние на различные аспекты здоровья [13, 14, 16, 24, 25].

Секреция мелатонина шишковидной железой обычно считается особенно чувствительной к воздействиям электрического, магнитного и электромагнитного полей.Влияние этих полей на активность пинеальной железы было проанализировано в эпидемиологических исследованиях [26–41] и экспериментальных исследованиях, проведенных с использованием различных моделей in vivo, [42–94] и in vitro, [95–100].

4.1. Эпидемиологические исследования

Эпидемиологические исследования предоставили интересные и очень важные данные о влиянии электромагнитных полей на мелатонин и его метаболит — 6-сульфатоксимелатонин — у людей. Многие из этих исследований касались эффектов чрезвычайно низкочастотного магнитного поля (ELF-MF), которое генерируется внешними линиями электропередачи высокого и среднего напряжения, внутренним источником электропитания и электрическими приборами [25].

Связь между воздействием магнитных полей с частотой 16,7 Гц и здоровьем человека интенсивно изучалась у железнодорожников [26, 101, 102]. Pfluger и Minder [26] сравнили, используя план повторных измерений, экскрецию 6-сульфатоксимелатонина с мочой у 108 швейцарских железнодорожников мужского пола между периодами отдыха и днями после начала работы на двигателях с электрическим приводом или выполнения других задач. Исследование показало, что экскреция 6-сульфатоксимелатонина с мочой была ниже в рабочие дни, чем в дни отдыха, у водителей двигателей, подвергавшихся воздействию 16.Магнитное поле 7 Гц со средней напряженностью 20 мк Тл, но не среди других рабочих. Следует отметить, что эпидемиологические исследования швейцарских железнодорожников продемонстрировали значительно повышенную (на 0,9% на мк Т-год кумулятивного воздействия) смертность от лейкемии [101]. Статистические данные также предполагают связь между профессиональным воздействием магнитного поля с частотой 16,7 Гц и риском болезни Альцгеймера [102].

Люди широко подвергаются воздействию магнитных полей с частотой 50 Гц (в Европе) или 60 Гц (в Северной Америке), создаваемых источниками питания и электрическими устройствами, обычно используемыми в домах и на рабочих местах.Уменьшение экскреции 6-сульфатоксимелатонина с мочой наблюдалось у электриков, подвергавшихся воздействию магнитных полей с частотой 60 Гц [27–29]. Значительные изменения были отмечены после второго дня рабочей недели, и эффект воздействия магнитного поля был наиболее заметным у субъектов с низким уровнем освещенности на рабочем месте [28]. Кроме того, было продемонстрировано, что снижение экскреции 6-сульфатоксимелатонина происходило у рабочих, подвергавшихся воздействию более двух часов и в трехфазной среде [29].У людей, работающих в однофазной среде, изменений не обнаружено. Слабое влияние профессионального воздействия низкоинтенсивного магнитного поля на экскрецию 6-сульфатоксимелатонина также наблюдалось у работающих женщин [30].

Davis et al. [31] предположили, что домашнее воздействие магнитного поля 60 Гц снижает активность пинеальной железы у женщин, в первую очередь у женщин, принимающих лекарства. Уровень экскреции 6-сульфатоксимелатонина был ниже у младенцев, содержащихся в инкубаторах, и повышался, когда их переводили в место, свободное от электрических устройств [103].Анализ, проведенный Юутилайненом и Кумлином [32], предполагает, что воздействие магнитного поля с частотой 50 Гц может усиливать эффекты воздействия ночного света на выработку мелатонина; однако исследование проводилось на относительно небольшой группе субъектов.

Следует подчеркнуть, что небольшое количество эпидемиологических исследований не выявило влияния воздействия КНЧ-МФ на секрецию мелатонина [33–37]. Gobba et al. [33] отметили схожие уровни экскреции 6-сульфатоксимелатонина в двух группах рабочих, подвергавшихся воздействию полей ≤0.2 μ T и> 0,2 μ T. Никакой связи между воздействием магнитного поля 60 Гц в жилых помещениях и экскрецией 6-сульфатоксимелатонина не наблюдалось у взрослых в возрасте 50–81 лет [34]. Touitou et al. [35] показали, что длительное воздействие КНЧ-МФ не изменяет уровень и суточную секрецию мелатонина. Эти данные предполагают, что магнитные поля не обладают кумулятивным действием на секрецию мелатонина у людей.

В отличие от ELF-MF, в эпидемиологических исследованиях гораздо меньше внимания уделялось влиянию электромагнитных полей промежуточного диапазона частот (от 300 Гц до <10 МГц) и радиочастотного диапазона (от 10 МГц до 300 ГГц).Не было обнаружено изменений в экскреции 6-сульфатоксимелатонина с мочой у женщин, проживающих рядом с передатчиками радио- и телевещания [38]. Использование мобильного телефона более 25 минут в день снижает уровень секреции мелатонина [39]. Радиовещательные передатчики с коротковолновыми электромагнитными полями (6–22 МГц) снижали секрецию мелатонина на 10% [40]. Исследование, проведенное с участием 50 техников по обслуживанию электронного оборудования, подвергшихся воздействию различных видов полей, выявило значительно более низкие уровни мелатонина в сыворотке крови по сравнению с контрольной группой [41].

4.2. Экспериментальные исследования на добровольцах

В отличие от эпидемиологических исследований, большинство исследований, проведенных на добровольцах, не выявили влияния КНЧ-МФ на уровни мелатонина и / или 6-сульфатоксимелатонина [42–51]. В исследовании Warman et al. [42], 2-часовое воздействие поля 50 Гц с интенсивностью 200–300 мк Тл не вызывало значительных изменений в повышении уровня мелатонина в ночное время. Точно так же воздействие на добровольцев в течение одной ночи полем 50 Гц с интенсивностью 20 мк Тл не влияло на уровень мелатонина в плазме [43].Selmaoui et al. [44] продемонстрировали, что острое ночное воздействие непрерывного или прерывистого 50 Гц линейно поляризованного магнитного поля силой 10 мк Тл не влияет на секрецию мелатонина у людей. В серии экспериментов, проведенных Graham et al. [45–49], ночная секреция и метаболизм мелатонина не изменялись у людей при воздействии КНЧ-МП с интенсивностью в пределах профессионального диапазона воздействия в течение одной или нескольких ночей. Не было обнаружено изменений мелатонина в слюне после воздействия на добровольцев 16.Электромагнитное поле 7 Гц [50, 51]. В отличие от данных, представленных выше, Davis et al. [52] продемонстрировали, что воздействие магнитного поля от 0,5 до 1 мк Тл, превышающего уровень окружающей среды в течение 5 ночей подряд, снижает выведение 6-сульфатоксимелатонина у женщин.

4.3. Экспериментальные исследования на животных

Большинство из экспериментов in vivo , посвященных влиянию воздействия магнитного поля на активность пинеальной железы, было проведено на лабораторных грызунах [53–85].

В исследованиях воздействия КНЧ-МФ были получены весьма изменчивые результаты. Непрерывное воздействие магнитного поля 10 мкм Тл 50 Гц на крыс Sprague-Dawley в течение 91 дня снижало уровень мелатонина в крови [53]. Однако в другом исследовании той же группы не удалось продемонстрировать стойкий эффект воздействия магнитного поля 100 мк Тл 50 Гц на уровень мелатонина у крыс, поскольку не наблюдалось его снижения или отсутствия изменений [54]. Снижение активности пинеальной железы в ответ на КНЧ-МФ было отмечено и в нескольких других экспериментах, проведенных на лабораторных крысах [55–63] и джунгарских хомячках [64, 65].С другой стороны, повышенная экскреция 6-сульфатоксимелатонина наблюдалась у крыс Sprague-Dawley, подвергшихся воздействию магнитного поля с частотой 50 Гц и интенсивностью 100 мк Тл в течение 24 часов [66]. Аналогичным образом Dyche et al. [67] продемонстрировали, что у крыс-самцов, подвергшихся воздействию магнитного поля 100 мк Тл в течение 1 месяца, наблюдается несколько повышенная экскреция 6-сульфатоксимелатонина. Повышенная секреция мелатонина после воздействия слабого магнитного поля также была обнаружена у джунгарского хомяка Niehaus et al.[68]. В других исследованиях, проведенных на крысах и хомяках, изменений секреции мелатонина в ответ на магнитное поле с частотой 50/60 Гц не наблюдалось [69–77]. Об отсутствии влияния ELF-MF на активность пинеальной железы также сообщалось у мышей [78].

Исследования на грызунах предоставили интересные данные о влиянии радиочастотного диапазона электромагнитного поля на активность пинеальной железы. Воздействие на крыс электромагнитного поля частотой 900 МГц и удельной адсорбцией 0.9 Вт · кг ^-1 (мобильный телефон) в течение 2 часов в день и повторение в течение 45 дней привело к статистически значимому снижению содержания мелатонина в пинеальной железе [81]. Кроме того, поле с частотой 1800 МГц и мощностью 200 Вт · см ⁻² (2 часа в сутки в течение 32 дней; 0,5762 Вт · кг ⁻¹ ) нарушало ритм секреции мелатонина у крыс [82]. Однако в другом эксперименте животных подвергали аналогичному воздействию в течение 30 минут в день, 5 дней в неделю в течение 4 недель, и никаких изменений уровня мелатонина в сыворотке крови крыс не было отмечено [83].Точно так же воздействие на джунгарских хомяков электромагнитным полем с частотами 383, 900 и 1800 МГц (80 мВт · кг ^-1 ) в течение 60 дней (24 часа в сутки) не приводило к изменениям секреции мелатонина. [84].

Исследования воздействия электрических и магнитных полей на негрызуны проводились лишь от случая к случаю [86–94]. Воздействие на молочный скот вертикального электрического поля 10 кВ / м и однородного горизонтального магнитного поля 30 мк Тл в течение 28 дней не изменяло ночной уровень мелатонина в крови [86].Аналогичным образом не наблюдалось изменений секреции мелатонина в других экспериментах, проведенных на молочных коровах [87, 88] и ягнятах [89, 90]. Исследования американских пустельг показали, что длительное воздействие электромагнитных полей (60 Гц, 30 мк Тл, 10 кВ · м ^-1 ) вызывает изменения секреции мелатонина [91]. Магнитное поле увеличивало уровень мелатонина в шишковидной железе и сыворотке крови форели в ночное время [92].

4.4.

In vitro Исследования

In vitro исследования влияния электромагнитных полей на секрецию мелатонина были проведены на шишковидной железе джунгарских хомяков [95, 100] и крыс [96–99].Результаты экспериментов с шишковидной железой хомяка в культуре суперфузионных органов показали, что КНЧ-МФ с интенсивностью 86 мк Тл и частотой 16,67 или 50 Гц вызывают снижение секреции мелатонина, активируемое изопротеренолом [95]. Снижение стимулируемой изопротеренолом секреции мелатонина и активности арилалкиламин-N-ацетилтрансферазы также было обнаружено в исследованиях пинеалоцитов крыс после воздействия КНЧ-МФ [96, 97]. Напротив, Lewy et al. [98] отметили повышенную активность ферментов, синтезирующих мелатонин, в то время как Tripp et al.[99] не обнаружили изменений секреции мелатонина в пинеалоцитах крыс в ответ на КНЧ-МФ.

Влияние воздействия электромагнитного поля с частотой 1800 МГц на секрецию мелатонина шишковидной железой джунгарского хомячка было исследовано [100] на той же экспериментальной установке, которая использовалась в экспериментах с КНЧ-МФ [95]. Это исследование продемонстрировало, что как непрерывные, так и импульсные сигналы при определенном уровне адсорбции 800 мВт · кг ^-1 , продолжительностью семь часов, увеличивают уровень секреции мелатонина, стимулированной изопротеренолом [100].

5. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции кортизола

Кортизол является важным стероидным гормоном, вырабатываемым надпочечниками. Подобно мелатонину, он демонстрирует постоянный и воспроизводимый суточный ритм в физиологических условиях [104–107]. Debono et al. [105] в исследовании 33 здоровых людей с 20-минутным интервалом профилирования кортизола в течение 24 часов показали, что концентрация кортизола достигает самых низких уровней около полуночи.Затем он начал расти в 02: 00–03: 00, а пик пришелся примерно на 08:30. Затем уровень кортизола медленно снизился до надира. Максимальный уровень кортизола в крови человека составлял приблизительно 399 нмоль / л, в то время как надирный уровень кортизола был <50 нмоль / л. Как и многие другие физиологические процессы в организме, происходящие в суточных циклах, ритм секреции кортизола регулируется супрахиазматическим ядром, расположенным в гипоталамусе.

Кортизол управляет голодом и аппетитом, стрессом, воспалительной реакцией и многими другими функциями [108–110].Важность кортизола особенно очевидна, когда он становится недостаточным в состоянии, известном как надпочечниковая недостаточность [111]. Было высказано предположение, что кортизол действует как вторичный посредник между центральными и периферическими часами и может быть важным фактором синхронизации циркадных ритмов тела [111]. Изменения ритмической продукции и уровня кортизола приводят к значительным побочным эффектам [108, 112]. У детей с аутизмом часто наблюдаются большие различия в дневных моделях кортизола и значительное повышение уровня кортизола в слюне в ответ на несоциальный стрессор [113].

Люди и животные живут в среде с электромагнитными полями разного происхождения. Они подвергаются воздействию электромагнитного поля естественного происхождения, такого как магнитная сила Земли и искусственного происхождения, которое возникает в результате деятельности человека. Изменения магнитного поля Земли влияют на все живые существа на планете. Кроме того, электрические и магнитные поля, которые существуют везде, где генерируется или передается электричество, кажутся очень важными для подвергшихся воздействию организмов.

5.1. Экспериментальные исследования на животных

Результаты исследований влияния электромагнитного поля на секрецию кортизола у животных очень разнообразны. У морских свинок ELF-MF вызывал изменения уровня кортизола, который зависел от частоты и интенсивности поля [114]. Воздействие на животных в течение 2 и 4 часов в день в течение 5 дней поля с частотой 50 Гц и 0,207 мк Т показало значительное снижение уровня кортизола [114]. Однако в группах, подвергнутых воздействию поля 5 Гц и 0.013 μ T, никаких значительных изменений кортизола через 2 или 4 часа воздействия не наблюдалось [114]. У швейцарских мышей, непрерывно подвергавшихся воздействию низкочастотного (50 Гц) поля в течение 350 дней, снижение уровня кортизола наблюдалось на 190 день эксперимента [115]. На 90-е и 350-е сутки воздействия значимых различий отмечено не было [115]. Повышение уровня кортизола наблюдалось у крыс, подвергавшихся воздействию однородных магнитных полей 10 ⁻³ Тл и 10 ⁻² Тл по 1 часу каждый день в течение десяти дней [116].Воздействие на самок хомяков мобильных телефонов, работающих на частоте 950 МГц в течение короткого (10 дней, 3 часа ежедневно) и длительных (60 дней, 3 часа ежедневно) периодов, вызывало значительное повышение уровня кортизола по сравнению с контрольной группой [117].

Сообщалось также об отсутствии влияния электромагнитного поля на концентрацию кортизола. Burchard et al. [118] не показали изменений в концентрации кортизола, что могло быть связано с воздействием на дойных коров электрического и магнитного полей (вертикальное электрическое поле 10 кВ и горизонтальное магнитное поле 30 мТл).У овцематок также не сообщалось об эффекте воздействия магнитного поля 60 Гц в течение 43 недель на уровень кортизола в сыворотке [119]. Отсутствие влияния электромагнитного поля на концентрацию кортикостерона, независимо от характеристик и продолжительности воздействия, было обнаружено также в экспериментах на крысах [120, 121].

5.2. Исследования на людях

Исследования влияния магнитной силы Земли на человеческое тело показали, что уровни кортизола в сыворотке зависят от направления головы во время сна по отношению к Северному и Южному магнитным полюсам [122].Биологический эффект воздействия антропогенных электромагнитных полей на человека был предметом нескольких исследований [123–127]. Стоматология — одна из категорий профессий, в которых часто наблюдается повышенный уровень ELF-MF. Воздействие на стоматологов полей, излучаемых кавитронами, вызывало снижение уровня кортизола в сыворотке крови по сравнению с контрольной группой [123]. Низкочастотные магнитные поля применяются в физиотерапии (магнитотерапия и магнитостимуляция). Исследования длительного применения этих процедур предполагают регулирующее влияние магнитных полей на концентрацию кортизола [124].Однако следует подчеркнуть, что многочисленные исследования не обнаружили влияния магнитных полей 50/60 Гц (1–20 мк Тл) и радиочастотных электромагнитных полей на уровень кортизола, независимо от времени эксперимента, возраста или возраста. пол особей или время отбора проб [125–127].

6. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на сон

Суточные ритмы генерируются внутренней системой биологических часов, которая синхронизируется с 24-часовым днем ​​за счет факторов окружающей среды, в первую очередь цикла свет-темнота.Многие ритмы очевидны и легко распознаются, например, цикл сна и бодрствования, двигательная активность и пищевое поведение.

Цикл сна-бодрствования, вероятно, является основным выходным ритмом циркадных часов, потому что регуляция многих форм поведения и физиологической активности зависит от того, спит ли организм или бодрствует. Предполагается, что расстройства сна — часто встречающиеся клинические симптомы — частично связаны с воздействием электромагнитного поля. В последние годы появляется все больше экспериментальных и эпидемиологических данных о влиянии неионизирующих электромагнитных полей на физиологию мозга и сон [40, 128–144].

Сон — это эндогенный самостоятельный церебральный процесс. Можно измерить определенные и различимые фазы сна. Низкочастотная активность (<10 Гц) и частотная активность веретена сна (приблизительно 12-15 Гц) - это две тихие характеристики сна с небыстрым движением глаз (NREM), которые можно количественно измерить и использовать в качестве маркеров процессов регуляции сна [145]. Несколько экспериментов показали, что спектральная мощность электроэнцефалографии (ЭЭГ) в альфа (8–12 Гц) и веретено (12–14 Гц) частотах увеличивается как во время, так и после воздействия импульсно-модулированного радиочастотного поля [128–133].Недавно также наблюдалось увеличение дельта-мощности (<4,5 Гц) [129]. Mann и Röschke [134] сообщили о снижении скорости сна с быстрым движением глаз (REM) и изменениях спектральной мощности ЭЭГ во время REM-сна в ответ на высокочастотное электромагнитное поле, излучаемое цифровыми мобильными радиотелефонами. Regel et al. [130] провели исследование влияния воздействия радиочастотного электромагнитного поля путем изменения интенсивности сигнала в трех экспериментальных сессиях. Анализ ЭЭГ сна выявил дозозависимое увеличение мощности в частотном диапазоне веретена во время медленного сна.Это дало первые признаки дозозависимой связи между интенсивностью поля и его влиянием на физиологию мозга. Huber et al. [137] также продемонстрировали увеличение мощности в диапазоне частот быстрого шпинделя ЭЭГ во время воздействия импульсного радиочастотного поля, но не дозозависимым образом. Следует также подчеркнуть, что во многих исследованиях [135, 139–141] не удалось показать каких-либо эффектов воздействия радиочастотного поля на сон или ЭЭГ во сне.

Несмотря на несколько сообщений, показывающих влияние импульсно-модулированного радиочастотного электромагнитного поля на ЭЭГ во сне, механизм этих изменений, вызванных воздействием, все еще неясен.Кроме того, нет подтверждающих доказательств того, что этот эффект связан с такими последствиями для здоровья, как изменение качества сна [128–130, 136].

На сегодняшний день проведено несколько контролируемых лабораторных исследований ЭЭГ сна в низкочастотных электрических и магнитных полях. Åkerstedt et al. [143] провели двойное слепое плацебо-контролируемое исследование с участием 18 здоровых людей, чтобы изучить влияние магнитного поля частотой 50 Гц на сон. Результаты показали, что эффективность сна, медленный сон и медленная активность, а также субъективная глубина сна были значительно снижены под воздействием СНЧ-МФ.Хотя эти результаты предполагают интерференцию низкочастотного поля, авторы подчеркивают, что эти изменения все еще находятся в пределах нормы. В двойном слепом лабораторном исследовании Graham et al. [144] исследовали влияние магнитного поля 60 Гц на сон во время непрерывного, прерывистого или фиктивного воздействия. Они продемонстрировали, что периодическое воздействие приводит к явному искажению сна и изменению архитектуры сна по сравнению с фиктивными условиями и непрерывным воздействием. Следует подчеркнуть, что напряженность поля в обоих упомянутых исследованиях [143, 144] была ниже той, которая используется для медицинских диагностических целей, таких как магнитно-резонансная томография.

Анализ эпидемиологических данных, касающихся качества сна и цикла мелатонина, собранных в течение десяти лет в районе коротковолновой (6–22 МГц) радиовещательной станции, предоставил доказательства того, что воздействие электромагнитного поля влияет только на тех, кто плохо спит, и это может быть группой людей, чувствительных к такому воздействию [40]. Это явление было описано как гиперчувствительность к электромагнитным полям, EHS. Это также наблюдалось в нескольких других сообщениях [146, 147].

Хотя биологическое объяснение связи между воздействием радиочастотного электромагнитного поля и ухудшением качества сна не было идентифицировано, предполагается, что в этом процессе может быть задействовано подавление ночной секреции мелатонина [148].Два сравнительно недавних исследования предполагают связь между снижением секреции мелатонина в ночное время и увеличением использования мобильных телефонов, излучающих радиочастотное поле [39, 149]. Однако четыре перекрестных испытания [127, 141, 150, 151] не обнаружили корреляции между воздействием мобильного телефона и секрецией мелатонина. Гипотеза о связи между циклом мелатонина и воздействием электромагнитного поля требует дальнейшего изучения [152].

7. Выводы

Результаты исследований влияния электрических, магнитных и электромагнитных полей на секрецию мелатонина и кортизола, а также на сон во многом противоречивы.Неблагоприятные данные, связанные с влиянием этих физических факторов на секрецию обоих «циркадных» гормонов, были получены во всех группах исследований, включая эпидемиологические исследования, исследования на добровольцах и исследования на животных. Более того, исследования шишковидной железы грызунов in vitro, , также дали противоречивые результаты. Источники расхождений остаются неизвестными; однако такие факторы, как неправильная оценка уровня воздействия, влияние других факторов, таких как свет и лекарства, различия в фазах циркадного ритма во время воздействия и индивидуальная изменчивость чувствительности к электромагнитным полям, по-видимому, заслуживают особого внимания.Идея о том, что некоторые люди более чувствительны к электромагнитному полю, чем другие, из-за генетического фона и / или текущего состояния здоровья, кажется очень привлекательной и должна стать предметом дальнейших исследований. Следует отметить, что противоречивые результаты были получены и в исследованиях, посвященных другим эффектам электрических, магнитных и электромагнитных полей на организм, включая их опухолево-промотирующее действие [153–157].

Несмотря на расхождения в представленных результатах, КНЧ-СЧ и радиочастотное электромагнитное поле следует рассматривать как факторы, которые могут влиять на функцию циркадной системы, потому что значительное количество исследований продемонстрировало изменения в секреции мелатонина и кортизола, а также во сне после экспозиция в этих областях.Из-за широко распространенного воздействия на людей и животных КНЧ-СЧ и радиочастотного электромагнитного поля исследования их биологических эффектов должны быть продолжены. Важным и до сих пор нерешенным вопросом является взаимосвязь между физическими характеристиками и биологическими эффектами полей, а также механизмами воздействия полей на циркадную систему.

В свете существующей литературы гипотеза, указывающая на нарушение секреции мелатонина, как одного из основных факторов, ответственных за канцерогенные эффекты электрических, магнитных или электромагнитных полей [158, 159], не подтверждается эпидемиологическими и экспериментальные данные.Следовательно, в настоящее время его следует рассматривать как отрицательно проверенный.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Электромагнитные поля | RIVM

Электрические поля создаются электрическими зарядами или изменяющимися во времени магнитными полями. Магнитные поля создаются движущимися электрическими зарядами или изменяющимися во времени электрическими полями, например, рядом с проводом, проводящим переменный ток.Когда электрическое и магнитное поля связаны, их вместе называют «электромагнитными полями». На этом веб-сайте термин «электромагнитные поля» (ЭМП) используется как сокращение для электрических, магнитных или электромагнитных полей с частотами от 0 до 300 гигагерц. ЭДС наиболее сильны вблизи проводника или устройства, которое их генерирует (источника), и ослабевают с увеличением расстояния до источника. Помимо источников, созданных человеком, ЭМП также генерируются в природе, например, в результате молнии или потока проводящих материалов в ядре Земли.

Воздействие ЭМП на организм зависит от их частоты и силы. Поля с относительно низкими частотами, например, генерируемые линиями электропередач, могут стимулировать нервы или органы чувств, когда они достаточно сильны. Поля с относительно высокими частотами, например, создаваемые мачтами мобильных телефонов, могут привести к чрезмерному нагреванию тела, если они достаточно сильные. Научные организации определили пределы воздействия ЭМП, ниже которых такие эффекты не возникают. Такие пределы воздействия могут быть законодательно закреплены национальными или международными властями.Ученые также провели исследования, чтобы ответить на вопрос, может ли воздействие ЭМП, более слабое, чем нынешние пределы воздействия, иметь последствия для здоровья людей или воздействовать на животных или растения в окружающей среде.

Воздействие низкочастотного ЭМП на население в целом возникает в основном из-за электроприборов в доме и вокруг него и, в меньшей степени, из-за электрических объектов, таких как линии электропередач. Воздействие радиочастотного ЭМП на население в целом возникает в основном из-за использования мобильных телефонов и, в меньшей степени, из-за передатчиков, таких как мачты мобильных телефонов.Воздействие ЭМП на рабочем месте иногда может быть выше, чем воздействие вне работы. Например, особенно сильная ЭДС может возникать возле сварочного оборудования, индукционных нагревателей и радарных установок. Воздействие ЭМП на пациентов больниц может быть даже выше, чем у рабочих, например, при МРТ. В этом случае медицинские преимущества перевешивают потенциальные риски воздействия ЭМП.

Более подробная информация об основных темах исследований по ЭМП в рамках RIVM Национальный институт общественного здравоохранения и окружающей среды
можно найти на следующих веб-страницах:

Электромагнитное поле | Энциклопедия.com

Суперпозиция полей

Электрические поля

Дипольное поле

Поле линии заряда

Магнитные поля

Электромагнитные поля

Уравнения Максвелла

Электромагнитное поле существует в любом объеме пространства, в котором электрические и магнитные силы взаимодействуют. Он может возникать из-за движущихся электрических зарядов (например, переносимых электронами и протонами); он также может быть создан изменяющимся магнитным полем или изменяющимся электрическим полем.Поскольку изменяющееся электрическое поле может генерировать электрическое поле и наоборот, самоподдерживающаяся пара электрического и магнитного полей может перемещаться в пространстве, при этом два поля быстро обмениваются энергией. Эти электромагнитные лучи пронизывают вселенную; в зависимости от частоты, с которой они колеблются, они образуют радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, рентгеновские лучи и другие формы электромагнитного излучения.

Электромагнитное поле лучше всего понимать как математическую функцию или свойство пространства-времени, но

можно представить как группу векторов, величин (обычно обозначенных стрелками) с определенной силой и направлением.Стационарный заряд создает электрическое поле, а движущийся заряд дополнительно создает магнитное поле. Поскольку скорость — понятие относительное, зависящее от выбора системы отсчета, магнетизм и электричество не независимы, а связаны вместе, отсюда и термин электромагнетизм.

Поскольку все заряды, движущиеся или неподвижные, имеют поля, связанные с ними, у нас должен быть способ описать полное поле из-за всех случайно распределенных зарядов, которые будут ощущаться положительным зарядом, таким как протон или позитрон, в любом месте и время.Общее поле — это сумма полей, создаваемых отдельными частицами. Эта идея называется принципом суперпозиции.

Давайте посмотрим на стрелки или векторные представления полей из некоторых конкретных распределений заряда. Возможностей бесконечно много, но мы рассмотрим лишь несколько простых случаев.

Согласно закону Кулона, напряженность электрического поля неподвижного точечного заряда напрямую зависит от величины заряда q и обратно пропорциональна расстоянию от заряда.То есть, дальше от источника заряд будет подвергаться одинаковой силе, независимо от того, находится ли он сверху, снизу или сбоку от источника, при условии, что расстояние одинаково. Поверхность одного радиуса вокруг источника будет иметь одинаковую напряженность поля. Это называется поверхностью эквипотенциальности. Для заряда точечного источника поверхность эквипотенциальности представляет собой сферу, и сила F будет выталкивать положительный заряд радиально наружу. Испытательный заряд массы m и положительного заряда q будет ощущать отталкивание от положительного заряда источника с ускорением (а), прямо пропорциональным напряженности поля и обратно пропорциональным массе испытательного заряда.

Если заряд не движется из-за того, что на него одинаково действует электромагнитная сила со всех направлений, он находится в положении устойчивого равновесия.

Теперь рассмотрим поле двух зарядов, положительного и отрицательного, на расстоянии d друг от друга. Мы называем эту комбинацию зарядов диполем. Помните, что противоположные заряды притягиваются, так что это не необычная ситуация. Например, атом водорода, состоящий из электрона (отрицательный заряд) и протона (положительный заряд), является очень маленьким диполем, поскольку эти частицы не располагаются друг над другом.Согласно принципу суперпозиции, упомянутому выше, мы можем просто сложить поля от каждого отдельного заряда и получить довольно сложное поле. Если мы рассмотрим поле только в позиции, очень далекой от диполя, мы можем упростить уравнение поля так, чтобы поле было пропорционально произведению величины заряда и разделения двух зарядов. Также существует зависимость от расстояния вдоль оси диполя, а также от радиального расстояния от оси.

Далее мы рассматриваем поле из-за группы положительных зарядов, равномерно распределенных вдоль бесконечной прямой линии, определяемой как бесконечность, потому что мы хотим пренебречь влиянием конечных точек как ненужным усложнением здесь.Подобно тому, как поле точечного заряда направлено радиально наружу в сфере, поле линии заряда направлено радиально наружу, но при любом конкретном радиусе поверхность эквипотенциальности будет цилиндром.

Напомним, что сила неподвижного заряда равна F → = qE →, но если заряд движется, сила равна F → = qE → + qv → × B →. Постоянный (неизменный во времени) ток в проводе создает магнитное поле. Электрический ток — это заряды в движении. В таком электрическом проводнике, как медный провод, электроны движутся, а положительные заряды остаются неизменными.Положительный заряд нейтрализует электрический заряд, поэтому общий заряд выглядит как ноль, если смотреть снаружи провода, поэтому электрическое поле не будет существовать вне провода, но движущиеся заряды создают магнитное поле из F → = qv → × B → где B → — вектор магнитного поля. Перекрестное произведение приводит к линиям магнитного поля, опоясывающим провод. Из-за этого эффекта соленоиды (катушка с током из проволоки, которая действует как магнит) могут быть изготовлены путем наматывания проволоки плотной спиралью вокруг металлической трубки, так что магнитное поле внутри трубки является линейным по направлению.

Связывая эту идею с первым законом движения Ньютона, который гласит, что для каждого действия существует равная и противоположная реакция, мы видим, что внешнее магнитное поле (например, от стержневого магнита) может оказывать силу на ток — несущий провод, который будет суммой сил, действующих на все отдельные движущиеся заряды в проводе.

Простым примером комбинации электрического и магнитного полей является поле от единственного точечного заряда, скажем, протона, движущегося в пространстве с постоянной скоростью по прямой.В этом случае векторы поля, направленные радиально наружу, должны быть добавлены к спиральным линиям магнитного поля (круги переходят в спирали, потому что движется отдельный заряд), чтобы получить полное поле, вызванное зарядом.

Для статического электрического поля, т. Е. Неизменного электрического поля, которое может быть создано только зарядами в состоянии покоя, сила F → на пробном заряде равна F → = qE →, где q — значение пробного заряда, а E → — векторное электрическое поле. Для статического магнитного поля (вызванного движущимся зарядом внутри общей нейтральной группы зарядов или, например, стержневого магнита) сила определяется как F → = qv → × B →, где v → — скорость заряда, B → — векторное магнитное поле, а ← × указывает на перекрестное произведение векторов.

Описание поля тока, изменяющегося во времени, намного сложнее, но его можно вычислить благодаря Джеймсу Клерку Максвеллу (1831–1879).