Эм излучение: шкала и виды, влияние на человека, защита от от ЭМИ

шкала и виды, влияние на человека, защита от от ЭМИ

Что такое электромагнитное излучение?

Электромагнитное излучение – это колебания электрического и магнитного полей. Скорость распространения в вакууме равна скорости света (около 300 000 км/с). В других средах скорость распространения излучения меньше.

Электромагнитное излучение классифицируется по частотным диапазонам. Границы между диапазонами весьма условны, в них нет резких переходов.

• Видимый свет. Это самый узкий диапазон во всем спектре. Человек может воспринимать только его. Видимый свет сочетает в себе цвета радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. За красным цветом находится инфракрасное излучение, за фиолетовым – ультрафиолетовое, но они уже не различимы человеческим глазом.

Волны видимого света очень короткие и высокочастотные. Длина таких волн – одна миллиардная часть метра или один миллиард нанометров. Видимый свет от Солнца – своеобразный коктейль, в котором смешаны три основных цвета: красный, желтый и синий.

• Ультрафиолетовое излучение – часть спектра между видимым светом и рентгеном. Ультрафиолетовое излучение используется для создания световых эффектов на сцене театра, дискотеках; банкноты некоторых стран содержат защитные элементы, видимые только при ультрафиолете.
• Инфракрасное излучение является частью спектра между видимым светом и короткими радиоволнами. Инфракрасное излучение – это скорее тепло, чем свет: каждое нагретое твердое или жидкое тело испускает непрерывный инфракрасный спектр. Чем выше температура нагревания, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
• Рентгеновское излучение (рентген). Волны рентгеновского излучения обладают свойством проходить сквозь вещество и не поглощаться слишком сильно. Видимый свет такой способностью не обладает. Благодаря рентгену некоторые кристаллы могут светиться.
• Гамма-излучение – это наиболее короткие электромагнитные волны, которые проходят сквозь вещество без поглощения: они могут преодолеть однометровую стену из бетона и свинцовую преграду толщиной в несколько сантиметров.

ВАЖНО! Необходимо избегать рентгеновского и гаммы-излучений, так как они представляют для человека потенциальную опасность.

Шкала электромагнитных излучений

Процессы, происходящие в космосе, и объекты, которые там находятся, порождают электромагнитные излучения. Шкала волн является методом регистрации электромагнитных излучений.

Детальная иллюстрация спектрального диапазона представлена на рисунке. Границы на такой шкале условны.

Основные источники электромагнитного излучения

• Линии электропередач. На расстоянии 10 метров они создают угрозу для здоровья человека, поэтому их размещают на большой высоте либо закапывают глубоко в землю.
• Электротранспорт. Сюда входят электрокары, электрички, метро, трамваи и троллейбусы, а также лифты. Самым вредным воздействием обладает метро. Лучше передвигаться пешком или на собственном транспорте.
• Спутниковая система. К счастью, сильное излучение, сталкиваясь с поверхностью Земли, рассеивается, и до людей долетает только малая часть опасности.
• Функциональные передатчики: радары и локаторы. Они излучают электромагнитное поле на расстоянии 1 км, поэтому все аэропорты и метеорологические станции размещаются как можно дальше от городов.

Излучение от бытовых электроприборов

Широко распространенными источниками электромагнитного излучения являются бытовые приборы, которые находятся у нас дома.

• Мобильные телефоны. Излучение от наших смартфонов не превышает установленные нормы, но когда мы звоним кому-то, после набора номера идет соединение базовой станции с телефоном. В этот момент сильно превышается норма, так что подносите телефон к уху не сразу, а через несколько секунд после набора номера.
• Компьютер. Излучение также не превышает норму, но при длительной работе СанПин рекомендует каждый час делать перерыв на 5-15 минут.
• Микроволновая печь. Корпус микроволновки создает защиту от излучений, но не на 100%. Находиться рядом с микроволновкой – опасно: излучение проникает под кожу человека на 2 см, запуская патологические процессы. Во время работы СВЧ-печи соблюдайте расстояние в 1-1,5 метра от нее.
• Телевизор. Современные плазменные телевизоры не представляют большой опасности, а вот старых с кинескопами стоит опасаться и держаться на расстоянии минимум 1,5 м.
• Фен. Когда фен работает, он создает электромагнитное поле огромной силы. В это время мы сушим голову достаточно долго и держим фен близко к голове. Чтобы снизить опасность, пользуйтесь феном максимум 1 раз в неделю. Суша волосы вечером, вы можете вызвать бессонницу.
• Электробритва. Вместо нее приобретите обычный станок, а если привыкли – электробритву на аккумуляторе. Это в значительной мере снизит электромагнитную нагрузку на организм.
• Зарядные устройства создают поле во все стороны на расстоянии 1 м. Во время зарядки вашего гаджета не находитесь близко к нему, а после зарядки отсоедините устройство из розетки, чтобы излучения не было.
• Электропроводка и розетки. Кабеля, отходящие от электрощитов, представляют особую опасность. Расстояние от кабеля до спального места должно быть минимум 5 метров.
• Энергосберегающие лампы также излучают электромагнитные волны. Это касается люминесцентных и светодиодных ламп. Установите галогеновую лампу или лампу накаливания: они ничего не излучают и не представляют опасности.

Установленные нормы ЭМИ для человека

Каждый орган в нашем теле вибрирует. Благодаря вибрации вокруг нас создается электромагнитное поле, содействующее гармоничной работе всего организма. Когда на наше биополе воздействуют другие магнитные поля, это вызывает в нем изменения. Иногда организм справляется с влиянием, иногда – нет. Это становится причиной ухудшения самочувствия.

Даже большое скопление людей создает электрический заряд в атмосфере. Полностью изолироваться от электромагнитного излучения невозможно. Есть допустимый уровень ЭМИ, который лучше не превышать.

Вот безопасные для здоровья нормы:

• 30-300 кГц, возникающие при напряженности поля 25 Вольт на метр (В/м),
• 0,3-3 МГц, при напряженности 15 В/м,
• 3-30 МГц – напряженность 10 В/м,
• 30-300 МГц – напряженность 3 В/м,
• 300 МГц-300 ГГц – напряженность 10 мкВт/см².

При таких частотах работают гаджеты, радио- и телеаппаратура.

Воздействие электромагнитных лучей на человека

Нервная система чрезвычайна чувствительна к влиянию электромагнитных лучей: нервные клетки уменьшают свою проводимость. В результате ухудшается память, притупляется чувство координации.

При воздействии ЭМИ на человека не только подавляется иммунитет – он начинает атаковать организм.

ВАЖНО! Для беременных женщин электромагнитное излучение представляет особую опасность: снижается скорость развития плода, появляются дефекты в формировании органов, велика вероятность преждевременных родов.

Защита от электромагнитных излучений

• Если вы проводите много времени за компьютером, запомните одно правило: расстояние между лицом и монитором должно быть около метра.
• Уровень электромагнитного излучения бытовой техники, которую вы покупаете, не должен доходить до отметки «минимум». Обратитесь к продавцу-консультанту. Он поможет выбрать наиболее безопасную технику.
• Ваша кровать не должна находиться рядом с местом, где проложена электропроводка. Расположите спальное место в противоположном конце комнаты.
• Установите защитный экран на компьютер. Он выполнен в виде мелкой металлической сетки и действует по принципу Фарадея: вбирает в себя все излучение, защищая пользователя.
• Сократите пребывание в электрифицированном общественном транспорте. Отдавайте предпочтение пешей ходьбе, велосипеду.

Как проверить уровень электромагнитного излучения в домашних условиях

Точно обрисовать, как обстоят дела с электромагнитным излучением в вашем доме, могут только специалисты. Когда в службу СЭС поступает объявление о превышении допустимой нормы ЭМИ, на место выезжают работники со специальными приборами, позволяющими получить точные данные. Показатели обрабатываются. Если они завышены, предпринимаются определенные меры. Первым делом выясняют причину неполадки. Это может быть ошибка в строительстве, проектировании, неправильная эксплуатация.

Для самостоятельного определения степени излучения понадобятся отвертка с индикатором и радиоприемник.

1. Выдвиньте антенну из приемника;
2. Прикрутите к ней проволочную петлю диаметром 40 см;
3. Настройте радио на пустую частоту;
4. Обойдите помещение. Прислушивайтесь к звукам приемника;
5. Место, где слышатся отчетливые звуки, и является источником излучения;
6. Поднесите индикаторную отвертку со светодиодом. Индикатор станет красным, а интенсивность цвета скажет о силе излучения.

Увидеть значение в цифрах позволит ручной прибор. Он работает на разных частотах и улавливает напряжение электромагнитного поля. Прибор настраивается на нужный режим частот, выбирая единицы измерения: вольт/метр или микроватт/см², отслеживает выбранную частоту и выводит результат на компьютер.

Также хорошим прибором является АТТ-2592. Устройство портативное, имеет дисплей с подсветкой. Измерение выполняет изотропным методом, автоматически выключается через 15 минут.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

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

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

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

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

Источники электромагнитного излучения.

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

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

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

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

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

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

Теория Максвелла, эфир и электромагнитное взаимодействие.

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

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

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

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

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

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

Излучение и распространение электромагнитных волн.

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

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

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

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

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

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

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

Прием электромагнитных волн и явление рассеяния.

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

Отражение и преломление электромагнитных волн.

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

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

Энергия и импульс излучения.

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

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

Фотоны и квантовая теория.

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

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

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

Электромагнитное излучение Википедия

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

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

Электромагнитные волны подразделяются на:

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

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

Характеристики электромагнитного излучения

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

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

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определённые более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и её разделы) и радиофизика. Жёстким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий^[3]; в соответствии с современными представлениями (см. Стандартная модель), при высоких энергиях электродинамика перестаёт быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при ещё более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.

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

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

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

Диапазоны электромагнитного излучения

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

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

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

Радиоволны

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

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

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

Микроволновое излучение

Инфракрасное излучение (тепловое)

Как и радио- и микроволны, инфракрасное излучение (ИК) отражается от металлов (а также от большинства электромагнитных помех, находящихся в ультрафиолетовом диапазоне). Однако, в отличие от низкочастотного радио- и микроволнового излучения, инфракрасная ЭМИ обычно взаимодействует с диполями, присутствующими в отдельных молекулах, которые изменяются при колебании атомов на концах одной химической связи.

Следовательно, он поглощается широким спектром веществ, что приводит к повышению их температуры при рассеивании вибраций в виде тепла. Тот же самый процесс, происходящий в обратном порядке, вызывает спонтанное излучение массивных веществ в инфракрасном диапазоне (см. Раздел «Тепловое излучение» ниже).

Инфракрасное излучение делится на спектральные субрегионы.

Хотя существуют различные схемы деления, спектр обычно делится на ближний инфракрасный (0,75–1,4 мкм), коротковолновый инфракрасный (1,4–3 мкм), средневолновый инфракрасный (3–8 мкм), длинноволновый инфракрасный (8–15 мкм) и дальний инфракрасный (15–1000 мкм).

Видимое излучение (оптическое)

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

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

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

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

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

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

Ультрафиолетовое излучение

Жёсткое излучение

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

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

Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов

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

Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн обычно можно описать с помощью соотношений классической электродинамики; а вот для волн оптического диапазона и, тем более, жёстких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.

История исследований

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

Электромагнитная безопасность

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

Влияние на живые существа

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

Оптический диапазон

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

Радиоволны

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

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

Что касается долгосрочных последствий, то ввиду недостаточности фактических данных, подтверждающих связь между воздействием магнитных полей КНЧ и детской лейкемией, польза для здоровья от снижения уровней воздействия представляется неясной.^[9]

В ряде исследований было изучено воздействие радиочастотных полей на электрическую активность мозга, когнитивные функции, сон, сердечный ритм и кровяное давление у добровольцев. На сегодняшний день исследования не предполагают каких-либо последовательных доказательств неблагоприятного воздействия на здоровье от воздействия радиочастотных полей на уровнях ниже уровней, которые вызывают нагревание тканей. Кроме того, исследования не смогли обнаружить причинно-следственную связи между воздействием электромагнитных полей и «симптомами самооценки» или «электромагнитной гиперчувствительностью». Эпидемиологические исследования, изучающие потенциальные долгосрочные риски от радиочастотного воздействия, в основном имели цель найти связь между опухолями головного мозга и использованием мобильных телефонов. Результаты исследований на животных не показывают повышенного риска развития рака от долгосрочного воздействия радиочастотных полей.^[10]

Эти данные не должны быть причиной для радиофобии, однако очевидна необходимость в существенном углублении сведений о действии ЭМИ на живые организмы.

В России с 2017 года действует СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы»^[11], заменивший и отменивший ранее действовавшие отдельные гигиенические нормативы.

• Допустимые уровни излучения различных передающих радиотехнических средств на частотах >300 МГц в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:

Россия, Украина, Польша, Беларусь, Казахстан: 10 мкВт/см².

США, Европа (за исключением некоторых стран), Япония, Корея: 200 — 1000 мкВт/см².^[12][13]

Канада: 130 — 2000 мкВт/см².^[14]

Китай: 10 (40) — 2000 мкВт/см².^[15][16]

Параллельное развитие гигиенической науки в СССР и западных странах привело к формированию разных подходов к оценке действия ЭМИ. Для части стран постсоветского пространства сохраняется преимущественно нормирование в единицах плотности потока энергии (ППЭ), а для США и стран ЕС типичным является оценка удельной мощности поглощения (SAR).

«Современные представления о биологическом действии ЭМИ от мобильных радиотелефонов (МРТ) не позволяют прогнозировать все неблагоприятные последствия, многие аспекты проблемы не освещены в современной литературе и требуют дополнительных исследований. В связи с этим, согласно рекомендациям ВОЗ, целесообразно придерживаться предупредительной политики, т. е. максимально уменьшить время использования сотовой связи».

Ионизирующее излучение

Допустимые нормативы регулируются нормами радиационной безопасности — НРБ-99.

Влияние на радиотехнические устройства

Существуют административные и контролирующие органы — инспекция по радиосвязи (на Украине, например, Украинский частотный надзор, который регулирует распределение частотных диапазонов для различных пользователей, соблюдение выделенных диапазонов, отслеживает незаконное пользование радиоэфиром).

См. также

Примечания

1. ↑ Петрусевич Ю.М. Излучения // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1978. — Т. 9. Ибн-Рошд — Йордан. — 483 с. — 150 300 экз.
2. ↑ (Принцип максимальности скорости света теории относительности при этом не нарушается, так как скорость переноса энергии и информации — связанная с групповой, а не фазовой скоростью — в любом случае не превышает световой скорости)
3. ↑ Также вопросы, связанные с жесткими и сверхжесткими излучениями могут возникать в астрофизике; там иногда они имеют особую специфику, например, генерация излучения может происходить в областях огромного размера.
4. ↑ Наиболее фундаментальной, не считая упомянутых выше теорий Стандартной модели, отличия которой от чистой квантовой электродинамики проявляются, впрочем, лишь при очень высоких энергиях.
5. ↑ ^{1 2} ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения
6. ↑ 48.Особенности диапазона свч. Деление свч диапазона на поддиапазоны. (неопр.). StudFiles. Дата обращения 24 октября 2017.
7. ↑ Структура луча показана условно. Синусоидальность лучей показана условно. Разная скорость света в призме для разных длин волн не показана.
8. ↑ Догадки о наличии излучения за пределами видимого спектра высказывались и ранее Гершеля и Риттера, однако они показали это экспериментально.
9. ↑ [http://www.who.int/peh-emf/publications/facts/fs322_ELF_fields_russian.pdf Электромагнитные поля и общественное
   здравоохранение] (неопр.). Всемирная организация здравоохранения (Июнь 2007 г.).
10. ↑ Electromagnetic fields and public health: mobile phones (неопр.). Всемирная организация здравоохранения (Октябрь 2014 г.).
11. ↑ http://docs.cntd.ru/document/420362948
12. ↑ https://transition.fcc.gov/bureaus/oet/info/documents/bulletins/oet65/oet65.pdf
13. ↑ https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPemfgdl.pdf
14. ↑ https://www.canada.ca/content/dam/hc-sc/migration/hc-sc/ewh-semt/alt_formats/pdf/consult/_2014/safety_code_6-code_securite_6/final-finale-eng.pdf
15. ↑ http://www.nhc.gov.cn/ewebeditor/uploadfile/2014/11/20141103161157888.pdf
16. ↑ http://www.lddoc.cn/p-23264.html

Литература

• Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 874—876. ISBN 5-85270-306-0 (БРЭ)
• Кудряшов Ю. Б., Перов Ю. Ф. Рубин А. Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. Учебник для ВУЗов. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. — 184 с — ISBN 978-5-9221-0848-5

Ссылки

Шкала электромагнитных волн — урок. Физика, 9 класс.

Электромагнитные волны различной частоты пронизывают всё пространство вокруг нас. Сейчас они разделены на диапазоны, границы которых условны и имеют общие частоты. Шкала электромагнитных волн демонстрирует распределение электромагнитных волн на диапазоны.

Рисунок \(1\). Шкала электромагнитных волн

\(1\) — радиоволны;

\(2\) — рентгеновское излучение;

\(3\) — гамма-излучение.

В зависимости от частоты электромагнитные волны имеют свою скорость распространения, проникающую способность, цветность, видимость, по-разному действуют на живые организмы.

Радиоволны используются для осуществления радиосвязи, радиолокации, телепередач, космической связи.

Инфракрасное (тепловое) излучение — имеет большое значение для жизни человека, животных, растений, которые могут осуществлять свою деятельность только в определённом интервале температур.

Видимое излучение — видимый свет, который даёт возможность ориентироваться живым организмам в пространстве, видеть окружающие предметы, участвует в реакции фотосинтеза зелёных насаждений, обеспечивающей образование кислорода, обязательного для дыхания.

Ультрафиолетовое излучение в небольших дозах способствует устойчивости организма человека к инфекционным заболеваниям. Последствием излишнего воздействия являются ожоги кожи, развитие онкологии, повреждение глаз. Для защиты глаз используют тёмные или прозрачные очки, потому что происходит поглощение ультрафиолетовых лучей стеклом.

Рентгеновское излучение обладает большой проникающей способностью, применяется для исследования кристаллических решёток и выявления различных дефектов материалов, в медицине — для получения флюорографических снимков внутренних органов и скелета. Большие дозы и частые обследования приводят к серьёзным заболеваниям.

Гамма-излучение образуется при ядерных реакциях, обладает большой проникающей способностью, оказывает губительное действие на человека. Гамма-излучение, поступающее из космоса (ядерные реакции в недрах Солнца и звёзд), поглощается атмосферой Земли, благодаря чему сохраняется жизнь на Земле.

История открытия электромагнитных волн

Открытие электромагнитных волн — замечательный пример взаимодействия эксперимента и теории. На нем видно, как физика объединила, казалось бы, абсолютно разнородные свойства — электричество и магнетизм, — обнаружив в них различные стороны одного и того же физического явления — электромагнитного взаимодействия. На сегодня это одно из четырех известных фундаментальных физических взаимодействий, к числу которых также относятся сильное и слабое ядерные взаимодействия и гравитация. Уже построена теория электрослабого взаимодействия, которая с единых позиций описывает электромагнитные и слабые ядерные силы. Имеется и следующая объединяющая теория — квантовая хромодинамика — которая охватывает электрослабое и сильное взаимодействия, но ее точность несколько ниже. Описать все фундаментальные взаимодействия с единых позиций пока не удается, хотя в этом направлении ведутся интенсивные исследования в рамках таких направлений физики, как теория струн и квантовая гравитация.

Электромагнитные волны были предсказаны теоретически великим английским физиком Джеймсом Кларком Максвеллом (вероятно, впервые в 1862 году в работе «О физических силовых линиях», хотя подробное описание теории вышло в 1867 году). Он прилежно и с огромным уважением пытался перевести на строгий математический язык немного наивные картинки Майкла Фарадея, описывающие электрические и магнитные явления, а также результаты других ученых. Упорядочив одинаковым образом все электрические и магнитные явления, Максвелл обнаружил ряд противоречий и отсутствие симметрии. Согласно закону Фарадея переменные магнитные поля порождают электрические поля. Но не было известно, порождают ли переменные электрические поля — магнитные. Избавиться от противоречия и восстановить симметрию электрического и магнитного полей Максвеллу удалось, введя в уравнения дополнительный член, который описывал возникновение магнитного поля при изменении электрического. К тому времени благодаря опытам Эрстеда уже было известно, что постоянный ток создает вокруг проводника постоянное магнитное поле. Новый член описывал другой источник магнитного поля, но его можно было представить как некий воображаемый электрический ток, который Максвелл назвал током смещения, чтобы отличить от обычного тока в проводниках и электролитах — тока проводимости. В итоге получилось, что переменные магнитные поля порождают электрические поля, а переменные электрические — магнитные. И тогда Максвелл понял, что в такой связке колеблющиеся электрическое и магнитное поля могут отрываться от порождающих их проводников и двигаться через вакуум с определенной, но очень большой скоростью. Он вычислил эту скорость, и она оказалась около трехсот тысяч километров в секунду.

Потрясенный полученным результатом, Максвелл пишет Уильяму Томсону (лорду Кельвину, который, в частности, ввел абсолютную шкалу температур): «Скорость поперечных волновых колебаний в нашей гипотетической среде, вычисленная из электромагнитных опытов Кольрауша и Вебера, столь точно совпадает со скоростью света, вычисленной из оптических опытов Физо, что мы едва ли может отказаться от вывода, что свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений». И далее в письме: «Я получил свои уравнения, живя в провинции и не подозревая о близости найденной мной скорости распространения магнитных эффектов к скорости света, поэтому я думаю, что у меня есть все основания считать магнитную и светоносную среды как одну и ту же среду…»

Уравнения Максвелла далеко выходят за рамки школьного курса физики, но они так красивы и лаконичны, что их стоит разместить на видном месте в кабинете физики, ведь большинство значимых для человека явлений природы удается описать с помощью всего нескольких строчек этих уравнений. Так сжимается информация, когда объединяются ранее разнородные факты. Вот один из видов уравнений Максвелла в дифференциальном представлении. Полюбуйтесь.

Хочется подчеркнуть, что из расчетов Максвелла получалось обескураживающее следствие: колебания электрического и магнитного полей — поперечные (что он сам все время подчеркивал). А поперечные колебания распространяются только в твердых телах, но не в жидкостях и газах. К тому времени было надежно измерено, что скорость поперечных колебаний в твердых телах (попросту скорость звука) тем выше, чем, грубо говоря, тверже среда (чем больше модуль Юнга и меньше плотность) и может достигать нескольких километров в секунду. Скорость поперечной электромагнитной волны была почти в сто тысяч раз выше, чем скорость звука в твердых телах. А надо заметить, что характеристика жесткости входит в уравнение скорости звука в твердом теле под корнем. Получалось, что среда, через которую идут электромагнитные волны (и свет), имеет чудовищные характеристики упругости. Возник крайне тяжелый вопрос: «Как же через такую твердую среду движутся другие тела и не чувствуют ее?» Гипотетическую среду назвали — эфиром, приписав ему одновременно странные и, вообще говоря, взаимоисключающие свойства — огромную упругость и необычайную легкость.

Работы Максвелла вызвали шок среди ученых-современников. Сам Фарадей с удивлением писал: «Сначала я даже испугался, когда увидел такую математическую силу, примененную к вопросу, но потом удивился, видя, что вопрос выдерживает это столь хорошо». Несмотря на то, что взгляды Максвелла опрокидывали все известные на то время представления о распространении поперечных волн и о волнах вообще, прозорливые ученые понимали, что совпадение скорости света и электромагнитных волн — фундаментальный результат, который говорит, что именно здесь физику ожидает основной прорыв.

К сожалению, Максвелл умер рано и не дожил до надежного экспериментального подтверждения своих расчетов. Международное научное мнение изменилось в результате опытов Генриха Герца, который через 20 лет (1886–89) в серии экспериментов продемонстрировал генерацию и прием электромагнитных волн. Герц не только в тиши лаборатории получил правильный результат, но страстно и бескомпромиссно защищал взгляды Максвелла. Причем он не ограничился экспериментальным доказательством существование электромагнитных волн, но и исследовал их основные свойства (отражение от зеркал, преломление в призмах, дифракцию, интерференцию и т. д.), показав полную тождественность электромагнитных волн со светом.

Любопытно, что за семь лет до Герца, в 1879 году английский физик Дэвид Эдвард Юз (Хьюз — D. E. Hughes) тоже продемонстрировал перед другими крупными учеными (среди них был также блестящий физик и математик Георг-Габриель Стокс) эффект распространения электромагнитных волн в воздухе. В результате обсуждений ученые пришли к выводу, что видят явление электромагнитной индукции Фарадея. Юз расстроился, не поверил самому себе и опубликовал результаты лишь в 1899 году, когда теория Максвелла-Герца стала общепринятой. Этот пример говорит, что в науке настойчивое распространение и пропаганда полученных результатов имеет часто не меньшее значение, чем сам научный результат.

Генрих Герц так подытожил результаты своих экспериментов: «Описанные эксперименты, как, по крайне мере, кажется мне, устраняют сомнения в тождественности света, теплового излучения и электродинамического волнового движения».

Далее: Великое объединение

Электромагнитные волны — Циклопедия

Урок 383. Излучение электромагнитных волн // Павел ВИКТОР (Урок физики в Ришельевском лицее) [42:13]

Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — колебание электромагнитного поля, которое распространяется в пространстве. Оно состоит из электрического и магнитного поля, которые колеблются перпендикулярно относительно друг друга и относительно вектора распространения электромагнитной волны. В электромагнитных волнах существует четкая зависимость частоты от длины волны и наоборот. Отсюда существует дифференциация электромагнитных волн по этим двум параметрам (в порядке увеличения частоты и уменьшения длины волны): радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовый спектр, рентгеновские и гамма-лучи.

Скорость электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света: [math]c = 299\,792\,458 \,[/math] м/с. Из-за того, что состоит из фотонов, электромагнитное излучение несет в себе энергию и импульс, которые, взаимодействует с материей, могут передаваться ней.

[править] Электромагнитный спектр

Одним из общих разделов электромагнитного спектра является разделение его по длине волны на радио- и микроволны, инфракрасное излучение, видимый и ультрафиолетовый спектр, рентгеновские и гамма-лучи.

Поведение ЭМ-волн зависит от длины волны: чем больше частоты, тем меньше длины волны, и наоборот, чем меньше частоты, тем больше длины волны. Если излучение взаимодействует с отдельными атомами и молекулами, то взаимодействие зависит от энергии, которую несет в себе фотон. Спектроскапия позволяет наблюдать спектр гораздо больший чем видимый: обычный лабораторный спектрограф регистрирует длины волны от 2 до 2500 нм. Через спектографы можно получить подробную информацию о физических свойствах объектов, газов, или даже звезд. Из-за этого спектрографы используются в астрофизике для получения информации о химическом составе астрономических объектов. Например, атом водорода придает радиоизлучение с длиной волны, равной 21,12 см.

[править] Свет

Часть спектра ЭМ излучения с длиной волны между приблизительно 400 и 700 нм, это принимаемый человеческим глазом спектр, воспринимаемый как видимый блеск. Волны, близкие к видимому спектру (чуть более 700 нм и менее 400 нм), также иногда относят к видимому свету, тем более что волны подобной длины могут восприниматься некоторыми людьми.

Если излучение, из частот в видимом спектре, отбивается от объекта, оно попадает в человеческий глаз — так создается картина, воспринимаемая человеком. Не вся информация, которая передается через электромагнитные волны, может восприниматься человеком буквально. Например, через оптоволокно передаются электромагнитные сигналы видимого спектра, но при помощи различных устройств эти сигналы конвертируются в другие формы информации.

[править] Радиоволны

Радиоволны могут проносить в себе информацию через изменение амплитуды, частоты и фазы волны в пределах определенного частотного диапазона. Если ЭМ-излучение начинает взаимодействие с проводником, оно вынуждает электроны двигаться, таким образом индуцируется электрический ток. Этот эффект (скин-эффект) используется в антеннах. Кроме того, электромагнитные волны могут вызывать поглощение молекулами вещества энергии, из-за чего выделяется тепло — это явление используется в микроволновых печах.

Как действует радиация на человека

Скажите слово «радиация» трем разным людям, и вы, вероятно, получите три разных реакции. Ваша тетя не скажет как действует радиация, но может рассказать вам как радиация излечила ее рак. Ваш сосед может вспомнить, как его учили в школе действиям во время ядерного взрыва. А ваш друг любитель комиксов объяснит, как гамма-лучи превратили Брюса Баннера в Халка.

Радиация в различных формах все время окружает нас. Иногда она опасна, иногда — нет. Она бывает естественной и искусственной. Наши тела ежедневно подвергаются воздействию естественного излучения — от почвенных и подземных газов до излучения, идущего от солнца и из космического пространства.

Мы также подвергаемся радиации от создаваемых человеком приборов — медицинских процедур, телевизоров, сотовых телефонов и микроволновых печей. Опасность радиационного излучения зависит от его силы, вида и длительности воздействия.

Что такое радиация

Большинство людей скажут вам, что радиацию обнаружила Марии Кюри вместе со своим мужем Пьером. И это так — ну, или почти так. Супруги Кюри открыли радиоактивность в 1898 году, что принесло им Нобелевскую премию. Однако, за три года до них в 1895 году ученый по имени Вильгельм Рентген впервые обнаружил рентгеновские лучи и феномен радиоактивности (термин позже был придуман Кюри, на основе латинского слова «луч»).

Вскоре после открытия Рентгена французский ученый по имени Анри Беккерель попытался выяснить, откуда взялись рентгеновские лучи, и обнаружил мощное излучение урана. Мария Кюри писала свою докторскую диссертацию, основываясь на исследованиях Беккереля, что и привело к открытию излучения радия.

Радиация — это энергия, которая распространяется в виде волн (электромагнитное излучение) или высокоскоростных частиц (собственно радиация). Причина излучения — в распаде неустойчивого (радиоактивного) атома.

Что касается электромагнитного излучения, то оно не имеет массы и распространяется волнами. ЭМ-излучение может варьироваться от очень низких до крайне высоких энергий, и мы называем этот диапазон электромагнитным спектром. В пределах ЭМ-спектра существуют два типа радиации — ионизирующая и неионизирующая.

Немного трудновато? Не волнуйтесь, мы подробно объясним это далее.

К сожалению, то самое, что дало Марии Кюри вечную жизнь в науке — в конечном счёте её убило. В конце 1890-х годов Мария и ее муж Пьер начали страдать различными недугами. Мария перенесла несколько катаракт (теперь известный побочный эффект радиации) и в конечном итоге умерла от лейкемии, вызванной облучением ее костного мозга.

Итак, вот как действует радиация на нас.

Электромагнитный спектр

Электромагнитное излучение представляет собой поток фотонов, движущихся волнообразно. Но что такое фотон? Это пучок энергии, находящийся в постоянном движении. На практике, количество энергии, которую несет фотон, заставляет его иногда вести себя как волна, а иногда — как частица. За эту двойственную природу ученые называют его волной-частицей. Фотоны с низкой энергией (например, радио) ведут себя как волны, а фотоны высоких энергий (например, рентгеновские лучи) ведут себя, скорее, как частицы.

ЭМ-излучение может проходить через пустоту. Это отличает его от других типов волн, таких как звук, которым требуется среда для перемещения. Все формы электромагнитного излучения располагаются в электромагнитном спектре. Чем выше энергия, тем сильнее и, следовательно, опаснее излучение. Единственное различие между радиоволнами и гамма-лучами — это уровень энергии фотонов. Ниже представлен обзор электромагнитного спектра.

Радио

Радиоволны — самые длинные волны электромагнитного спектра (до длины футбольного поля). Они невидимы для наших глаз. Они доставляют музыку в наши радиоприемники, звук и картинку в телевизоры и передают сигналы на наши мобильные телефоны. Волны сотового телефона самые короткие из радиоволн, но длиннее, чем микроволны.

Микроволны

Также невидимы. Мы используем микроволны, чтобы быстро разогреть пищу. Телекоммуникационные спутники с помощью микроволн передают голос на телефоны. Для микроволновой энергии туман, облака или дым не являются препятствием. Потому она так удобна для передачи информации. Некоторые микроволны используются в радарах, например, доплеровском радаре, который используют метеорологи, чтобы вы получали прогнозы погоды. Вся Вселенная наполнена слабым микроволновым фоновым излучением, которое ученые связывают с Теорией Большого Взрыва.

Инфракрасное излучение

Инфракрасная область располагается между видимой и невидимой частями ЭМ спектра. Ваш пульт дистанционного управления переключает каналы с помощью инфракрасных волн. Каждый день мы чувствуем инфракрасное излучение как солнечное тепло. Инфракрасная фотография может показывать разницу температур. Змеи способны улавливать инфракрасное излучение, и именно так они находят теплокровную добычу в полной темноте.

Видимое излучение

Это единственная часть электромагнитного спектра, которую мы можем видеть. Мы видим разные длины волн в этой полосе спектра как цвета радуги. Например, солнце является естественным источником видимых волн. Когда мы смотрим на объект, наши глаза видят цвет отраженного света, а все остальные цвета поглощаются объектом.

Ультрафиолет

Ультрафиолетовые лучи (УФ) — вот что украшает загаром нашу кожу. Люди не могут видеть УФ-лучи, но некоторые насекомые могут. Озоновый слой нашей атмосферы задерживает большую часть ультрафиолетового излучения. Однако, поскольку наш озоновый слой истощается из-за использования нами хлорфторуглеродов в аэрозолях, уровень облучения Земли ультрафиолетом неуклонно растёт. Это может привести к последствиям для здоровья, таким как рак кожи.

Рентгеновские лучи

Рентгеновские лучи — световые волны с очень высокой энергией. Больше всего мы знакомы с их использованием в медицине, но космос также пронизан естественным рентгеновским излучением. Не стоит волноваться, рентгеновские лучи не могут проникнуть из космоса на поверхность Земли.

Гамма-лучи

Гамма-лучи обладают наибольшей энергией и самой короткой длиной волны. Ядерные взрывы и атомы радиоактивных минералов генерируют эти лучи. Гамма-лучи могут убивать живые клетки, и врачи иногда используют их для уничтожения раковых клеток. В глубоком космосе вспышки гамма-излучения происходят ежедневно, но их происхождение по-прежнему остается загадкой.

Рентген для примерки обуви

Сегодня мы знаем, что чрезмерное облучение рентгеновскими лучами опасно, и операторы рентгеновских кабинетов вместе с пациентами одевают защитное снаряжение.

Однако, с 1930-х по 1950-е годы, продавцы в обувных магазинах использовали рентгеновский аппарат для примерки обуви. Хотя нет информации о пострадавших покупателях, известно о случаях заболеваний продавцов.

Одна модельерша, участвовавшая в показах модной обуви, получила такую дозу рентгеновского облучения, что ей пришлось ампутировать ногу.

Неионизирующая радиация

Существует два вида радиационного излучения: неионизирующее и ионизирующее. В электромагнитном спектре их разделяет граница между инфракрасным и ультрафиолетовым излучениями. Известны три основных типа ионизирующего излучения: альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Позже в этой статье мы обсудим эти типы излучения более подробно.

Неионизирующее излучение является относительно низкоэнергетическим излучением, которое не обладает достаточной энергией для ионизации атомов или молекул. Оно занимает нижний конец электромагнитного спектра. Источниками неионизирующего излучения являются линии электропередач, микроволны, радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет и лазеры. Хотя это излучение менее опасно, чем ионизирующее излучение, всё же чрезмерная доза неионизирующего излучения может вызвать проблемы со здоровьем. Давайте рассмотрим некоторые примеры неионизирующего излучения и связанные с ними проблемы безопасности.

Сверхнизкочастотное излучение (СНЧ)

Это излучение, создаваемое такими объектами, как линии электропередачи или электропроводка. Ведутся споры о влиянии на здоровье магнитного поля вблизи линий электропередач. Очевидно, что СНЧ излучение влияет на нас каждый день, но степень его опасности для человека зависит от мощности источника СНЧ, а также от расстояния и продолжительности воздействия. Учёные исследуют влияние СНЧ радиации на раковые заболевания и проблемы с деторождением. Пока не найдено прямой связи между СНЧ излучением и болезнью, но исследования обнаружили между ними некоторую зависимость.

Радиочастотное излучение (РИ) и микроволновое излучение (СВЧ)

В основном исходит от радиостанций, телевизоров, микроволновых печей и сотовых телефонов. Как РИ, так и СВЧ волны нарушают работу кардиостимуляторов, слуховых аппаратов и дефибрилляторов, и люди, использующие их, должны принимать соответствующие меры предосторожности.

В последние годы у многих вызывает беспокойство излучение от сотового телефона. Несмотря на отсутствие доказанной связи между использованием сотового телефона и проблемами со здоровьем, возможность такой связи не исключена. Опять-таки, всё зависит от длительности облучения. Большие количества радиочастотного излучения может нагревать ткани, что вредит коже или глазам и повышает температуру тела. Некоторые эксперты рекомендуют использовать гарнитуру или устройство громкой связи, если вы часто и подолгу используете свой сотовый телефон.

Наша кожа и глаза поглощают инфракрасное излучение (ИК) в виде тепла. Передозировка ИК-излучения может привести к ожогам и болям. Передозировка ультрафиолета более опасна, потому что, его воздействие на организм отсроченное. Тем не менее, вскоре это воздействие проявляется виде солнечного ожога или чего похуже. Мощное ультрафиолетовое облучение может вызвать рак кожи, катаракту и снижение иммунитета. Помимо солнечного света, источниками ультрафиолетового излучения являются синие лампы и сварочные аппараты.

Радиевые девушки не знали как действует радиация и поплатились жизнью

В двадцатые годы прошлого века часовая компания использовала недавно открытый радий для того, чтобы циферблат часов светился в темноте. Тысячи девушек-работниц часового завода вручную наносили светящуюся краску. Чтобы сделать тонкими концы кисточек, девушки их лизали языком.

Иногда, для развлечения, девушки наносили краску на зубы и губы и выключали свет. Хотя девушек регулярно проверяли на радиоактивность, они никогда не получали результаты этих тестов. В 1938 году работница по имени Кэтрин Донахью наконец узнала результат своего теста и подала в суд на компанию. Чтобы замять дело компания выплатила ей несколько тысяч долларов, но женщина умерла в том же году. За последующие годы погибли многие другие, но доказать причастность компании к этим смертям так и не удалось.

Ионизирующая радиация

Подобно неионизирующему излучению, ионизирующее излучение представляет собой энергию в виде частиц или волн. Однако энергия ионизирующего излучения настолько велика, что оно может разрушать химические связи, то есть он может заряжать (или ионизировать) атомы облучаемого объекта.

Небольшой поток излучения может выбить из атома пару электронов. Мощное излучение может разрушить ядро атома. Это означает, что, когда ионизирующее излучение проходит через ткани тела, его энергии достаточно для повреждения ДНК. Вот почему гамма-лучи, например, удобны для уничтожения раковых клеток посредством лучевой терапии.

Источниками ионизирующего излучения являются радиоактивные материалы, высоковольтное оборудование, ядерные реакции и звезды. Естественным источником ионизирующей радиации является радон, радиоактивный материал, добываемый из геологической породы. Рентгеновские лучи — хороший пример искусственной ионизирующей радиации.

Виды ионизирующей радиации: альфа-частицы, бета-частицы и различные лучи

Когда нестабильный атом распадается, он излучает альфа- и бета-частицы. Например, уран, радий и полоний выделяют радиоактивные альфа-частицы. Эти частицы, состоящие из протонов и нейтронов, довольно велики по размеру и могут перемещаться только на небольшое расстояние. На практике их можно остановить просто листком бумаги или вашей кожей. Однако вдыхание или проглатывание альфа-частиц может быть очень опасным. Попав внутрь организма, альфа-частицы облучают ткани.

Бета-частицы, напротив, представляют собой быстро движущиеся электроны. Они могут перемещаться дальше, и имеют проникающую способность выше, чем у альфа-частиц. Поток бета-частиц может быть остановлен или уменьшен слоем одежды или веществом, вроде алюминия. В следующий раз подумайте дважды, прежде чем смеяться над парнем в защитной шапочке из фольги! Однако некоторые бета-частицы обладают достаточной энергией, чтобы проникнуть в кожу и вызвать ожоги. Как и в случае с альфа-частицами, бета-частицы весьма опасны при вдыхании или попадании внутрь организма.

Гамма-лучи — это то же электромагнитное излучение, но из-за своей высокой энергии они способны вызывать ионизирующий эффект. Гамма-лучи часто сопровождают альфа- и бета-частицы. В отличие от альфа- и бета-частиц, они обладают чрезвычайной проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-лучи требуется несколько дюймов свинца или даже несколько футов бетона. Они представляют собой радиационную опасность для всего организма. Хотя гамма-лучи пройдут через вас насквозь, ткани организма поглотят часть излучения. Естественным источником гамма-лучей является, например, такой минерал, как калий-40. Однако это не значит, что вам надо прекратить принимать калий в витаминах. Радиоактивный изотоп калия присутствует в природе в чрезвычайно низкой концентрации, а калий необходим для хорошего здоровья.

Рентгеновские лучи по существу то же, что и гамма-лучи, но происходят из другого источника. Тогда как гамма-лучи исходят из ядра атома, рентгеновские лучи рождаются в процессах за пределами ядра. Рентгеновское излучение происходит от изменения электронной структуры атома и, в основном, создаётся искусственно. Его проникающая способность не настолько высока, как у гамма-лучей, и всего несколько миллиметров свинца могут их остановить. Вот почему вы одеваете «свинцовый фартук» в рентгеновском кабинете.

Передозировка ионизирующего излучения может вызвать мутации в генах, что вызывает врожденные дефекты, повышает риск развития рака, ожогов или лучевой болезни.

Как действует радиация: влияние

Радиация повсюду. Это часть нашей среды обитания, со времён происхождения мира. Радиация существует в атмосфере, земле, воде и даже внутри наших собственных тел. Это называется естественным фоном, и абсолютно безопасно.

Радиация влияет на ваше тело, передавая энергию вашим тканям, что может вызвать повреждение клеток. В некоторых случаях эффект от этого неощутим. В других случаях клетка может стать аномальной, а затем злокачественной. Это зависит от силы и продолжительности воздействия.

Большое количество радиации за короткое время может привести к смерти в течение нескольких дней или часов.

Частое воздействие низких доз радиации в течение длительного времени также приводит к заболеваниям, но симптомы могут проявиться через значительное время. Главный источник наших знаний о влиянии радиации на здоровье -это выжившие в атомной бомбардировке Японии, Чернобыльской аварии, а также люди, которые ежедневно работают с радиацией или получают радиацию в качестве лечения.

Мы измеряем количество радиационного облучения в единицах, называемых миллибэры. Более современной единицей измерения стал миллизиверт mSv, который надо умножить на 100, чтобы получить миллибэр.

Воздействие на организм различных доз радиации

Здесь представлена только ионизирующая радиация. Из всех типов неионизирующего излучения только ультрафиолетовые лучи могут вызывать рак.

10 000 mSv в виде краткосрочной дозы облучения всего тела могут вызвать немедленную болезнь и последующую смерть в течение нескольких недель.

От 1000 до 10000 mSv  в виде краткосрочной дозы может вызвать сильную лучевую болезнь с высокой вероятностью летального исхода.

1000 mSv  в виде краткосрочной дозы вызывает немедленную лучевую болезнь у человека среднего телосложения, но вряд ли приведет к смерти.

Краткосрочные дозы, превышающие 1000 mSv (100 000 бэр), получаемые в течение длительного периода времени, создают определенный риск развития рака в будущем.

При дозах выше 100 mSv вероятность рака (а не тяжести заболевания) увеличивается.

50 mSv считается самой низкой дозой, которая может вызвать рак у взрослого человека. Это также самая высокая доза, законодательно разрешенная, в течение одного года профессионального облучения.

20 mSv / год, получаемая за пять лет, является пределом для радиологического персонала, такого как работники атомной промышленности, урановых шахт и работники больниц. Их дозу тщательно контролируют.

10-12 mSv в единовременной дозе получает пациент в процессе компьютерной томографии всего тела.

2 mSv / год является типичным фоновым излучением из природных источников, в том числе в среднем 0,7 mSv / год из радона на воздухе. Это близко к минимальной дозе, получаемой всеми людьми в любой точке Земли.

0,3-0,6 mSv / год представляет собой типичную дозу от искусственных источников излучения, в основном медицинских, таких как рентгенография костей, зубов и грудной клетки.

0,01-0,03 mSv является типичным излучением от одного полета на самолете от побережья до побережья. Однако часто летающие могут получить от 1 до 6 mSv в год.

Что делать если вы получили дозу радиации

Многие фильмы и книги пугают нас до дрожи и озноба радиационной катастрофой. Но что в них реально, а что нет? Радиация может попасть в окружающую среду несколькими способами: авария на атомной электростанции, взрыв атомной бомбы, случайная утечка из медицинского или промышленного устройства, испытания ядерного оружия или терроризм (например, грязная атомная бомба). То есть, вероятность радиационного заражения невелика.

У каждой местной администрации есть план на случай радиационной катастрофы. Во время радиационной аварийной ситуации Центр по чрезвычайным ситуациям может предложить вам оставаться в пределах жилища, а не эвакуироваться. Это потому, что стены вашего дома могут задержать часть вредного излучения.

Самая безопасная комната в доме с наименьшими окнами, например, подвал или ванная комната.

В случае радиационной аварийной ситуации, первое, что нужно выяснить — это попали ли радиоактивные материалы на ваше тело или внутрь него. Затем сделайте следующее:

• • Срочно покиньте зону заражения.
  • Снимите верхнюю одежду.
  • Поместите одежду в полиэтиленовый пакет или подальше от других людей.
  • Вымойте все открытые части вашего тела.
  • При внутреннем загрязнении может потребоваться медицинская помощь.

Медицинский персонал может определить лучевую болезнь или отравление по симптомам, анализам крови или счетчику Гейгера. В зависимости от серьезности заражения, существуют различные виды лечения. Дезактивация — это первый шаг, и это может быть все, что вам нужно. Можно рекомендовать делать анализы крови каждый год или около того, чтобы проверить симптомы дальнейшего развития болезни.

Существуют также таблетки, которые вы можете принимать, чтобы уменьшить вредное воздействие радиации. Возможно, вы слышали о людях, принимающих таблетки йодида калия в условиях ядерной аварии. Эти таблетки предотвращают концентрацию радиоактивного йода в щитовидной железе. Важно понимать, что йодид калия не защищает от прямого облучения или других радиоактивных частиц в воздухе.

Берлинская лазурь — это вид красителя, который при приёме внутрь будет связывать радиоактивные элементы, такие как цезий и таллий. Это ускорит выведение из организма радиоактивных частиц. Диэтилентриаминпентауксусная кислота (DTPA) связывается с радиоактивными металлами плутония, америция и кюрия. Радиоактивные частицы выходят из организма в моче, также уменьшая количество поглощенного излучения.

Радиация может быть вашим другом

Прежде чем запираться в панике в убежище, знайте, что некоторая доза излучения на самом деле полезна для вашего здоровья. Например, ультрафиолетовое излучение очень важно для организма, чтобы стимулировать выработку витамина D. Солнечные ванны полезны. Но не торопитесь выбрасывать солнцезащитный крем. Эксперты говорят, что всего от 5 до 15 минут в день, три раза в неделю, более чем достаточно для вашего здоровья.

Радиационная безопасность — Университет Хьюстона

Университет Хьюстона уполномочен Департаментом государственного здравоохранения Техаса (DSHS) получать, приобретать, владеть и передавать определенные радиоактивные материалы и источники излучения; и использовать их для целей и в определенных местах для выполнения своей исследовательской и образовательной миссии. Условия лицензии и регистрации требуют строгого контроля за использованием радиоактивных материалов и устройств, генерирующих излучение, чтобы гарантировать, что радиационное облучение всех авторизованных пользователей, персонала UH и населения поддерживается на разумно достижимом низком уровне.

Программа радиационной безопасности предназначена для обеспечения адекватных гарантий здоровью и благополучию населения и населения в целом от потенциально вредного воздействия радиации. Это достигается за счет соблюдения применимых федеральных и государственных нормативных актов, а также политик университета, а также за счет внедрения надлежащих методов работы в области физики здоровья в UH.

Программа радиационной безопасности применяется ко всем лицам, которые покупают, владеют, передают, хранят, используют или обрабатывают радиоактивные материалы в любом количестве, лицензированные или освобожденные от лицензии, и / или устройства, производящие излучение, зарегистрированные или незарегистрированные в UH.

Университет Хьюстона требует, чтобы все пользователи радиоактивных материалов или устройств, генерирующих излучение в кампусе, прошли соответствующую подготовку по радиационной безопасности, были одобрены сотрудником по радиационной безопасности (RSO) и сотрудником по лазерной безопасности (LSO) и уполномочены Комитетом по радиационной безопасности ( RSC) и соблюдать применимые нормативные требования для обеспечения поддержания уровней радиационного облучения ALARA.

Ответственность за реализацию Программы радиационной безопасности по поддержанию лицензии и регистрации делегируется надлежащим образом на территории кампуса.В организацию Программы радиационной безопасности UH входят Комитет по радиационной безопасности, Менеджер по радиационной безопасности / RSO & LSO, Персонал по радиационной безопасности, Главные исследователи и Уполномоченные пользователи.

Бланки и руководства

Поскольку функциональные области EHLS существенно пересекаются, лучше всего найти форму на странице EHLS Forms или в руководстве на странице EHLS Manuals. Это гарантирует, что все необходимые формы легко доступны в одном месте. На странице руководств также доступны стандарты строительства лаборатории и руководства, чтобы гарантировать исправление любых проблем на этапе проектирования.

.

UHDPS

Университет Хьюстона уполномочен Департаментом здравоохранения штата Техас (DSHS) получать, приобретать, владеть и передавать определенные радиоактивные материалы и источники излучения; и использовать их для целей и в определенных местах для выполнения своей исследовательской и образовательной миссии. Условия лицензии и регистрации требуют строгого контроля за использованием радиоактивных материалов и устройств, генерирующих излучение, чтобы гарантировать, что радиационное облучение всех авторизованных пользователей, персонала UH и населения поддерживается на разумно достижимом низком уровне.

Программа радиационной безопасности предназначена для обеспечения адекватных гарантий здоровью и благополучию населения и населения в целом от потенциально вредного воздействия радиации. Это достигается за счет соблюдения применимых федеральных и государственных нормативных актов, а также политик университета, а также за счет внедрения надлежащих методов работы в области физики здоровья в UH.

Программа радиационной безопасности применяется ко всем лицам, которые покупают, владеют, передают, хранят, используют или обрабатывают радиоактивные материалы в любом количестве, лицензированные или освобожденные от лицензии, и / или устройства, производящие излучение, зарегистрированные или незарегистрированные в UH.

Университет Хьюстона требует, чтобы все пользователи радиоактивных материалов или устройств, генерирующих излучение в кампусе, прошли соответствующую подготовку по радиационной безопасности, были одобрены сотрудником по радиационной безопасности (RSO) и сотрудником по лазерной безопасности (LSO) и уполномочены Комитетом по радиационной безопасности ( RSC) и соблюдать применимые нормативные требования для обеспечения поддержания уровней радиационного облучения ALARA.

Ответственность за реализацию Программы радиационной безопасности по поддержанию лицензии и регистрации надлежащим образом делегирована на территории кампуса.В организацию Программы радиационной безопасности UH входят Комитет по радиационной безопасности, Менеджер по радиационной безопасности / RSO & LSO, Персонал по радиационной безопасности, Главные исследователи и Уполномоченные пользователи.

.

Передача тепла излучением

Передача тепла посредством излучения происходит в форме электромагнитных волн, главным образом в инфракрасной области. Излучение, испускаемое телом, является следствием теплового перемешивания составляющих его молекул. Радиационная теплопередача может быть описана со ссылкой на «черное тело» .

Черное тело

Черное тело определяется как тело, которое поглощает все излучение, падающее на его поверхность. Настоящих черных тел в природе не существует, хотя их характеристики приблизительно соответствуют дыре в коробке, заполненной материалом с высокой поглощающей способностью.Спектр излучения такого черного тела был впервые полностью описан Максом Планком.

Черное тело — это гипотетическое тело, которое полностью поглощает все длины волн падающего на него теплового излучения. Такие тела не отражают свет и поэтому кажутся черными, если их температура достаточно низкая, чтобы не быть самосветящимися. Все черные тела, нагретые до заданной температуры, излучают тепловое излучение.

Энергия излучения в единицу времени абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры и может быть выражена с помощью закона Стефана-Больцмана как

q = σ T ⁴ A (1)

, где

q = теплопередача в единицу времени (Вт)

σ = 5.6703 10 ^-8 (Вт / м ² K ⁴ ) — Постоянная Стефана-Больцмана

T = абсолютная температура в кельвинах (K)

A = площадь излучающего тела (м ² )

Константа Стефана-Больцмана в имперских единицах

σ = 5,6703 10 ^-8 (Вт / м ² K ⁴ )

= 1.714 10 ^-9 (БТЕ / (ч фут ^{2 o} R ⁴ ))

= 1,19 10 ^-11 (БТЕ / (час в ^{2 o} R ⁴⁾ ))

Пример — тепловое излучение от поверхности Солнца

Если температура поверхности Солнца составляет 5800 K и если мы предположим, что Солнце можно рассматривать как черное тело энергия излучения на единицу площади может быть выражена изменением (1) на

q / A = σ T ⁴

= ( 5.6703 10 ^-8 Вт / м ² K ⁴ ) (5800 K) ⁴

= 6,42 10 ⁷ (Вт / м ² )

Серые тела и коэффициент излучения Коэффициенты

Для объектов, отличных от идеальных черных тел («серых тел»), закон Стефана-Больцмана может быть выражен как

q = ε σ T ⁴ A (2)

, где

ε = коэффициент излучения объекта (один — 1 — для черного тела)

Для серого тела падающее излучение (также называемое излучением) частично отражается, поглощается или проходит.

Коэффициент излучения находится в диапазоне 0 < ε <1, в зависимости от типа материала и температуры поверхности.

Чистая скорость радиационных потерь

Если горячий объект излучает энергию в более холодное окружение, чистая радиационная скорость потерь тепла может быть выражена как

q = ε σ (T _h ⁴ — T _c ⁴ ) A _h (3)

где

T _h = абсолютная температура горячего тела (K)

T _c = абсолютная температура холодной окружающей среды (K)

A _h = площадь горячего объекта (м ² )

Потери тепла от нагретой поверхности в неотапливаемую среду со средними лучистыми температурами указаны в таблице ниже.

Калькулятор радиационной теплопередачи

Этот калькулятор основан на уравнении (3) и может использоваться для расчета теплового излучения от теплого объекта в более холодное окружение.

Обратите внимание, что температура на входе указывается в градусах Цельсия.

ε — коэффициент излучения

t _h — горячая температура объекта ( ^o C)

t _c — холодная температура окружающей среды ( ^o C)

A _c — площадь объекта (м ² )

Закон косинуса Ламберта

Тепловыделение от поверхности под углом β может быть выражено с помощью закона косинуса Ламберта как

q _β = q cos β (4)

где

q _β = тепловыделение под углом β

q = тепловыделение от поверхности

β = угол

.

Рентген | Определение, история и факты

Рентгеновское , электромагнитное излучение с чрезвычайно короткой длиной волны и высокой частотой, с длинами волн от примерно 10 ^-8 до 10 ^-12 метров и соответствующими частотами примерно от 10 ¹⁶ до 10 ²⁰ герц ( Гц).

электромагнитный спектр Связь рентгеновского излучения с другим электромагнитным излучением в пределах электромагнитного спектра. Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

Тест на медицинские условия и открытия

Кто разработал первую безопасную и эффективную вакцину от полиомиелита?

Рентгеновские лучи обычно образуются при ускорении (или замедлении) заряженных частиц; Примеры включают пучок электронов, падающий на металлическую пластину в рентгеновской трубке, и циркулирующий пучок электронов в ускорителе синхротронных частиц или накопительном кольце.Кроме того, высоковозбужденные атомы могут излучать рентгеновское излучение с дискретными длинами волн, характерными для расстояний между уровнями энергии в атомах. Рентгеновская область электромагнитного спектра находится далеко за пределами видимого диапазона длин волн. Однако прохождение рентгеновских лучей через материалы, в том числе биологические ткани, можно регистрировать с помощью фотопленок и других детекторов. Анализ рентгеновских снимков тела — чрезвычайно ценный инструмент медицинской диагностики.

Рентгеновские лучи — это форма ионизирующего излучения — при взаимодействии с веществом они обладают достаточной энергией, чтобы заставить нейтральные атомы выбрасывать электроны.Благодаря этому процессу ионизации энергия рентгеновских лучей откладывается в веществе. Проходя через живую ткань, рентгеновские лучи могут вызывать вредные биохимические изменения в генах, хромосомах и других компонентах клетки. Биологические эффекты ионизирующего излучения, которые сложны и сильно зависят от продолжительности и интенсивности воздействия, все еще активно изучаются ( см. радиационное поражение). Рентгеновская лучевая терапия использует эти эффекты для борьбы с ростом злокачественных опухолей.

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 году немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном при исследовании влияния электронных лучей (тогда называемых катодными лучами) на электрические разряды через газы низкого давления. Рентген обнаружил поразительный эффект, а именно то, что экран, покрытый флуоресцентным материалом, помещенный вне разрядной трубки, будет светиться, даже если он защищен от прямого видимого и ультрафиолетового света газового разряда. Он пришел к выводу, что невидимое излучение трубки проходит через воздух и вызывает флуоресценцию экрана.Рентген смог показать, что излучение, ответственное за флуоресценцию, исходит из точки, где электронный луч ударяется о стеклянную стенку разрядной трубки. Непрозрачные объекты, помещенные между трубкой и экраном, оказались прозрачными для новой формы излучения; Рентген наглядно продемонстрировал это, сделав фотографическое изображение костей человеческой руки. Его открытие так называемых рентгеновских лучей было встречено во всем мире научным и популярным энтузиазмом, и, наряду с открытиями радиоактивности (1896 г.) и электрона (1897 г.), оно положило начало изучению атомного мира и эре современной физики. .

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня
.