שדה אלקטרומגנטי הוא סוג של חומר המתעורר סביב מטענים נעים. לדוגמה, סביב מוליך עם זרם. השדה האלקטרומגנטי מורכב משני מרכיבים - שדות חשמליים ומגנטיים. הם לא יכולים להתקיים ללא תלות זה בזה. אחד מוליד את השני. כאשר השדה החשמלי משתנה, נוצר מיד שדה מגנטי. מהירות התפשטות גל אלקטרומגנטי V=C/EMאיפה הו Mבהתאמה, הפריטיטיביות המגנטית והדיאלקטרית של המדיום שבו הגל מתפשט. גל אלקטרומגנטי בוואקום נע במהירות האור, כלומר 300,000 קמ"ש. מכיוון שהחדירות הדיאלקטרית והמגנטית של הוואקום נחשבת שווה ל-1. כאשר השדה החשמלי משתנה, נוצר שדה מגנטי. מכיוון שהשדה החשמלי שגרם לו אינו קבוע (כלומר, הוא משתנה עם הזמן), גם השדה המגנטי יהיה משתנה. השדה המגנטי המשתנה בתורו יוצר שדה חשמלי, וכן הלאה. לפיכך, עבור השדה העוקב (בין אם הוא חשמלי או מגנטי), המקור יהיה השדה הקודם, ולא המקור המקורי, כלומר מוליך נושא זרם. כך, גם לאחר כיבוי הזרם במוליך, השדה האלקטרומגנטי ימשיך להתקיים ולהתפשט בחלל. גל אלקטרומגנטי מתפשט בחלל לכל הכיוונים ממקורו. אתה יכול לדמיין שאתה מדליק נורה, קרני האור ממנה מתפשטות לכל הכיוונים. גל אלקטרומגנטי במהלך התפשטות נושא אנרגיה בחלל. ככל שהזרם במוליך שגרם לשדה חזק יותר, כך גדלה האנרגיה שנישאת הגל. כמו כן, האנרגיה תלויה בתדירות הגלים הנפלטים, עם עלייה בה פי 2.3.4, אנרגיית הגל תגדל פי 4.9.16 בהתאמה. כלומר, אנרגיית ההתפשטות של הגל פרופורציונלית לריבוע התדר. התנאים הטובים ביותר להתפשטות הגל נוצרים כאשר אורך המוליך שווה לאורך הגל. קווי הכוח של מגנטי וחשמלי יעופו בניצב הדדי. קווי כוח מגנטיים עוטפים מוליך נושא זרם והם תמיד סגורים. קווי כוח חשמליים עוברים ממטען אחד לאחר. גל אלקטרומגנטי הוא תמיד גל רוחבי. כלומר, קווי הכוח, המגנטיים והחשמליים, נמצאים במישור המאונך לכיוון ההתפשטות. עוצמת השדה האלקטרומגנטי היא ההספק המאפיין את השדה. גם מתח הוא גודל וקטור, כלומר יש לו התחלה וכיוון. עוצמת השדה מופנית באופן משיק לקווי הכוח. מכיוון שעוצמת השדות החשמליים והמגנטיים מאונכים זה לזה, ישנו כלל לפיו ניתן לקבוע את כיוון התפשטות הגל. כאשר הבורג מסתובב לאורך הנתיב הקצר ביותר מוקטור חוזק השדה החשמלי לוקטור חוזק השדה המגנטי, תנועת התרגום של הבורג תצביע על כיוון התפשטות הגל.
שדה מגנטי ומאפייניו. כאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליך, א שדה מגנטי. שדה מגנטי הוא אחד מסוגי החומר. יש לו אנרגיה, המתבטאת בצורה של כוחות אלקטרומגנטיים הפועלים על מטענים חשמליים נעים בודדים (אלקטרונים ויונים) ועל זרימותיהם, כלומר זרם חשמלי. בהשפעת כוחות אלקטרומגנטיים, חלקיקים טעונים נעים סוטים מנתיבם המקורי בכיוון הניצב לשדה (איור 34). השדה המגנטי נוצררק סביב מטענים חשמליים נעים, ופעולתו משתרעת גם רק על מטענים נעים. שדות מגנטיים וחשמלייםבלתי נפרדים ויוצרים יחד יחיד שדה אלקרומגנטי. כל שינוי שדה חשמלימוביל להופעת שדה מגנטי ולהפך, כל שינוי בשדה המגנטי מלווה בהופעת שדה חשמלי. שדה אלקרומגנטימתפשט במהירות האור, כלומר 300,000 קמ"ש.
ייצוג גרפי של השדה המגנטי.מבחינה גרפית, השדה המגנטי מיוצג על ידי קווי כוח מגנטיים, אשר מצוירים כך שכיוון קו הכוח בכל נקודה של השדה חופף לכיוון כוחות השדה; קווי שדה מגנטי הם תמיד רציפים וסגורים. ניתן לקבוע את כיוון השדה המגנטי בכל נקודה באמצעות מחט מגנטית. הקוטב הצפוני של החץ מוגדר תמיד לכיוון כוחות השדה. קצה המגנט הקבוע, ממנו יוצאים קווי הכוח (איור 35, א), נחשב לקוטב הצפוני, והקצה הנגדי, הכולל את קווי הכוח, הוא הקוטב הדרומי (הקווים). הכוח העובר בתוך המגנט אינם מוצגים). ניתן לזהות את חלוקת קווי הכוח בין הקטבים של מגנט שטוח באמצעות סיבי פלדה המפוזרים על דף נייר המונח על הקטבים (איור 35, ב). השדה המגנטי במרווח האוויר בין שני קטבים מנוגדים מקבילים של מגנט קבוע מאופיין בחלוקה אחידה של קווי כוח מגנטיים (איור 36)
מהו שדה אלקטרומגנטי, כיצד הוא משפיע על בריאות האדם ומדוע למדוד אותו - תלמדו ממאמר זה. נמשיך להכיר לך את מבחר החנות שלנו, נספר לך על מכשירים שימושיים - אינדיקטורים של חוזק שדה אלקטרומגנטי (EMF). ניתן להשתמש בהם גם בעסק וגם בבית.
מהו שדה אלקטרומגנטי?
העולם המודרני אינו מתקבל על הדעת בלי מכשירי חשמל ביתיים, טלפונים ניידים, חשמל, חשמליות וטרוליבוסים, טלוויזיות ומחשבים. אנחנו רגילים אליהם וכלל לא חושבים שכל מכשיר חשמלי יוצר סביבו שדה אלקטרומגנטי. זה בלתי נראה, אבל משפיע על כל אורגניזמים חיים, כולל בני אדם.
שדה אלקטרומגנטי הוא צורה מיוחדת של חומר המתרחשת כאשר חלקיקים נעים מקיימים אינטראקציה עם מטענים חשמליים. השדות החשמליים והמגנטיים קשורים זה בזה ויכולים להוליד אחד את השני - ולכן, ככלל, מדברים עליהם יחד כשדה אלקטרומגנטי יחיד.
המקורות העיקריים של שדות אלקטרומגנטיים כוללים:
- קווי חשמל;
- תחנות משנה שנאים;
- חיווט חשמלי, תקשורת, טלוויזיה וכבלים לאינטרנט;
- מגדלים סלולריים, מגדלי רדיו וטלוויזיה, מגברים, אנטנות לטלפונים סלולריים ולווייניים, נתבי Wi-Fi;
- מחשבים, טלוויזיות, צגים;
- מכשירי חשמל ביתיים;
- תנורי אינדוקציה ומיקרוגל (MW);
- הובלה חשמלית;
- מכ"מים.
השפעת שדות אלקטרומגנטיים על בריאות האדם
שדות אלקטרומגנטיים משפיעים על כל אורגניזמים ביולוגיים - צמחים, חרקים, בעלי חיים, אנשים. מדענים החוקרים את ההשפעה של שדות אלקטרומגנטיים על בני אדם הגיעו למסקנה שחשיפה ממושכת וקבועה לשדות אלקטרומגנטיים עלולה להוביל ל:
- עייפות מוגברת, הפרעות שינה, כאבי ראש, ירידה בלחץ, ירידה בקצב הלב;
- הפרעות במערכת החיסונית, העצבית, האנדוקרינית, המינית, ההורמונלית, הלב וכלי הדם;
- התפתחות מחלות אונקולוגיות;
- התפתחות מחלות של מערכת העצבים המרכזית;
- תגובות אלרגיות.
הגנת EMI
ישנם תקנים סניטריים הקובעים את הרמות המקסימליות המותרות של חוזק שדה אלקטרומגנטי בהתאם לזמן השהות באזור המסוכן - עבור מגורים, מקומות עבודה, מקומות ליד מקורות של שדה חזק. אם לא ניתן להפחית את הקרינה מבחינה מבנית, למשל, מקו תמסורת אלקטרומגנטי (EMF) או ממגדל סלולרי, אזי פותחו הוראות שירות, ציוד מגן לעובדים ואזורי גישה מוגבלים להסגר סניטרי.
הוראות שונות מסדירות את זמן שהותו של אדם באזור הסכנה. רשתות מיגון, סרטים, זיגוג, חליפות עשויות בד מתכתי המבוסס על סיבי פולימר יכולים להפחית את עוצמת הקרינה האלקטרומגנטית באלפי מונים. לבקשת GOST, אזורי קרינת EMF מגודרים ומצוידים בשלטי אזהרה "אל תיכנס, זה מסוכן!" וסמל המפגע האלקטרומגנטי.
שירותים מיוחדים בעזרת מכשירים עוקבים כל הזמן אחר רמת עוצמת EMF במקומות עבודה ובמגורים. אתה יכול לדאוג לבריאות שלך בעצמך על ידי רכישת מכשיר נייד "אימפולס" או סט "אימפולס" + בודק חנקה "SOEKS".
מדוע אנו זקוקים למכשירים ביתיים למדידת עוצמת השדה האלקטרומגנטי?
השדה האלקטרומגנטי משפיע לרעה על בריאות האדם, ולכן כדאי לדעת אילו מקומות אתה מבקר (בבית, במשרד, בגינה, במוסך) עלולים להיות מסוכנים. עליך להבין שרקע אלקטרומגנטי מוגבר יכול להיווצר לא רק על ידי מכשירי החשמל, הטלפונים, הטלוויזיות והמחשבים שלך, אלא גם על ידי חיווט פגום, מכשירי חשמל של השכנים, מתקנים תעשייתיים הנמצאים בקרבת מקום.
מומחים מצאו כי חשיפה קצרת טווח ל-EMF על אדם אינה מזיקה למעשה, אך שהייה ארוכה באזור עם רקע אלקטרומגנטי מוגבר היא מסוכנת. אלו הם האזורים שניתן לזהות באמצעות מכשירים מסוג "אימפולס". אז, אתה יכול לבדוק את המקומות שבהם אתה מבלה הכי הרבה זמן; חדר הילדים וחדר השינה שלך; לימוד. המכשיר מכיל את הערכים שנקבעו במסמכים רגולטוריים, כך שתוכלו להעריך מיד את מידת הסכנה לכם וליקיריכם. יתכן שאחרי הבדיקה תחליטו להרחיק את המחשב מהמיטה, להיפטר מהפלאפון עם אנטנה מוגברת, להחליף את המיקרוגל הישן לחדש, להחליף את בידוד דלת המקרר במצב No Frost .
שמלב V.E., Sbitnev S.A.
"יסודות תיאורטיים של הנדסת חשמל"
"תורת השדה האלקטרומגנטי"
פרק 1. מושגי יסוד של תורת השדות האלקטרומגנטיים
§ 1.1. קביעת השדה האלקטרומגנטי וכמויותיו הפיזיקליות.
מנגנון מתמטי של תורת השדות האלקטרומגנטיים
שדה אלקרומגנטי(EMF) הוא סוג של חומר בעל השפעת כוח על חלקיקים טעונים והוא נקבע בכל הנקודות על ידי שני זוגות של כמויות וקטוריות המאפיינות את שני הצדדים שלו - שדות חשמליים ומגנטיים.
שדה חשמלי- זהו מרכיב של EMF, המאופיין בהשפעה על חלקיק טעון חשמלי בכוח פרופורציונלי למטען של החלקיק ובלתי תלוי במהירות שלו.
שדה מגנטי- זהו מרכיב של EMF, המאופיין בהשפעה על חלקיק נע בכוח פרופורציונלי למטען החלקיק ולמהירותו.
המאפיינים והשיטות הבסיסיות לחישוב EMF הנלמדים בקורס על היסודות התיאורטיים של הנדסת חשמל כוללים מחקר איכותי וכמותי של EMF המצוי במכשירים חשמליים, רדיו-אלקטרוניים וביו-רפואיים. לשם כך, משוואות האלקטרודינמיקה בצורות אינטגרליות ודיפרנציאליות מתאימות ביותר.
המנגנון המתמטי של תורת השדה האלקטרומגנטי (TEMF) מבוסס על תורת השדות הסקלרים, ניתוח וקטור וטנזור, כמו גם חשבון דיפרנציאלי ואינטגרלי.
שאלות בקרה
1. מהו שדה אלקטרומגנטי?
2. מה נקרא שדה חשמלי ומגנטי?
3. מהו הבסיס של המנגנון המתמטי של תורת השדות האלקטרומגנטיים?
§ 1.2. כמויות פיזיות המאפיינות את EMF
וקטור חוזק שדה חשמליבנקודה שנקרא הווקטור של הכוח הפועל על חלקיק נייח טעון חשמלי הממוקם בנקודה שאם לחלקיק הזה יש יחידת מטען חיובי.
לפי הגדרה זו, הכוח החשמלי הפועל על מטען נקודתי ששווה ל:
איפה ה נמדד ב-V/m.
השדה המגנטי מאופיין וקטור אינדוקציה מגנטי. אינדוקציה מגנטית בנקודת תצפית כלשהי שהוא כמות וקטורית, שהמודלוס שלה שווה לכוח המגנטי הפועל על חלקיק טעון שנמצא בנקודה ש, שיש לו מטען יחידה והוא נע במהירות יחידה, והווקטורים של כוח, מהירות, אינדוקציה מגנטית וגם מטען החלקיק מקיימים את התנאי
.
הכוח המגנטי הפועל על מוליך עקום עם זרם יכול להיקבע על ידי הנוסחה
.
על מוליך ישר, אם הוא נמצא בשדה אחיד, פועל הכוח המגנטי הבא
.
בכל הנוסחאות האחרונות ב - אינדוקציה מגנטית, הנמדדת בטסלה (Tl).
1 T היא אינדוקציה מגנטית כזו שבה כוח מגנטי השווה ל-1N פועל על מוליך ישר עם זרם של 1A אם קווי האינדוקציה המגנטית מכוונים בניצב למוליך עם זרם, ואם אורך המוליך הוא 1 מ' .
בנוסף לחוזק השדה החשמלי והאינדוקציה המגנטית, הכמויות הווקטוריות הבאות נחשבות בתורת השדה האלקטרומגנטי:
1) אינדוקציה חשמלית ד (תזוזה חשמלית), הנמדדת ב-C/m 2,
וקטורי EMF הם פונקציות של מרחב וזמן:
איפה ש- נקודת תצפית, ט- רגע של זמן.
אם נקודת התצפית שנמצא בוואקום, אז היחסים הבאים מתקיימים בין הזוגות המתאימים של כמויות וקטור
היכן היא הפריטטיביות המוחלטת של ואקום (קבוע חשמלי בסיסי), = 8.85419 * 10 -12;
חדירות מגנטית מוחלטת של ואקום (קבוע מגנטי בסיסי); \u003d 4π * 10 -7.
שאלות בקרה
1. מהי עוצמת השדה החשמלי?
2. מה נקרא אינדוקציה מגנטית?
3. מהו הכוח המגנטי הפועל על חלקיק טעון נע?
4. מהו הכוח המגנטי הפועל על מוליך עם זרם?
5. אילו כמויות וקטוריות מאפיינות את השדה החשמלי?
6. אילו כמויות וקטוריות מאפיינות את השדה המגנטי?
§ 1.3. מקורות של שדה אלקטרומגנטי
המקורות של EMF הם מטענים חשמליים, דיפולים חשמליים, מטענים חשמליים נעים, זרמים חשמליים, דיפולים מגנטיים.
המושגים של מטען חשמלי וזרם חשמלי ניתנים במהלך הפיזיקה. זרמים חשמליים הם משלושה סוגים:
1. זרמי הולכה.
2. זרמי תזוזה.
3. העברת זרמים.
זרם הולכה- מהירות המעבר של מטענים ניידים של גוף מוליך חשמלי דרך משטח מסוים.
זרם הממתח- קצב השינוי של זרימת וקטור התזוזה החשמלית דרך משטח מסוים.
.
העבר זרםמאופיין בביטוי הבא
איפה v - מהירות העברת הגופים דרך פני השטח ס; נ - וקטור של היחידה נורמלי לפני השטח; - צפיפות מטען ליניארית של גופים שעפים דרך פני השטח בכיוון הנורמלי; ρ היא צפיפות הנפח של המטען החשמלי; ע v - העברת צפיפות זרם.
דיפול חשמלינקרא זוג מטענים נקודתיים + שוגם - שממוקם במרחק לזה מזה (איור 1).
דיפול חשמלי נקודתי מאופיין בוקטור מומנט דיפול חשמלי:
דיפול מגנטינקרא מעגל שטוח עם זרם חשמלי אני.הדיפול המגנטי מאופיין בווקטור מומנט הדיפול המגנטי
איפה ס הוא וקטור השטח של המשטח השטוח הנמתח על המעגל עם זרם. וֶקטוֹר ס מכוון בניצב למשטח השטוח הזה, יתר על כן, אם רואים אותו מקצה הווקטור ס , אז התנועה לאורך קו המתאר בכיוון החופף לכיוון הזרם תתרחש נגד כיוון השעון. המשמעות היא שכיוון וקטור המומנט המגנטי דיפול קשור לכיוון הזרם לפי כלל הבורג הנכון.
אטומים ומולקולות של חומר הם דיפולים חשמליים ומגנטיים, כך שכל נקודה מהסוג האמיתי ב-EMF יכולה להיות מאופיינת בצפיפות הנפח של מומנט הדיפול החשמלי והמגנטי:
פ - קיטוב חשמלי של החומר:
M - המגנטיזציה של החומר:
קיטוב חשמלי של החומרהיא כמות וקטורית השווה לצפיפות הצובר של מומנט הדיפול החשמלי בנקודה כלשהי של גוף אמיתי.
מגנטיזציה של חומרהוא כמות וקטורית השווה לצפיפות הצובר של מומנט הדיפול המגנטי בנקודה כלשהי של גוף אמיתי.
תזוזה חשמלית- זוהי כמות וקטורית, שלכל נקודת תצפית, ללא קשר אם היא בוואקום או בחומר, נקבעת מתוך היחס:
(עבור ואקום או חומר),
(רק לוואקום).
כוח שדה מגנטי- כמות וקטורית, שלכל נקודת תצפית, בין אם היא בוואקום או בחומר, נקבעת מתוך היחס:
,
כאשר עוצמת השדה המגנטי נמדדת ב-A/m.
בנוסף לקיטוב ולמגנטיזציה, ישנם מקורות EMF אחרים המופצים בנפח:
- צפיפות מטען חשמלי בתפזורת ; ,
כאשר צפיפות הנפח של המטען החשמלי נמדדת ב-C/m 3 ;
- וקטור צפיפות זרם חשמלי, שהרכיב הרגיל שלו שווה ל
במקרה כללי יותר, הזרם הזורם דרך משטח פתוח ס, שווה לשטף של וקטור צפיפות הזרם דרך משטח זה:
שבו וקטור צפיפות הזרם החשמלי נמדד ב-A/m 2 .
שאלות בקרה
1. מהם מקורות השדה האלקטרומגנטי?
2. מהו זרם הולכה?
3. מהו זרם הטיה?
4. מהו זרם העברה?
5. מהו מומנט דיפול חשמלי ומומנט דיפול חשמלי?
6. מהו דיפול מגנטי ומומנט דיפול מגנטי?
7. מה נקרא הקיטוב והמגנטיזציה החשמלית של חומר?
8. מה נקרא תזוזה חשמלית?
9. מה נקרא עוצמת השדה המגנטי?
10. מהי צפיפות המטען החשמלי הנפחי וצפיפות הזרם?
דוגמה ליישום MATLAB
מְשִׁימָה.
נָתוּן: מעגל עם זרם חשמלי אניבמרחב הוא היקף של משולש, שהקואורדינטות הקרטזיות של קודקודיו נתונות: איקס 1 , איקס 2 , איקס 3 , y 1 , y 2 , y 3 , ז 1 , ז 2 , ז 3 . כאן המנויים הם מספרי הקודקודים. הקודקודים ממוספרים בכיוון זרימת הזרם החשמלי.
נדרשחבר פונקציית MATLAB המחשבת את וקטור המומנט המגנטי דיפול של הלולאה. בעת הידור של קובץ m, ניתן להניח שהקואורדינטות המרחביות נמדדות במטרים, והזרם נמדד באמפר. ארגון שרירותי של פרמטרי קלט ופלט מותר.
פִּתָרוֹן
% m_dip_moment - חישוב מומנט הדיפול המגנטי של מעגל משולש עם זרם במרחב
%pm = m_dip_moment(tok,nodes)
% פרמטרי קלט
% זרם - זרם במעגל;
% צמתים - מטריצה מרובעת בצורה ." , שכל שורה שלה מכילה את הקואורדינטות של הקודקוד המתאים.
% פרמטר פלט
% pm היא מטריצת שורה של הרכיבים הקרטזיאניים של וקטור מומנט הדיפול המגנטי.
function pm = m_dip_moment(tok,nodes);
pm=tok*)]) det()]) det()])]/2;
% במשפט האחרון, וקטור השטח של המשולש מוכפל בזרם
>> צמתים=10*rand(3)
9.5013 4.8598 4.5647
2.3114 8.913 0.18504
6.0684 7.621 8.2141
>> pm=m_dip_moment(1, צמתים)
13.442 20.637 -2.9692
במקרה הזה התברר פ M = (13.442* 1 איקס + 20.637*1 y - 2.9692*1 ז) A * m 2 אם הזרם במעגל הוא 1 A.
§ 1.4. אופרטורים דיפרנציאליים מרחביים בתורת השדות האלקטרומגנטיים
מִדרוֹןשדה סקלארי Φ( ש) = Φ( x, y, z) נקרא שדה וקטור המוגדר על ידי הנוסחה:
,
איפה V 1 - אזור המכיל נקודה ש; ס 1 - שטח תוחם משטח סגור V 1 , ש 1 - נקודה השייכת למשטח ס 1 ; δ - המרחק הגדול ביותר מהנקודה שלנקודות על פני השטח ס 1 (מקסימום| QQ 1 |).
הִסתַעֲפוּתשדה וקטור ו (ש)=ו (x, y, z) נקרא שדה סקלרי המוגדר על ידי הנוסחה:
רוטורשדה וקטור (מערבולת). ו (ש)=ו (x, y, z) הוא שדה וקטור המוגדר על ידי הנוסחה:
רָקָב ו
= 
מפעיל נבלההוא אופרטור דיפרנציאלי וקטורי, אשר בקואורדינטות קרטזיות מוגדר על ידי הנוסחה:
בואו נציג גראד, div וריקבון באמצעות האופרטור nabla:
אנו כותבים את האופרטורים האלה בקואורדינטות קרטזיות:
; 
;
האופרטור לפלס בקואורדינטות קרטזיות מוגדר על ידי הנוסחה:
אופרטורים דיפרנציאליים מסדר שני:
משפטי אינטגרל
משפט שיפוע 
;
משפט סטייה 
משפט הרוטור 
בתורת EMF, נעשה שימוש נוסף במשפטי האינטגרל:
.
שאלות בקרה
1. מה נקרא שיפוע של שדה סקלרי?
2. מה נקרא התבדרות של שדה וקטור?
3. מה נקרא הרוטור של שדה וקטור?
4. מהו האופרטור nabla וכיצד באים לידי ביטוי אופרטורים דיפרנציאליים מסדר ראשון במונחים שלו?
5. אילו משפטי אינטגרלים תקפים עבור שדות סקלרים ווקטורים?
דוגמה ליישום MATLAB
מְשִׁימָה.
נָתוּן: בנפח הטטרהדרון, השדה הסקלרי והוקטור משתנים לפי חוק ליניארי. הקואורדינטות של קודקודי הטטרהדרון ניתנות על ידי מטריצה של הצורה [ איקס 1 , y 1 , ז 1 ; איקס 2 , y 2 , ז 2 ; איקס 3 , y 3 , ז 3 ; איקס 4 , y 4 , ז 4]. הערכים של השדה הסקלרי בקודקודים ניתנים על ידי המטריצה [Ф 1; F 2; F 3; ו 4]. הרכיבים הקרטזיניים של השדה הווקטורי בקודקודים ניתנים על ידי המטריצה [ ו 1 איקס, ו 1y, ו 1ז; ו 2איקס, ו 2y, ו 2ז; ו 3איקס, ו 3y, ו 3ז; ו 4איקס, ו 4y, ו 4ז].
לְהַגדִירבנפח הטטרהדרון, השיפוע של השדה הסקלרי, כמו גם ההתרחקות והסלסול של השדה הווקטור. כתוב פונקציית MATLAB עבור זה.
פִּתָרוֹן. להלן הטקסט של הפונקציה m.
% grad_div_rot - חשב שיפוע, סטייה וסלסול... בנפח של טטרהדרון
%=grad_div_rot(צמתים, סקלר, וקטור)
% פרמטרי קלט
% צמתים - מטריצה של קואורדינטות קודקוד טטרהדרון:
% קווים תואמים לקודקודים, עמודות - קואורדינטות;
% scalar - מטריצה עמודית של ערכי שדה סקלארי בקודקודים;
% וקטור - מטריצה של רכיבי שדה וקטור בקודקודים:
% פרמטרי פלט
% grad - מטריצת שורה של רכיבי גרדיאנט קרטזיאניים של השדה הסקלרי;
% div - ערך סטייה של השדה הווקטור בנפח הטטרהדרון;
% ריקבון - מטריצת שורה של רכיבים קרטזיים של רוטור השדה הווקטורי.
% בחישובים, מניחים שבנפח של טטרהדרון
% שדות וקטורים וסקלרים משתנים במרחב בהתאם לחוק ליניארי.
function =grad_div_rot(צמתים, סקלר, וקטור);
a=inv(); % מטריצה של מקדמי אינטרפולציה ליניאריים
grad=(a(2:end,:)*scalar)."; % רכיבי שיפוע שדה סקלריים
div=*vector(:); % סטייה של שדה וקטור
rot=sum(cross(a(2:end,:),vector."),2).";
דוגמה להפעלת ה-m-function שפותחה:
>> צמתים=10*rand(4,3)
3.5287 2.0277 1.9881
8.1317 1.9872 0.15274
0.098613 6.0379 7.4679
1.3889 2.7219 4.451
>> scalar=rand(4,1)
>>vector=rand(4,3)
0.52515 0.01964 0.50281
0.20265 0.68128 0.70947
0.67214 0.37948 0.42889
0.83812 0.8318 0.30462
>> =grad_div_rot(צמתים, סקלר, וקטור)
0.16983 -0.03922 -0.17125
0.91808 0.20057 0.78844
אם נניח שהקואורדינטות המרחביות נמדדות במטרים, והשדות הווקטוריים והסקלריים הם חסרי ממדים, אז בדוגמה זו התברר:
grad Ф = (-0.16983* 1 איקס - 0.03922*1 y - 0.17125*1 ז) m -1 ;
div ו = -1.0112 מ' -1;
רָקָב ו = (-0.91808*1 איקס + 0.20057*1 y + 0.78844*1 ז) m -1 .
§ 1.5. חוקי יסוד של תורת השדות האלקטרומגנטיים
משוואות EMF בצורה אינטגרלית
החוק הנוכחי המלא:
אוֹ 
מחזור של וקטור עוצמת השדה המגנטי לאורך קו המתאר לשווה לסך הזרם החשמלי הזורם על פני השטח ס, נמתח על קו המתאר ל, אם כיוון הזרם יוצר מערכת ימנית עם כיוון עקיפת המעגל.
חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית:
,
איפה ה c הוא עוצמת השדה החשמלי החיצוני.
EMF של אינדוקציה אלקטרומגנטית הובמעגל לשווה לקצב השינוי של השטף המגנטי דרך פני השטח ס, נמתח על קו המתאר ל, וכיוון קצב השינוי של השטף המגנטי נוצר עם הכיוון הומערכת שמאל.
משפט גאוס בצורה אינטגרלית:
וקטור תזוזה חשמלי זורם דרך משטח סגור סשווה לסכום המטענים החשמליים החופשיים בנפח התחום על ידי פני השטח ס.
חוק ההמשכיות של קווי אינדוקציה מגנטיים:
השטף המגנטי דרך כל משטח סגור הוא אפס.
היישום הישיר של משוואות בצורה אינטגרלית מאפשר לחשב את השדות האלקטרומגנטיים הפשוטים ביותר. כדי לחשב שדות אלקטרומגנטיים בצורה מורכבת יותר, משתמשים במשוואות בצורה דיפרנציאלית. משוואות אלו נקראות משוואות מקסוול.
משוואות מקסוול למדיה נייחת
משוואות אלו נובעות ישירות מהמשוואות המתאימות בצורה אינטגרלית ומההגדרות המתמטיות של אופרטורים דיפרנציאליים מרחביים.
סך החוק הנוכחי בצורה דיפרנציאלית:
,
צפיפות זרם חשמלי כוללת,
צפיפות זרם חשמלי חיצוני,
צפיפות זרם הולכה,
צפיפות זרם תזוזה: ,
העברת צפיפות זרם: .
משמעות הדבר היא שהזרם החשמלי הוא מקור מערבולת לשדה הווקטור של עוצמת השדה המגנטי.
חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית בצורה דיפרנציאלית:
המשמעות היא שהשדה המגנטי המתחלף הוא מקור מערבולת לפיזור המרחבי של וקטור חוזק השדה החשמלי.
משוואת ההמשכיות של קווי אינדוקציה מגנטיים:
המשמעות היא שלשדה של וקטור האינדוקציה המגנטי אין מקורות, כלומר. בטבע אין מטענים מגנטיים (מונופולים מגנטיים).
משפט גאוס בצורה דיפרנציאלית:
משמעות הדבר היא שהמקורות של שדה וקטור התזוזה החשמלי הם מטענים חשמליים.
כדי להבטיח את הייחודיות של פתרון בעיית ניתוח EMF, יש צורך להשלים את משוואות מקסוול במשוואות הקשר החומרי בין הוקטורים ה ו ד , ו ב ו ח .
יחסים בין וקטורי שדה ותכונות אלקטרופיזיקליות של המדיום
ידוע ש
| (1) |
כל הדיאלקטריים מקוטבים על ידי שדה חשמלי. כל המגנטים ממוגנטים על ידי שדה מגנטי. ניתן לתאר לחלוטין את התכונות הדיאלקטריות הסטטיות של חומר על ידי התלות התפקודית של וקטור הקיטוב פ מוקטור חוזק השדה החשמלי ה (פ =פ (ה )). ניתן לתאר לחלוטין את התכונות המגנטיות הסטטיות של חומר על ידי התלות התפקודית של וקטור המגנטיזציה M מהוקטור חוזק השדה המגנטי ח (M =M (ח )). במקרה הכללי, תלות כזו היא מעורפלת (היסטרזיס) בטבע. משמעות הדבר היא כי וקטור הקיטוב או המגנטיזציה בנקודה שנקבע לא רק על ידי הערך של הווקטור ה אוֹ ח בשלב זה, אבל גם ההיסטוריה של השינוי בוקטור ה אוֹ ח בנקודה זו. קשה מאוד לחקור וללמוד תלות אלו בניסוי. לכן, בפועל מניחים לרוב שהווקטורים פ ו ה , ו M ו ח הם קולינאריים, והתכונות האלקטרופיזיקליות של החומר מתוארות על ידי פונקציות היסטרזה סקלרית (| פ |=|פ |(|ה |), |M |=|M |(|ח |). אם ניתן להזניח את מאפייני ההיסטרזיס של הפונקציות לעיל, אז המאפיינים החשמליים מתוארים על ידי פונקציות בעלות ערך יחיד פ=פ(ה), M=M(ח).
במקרים רבים, פונקציות אלה יכולות להיחשב ליניאריות בקירוב, כלומר,
לאחר מכן, תוך התחשבות ביחס (1), נוכל לכתוב את הדברים הבאים
| , | (4) |
בהתאם לכך, החדירות הדיאלקטרית והמגנטית היחסית של החומר:
היתריות מוחלטת של חומר:
חדירות מגנטית מוחלטת של חומר:
יחסים (2), (3), (4) מאפיינים את התכונות הדיאלקטריות והמגנטיות של החומר. ניתן לתאר את התכונות המוליכות החשמליות של חומר על ידי חוק אוהם בצורה דיפרנציאלית
היכן המוליכות החשמלית הספציפית של החומר, נמדדת ב-S/m.
במקרה כללי יותר, התלות בין צפיפות זרם ההולכה לווקטור חוזק השדה החשמלי היא בעלת אופי וקטור-היסטרזה לא ליניארי.
אנרגיית שדה אלקטרומגנטי
צפיפות האנרגיה הנפחית של השדה החשמלי היא
,
איפה W e נמדד ב-J/m 3.
צפיפות האנרגיה הנפחית של השדה המגנטי היא
,
איפה W m נמדד ב-J/m 3.
צפיפות האנרגיה הנפחית של השדה האלקטרומגנטי שווה ל
במקרה של תכונות חשמליות ומגנטיות ליניאריות של חומר, צפיפות האנרגיה בנפח של EMF שווה ל
ביטוי זה תקף לערכים מיידיים של אנרגיה ספציפית ווקטורי EMF.
כוח ספציפי של הפסדי חום מזרמי הולכה
כוח ספציפי של מקורות צד שלישי
שאלות בקרה
1. כיצד מנוסח כלל החוק הנוכחי בצורה אינטגרלית?
2. כיצד מנוסח חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית בצורה אינטגרלית?
3. כיצד מנוסחים משפט גאוס וחוק המשכיות השטף המגנטי בצורה אינטגרלית?
4. כיצד מנוסח חוק הזרם הכולל בצורה דיפרנציאלית?
5. כיצד מנוסח חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית בצורה דיפרנציאלית?
6. כיצד מנוסחים בצורה אינטגרלית משפט גאוס וחוק ההמשכיות של קווי אינדוקציה מגנטיים?
7. אילו קשרים מתארים את התכונות החשמליות של החומר?
8. כיצד מתבטאת האנרגיה של שדה אלקטרומגנטי במונחים של הכמויות הווקטוריות הקובעות אותו?
9. כיצד נקבע ההספק הספציפי של הפסדי חום וההספק הספציפי של מקורות צד שלישי?
דוגמאות ליישום MATLAB
משימה 1.
נָתוּן: בתוך נפח של טטרהדרון, אינדוקציה מגנטית ומגנטיזציה של חומר משתנים לפי חוק ליניארי. ניתנות הקואורדינטות של קודקודי הטטרהדרון, ניתנים גם ערכי הוקטורים של אינדוקציה מגנטית והמגנטיזציה של החומר בקודקודים.
לחשבצפיפות זרם חשמלי בנפח הטטרהדרון, באמצעות פונקציית m שנלקטה בפתרון הבעיה בפסקה הקודמת. בצע את החישוב בחלון הפקודה MATLAB, בהנחה שהקואורדינטות המרחביות נמדדות במילימטרים, ההשראה המגנטית היא בטסלות, עוצמת השדה המגנטי והמגנטיזציה הם ב-kA/m.
פִּתָרוֹן.
בואו נגדיר את נתוני המקור בפורמט התואם לפונקציית grad_div_rot m-function:
>> צמתים=5*rand(4,3)
0.94827 2.7084 4.3001
0.96716 0.75436 4.2683
3.4111 3.4895 2.9678
1.5138 1.8919 2.4828
>> B=rand(4,3)*2.6-1.3
1.0394 0.41659 0.088605
0.83624 -0.41088 0.59049
0.37677 -0.54671 -0.49585
0.82673 -0.4129 0.88009
>> mu0=4e-4*pi % חדירות מגנטית ואקום אבסולוטית, μH/mm
>> M=rand(4,3)*1800-900
122.53 -99.216 822.32
233.26 350.22 40.663
364.93 218.36 684.26
83.828 530.68 -588.68
>> =grad_div_rot(nodes,ones(4,1),B/mu0-M)
0 -3.0358e-017 0
914.2 527.76 -340.67
בדוגמה זו, הווקטור של צפיפות הזרם הכוללת בנפח הנחשב התברר כשווה ל-(-914.2* 1 איקס + 527.76*1 y - 340.67*1 ז) A/mm 2 . כדי לקבוע את מודול צפיפות הזרם, בצע את המשפט הבא:
>> cur_d=sqrt(cur_dens*cur_dens.")
לא ניתן להשיג את הערך המחושב של צפיפות הזרם במדיה ממוגנטת מאוד במכשירים טכניים אמיתיים. הדוגמה הזו היא חינוכית גרידא. ועכשיו בואו נבדוק את נכונות הגדרת התפלגות האינדוקציה המגנטית בנפח הטטרהדרון. לשם כך, בצע את ההצהרה הבאה:
>> =grad_div_rot(nodes,ones(4,1),B)
0 -3.0358e-017 0
0.38115 0.37114 -0.55567
כאן קיבלנו את ערך ה-div ב \u003d -0.34415 T / mm, אשר לא יכול להיות בהתאם לחוק ההמשכיות של קווי אינדוקציה מגנטיים בצורה דיפרנציאלית. מכאן נובע שהתפלגות האינדוקציה המגנטית בנפח הטטרהדרון מוגדרת בצורה שגויה.
משימה 2.
תנו לטטרהדרון, שקואורדינטות הקודקוד שלו ניתנות, להיות באוויר (יחידות המדידה הן מטרים). תן את ערכי וקטור חוזק השדה החשמלי בקודקודיו (יחידות מדידה - קילו וולט/מ').
נדרשחשב את צפיפות המטען החשמלי הנפחי בתוך הטטרהדרון.
פִּתָרוֹןניתן לעשות באופן דומה:
>> צמתים=3*rand(4,3)
2.9392 2.2119 0.59741
0.81434 0.40956 0.89617
0.75699 0.03527 1.9843
2.6272 2.6817 0.85323
>> eps0=8.854e-3% רשותיות ואקום מוחלט, nF/m
>> E=20*rand(4,3)
9.3845 8.4699 4.519
1.2956 10.31 11.596
19.767 6.679 15.207
11.656 8.6581 10.596
>> =grad_div_rot(nodes,ones(4,1),E*eps0)
0.076467 0.21709 -0.015323
בדוגמה זו, צפיפות המטען הנפחית התבררה כ-0.10685 μC/m 3 .
§ 1.6. תנאי גבול לוקטורי EMF.
חוק שימור המטען. משפט Umov-Poynting
אוֹ 
זה מסומן כאן: ח 1 - הווקטור של עוצמת השדה המגנטי על הממשק בין המדיה בסביבה מס' 1; ח 2 - אותו הדבר בסביבה מס' 2; ח 1ט- רכיב משיק (טנגנציאלי) של וקטור חוזק השדה המגנטי בממשק המדיה במדיום מס' 1; ח 2ט- אותו דבר בסביבה מס' 2; ה 1 הוא הווקטור של עוצמת השדה החשמלי הכולל בממשק המדיה במדיום מס' 1; ה 2 - אותו הדבר בסביבה מס' 2; ה 1 c - רכיב צד שלישי של וקטור חוזק השדה החשמלי בממשק המדיה במדיום מס' 1; ה 2c - אותו הדבר בסביבה מס' 2; ה 1ט- רכיב משיק של וקטור חוזק השדה החשמלי בממשק המדיה במדיום מס' 1; ה 2ט- אותו דבר בסביבה מס' 2; ה 1 שניות ט- רכיב צד שלישי משיק של וקטור חוזק השדה החשמלי בממשק המדיה במדיום מס' 1; ה 2ט- אותו דבר בסביבה מס' 2; ב 1 - וקטור של אינדוקציה מגנטית בממשק בין מדיה במדיום מס' 1; ב 2 - אותו הדבר בסביבה מס' 2; ב 1נ- הרכיב הרגיל של וקטור האינדוקציה המגנטית על הממשק בין מדיה במדיום מס' 1; ב 2נ- אותו דבר בסביבה מס' 2; ד 1 - וקטור תזוזה חשמלי על ממשק המדיה במדיום מס' 1; ד 2 - אותו הדבר בסביבה מס' 2; ד 1נ- רכיב רגיל של וקטור התזוזה החשמלי בממשק המדיה במדיום מס' 1; ד 2נ- אותו דבר בסביבה מס' 2; σ היא צפיפות פני השטח של המטען החשמלי בממשק בין מדיה, נמדדת ב-C/m 2 .
חוק שימור המטען
אם אין מקורות נוכחיים של צד שלישי, אז
,
ובמקרה הכללי, כלומר, לוקטור צפיפות הזרם הכוללת אין מקורות, כלומר, קווי הזרם הכוללים תמיד סגורים
משפט Umov-Poyntingצפיפות ההספק הנפחית הנצרכת על ידי נקודת חומר ב-EMF שווה ל
לפי זהות (1)
זוהי משוואת מאזן הכוח עבור עוצמת הקול V. במקרה הכללי, בהתאם לשוויון (3), הכוח האלקטרומגנטי שנוצר ממקורות בתוך הכרך V, הולך לאיבוד חום, להצטברות אנרגיית EMF ולקרינה לחלל שמסביב דרך משטח סגור המגביל נפח זה.
האינטגרנד באינטגרל (2) נקרא וקטור פוינטינג:
,
איפה פנמדד ב-W/m 2.
וקטור זה שווה לצפיפות שטף הכוח האלקטרומגנטי בנקודת תצפית כלשהי. שוויון (3) הוא ביטוי מתמטי של משפט Umov-Poynting.
כוח אלקטרומגנטי המוקרן על ידי האזור Vלתוך המרחב שמסביב שווה לזרימת וקטור ה-Poynting דרך משטח סגור ס, אזור תוחם V.
שאלות בקרה
1. אילו ביטויים מתארים את תנאי הגבול של וקטורי השדה האלקטרומגנטי בממשקי המדיה?
2. כיצד מנוסח חוק שימור המטען בצורה דיפרנציאלית?
3. כיצד מנוסח חוק שימור המטען בצורה אינטגרלית?
4. אילו ביטויים מתארים את תנאי הגבול לצפיפות הזרם בממשקי התקשורת?
5. מהי צפיפות הנפח של הספק הנצרכת על ידי נקודה חומרית בשדה אלקטרומגנטי?
6. כיצד נכתבת משוואת איזון הכוח האלקטרומגנטי עבור נפח מסוים?
7. מהו וקטור ה-Poynting?
8. כיצד מנוסח משפט Umov-Poynting?
דוגמה ליישום MATLAB
מְשִׁימָה.
נָתוּן: יש משטח משולש בחלל. קואורדינטות הקודקוד נקבעות. הערכים של וקטורי חוזק השדה החשמלי והמגנטי בקודקודים ניתנים גם הם. מרכיב הצד השלישי של עוצמת השדה החשמלי הוא אפס.
נדרשחשב את הכוח האלקטרומגנטי העובר דרך משטח משולש זה. חבר פונקציית MATLAB שמבצעת את החישוב הזה. בעת החישוב, קחו בחשבון שהווקטור הנורמלי החיובי מכוון בצורה כזו שאם תסתכלו מקצהו, התנועה בסדר עולה של מספרי הקודקוד תתרחש נגד כיוון השעון.
פִּתָרוֹן. להלן הטקסט של הפונקציה m.
% em_power_tri - חישוב הכוח האלקטרומגנטי העובר דרכו
% משטח משולש בחלל
%P=em_power_tri(nodes,E,H)
% פרמטרי קלט
% צמתים - מטריצה מרובעת כמו ." ,
% בכל שורה שבה כתובות הקואורדינטות של הקודקוד המתאים.
% E - מטריצה של רכיבים של וקטור חוזק השדה החשמלי בקודקודים:
% שורות מתאימות לקודקודים, עמודות מתאימות לרכיבים קרטזיים.
% H - מטריצה של רכיבים של וקטור חוזק השדה המגנטי בקודקודים.
% פרמטר פלט
%P - כוח אלקטרומגנטי העובר דרך המשולש
% החישובים מניחים שעל המשולש
% וקטורים של חוזק שדה משתנים במרחב לפי חוק ליניארי.
פונקציה P=em_power_tri(צמתים,E,H);
% חשב את וקטור השטח הכפול של המשולש
S=)]) det()]) det()])];
P=sum(cross(E,(ones(3,3)+eye(3))*H,2))*S."/24;
דוגמה להפעלת ה-m-function שפותחה:
>> צמתים=2*rand(3,3)
0.90151 0.5462 0.4647
1.4318 0.50954 1.6097
1.7857 1.7312 1.8168
>> E=2*rand(3,3)
0.46379 0.15677 1.6877
0.47863 1.2816 0.3478
0.099509 0.38177 0.34159
>> H=2*rand(3,3)
1.9886 0.62843 1.1831
0.87958 0.73016 0.23949
0.6801 0.78648 0.076258
>> P=em_power_tri(nodes,E,H)
אם נניח שהקואורדינטות המרחביות נמדדות במטרים, וקטור עוצמת השדה החשמלי הוא בוולט למטר, וקטור עוצמת השדה המגנטי הוא באמפר למטר, אז בדוגמה זו התברר שהכוח האלקטרומגנטי העובר דרך המשולש הוא 0.18221 W.
בשיעור זה, הנושא שלו הוא: "שדה אלקטרומגנטי", נדון במושג "שדה אלקטרומגנטי", בתכונות הביטוי שלו ובפרמטרים של שדה זה.
אנחנו מדברים בטלפון סלולרי. כיצד מועבר האות? כיצד מועבר אות מתחנת חלל שטסה למאדים? בתוך הריק? כן, אולי אין חומר, אבל גם זו לא ריקנות, יש משהו אחר שדרכו מועבר האות. למשהו הזה קוראים שדה אלקטרומגנטי. זה לא ניתן לצפייה ישירה, אלא אובייקט אמיתי של הטבע.
אם אות הקול הוא שינוי בפרמטרים של חומר, למשל אוויר (איור 1), אז אות הרדיו הוא שינוי בפרמטרים של שדה ה-EM.
אורז. 1. התפשטות גל קול באוויר
המילים "חשמלי" ו"מגנטי" ברורות לנו, כבר חקרנו בנפרד תופעות חשמליות (איור 2) ותופעות מגנטיות (איור 3), אבל מדוע אם כן מדברים על שדה אלקטרומגנטי? היום נבין את זה.
אורז. 2. שדה חשמלי
אורז. 3. שדה מגנטי
דוגמאות לתופעות אלקטרומגנטיות.
במיקרוגל נוצרים שדות אלקטרומגנטיים חזקים והכי חשוב המשתנים במהירות רבה הפועלים על מטען חשמלי. וכידוע, אטומים ומולקולות של חומרים מכילים מטען חשמלי (איור 4). כאן פועל עליו השדה האלקטרומגנטי ומאלץ את המולקולות לנוע מהר יותר (איור 5) - הטמפרטורה עולה והמזון מתחמם. לקרני רנטגן, לקרני אולטרה סגול, לאור נראה יש את אותו אופי.
אורז. 4. מולקולת המים היא דיפול
אורז. 5. תנועת מולקולות בעלות מטען חשמלי
במיקרוגל השדה האלקטרומגנטי מעניק אנרגיה לחומר המשמש לחימום, האור הנראה מעניק אנרגיה לקולטני העין המשמשת להפעלת הקולטן (איור 6), האנרגיה של קרניים אולטרה סגולות משמשת להיווצרות מלנין בעור (כוויות שמש, איור 7), ואנרגיית רנטגן גורמת להשחרת הסרט, עליו ניתן לראות תמונה של השלד שלך (איור 8). לשדה האלקטרומגנטי בכל המקרים הללו יש פרמטרים שונים, ולכן יש לו השפעה שונה.
אורז. 6. סכימה מותנית של הפעלה של קולטן העין על ידי אנרגיית האור הנראה
אורז. 7. שיזוף עור
אורז. 8. השחרת הסרט בצילום רנטגן
אז אנחנו נתקלים בשדה האלקטרומגנטי הרבה יותר ממה שהוא נראה, והתרגלנו זה מכבר לתופעות הקשורות אליו.
אז, אנו יודעים ששדה חשמלי נוצר סביב מטענים חשמליים (איור 9). הכל ברור כאן.
אורז. 9. שדה חשמלי סביב מטען חשמלי
אם מטען חשמלי נע, אז סביבו, כפי שחקרנו, נוצר שדה מגנטי (איור 10). כאן כבר נשאלת השאלה: מטען חשמלי נע, יש סביבו שדה חשמלי, מה הקשר לשדה המגנטי? שאלה נוספת: אנחנו אומרים "המטען זז". אבל אחרי הכל, תנועה היא יחסית, והיא יכולה לנוע במסגרת ייחוס אחת, ולנוח במסגרת אחרת (איור 11). אז, במסגרת ייחוס אחת, השדה המגנטי יתקיים, אך לא במסגרת השנייה? אבל השדה לא אמור להתקיים או לא להתקיים, תלוי בבחירת מערכת ההתייחסות.
אורז. 10. שדה מגנטי סביב מטען חשמלי נע
אורז. 11. יחסיות תנועת המטען
העובדה היא שיש שדה אלקטרומגנטי יחיד, ויש לו מקור יחיד - מטען חשמלי. יש לו שני מרכיבים. שדות חשמליים ומגנטיים הם ביטויים נפרדים, מרכיבים נפרדים של שדה אלקטרומגנטי בודד, המתבטאים בצורה שונה במערכות ייחוס שונות (איור 12).
אורז. 12. ביטויים של השדה האלקטרומגנטי
ניתן לבחור מסגרת התייחסות שבה יופיע רק השדה החשמלי, או רק השדה המגנטי, או שניהם בבת אחת. עם זאת, לא ניתן לבחור מסגרת ייחוס שבה הן הרכיבים החשמליים והן המגנטיים יהיו אפסים, כלומר, בה השדה האלקטרומגנטי יחדל להתקיים.
בהתאם למערכת ההתייחסות, אנו רואים רכיב אחד של השדה, או רכיב אחר, או שניהם. זה כמו תנועה של גוף במעגל: אם מסתכלים על גוף כזה מלמעלה, נראה תנועה במעגל (איור 13), אם מהצד, נראה תנודות לאורך הקטע (איור 13). 14). בכל הקרנה על ציר הקואורדינטות, תנועה מעגלית היא תנודות.
אורז. 13. תנועת הגוף במעגל
אורז. 14. רעידות של גוף לאורך קטע
אורז. 15. הקרנה של תנועות מעגליות על ציר הקואורדינטות
אנלוגיה נוספת היא הקרנה של פירמידה על מישור. ניתן להקרין אותו לתוך משולש או ריבוע. במטוס מדובר בדמויות שונות לחלוטין, אבל כל זה פירמידה, שמסתכלים עליה מצדדים שונים. אבל אין זווית כזו, במבט ממנה תיעלם הפירמידה לחלוטין. זה רק ייראה יותר כמו ריבוע או משולש (איור 16).
אורז. 16. הקרנות של הפירמידה על המטוס
שקול מוליך נושא זרם. בו, מטענים שליליים מפוצים על ידי חיוביים, השדה החשמלי סביבו הוא אפס (איור 17). השדה המגנטי אינו שווה לאפס (איור 18), שקלנו את התרחשות שדה מגנטי סביב מוליך נושא זרם. אנו בוחרים מסגרת ייחוס שבה האלקטרונים היוצרים את הזרם החשמלי יהיו ללא תנועה. אבל במסגרת התייחסות זו ביחס לאלקטרונים, היונים הטעונים חיובית של המוליך ינועו בכיוון ההפוך: עדיין נוצר שדה מגנטי (איור 18).
אורז. 17. מוליך עם זרם, שהשדה החשמלי שלו אפס
אורז. 18. שדה מגנטי סביב מוליך עם זרם
אם האלקטרונים היו בוואקום, במסגרת ייחוס זו היה נוצר סביבם שדה חשמלי, מכיוון שהם אינם מתוגמלים במטענים חיוביים, אך לא היה שדה מגנטי (איור 19).
אורז. 19. שדה חשמלי סביב אלקטרונים בוואקום
הבה נבחן דוגמה נוספת. קח מגנט קבוע. יש לו שדה מגנטי סביבו, אך אין לו שדה חשמלי. אכן, מכיוון שהשדה החשמלי של פרוטונים ואלקטרונים מפוצה (איור 20).
אורז. 20. שדה מגנטי סביב מגנט קבוע
ניקח מסגרת התייחסות בה המגנט נע. שדה חשמלי מערבולת יופיע סביב מגנט קבוע נע (איור 21). איך לזהות אותו? הבה נמקם טבעת מתכת (קבועה במסגרת הייחוס הנתונה) בנתיב המגנט. יופיע בו זרם - זוהי תופעה ידועה של אינדוקציה אלקטרומגנטית: כאשר השטף המגנטי משתנה, נוצר שדה חשמלי המוביל לתנועת מטענים, להופעת זרם (איור 22). במסגרת ייחוס אחת אין שדה חשמלי, אך באחרת הוא מופיע.
אורז. 21. שדה חשמלי וורטקס סביב מגנט קבוע נע
אורז. 22. תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית
שדה מגנטי של מגנט קבוע
בכל חומר אפשר לחשוב על האלקטרונים שמסתובבים סביב הגרעין כעל זרם חשמלי קטן שזורם במעגל (איור 23). זה אומר שיש סביבו שדה מגנטי. אם החומר אינו ממוגנט, אזי מישורי הסיבוב של האלקטרונים מכוונים באופן שרירותי והשדות המגנטיים מאלקטרונים בודדים מפצים זה את זה, מכיוון שהם מכוונים באופן אקראי.
אורז. 23. ייצוג סיבוב האלקטרונים סביב הגרעין
בחומרים מגנטיים, דווקא מישורי הסיבוב של אלקטרונים מכוונים בערך באותו אופן (איור 24). לכן, השדות המגנטיים מכל האלקטרונים מצטברים, ומתקבל שדה מגנטי שאינו אפס בקנה מידה של המגנט כולו.
אורז. 24. סיבוב אלקטרונים בחומרים מגנטיים
מסביב למגנט קבוע יש שדה מגנטי, או ליתר דיוק המרכיב המגנטי של השדה האלקטרומגנטי (איור 25). האם נוכל למצוא מסגרת התייחסות כזו שבה הרכיב המגנטי מתבטל והמגנט מאבד את תכונותיו? עדיין לא. ואכן, האלקטרונים מסתובבים באותו מישור (ראה איור 24), בכל רגע בזמן, מהירויות האלקטרונים אינן מכוונות לאותו כיוון (איור 26). אז אי אפשר למצוא מסגרת התייחסות שבה כולם קופאים והשדה המגנטי נעלם.
אורז. 25. שדה מגנטי סביב מגנט קבוע
לפיכך, שדות חשמליים ומגנטיים הם ביטויים שונים של שדה אלקטרומגנטי יחיד. אי אפשר לומר שבנקודה מסוימת בחלל יש רק שדה מגנטי או רק שדה חשמלי. יכול להיות שיש כזה או אחר. הכל תלוי במסגרת ההתייחסות שממנה אנו רואים נקודה זו.
מדוע דיברנו בעבר על שדות חשמליים ומגנטיים בנפרד? ראשית, זה קרה היסטורית: אנשים יודעים זמן רב על המגנט, אנשים צפו זמן רב בפרווה מחושמלת נגד ענבר, ואף אחד לא ניחש שלתופעות אלה יש אותו אופי. ושנית, זה דגם נוח. בבעיות בהן איננו מעוניינים ביחס בין הרכיבים החשמליים והמגנטיים, נוח לשקול אותם בנפרד. שני מטענים במנוחה במסגרת ייחוס נתונה מקיימים אינטראקציה דרך שדה חשמלי - אנו מיישמים עליהם את חוק קולומב, איננו מעוניינים בעובדה שאותם אלקטרונים יכולים לנוע בתוך מסגרת ייחוס כלשהי וליצור שדה מגנטי, ואנו מצליחים לפתור את הבעיה (איור 27).
אורז. 27. חוק קולומב
פעולתו של שדה מגנטי על מטען נע נחשבת במודל אחר, והיא גם, במסגרת ישימותו, עובדת היטב בפתרון מספר בעיות (איור 28).
אורז. 28. שלטון יד שמאל
בואו ננסה להבין כיצד מרכיבי השדה האלקטרומגנטי מחוברים זה לזה.
יש לציין שהקשר המדויק הוא די מסובך. הוא פותח על ידי הפיזיקאי הבריטי ג'יימס מקסוול. הוא הסיק את 4 משוואות מקסוול המפורסמות (איור 29), שנלמדות באוניברסיטאות ודורשות ידע במתמטיקה גבוהה יותר. כמובן שלא נלמד אותם, אבל בכמה מילים פשוטות נבין את משמעותם.
אורז. 29. משוואות מקסוול
מקסוול הסתמך על עבודתו של פיזיקאי אחר - פאראדיי (איור 30), שפשוט תיאר בצורה איכותית את כל התופעות. הוא עשה רישומים (איור 31), הערות שעזרו מאוד למקסוול.
אורז. 31. רישומים מאת מייקל פאראדיי מחשמל (1852)
פאראדיי גילה את תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית (איור 32). בואו נזכור מה זה. שדה מגנטי מתחלף יוצר EMF של אינדוקציה במוליך. במילים אחרות, שדה מגנטי מתחלף (כן, במקרה זה, לא מטען חשמלי) יוצר שדה חשמלי. שדה חשמלי זה הוא מערבולת, כלומר הקווים שלו סגורים (איור 33).
אורז. 32. ציורים של מייקל פאראדיי לניסוי
אורז. 33. אינדוקציה EMF במוליך
בנוסף, אנו יודעים ששדה מגנטי נוצר ממטען חשמלי נע. נכון יותר יהיה לומר שהוא נוצר על ידי שדה חשמלי מתחלף. כאשר מטען זז, השדה החשמלי בכל נקודה משתנה, ושינוי זה יוצר שדה מגנטי (איור 34).
אורז. 34. הופעת שדה מגנטי
ניתן להבחין בהופעת שדה מגנטי בין לוחות הקבלים. כאשר הוא נטען או נפרק, נוצר שדה חשמלי מתחלף בין הלוחות, אשר בתורו יוצר שדה מגנטי. במקרה זה, קווי השדה המגנטי יהיו במישור המאונך לקווי השדה החשמלי (איור 35).
אורז. 35. הופעת שדה מגנטי בין הלוחות של הקבל
ועכשיו בואו נסתכל על משוואות מקסוול (איור 29), להלן לצורך היכרות ניתן פענוח קטן שלהן.
האייקון - divergence - הוא אופרטור מתמטי, הוא מדגיש את הרכיב של השדה שיש לו מקור, כלומר, קווי השדה מתחילים ונגמרים במשהו. תסתכל על המשוואה השנייה: המרכיב הזה של השדה המגנטי הוא אפסי: קווי השדה המגנטי לא מתחילים או מסתיימים בשום דבר, אין מטען מגנטי. תסתכל על המשוואה הראשונה: מרכיב זה של השדה החשמלי פרופורציונלי לצפיפות המטען. שדה חשמלי נוצר ממטען חשמלי.
המעניינות ביותר הן שתי המשוואות הבאות. הסמל - רוטור - הוא אופרטור מתמטי המדגיש את מרכיב המערבולת של השדה. המשוואה השלישית פירושה ששדה חשמלי מערבולת נוצר על ידי שדה מגנטי משתנה בזמן (היא הנגזרת, שמשמעותה, כפי שאתה יודע מהמתמטיקה, קצב השינוי של השדה המגנטי). כלומר, אנחנו מדברים על אינדוקציה אלקטרומגנטית.
המשוואה הרביעית מראה, אם לא שמים לב למקדמי המידתיות: שדה מגנטי מערבולת נוצר על ידי שדה חשמלי משתנה, כמו גם זרם חשמלי (- צפיפות זרם). אנחנו מדברים על מה שאנחנו יודעים היטב: שדה מגנטי נוצר על ידי מטען חשמלי נע ו.
כפי שניתן לראות, שדה מגנטי מתחלף יכול ליצור שדה חשמלי מתחלף, ושדה חשמלי מתחלף, בתורו, יוצר שדה מגנטי לסירוגין, וכן הלאה (איור 36).
אורז. 36. שדה מגנטי מתחלף יכול ליצור שדה חשמלי מתחלף, ולהיפך
כתוצאה מכך יכול להיווצר גל אלקטרומגנטי בחלל (איור 37). לגלים הללו יש ביטויים שונים – אלו הם גלי רדיו, ואור נראה, אולטרה סגול וכו'. נדבר על כך בשיעורים הבאים.
אורז. 37. גל אלקטרומגנטי
בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה
- Kasyanov V.A. פיזיקה. כיתה יא: פרוק. לחינוך כללי מוסדות. - M.: Bustard, 2005.
- מיאקישב ג.יא. פיזיקה: פרוק. עבור 11 תאים. חינוך כללי מוסדות. - מ.: חינוך, 2010.
- פורטל האינטרנט "studopedia.su" ()
- פורטל האינטרנט "worldofschool.ru" ()
שיעורי בית
- האם ניתן לזהות שדה מגנטי במסגרת הייחוס הקשורה לאחד האלקטרונים הנעים באופן אחיד בזרם שנוצר בקינסקופ של הטלוויזיה?
- איזה שדה מתעורר סביב אלקטרון שנע במסגרת ייחוס נתונה במהירות קבועה?
- איזה שדה ניתן למצוא סביב ענבר לא נייד טעון בחשמל סטטי? מסביב לנוע? נמק תשובות.
בפרק זה, המונח "שדות אלקטרומגנטיים" מתייחס לחלק של פליטות אלקטרומגנטיות שטווח התדרים שלה הוא בין 0 הרץ ל-300 גיגה-הרץ.
תהליכים חשמליים ומגנטיים מוצגים בפירוט בחלק מיוחד של הפיזיקה. תהליכים אלו מבוססים על אינטראקציות אלקטרומגנטיות, אשר בשל מגוון ביטוייהן ממלאות תפקיד חשוב במיוחד בטבע ובטכנולוגיה. באלקטרודינמיקה, המילים "מטען חשמלי" ו"גוף טעון חשמלי" פירושן גוף מוצק עם עודף (גוף בעל מטען שלילי) או מחסור (גוף טעון חיובי) של אלקטרונים.
כדי להסביר את מקורם של כוחות הפועלים בין מטענים נחים או נעים, יש מושג שדה חשמלי.כדי לאפיין כמותית את השדה החשמלי, ישנה כמות פיזיקלית מיוחדת - חוזק שדה חשמלי(E), אשר נמדד על ידי הכוח הפועל על יחידת מטען חיובי המוצב באותה נקודה. יחידת השדה החשמלי היא 1 V/m.
כאשר זרם זורם דרך מוליך, הוא יוצר את השדה המגנטי שלו (B). מכיוון שאין מטענים מגנטיים, קווי השדה המגנטי תמיד סגורים.
ניתן לתאר את השדה האלקטרומגנטי על ידי שני וקטורים - מתחשדה חשמלי E ו על ידי אינדוקציהשדה מגנטי B. יחד עם זאת, חשמל ומגנטיות חייבים להיחשב תמיד ביחד, כאחד שדה אלקרומגנטי.
לקבוע את השדה האלקטרומגנטי בנקודה מסוימת בחלל, למשל באוויר, פירושו לקבוע את הוקטורים E ו-B בכל רגע של זמן בכל נקודה בחלל. כמויות וקטוריות הן מאפייני הספק של השדה האלקטרומגנטי. במערכת היחידות הבינלאומית (SI), כמויות הקשורות לשדה אלקטרומגנטי נקראות חשמליות. ככמות החשמל העיקרית נבחרת חוזק זרם חשמלי(I) עם יחידת המידה אמפר.
על פי התלות בזמן, הכמויות המאפיינות את השדה האלקטרומגנטי מחולקות לסוגים העיקריים הבאים: קבוע(לא תלוי בזמן), הַרמוֹנִיו שרירותיתנודות תקופתיות, דחפים, רעשים,משרעת מאופנן.
שדה חשמלי קבוע נקרא לעתים קרובות שדה אלקטרוסטטי. הוא נוצר על ידי גופים דיאלקטריים או מתכתיים טעונים. המבנה הפשוט ביותר הוא השדה האלקטרוסטטי של מישור טעון אחיד, שמעליו ומתחתיו הוא אחיד, והווקטור מאונך למישור הטעון.
שדה מגנטי קבוע נוצר על ידי מגנט קבוע או מוליכי זרם ישר. באופן גרפי, המבנה של שדה מגנטי קבוע מתואר באמצעות קווי כוח שאליהם משיק וקטור עוצמת השדה המגנטי בכל נקודה.
בנוכחות תלות בזמן, השדות החשמליים והמגנטיים מחוברים זה לזה ויוצרים שלם אחד - שדה אלקרומגנטי.במקרה של תנודות הרמוניות, המבנה המרחבי של השדה האלקטרומגנטי תלוי לא רק בהתפלגות המטענים והזרמים על גוף מוליך מסוים, אלא גם בתדר, או ליתר דיוק, ביחס בין אורך הגל לממדי הגל. מָקוֹר. במקרה זה, מודולי העוצמה של השדות החשמליים והמגנטיים יורדים ביחס הפוך למרחק מהמקור לנקודת התצפית.
כדי לאפיין תנודות אלקטרומגנטיות תקופתיות, השתמש האפשרויות הבאות:
1) הערך הריבועי הממוצע של עוצמת השדה החשמלי;
2) ערך שורש-ממוצע-ריבוע של הקרנת עוצמת השדה החשמלי בכיוון נתון;
3) ערכי שורש ממוצע ריבוע של חוזק שדה מגנטי ואינדוקציה מגנטית;
4) צפיפות שטף האנרגיה הממוצעת של השדה האלקטרומגנטי בגל מישור.
לעתים קרובות שדות הרמוניים מאופנים באמפליטודה. המאפיינים של שדות מאופננים בולטות ביותר במקרה של מה שנקרא. אפנון דופק - כאשר נצפים פולסים של שדה הרמוני עם משך t. ואז יש הפסקה לזמן t p ואחריה חזרה.
מונופולסים בודדים של השדה מאופיינים על ידי משך החזית (זמן עליית השדה) ומשך הפולס הכולל.
שדות המשתנים במהירות מתפשטים בצורה של גל אלקטרומגנטי על פני מרחקים ארוכים מהמקור. בגל אלקטרומגנטי קיים קשר חד משמעי בין השדות E ו-B לבין כיוון התפשטות הגל, הניתן על ידי וקטור הגל. כל הגלים האלקטרומגנטיים בחלל הפנוי מתפשטים במהירות האור השווה ל-300,000 קמ"ש.
8.1. סוגי שדות אלקטרומגנטיים
שדות אלקטרומגנטיים טבעיים וקרינה. עד לאחרונה, עיקר תשומת הלב של החוקרים התמקדה בחקר EMF ממקור אנתרופוגני, שרמותיו עולות באופן משמעותי על הרקע האלקטרומגנטי הטבעי של כדור הארץ.
יחד עם זאת, בעשורים האחרונים, התפקיד החשוב של EMF ממקור טבעי בהתפתחות החיים על פני כדור הארץ ובהמשך התפתחותם וויסותם הוכח בצורה משכנעת.
בספקטרום של שדות אלקטרומגנטיים טבעיים ניתן להבחין בין מספר מרכיבים על תנאי - זהו השדה המגנטי הקבוע של כדור הארץ (שדה גיאומגנטי, GMF), השדה האלקטרוסטטי ושדות אלקטרומגנטיים משתנים בטווח התדרים שבין 10 -3 הרץ ל-10 12 הרץ.
כאשר חוקרים את ההשפעה של EMFs טבעיים על חיות בר, תשומת לב מיוחדת מוקדשת לשדה הגיאומגנטי כאחד הגורמים הסביבתיים החשובים ביותר. הערך של ה-GMF הקבוע יכול להשתנות על פני כדור הארץ מ-26 µT (באזור ריו דה ז'ניירו) ל-68 µT (ליד הקטבים הגיאוגרפיים), להגיע למקסימום באזורים של אנומליות מגנטיות (אנומליה של קורסק, עד 190 µT).
שדה מגנטי לסירוגין (הנוצר בעיקר על ידי זרמים הזורמים ביונוספירה ובמגנטוספירה) מונח על השדה המגנטי הראשי של כדור הארץ, שגודלו אינו משמעותי.
השדה הגאומגנטי עובר שינויים עם תקופות ארוכות (חילוניות) (8000, 600 שנים) ועם תקופות של עשרות שנים (60, 22, 11 שנים), וכן שינויים יומיומיים קצרי-תקופות, המתאפיינות בדרך כלל בפעילות דיגיטלית מגוונת. מדדים (K-index, מספרים וולף (W) וכו').
נקראים שינויים מעין-מחזוריים בשדה הגיאומגנטי עם פרקים שבין שברירי שניות למספר דקות פעימות גיאומגנטיות.הם בדרך כלל מחולקים לרגילים, יציבים, רציפים (P עם - פעימות נמשכות)ודחף לא סדיר, דמוי רעש (P; - פעימות לא סדירות).הראשונים נצפים בעיקר בשעות הבוקר ואחר הצהריים, והאחרונים - בערב ובלילה.
כל סוגי הפעימות הבלתי סדירות הם מרכיבים של הפרעות גיאומגנטיות וקשורות אליהם באופן הדוק, בעוד שפעימות Pc נצפות גם בתנאים רגועים מאוד. למרות הערכים הקטנים של משרעות הפעימות (ממאות למאות nT), מספר חוקרים מצביעים על הפעילות הביולוגית של תנודות אלו. הדבר נובע, ראשית, מהבררנות המסוימת הקיימת בתדירות במהלך האינטראקציה של השדה המגנטי עם עצמים ביולוגיים, ושנית, מהעובדה שקצב השינוי בעוצמת השדה המגנטי לאורך זמן, כלומר. נגזרת הזמן שלו. בין התנודות היציבות ישנן אלו המתרחשות מיום ליום באותם מרווחי זמן מקומיים. בטבע, ככל הנראה, ניתן היה לפתח התאמה ל"שאיבה" אלקטרומגנטית מסוג זה. ואם משטר התנודות היציבות (P c) הוא "רגיל" עבור מערכות ביולוגיות, אז לבידוד ממנו יכולות להיות השלכות שליליות על האורגניזם.
בזמן הפרעות (סופות מגנטיות) יש עירור גלובלי של מיקרופולציות, ואז ניתן לתעד אותן במשך עשרות שעות בכל רחבי הגלובוס. פעילות סופות רעמים עולמית ומקומית תורמת להיווצרות הרקע האלקטרומגנטי הטבעי של כדור הארץ. כמעט תמיד קיימות תנודות אלקטרומגנטיות בתדרים של 4-30 הרץ. ניתן להניח שהם יכולים לשמש כמסנכרנים של כמה תהליכים ביולוגיים, מכיוון שהם תדרי תהודה עבור מספר מהם. EMF, שמקורו נובע מפעילות ברק, נצפה גם בתדרים גבוהים יותר (0.1-15 קילו-הרץ).
הספקטרום של קרינת השמש והגלקטית המגיעה לכדור הארץ כולל קרינה אלקטרומגנטית של כל טווח תדרי הרדיו, קרינה אינפרא אדומה ואולטרה סגולה, אור נראה וקרינה מייננת. ביחד, ה-EMF הטבעיים של כדור הארץ מייצגים ספקטרום שלם של אלקטרומגנטיות
"רעשים", שבהשפעתם קיימים כדור הארץ עצמו וכל החיים בו.
EMFs טבעיים, כולל GMFs, יכולים להיות בעלי השפעה מעורפלת על גוף האדם. מצד אחד, הפרעות גיאומגנטיות נחשבות כגורם סיכון סביבתי: ישנן עדויות לקשר עם התפתחות של מספר תגובות שליליות בגוף האדם. לפיכך, הוכח כי להפרעות גיאומגנטיות יכולות להיות אפקט דה-סנכרון על מקצבים ביולוגיים ותהליכים אחרים בגוף או להיות הגורם הפועל העיקרי לוויסות המצב התפקודי של המוח. צוין קשר בין התרחשות של הפרעות גיאומגנטיות לעלייה במספר המחלות הקליניות הקשות (אוטם שריר הלב ושבץ), וכן מספר תאונות הדרכים ותאונות המטוס. מצד שני, נמצא כי וריאציות לא מחזוריות של השדה הגיאומגנטי מעורבות בוויסות של מקצבים ביולוגיים circadian, infra- ו-circa-septant, כמו גם בקשר ביניהם.
לפיכך, כעת התברר שיש להתייחס לשדות אלקטרומגנטיים טבעיים כאחד הגורמים הסביבתיים החשובים ביותר. ואם יישום החיים בהשפעת ה-EMR הטבעי הוא כל כך משמעותי ובו בזמן "רגיל" עבור מערכות ביולוגיות, אזי להגיע למצב שבו הרמות שלהם עוברות תנודות חדות או מופחתות באופן משמעותי עלולות להיות השלכות שליליות חמורות.
שדה היפוגיאומגנטי. לראשונה ניתנה שיקול רציני לשאלה של אפשרות השפעה שלילית על הגוף של חשיפה ממושכת לשדות אלקטרומגנטיים טבעיים מוחלשים שגרמה להופעת תלונות על הידרדרות הרווחה והבריאות בקרב אנשים העובדים במבנים ממוגנים. , הנמצאים בשימוש נרחב בתעשיות שונות. מבנים ממוגנים כאלה, המבצעים את תפקידי הייצור העיקריים שלהם - מניעת התפשטות EMF שנוצר על ידי הציוד הממוקם בהם מחוץ לחצרים, בשל תכונות העיצוב שלהם, בו זמנית מונעים את חדירת EMF ממקור טבעי לתוכם.
לפיכך, הופיעה בעיה חדשה בהיגיינה האלקטרומגנטית - חקר ההשפעה על גוף האדם של הימצאות בחסר של שדות אלקטרומגנטיים טבעיים ופיתוח גישות מדעיות ומתודולוגיות לוויסות ההיגיינה שלהם.
בדיקה של מספר מבנים מוגנים מיוחדים אפשרה להשיג נתונים מעניינים חדשים החושפים את המאפיינים הספציפיים של הסביבה האלקטרומגנטית הנוצרת בהם, יוצאי דופן לבני אדם, ובראש ובראשונה ירידה משמעותית ברמות השדה הגיאומגנטי ( K o = 1.5-15 פעמים), משתני EMF טבעיים והפרה של האוריינטציה המרחבית שלהם.
יחד עם זאת, יש להדגיש כי בעת סערות מגנטיות, שהשפעתן השלילית על הגוף מורגשת סובייקטיבית על ידי כמעט 30% מהאוכלוסייה, רמת השדה הגיאומגנטי משתנה (עולה) בממוצע בעשרות או מאות. ננוטסלה, שהיא רק חלק או אחוזים בודדים מערכו. בתנאים שתוארו לעיל, השינוי ברמות GMF הוא עשרות אלפי ננוטסלות.
בהתחשב בכך שכל האבולוציה של האדם כמין, כמו גם היווצרותו וחייו כאינדיבידואל, התנהלו תחת השפעה רגולטורית מתמדת של שדות אלקטרומגנטיים טבעיים, הוצע כי המחסור של גורמים אלה, הכרחי כל כך עבור הגוף כדי לבצע את חייו הרגילים, יכול לתרום להתפתחות של שינויים שליליים.מצב בריאותי של אנשים העובדים בתנאים כאלה.
לפיכך, בעיה זו דחופה ביותר, ופתרונה משפיע על האינטרסים של כלל האוכלוסייה.
שדות חשמליים סטטיים (SEP). SEPs הם שדות של מטענים חשמליים נייחים, או שדות חשמליים נייחים של זרם ישר. התרחשות מטענים של חשמל סטטי יכולה להתרחש במהלך ריסוק, ריסוס, שחרור גז של חומרים, תנועה יחסית של שני גופים מוצקים במגע, חומרים בתפזורת, נוזלים וגזים, תוך ערבוב אינטנסיבי, התגבשות וכו'.
SEPs נוצרים בתחנות כוח ובתהליכים אלקטרוטכנולוגיים. הם יכולים להתקיים בצורה של ESP עצמו (שדות של מטענים קבועים) או שדות חשמליים נייחים (שדות חשמליים של זרם ישר).
SEPs נמצאים בשימוש נרחב למדי בכלכלה הלאומית לטיהור אלקטרוגז, הפרדה אלקטרוסטטית של עפרות וחומרים, יישום אלקטרוסטטי של צבע ולכה וחומרים פולימריים וכו'.
במקביל, קיימות מספר תעשיות ותהליכים טכנולוגיים לייצור, עיבוד והובלה של חומרים דיאלקטריים, בהם מצוינת היווצרות של מטענים ושדות אלקטרוסטטיים הנגרמים מחשמול המוצר המעובד (טקסטיל, עיבוד עץ, עיסת ו נייר, תעשיות כימיות וכו'). רמות הלחץ של SEB על ציוד טוויה ואריגה מגיעות ל-20-60 קילו וולט/מ' ומעלה, ובייצור לינוליאום, חומרי הסרט יכולים לעלות על 240-250 קילו וולט/מ'.
מטענים חשמליים סטטיים נוצרים גם על המסכים של שפופרות קתודיות של PC.
במערכות חשמל, PDS נוצרים בסמוך להפעלת מתקנים חשמליים, מתגים וקווי מתח DC במתח גבוה. במקרה זה ישנה גם יינון מוגבר של האוויר (למשל כתוצאה מפריקות קורונה) והופעת זרמי יונים.
הפרמטרים הפיזיים העיקריים של ה-SEP הם עוצמת השדה והפוטנציאלים של הנקודות האישיות שלו. מתח SEP הוא כמות וקטורית, הנקבעת על ידי היחס בין הכוח הפועל על מטען נקודתי לערך של מטען זה, הנמדד בוולט למטר (V/m). מאפייני האנרגיה של SEP נקבעים על ידי הפוטנציאלים של נקודות השדה.
שדות מגנטיים קבועים (PMF). מקורות PMF במקומות עבודה הם מגנטים קבועים, אלקטרומגנטים, מערכות DC זרם גבוה (קווי תמסורת DC, אמבטיות אלקטרוליטים ומכשירים חשמליים אחרים).
מגנטים קבועים ואלקטרומגנטים נמצאים בשימוש נרחב במכשור, מכונות שטיפה מגנטיות לעגורנים והתקני תיקון אחרים, מפרידים מגנטיים, התקני טיפול במים מגנטיים, גנרטורים מגנטוהידרודינמיים (MHD), הדמיית תהודה מגנטית (MRI) ומכונות תהודה פרמגנטית אלקטרונית (EPR). כמו גם בתרגול פיזיותרפיה.
הפרמטרים הפיזיים העיקריים המאפיינים את ה-PMF הם: עוצמת השדה(ח) שטף מגנטי(ו)
ו אינדוקציה מגנטית (B).במערכת SI, היחידות למדידת עוצמת השדה המגנטי הן אמפר למטר (A/m), שטף מגנטי - וובר (Wb), אינדוקציה מגנטית (או צפיפות השטף המגנטי) - טסלה (Tl).
מקורות רבי עוצמה של SMF הם מחוללי MHD. על פי ארגון הבריאות העולמי (1986), רמות ה-PMF במקומות של כוח אדם המטפל במחוללי MHD והתקנים תרמו-גרעיניים מגיעות ל-50 mT. במכשירי תהודה מגנטית המשמשים ברפואה, מטופלים נחשפים ל-PMF עד 2 T ויותר. רמות גבוהות (10-100 מ"ט) נוצרות בפנים של כלי רכב על גבי כרית מגנטית. הרמות הממוצעות של PMF באזור העבודה של מפעילים במהלך תהליכים אלקטרוליטיים הם 5-10 mT. רמות PMF תחת קווי תמסורת DC במתח גבוה הן בסדר גודל של 20 µT.
שדות אלקטרומגנטיים בתדר תעשייתי (EMF FC). שדות אלקטרומגנטיים (EMF) של תדר תעשייתי (FC), שהם חלק מתחום התדרים הנמוכים במיוחד של ספקטרום תדרי הרדיו, הם הנפוצים ביותר הן בתנאים תעשייתיים והן בחיי היומיום. טווח התדרים התעשייתיים מוצג בארצנו בתדר של 50 הרץ (במספר מדינות ביבשת אמריקה 60 הרץ). המקורות העיקריים של EMF FC, שנוצרו כתוצאה מפעילות אנושית, הם סוגים שונים של ציוד חשמלי תעשייתי וביתי.
מכיוון שאורך הגל המתאים לתדר של 50 הרץ הוא 6000 ק"מ, אדם נחשף לגורם באזור הקרוב. בהקשר זה, ההערכה ההיגיינית של EMF FC מתבצעת בנפרד עבור הרכיבים החשמליים והמגנטיים (EF ו-MF FC).
יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לקווי מתח גבוה (TL) ולמיתוג פתוח (ORG), היוצרים שדות חשמליים ומגנטיים בתדר תעשייתי (50 הרץ) בחלל הסמוך. המרחקים שבהם מתפשטים השדות הללו מחוטי קווי החשמל מגיעים לעשרות מטרים. ככל שדרגת המתח של קו הולכת הכוח גבוהה יותר, כך גדול יותר האזור של רמה מוגברת של השדה החשמלי, בעוד שגודלו של האזור אינו משתנה במהלך פעולת קו הולכת הכוח. גודלו של האזור המסוכן בשל רמת השדה המגנטי תלוי בכמות הזרם הזורם או בעומס הקו. בשל העובדה שהעומס של קו העברת החשמל משתנה שוב ושוב גם במהלך היום, גם מימדי האזור של רמה מוגברת של השדה המגנטי אינם קבועים.
עבודות תיקון של קווי חשמל ומתקני מיתוג חיצוניים מתבצעות, ככלל, בתנאים של שדות חשמליים ומגנטיים מוגברים. בהתאם לאופי העבודה שבוצעה, זמן החשיפה של כוח האדם יכול לנוע בין מספר דקות למספר שעות למשמרת.
בתנאי ייצור, מקורות של שדות חשמליים ומגנטיים בתדר תעשייתי הם ציוד חלוקת חשמל וכוח, שנאים, תנורים חשמליים וכו'.
רמה משמעותית של תדר תעשייתי EMF במבני מגורים וציבור מוצגת על ידי ציוד חשמלי, כלומר קווי כבלים המספקים חשמל לצרכנים, כמו גם מרכזיות ושנאים. בחדרים הסמוכים למקורות אלו לרוב מוגברת רמת השדה המגנטי, בעוד שרמת השדה החשמלי אינה גבוהה.
מקורות חזקים מספיק של שדה מגנטי בטווח של 0-1000 הרץ הם הובלה על מתיחה חשמלית - רכבות חשמליות, קרונות רכבת תחתית, טרוליבוסים, חשמליות וכו'. הערך המרבי של אינדוקציה מגנטית ברכבות חשמליות פרבריות מגיע ל-75 μT. הערך הממוצע של אינדוקציה מגנטית בכלי רכב עם כונן חשמלי DC קבוע ל-29 μT.
שדות אלקטרומגנטיים של תדרי רדיו (EMF RF). לצד יישום רחב בתקשורת רדיו ושידור, מכ"ם ורדיו אסטרונומיה, טלוויזיה ורפואה, נעשה שימוש במכשירי EMF בתהליכים טכנולוגיים שונים: חימום אינדוקציה, טיפול בחום של מתכות ועץ, ריתוך פלסטיק, יצירת פלזמה בטמפרטורה נמוכה וכו'. .
השדות האלקטרומגנטיים של החלק בתדר הרדיו של הספקטרום מחולקים לפי אורך הגל למספר טווחים (טבלה 8.1).
השדה האלקטרומגנטי מאופיין בשילוב של רכיבים חשמליים ומגנטיים משתנים. טווחים שונים של גלי רדיו מאוחדים בטבע פיזי משותף, אך הם נבדלים באופן משמעותי באנרגיה הכלולה בהם, באופי ההתפשטות, בבליעה, בהשתקפות, וכתוצאה מכך, בהשפעתם על הסביבה, לרבות בני האדם. ככל שאורך הגל קצר יותר ותדר התנודה גבוה יותר, כך הקוואנטום נושא יותר אנרגיה.
הקשר בין אנרגיה (I) לתדירות (f) של רעידות מוגדר כ-I = h-f או I = (h-C) / λ, מכיוון שקיים קשר f = C / λ בין אורך הגל (λ) לתדר (f),
כאשר C היא מהירות ההתפשטות של גל אלקטרומגנטי באוויר (C=3-10 8 m/s);
ח-הקבוע של פלאנק, שווה ל-6.6-10 -34 W/cm 2.
סביב כל מקור קרינה, השדה האלקטרומגנטי מחולק ל-3 אזורים: הקרוב - אזור האינדוקציה, הבינוני - אזור ההפרעות והרחוק - אזור הגלים.
אם הממדים הגיאומטריים של מקור הקרינה קטנים מאורך גל הקרינה λ (כלומר יש מקור נקודתי), גבולות האזורים נקבעים לפי המרחקים הבאים:
- Ρ ν <λ/2π - ближняя зона (индукции);
-λ/2π<Ρ<2 πλ - промежуточная (интерференции);
- Ρ>2 πλ - אזור רחוק (גל).
אלה העובדים עם מקורות קרינה בטווחי LF, MF ובמידה מסוימת HF ו-VHF נמצאים באזור האינדוקציה. כאשר מפעילים גנרטורים של טווחי מיקרוגל ו- EHF, המפעילים נמצאים לעתים קרובות יותר באזור הגלים.
אין קשר מוגדר בין הרכיבים החשמליים והמגנטיים של השדה האלקטרומגנטי של האינדוקציה, והם יכולים להיות שונים זה מזה פי כמה (E ≠ 377 N). עוצמת הרכיבים החשמליים והמגנטיים באזור האינדוקציה מוזזת בשלב ב-90?. כשאחד מהם מגיע למקסימום, לשני יש מינימום. באזור הקרינה, החוזק של שני מרכיבי השדה חופף בשלב והתנאים מתקיימים כאשר E = 377 N.
מאחר שבאזור האינדוקציה עובדים נחשפים לשדות חשמליים ומגנטיים שונים, עוצמות החשיפה של עובדים עם תדרים נמוכים (LF), בינוניים (MF), גבוהים (HF) וגבוהים מאוד (VHF) נאמדות בנפרד לפי הערכים של הרכיבים החשמליים והמגנטיים של השדה. עוצמת השדה החשמלי נמדדת בוולט למטר (V/m), בעוד שעוצמת השדה המגנטי נמדדת באמפר למטר (A/m).
באזור הגלים, שבו למעשה יש אנשים שעובדים עם ציוד המייצר גלי דצימטר (UHF), סנטימטר (UHF) ומילימטר (EHF), עוצמת השדה נאמדת לפי הערך של צפיפות שטף האנרגיה, כלומר. כמות האנרגיה
שולחן8.1. סיווג בינלאומי של גלים אלקטרומגנטיים
? טווח | שם הלהקה לפי תדר | טווח תדרים | שם הלהקה לפי אורך גל | אֹרֶך גַל |
נמוך במיוחד, ELF | 3-30 הרץ | Decamegameter | 100-10 מ"מ |
|
נמוך במיוחד, ינשוף | 30-300 הרץ | מגהמטר | 10-1 מ"מ |
|
Infralow, ILF | 0.3-3 קילו-הרץ | הקטוקילמטר | 1000-100 ק"מ |
|
נמוך מאוד, VLF | 3-30 קילו-הרץ | Myriameter | 100-10 ק"מ |
|
תדרים נמוכים, LF | 30-300 קילו-הרץ | קִילוֹמֶטֶר | 10-1 ק"מ |
|
בינוני, טווח בינוני | 0.3-3 מגה-הרץ | הקטומטרי | 1-0.1 ק"מ |
|
טרבל, HF | 3-30 מגה-הרץ | דקאמטר | 100-10 מ' |
|
גבוה מאוד, VHF | 30-300 מגה-הרץ | מטר | 10-1 מ' |
|
גבוה במיוחד, UHF | 0.3-3 GHz | דצימטר | 1-0.1 מ' |
|
גבוה במיוחד, מיקרוגל | 3-30 גיגה-הרץ | סַנטִימֶטֶר | 10-1 ס"מ |
|
גבוה במיוחד, EHF | 30-300 גיגה-הרץ | מִילִימֶטֶר | 10-1 מ"מ |
|
גבוה במיוחד, GHF | 300-3000 גיגה-הרץ | דצימילימטר | 1-0.1 מ"מ |
נפילה ליחידת משטח. במקרה זה, צפיפות שטף האנרגיה (PEF) מתבטאת בוואט לכל 1 מ"ר או ביחידות נגזרות: מיליוואט ומיקרווואט לס"מ 2 (mW / cm 2, μW / cm 2).
שדות אלקטרומגנטיים מתפוררים במהירות כשהם מתרחקים ממקורות קרינה. עוצמת הרכיב החשמלי של השדה באזור האינדוקציה יורדת הפוך עם המרחק לחזק השלישי, ועוצמת הרכיב המגנטי יורדת הפוך בריבוע המרחק. באזור הקרינה, עוצמת השדה האלקטרומגנטי פוחתת ביחס הפוך למרחק למעלה הראשונה.
השדה האלקטרומגנטי (EMF) של תדרי רדיו מאופיין במספר תכונות (היכולת לחמם חומרים, להתפשט בחלל ולהשתקף מהממשק בין שני מדיה, ליצור אינטראקציה עם חומר), שבזכותם נעשה שימוש נרחב ב-EMF במגזרים שונים של המשק הלאומי: להעברת מידע (שידור, תקשורת רדיו-טלפונית, טלוויזיה, מכ"ם, רדיו מטאורולוגיה ועוד), בתעשייה, במדע, בטכנולוגיה וברפואה. גלים אלקטרומגנטיים בטווח תדרים נמוכים, בינוניים, גבוהים וגבוהים מאוד משמשים לטיפול בחום של מתכות, חומרים מוליכים למחצה ודיאלקטריים (חימום פני השטח של מתכת, התקשות והיסוס, הלחמת סגסוגות קשות על כלי חיתוך, הלחמה, התכה של מתכות ומוליכים למחצה, ריתוך, ייבוש עץ וכו'. לחימום אינדוקציה, EMF בתדר של 60-74, 440 ו-880 קילו-הרץ נמצא בשימוש הנרחב ביותר. חימום אינדוקציה מתבצע בעיקר על ידי המרכיב המגנטי של ה-EMF עקב זרמי מערבולת המושרה בחומרים כאשר הם נחשפים ל-EMF.
EMF של טווחי HF ו-VHF נמצאים בשימוש נרחב בתקשורת רדיו, שידור, טלוויזיה, רפואה, לחימום דיאלקטריים בשדה חשמלי בתדר גבוה (ריתוך של סרט פולימרי בייצור כיסויים לספרים, תיקיות, תיקים, צעצועים, סרבל, פילמור של דבק בעת הדבקת מוצרי עץ, חימום של פלסטיק ו-presporoshkov וכו '). חימום דיאלקטריים מתבצע בעיקר על ידי הרכיב החשמלי של ה-EMF. מתקני חימום דיאלקטרי פועלים בעיקר בתדרים של 27, 39 ו-40 מגה-הרץ.
גלים אלקטרומגנטיים בטווחי UHF, SHF ו-EHF (מיקרוגלים) משמשים במכ"ם, ניווט רדיו, תקשורת ממסר רדיו, תקשורת רדיו רב ערוצית, אסטרונומיה רדיו,
רדיוספקטרוסקופיה, גיאודזיה, איתור פגמים, פיזיותרפיה וכו'. לפעמים EMFs בפס UHF משמשים לגיפור גומי, טיפול בחום של מוצרי מזון, עיקור, פסטור, חימום מחדש של מוצרי מזון וכו'.
בפיזיותרפיה, EMF משמש כגורם טיפולי רב עוצמה בטיפול המורכב במחלות רבות (מכשירים בתדירות גבוהה לדיאתרמיה ואינדוקטותרמיה, מכשירים מיוחדים לטיפול ב-UHF ומכשירי מיקרוגל לטיפול במיקרוגל).
נכון לעכשיו, מספר הולך וגדל של מרכזי רדיו טלוויזיה משדרים (RTC) ממוקמים בשטח הערים. הם כוללים מבנה טכני אחד או יותר, שבו ממוקמים משדרי רדיו או טלוויזיה ושדות אנטנה, שעליהם יש עד כמה עשרות מערכות הזנה של אנטנות.
ניתן לחלק את אזור ההשפעה השלילית האפשרית של EMF שנוצר על ידי PRC לשני חלקים. הראשון הוא השטח של ה-MRC עצמו, שבו רק אנשים המשרתים משדרים, קומוטטורים ומערכות הזנת אנטנות מורשים. השני הוא השטח הסמוך, בו ניתן למקם מבני מגורים ותעשייה שונים. במקרה זה קיימת סכנה לחשיפה של האוכלוסייה הנמצאת באזור זה.
בטווח התדרים הנמוכים (30-300 קילו-הרץ), אורך הגל גדול למדי (לדוגמה, עבור תדר של 150 קילו-הרץ, הוא יהיה 200 מ'). לכן, אפילו במרחקים ניכרים, ערך EMF יכול להיות גבוה למדי. אז, במרחק של 30 מ' מהאנטנה של משדר עם הספק של 500 קילוואט, הפועל בתדר של 145 קילו-הרץ, השדה החשמלי יכול לעלות על 630 וולט/מ', והשדה המגנטי יכול לעלות על 1.2 אמ'/מ'.
בטווח התדרים הבינוני (300 קילו-הרץ - 3 מגה-הרץ) במרחק של 30 מ' מהאנטנה, עוצמת השדה החשמלי יכולה להיות 275 וולט/מ' ובמרחק של 200 מ' - 10 וולט/מ' (עם הספק משדר
50 קילוואט).
אנטנות של משדרי טלוויזיה מהוות סכנה לבריאות הציבור במרחק של כמה עשרות מטרים עד מספר קילומטרים, תלוי בעוצמת המשדר.
תחנות מכ"ם פועלות בתדרים מ-500 מגה-הרץ עד 15 ג'יגה-הרץ ומעלה. השדה האלקטרומגנטי שהם יוצרים שונה מהותית ממקורות אחרים. זה נובע מהתנועה התקופתית של האנטנה בחלל. אי המשכיות הזמן של הקרנה נובעת מהפעולה המחזורית של המכ"ם לקרינה. מכ"מים מטרולוגיים יכולים לייצר כ-100 W/m 2 עבור כל מחזור חשיפה במרחק של 1 ק"מ. תחנות מכ"ם של שדות תעופה יוצרות PES של כ-0.5 W/m 2 במרחק של 60 מ'. עלייה בעוצמת המכ"מים למטרות שונות ושימוש באנטנות מסביב מאוד כיווניות מביאות לעלייה משמעותית בעוצמת ה-EMF ו יוצר שטחים גדולים עם צפיפות שטף אנרגיה גבוהה על הקרקע.
בשנים האחרונות, מערכות תקשורת רדיו סלולאריות מתפתחות בצורה אינטנסיבית ביותר. המרכיבים העיקריים שלו הם תחנות בסיס בעלות הספק נמוך יחסית, שהאנטנות שלהן מותקנות על גגות מבנים או על מגדלים מיוחדים. תחנות בסיס מקיימות תקשורת רדיו עם מנויים בתוך אזור ברדיוס של 0.5-10 ק"מ, הנקרא "תא". בהתאם לתקן, מערכות רדיו סלולריות פועלות בטווח התדרים 463-1880 מגה-הרץ.
בתעשייה האלקטרונית, מקורות הקרינה האלקטרומגנטית של טווח גלי הרדיו בתחומי הבדיקה הדינמית של התקנים יכולים להיות מכשירים בבדיקה, אלמנטים של נתיבי מוליך גל, גנרטורים למדידה.
8.2. פעולה ביולוגית של שדות אלקטרומגנטיים
האינטראקציה של שדות אלקטרומגנטיים חיצוניים עם עצמים ביולוגיים מתרחשת על ידי השראת שדות פנימיים וזרמים חשמליים, שגודלם ופיזורם בגוף האדם תלוי במספר פרמטרים, כגון גודל, צורה, מבנה אנטומי של הגוף, חשמלי ומגנטי. מאפיינים של רקמות (חדירות דיאלקטרית ומגנטית ומוליכות ספציפית), התמצאות
גופים ביחס לוקטורים של שדות חשמליים ומגנטיים, כמו גם על המאפיינים של EMF (תדירות, עוצמה, אפנון, קיטוב וכו').
על פי תפיסות מודרניות, מנגנון הפעולה של EMF בטווחי תדר נמוך במיוחד ותדר נמוך (עד 10 קילו-הרץ) מצטמצם להשפעת הזרם החשמלי המושרה על רקמות מעוררות: עצבים ושרירים. הפרמטר הקובע את מידת ההשפעה הוא צפיפות זרם המערבולת המושרה בגוף. יחד עם זאת, עבור שדות חשמליים (EF) בטווח התדרים הנדון, חדירה חלשה לגוף האדם אופיינית, ולשדות מגנטיים (MF), הגוף כמעט שקוף.
ניתן לחשב את צפיפות הזרם המושרה באמצעות הנוסחאות:
- עבור EP: j=k-f-E,
איפה:
f - תדר;
E - מתח EP;
k הוא מקדם השונה עבור רקמות שונות;
- ל MP: j=7i-R-a-f-B,
איפה:
B - אינדוקציה מגנטית; σ - מוליכות רקמה; R הוא הרדיוס של האובייקט הביולוגי.
תכונות הקליטה של אנרגיית EMF על ידי עצמים ביולוגיים תלויות בגודלם ובאורך הגל של הקרינה (טווח התדרים). לפיכך, עבור טווח התדרים של עד 30 מגה-הרץ (אורך הגל עולה באופן משמעותי על גודלם של עצמים ביולוגיים), אופיינית ירידה מהירה בהספק הספציפי הנקלט עם ירידה בתדר. עבור טווח התדרים שבין 30 מגה-הרץ ל-10 ג'יגה-הרץ, כאשר אורך הגל תואם לגודל גוף האדם או איבריו, נצפית החדירה העמוקה ביותר של אנרגיית EMF. עבור תדרים מעל 10 GHz (אורך הגל קטן משמעותית מגודלם של עצמים ביולוגיים), קליטת אנרגיית EMF מתרחשת בשכבות פני השטח של רקמות ביולוגיות.
למעשה, ספיגת אנרגיית EMF ברקמות נקבעת על ידי שני תהליכים: תנודת מטענים חופשיים ותנודה של מומנטים דיפוליים בתדירות השדה הפועל. ההשפעה הראשונה מובילה להופעת זרמי הולכה ואיבודי אנרגיה הקשורים להתנגדות החשמלית של המדיום (איבודי מוליכות יונית), ואילו התהליך השני מוביל לאובדי אנרגיה עקב חיכוך מולקולות דיפול בתווך צמיג (הפסדים דיאלקטריים) .
בתדרים נמוכים, התרומה העיקרית לקליטת אנרגיית EMF נעשית על ידי הפסדים הקשורים למוליכות יונית, שגדלה עם הגדלת תדירות השדה. עם עלייה נוספת בתדר השדה, ספיגת האנרגיה עולה עקב ההפסדים הנובעים מסיבוב מולקולות הדיפול של המדיום, בעיקר מולקולות מים וחלבון.
מנגנוני הפעולה העיקריים של אנרגיית EMF הנספגת ברמה המיקרומולקולרית, התת-תאית והתאית אינם מובנים היטב. אחד הביטויים של האינטראקציה של EMF עם חומר בכלל ועם מבנים ביולוגיים בפרט הוא החימום שלהם. במקרה זה, חלוקת החום עלולה להיות לא אחידה ולהוביל להופעת "נקודות חמות" עם חימום קל כללי של הרקמות. עם זאת, הוכח כי השפעות ביולוגיות בהשפעת EMF יכולות להתבטא גם ברמות המכונה "לא תרמיות", כאשר לא נצפית עלייה כללית בטמפרטורה.
לאחרונה פותחה תורת המידע של השפעת שדות אלקטרומגנטיים, המבוססת על תפיסת האינטראקציה של שדות חיצוניים עם השדות הפנימיים של הגוף.
השפעה ביולוגית של שדה גיאומגנטי מוחלש (GMF). כפי שצוין קודם לכן, יש להתייחס לרקע האלקטרומגנטי הטבעי של כדור הארץ כאחד הגורמים הסביבתיים החשובים ביותר. הנוכחות של EMF טבעי בסביבה הכרחית ליישום חיים נורמליים, והיעדרם או מחסורם יכולים להוביל להשלכות שליליות על אורגניזם חי.
נקבע כי כאשר ה-GMF נחלש פי 2-5 ביחס ל-MF הטבעי, נצפית עלייה של 40% במספר המחלות באנשים העובדים בחדרים ממוגנים. כאשר אדם נמצא בתנאים היפוגיאומגנטיים מלאכותיים, מציינים שינויים בנפש, מופיעים רעיונות ותמונות לא סטנדרטיים.
בפעם הראשונה, חשיבה רצינית על האפשרות של השפעה שלילית על הגוף של שהות ממושכת בהשפעת EMR טבעי מוחלש נגרמה על ידי הופעת תלונות על הידרדרות הרווחה והבריאות בקרב אנשים העובדים במבנים ממוגנים. שנמצאים בשימוש נרחב בתעשיות שונות. מבנים ממוגנים כאלה, המבצעים את תפקידי הייצור העיקריים שלהם - מניעת התפשטות EMP שנוצר על ידי הציוד הממוקם בהם מחוץ לחצרים, בשל תכונות העיצוב שלהם, בו זמנית מונעים את חדירת EMF ממקור טבעי לתוכם.
תוצאות בדיקה קלינית ופיזיולוגית של עובדים בחדרים ממוגנים, שנערכה על ידי המכון לפיזיקה ביו-פיזיקלית של משרד הבריאות ומכון המחקר של MT של האקדמיה הרוסית למדעי הרפואה, מצביעות על התפתחות של מספר שינויים תפקודיים ב- המערכות המובילות בגוף. מצד מערכת העצבים המרכזית, התגלו סימנים של חוסר איזון בתהליכים העצבים העיקריים בצורה של דומיננטיות של עיכוב, דיסטוניה של כלי המוח עם נוכחות של אסימטריה בין-המיספרית רגולטורית, עלייה במשרעת הפיזיולוגית התקינה. רעד, עלייה בזמן התגובה לאובייקט עולה במצב מעקב אנלוגי מתמשך, וירידה בתדירות הקריטית של היתוך הבהוב אור.
הפרות של מנגנוני הוויסות של מערכת העצבים האוטונומית מתבטאות בפיתוח של שינויים תפקודיים במערכת הלב וכלי הדם בצורה של לאביליות של הדופק ולחץ הדם, דיסטוניה נוירו-סירקולטורית מסוג יתר לחץ דם והפרעות בתהליך של ריפולריזציה של שריר הלב. .
מצד מערכת החיסון נרשמה ירידה במספר הכולל של לימפוציטים מסוג T, ריכוז IgG ו-IgA ועלייה בריכוז ה-IgE.
עלייה בתחלואה עם VUT נצפתה באנשים שעבדו במבנים ממוגנים במשך זמן רב. יחד עם זאת, הוכח כי בחולים שנבדקו שכיחות המחלות הנלוות לתסמונת של אי ספיקה חיסונית עולה משמעותית על זו של אנשים בריאים בפועל.
הנתונים שהתקבלו בניסויי מעבדה אפשרו לחשוף את ההשפעה השלילית של מיגון ארוך טווח של EMF טבעי (עם דרגות שונות של היחלשותם) על גוף החי, מה שמהווה חיזוק משמעותי לתפקיד התרומה
של גורם זה בהתפתחות שינויים בגוף האדם ומצביע על משמעותו ההיגיינית
בסדרה של מחקרים ניסויים שבוצעו במכון המחקר של MT של האקדמיה הרוסית למדעי הרפואה, ההשפעות הביולוגיות של המערכות המובילות בגוף החי הוערכו בדינמיקה של שהייה בחדרים מוגנים (החלשת GMF K = 100 ו-500 פעמים) בפרקי זמן שונים של הפגישה היומית (מ-0.25 שעות עד 24 שעות ביום) והמספר הכולל של הפגישות מ-1 עד 120.
בעת לימוד המצב התפקודי של מערכת העצבים המרכזית, נחשפו שינויים בפעילות ה-EEG ובפעילות הרפלקס המותנית של בעלי חיים, המצביעים על הפרה של עוצמת התהליכים העצבים לקראת עלייה במעכב. המערכת האנדוקרינית הגיבה בירידה בפעילות ההורמונים הגונדוטרופיים של בלוטת יותרת המוח - (מעורר זקיקים ו-luteinizing) ועלייה בפעילות של קורטיקוסטרון. מצד מערכת הרבייה נצפתה התארכות מחזורי הייחום וכן שינויים מורפולוגיים ותפקודיים בשחלות וברחם. נחשפו שינויים במצב החלקים ההומוראליים והתאיים של מערכת החיסון של בעלי החיים.
לחומרת ולכיוון התזוזות שזוהו יש תלות מסוימת במשך השהייה בתנאים היפוגיאומגנטיים. חשיפה לסירוגין ל-HHMF גרמה להשפעות ביולוגיות בולטות יותר מצד מערכות גוף בודדות בהשוואה לחשיפה מתמדת, במיוחד בשלב הראשוני של החשיפה.
לפיכך, הנתונים לעיל מצביעים על המשמעות ההיגיינית של מצבים היפוגאומגנטיים והצורך בוויסות הולם שלהם.
השפעה ביולוגית של שדות אלקטרוסטטיים (ESF). ESP הוא גורם בעל פעילות ביולוגית נמוכה יחסית. בשנות ה-60, ההשפעה הביולוגית של ESP הייתה קשורה לפריקות חשמליות המתרחשות כאשר אדם בא במגע עם עצמים טעונים או לא מקורקעים. איתו נקשרה התפתחות אפשרית של תגובות נוירוטיות, כולל פוביות. בשנים שלאחר מכן, מדענים הגיעו למסקנה של-ESP עצמו יש פעילות ביולוגית. ההפרעות שהתגלו אצל עובדים תחת השפעת ESP הן, ככלל, פונקציונליות במהותן ומתאימות למסגרת של תסמונת אסתנוירוטית ודיסטוניה וגטטיבית-וסקולרית. בסימפטומים
תלונות סובייקטיביות בעלות אופי נוירוטי שולטות (כאבי רעב, עצבנות, הפרעות שינה, תחושת "שוק חשמלי" וכו'). באופן אובייקטיבי מתגלים שינויים תפקודיים לא מובהקים, שאין להם ביטויים ספציפיים.
הדם עמיד בפני ESP. ישנה רק נטייה קלה לירידה בספירת הדם האדום (אריתרוציטים, המוגלובין), לימפוציטוזיס קלה ומונוציטוזיס.
ההשפעות הביולוגיות של ההשפעות המשולבות של ESP ויוני אוויר על הגוף מעידות על סינרגיזם בפעולה של גורמים אלו. במקרה זה, הגורם השולט הוא זרם היונים הנובע מתנועת יוני אוויר ב-ESP.
יש לציין כי מנגנוני השפעת ה-ESP ותגובות התגובה של הגוף נותרו לא ברורים ודורשים מחקר נוסף.
פעולה ביולוגית של PMP. אורגניזמים חיים רגישים מאוד להשפעות של PMF. ישנן עבודות רבות על ההשפעה של PMF על אורגניזמים של בני אדם ובעלי חיים. מתוארות התוצאות של חקר השפעת PMF על מערכות ותפקודים שונים של אובייקטים ביולוגיים ברמות שונות של ארגון. מקובל כי המערכות המבצעות פונקציות רגולטוריות (עצביות, קרדיווסקולריות, נוירואנדוקריניות וכו') הן הרגישות ביותר להשפעות של PMF.
יש לציין את הדעות הסותרות הידועות על הפעילות הביולוגית של PMF.
מומחי WHO, בהתבסס על מכלול הנתונים הזמינים, הגיעו למסקנה שלרמות PMF עד 2 T אין השפעה משמעותית על האינדיקטורים העיקריים למצב התפקודי של גוף החי.
חוקרים מקומיים תיארו שינויים במצב הבריאותי של אנשים העובדים עם מקורות PMF. לרוב הם מתבטאים בצורה של דיסטוניה וגטטיבית, תסמונות vasovegetative asthenovegetative והיקפיות, או שילוב ביניהם. מאופיין בתלונות סובייקטיביות בעלות אופי אסתני, שינויים תפקודיים במערכת הלב וכלי הדם (ברדיקרדיה, לפעמים טכיקרדיה, שינוי ב-ECG של גל T), נטייה ליתר לחץ דם. דם די עמיד להשפעות של PMF. יש רק נטייה להפחית את מספר אריתרוציטים ותכולת המוגלובין, כמו גם לויקוציטוזיס ולימפוציטוזיס בינוניים.
תסמונת כלי דם היקפיים (או דלקת עצבית רגישות לאוטונומית) מאופיינת בהפרעות וגטטיביות, טרופיות ורגישות בחלקים הדיסטליים של הידיים, המלוות מדי פעם בהפרעות מוטוריות ורפלקסיות קלות.
מעניינים ללא ספק הנתונים של מחקרים אפידמיולוגיים שנערכו על ידי מחברים זרים. לכן, כאשר בוחנים את המצב הבריאותי של 320 עובדים בייצור אלקטרוליטים (רמות PMP - 7.6-14.6 mT), בהשוואה לקבוצת הביקורת (186 אנשים), נמצאו שינויים קלים בתמונת הדם ולחץ הדם שלא חרגו מעבר לכך. תנודות פיזיולוגיות תקינות. חוקרים אחרים לא מצאו הבדלים משמעותיים בשכיחות של 19 צורות נוזולוגיות של מחלות בין קבוצת הביקורת (792 אנשים) לבין קבוצת מומחים (792 אנשים) שעובדים עם מאיצים, תאי בועות, ציוד איזוטופים ומכשירים מגנטיים שונים (רמת PMF מ- 0.5 mT עד 2 T). ההבדלים המצוינים בשכיחות של מספר צורות נוזולוגיות נחשבים כחסרי משמעות. התוצאה אושרה על קבוצה נוספת של אנשים (198 אנשים בקבוצה הראשית ו-198 אנשים בקבוצת הביקורת) שנחשפו ל-PMF 0.3 T למשך שעה או יותר). מספר פרסומים דיווחו כי עובדים בתעשיית האלומיניום שנחשפו לרמות גבוהות של PMF העלו את התמותה מלוקמיה. עם זאת, תפקידו של ה-PMF עצמו אינו ברור מספיק במקרה זה.
השפעה ביולוגית של EMF IF. המחקרים הראשונים על השפעת EMF IF על בני אדם בוצעו על ידי סופרים סובייטים באמצע שנות ה-60. כאשר לומדים את מצב הבריאות של אנשים החשופים להשפעות תעשייתיות של EMF FC במהלך תחזוקה של תחנות משנה וקווי חשמל עיליים עם מתח של 220, 330, 400 ו-500 קילו וולט (פרמטרים של עוצמה-זמן של חשיפה לשדה חשמלי בלבד - EF IF הוערכו), לראשונה צוינו שינויים במצב הבריאות, המתבטאים בצורה של תלונות ושינויים בתפקודים פיזיולוגיים מסוימים. לאנשי השירות בתחנות המשנה במתח של 500 קילו-וולט היו תלונות נוירולוגיות (כאבי ראש, עצבנות, עייפות, עייפות, נמנום), וכן תלונות על הפרה של מערכת הלב וכלי הדם.
מערכת עיכול. תלונות אלו לוו בכמה שינויים תפקודיים במערכות העצבים והקרדיווסקולריות בצורה של חוסר תפקוד אוטונומי (טכיאריתמיה או ברדיקרדיה, יתר לחץ דם עורקי או יתר לחץ דם, רגישות לדופק). באק"ג, חלק מהאנשים הראו הפרה של הקצב וקצב הלב, ירידה במתח של קומפלקס QRS, השטחה של גל T. הפרעות נוירולוגיות התבטאו בעלייה ברפלקסים בגידים, רעד בעפעפיים ובאצבעות, ירידה ברפלקסים של הקרנית ואסימטריה של טמפרטורת העור. חלה עלייה בזמן התגובות הסנסומוטוריות, עלייה בספי רגישות הריח, ירידה בזיכרון ובקשב. ה-EEG הראה ירידה באמפליטודה של גלי אלפא, שינוי במשרעת של פוטנציאלים מעוררים לגירוי אור. על פי מספר מחברים, נרשמו שינויים לא בולטים בהרכב הדם ההיקפי - טרומבוציטופניה בינונית, לויקוציטוזיס נויטרופילי, מונוציטוזיס ונטייה לרטיקולופניה. עם זאת, במחקרים מאוחרים יותר שנערכו על ידי סופרים זרים בארה"ב, קנדה, צרפת ומספר מדינות אחרות, נתונים אלה לא אושרו, אם כי חלק מהחוקרים מציינים את נוכחותן של תלונות אסטנווגטטיביות ושינויים באינדיקטורים כגון לחץ דם, א.ק.ג. EEG, כולסטרול בדם, כמו גם שינוי ביחס המינים בצאצאים, נטייה להגביר סטיות כרומוזומליות בתאים סומטיים (לימפוציטים בדם). בספרות של 15 השנים האחרונות ניתנה תשומת לב רבה להיבט חדש של הבעיה - ההשפעה המסרטנת האפשרית, בעיקר לויקוגנית, של השפעות תעשייתיות ולא תעשייתיות של EMF FC. במקרה זה, התפקיד העיקרי ברוב המחקרים מוקצה לשדה מגנטי בעל עוצמה נמוכה במיוחד, או לשילוב שלו עם שדה חשמלי. במחקרים אפידמיולוגיים של תנאים תעשייתיים, כ-50% מהמחקרים השיגו נתונים על עלייה (לעיתים לא מהימנה סטטיסטית) בסיכון היחסי לפתח לוקמיה וגידולי מוח בכוח אדם המטפל במתקנים חשמליים המייצרים EMF FC. במחקרים אפידמיולוגיים המעריכים את הסיכון לפתח לוקמיה באוכלוסייה המתגוררת בסמוך לקווי מתח עיליים ומתקנים חשמליים אחרים היוצרים רמות גבוהות מהטבעיות של MP HR, רק 20-30% מהמחקרים מצביעים על סיכון מוגבר לפתח לוקמיה בילדים. בהקשר זה, השאלה
פעולה ביולוגית EMP RF. הקליטה והפיזור של האנרגיה הנספגת בתוך הגוף תלויים בעצם בצורתו ובמידותיו של העצם המוקרן, ביחס של ממדים אלו לאורך הגל של הקרינה. ממיקומים אלו ניתן להבחין ב-3 אזורים בספקטרום ה-RF EMF: EMF בתדר של עד 30 מגה-הרץ, EMF בתדר של יותר מ-10 ג'יגה-הרץ ו-EMF בתדר של 30- מגה-הרץ - 10-ג'יגה-הרץ. האזור הראשון מאופיין בירידה מהירה בערך הקליטה בתדירות הולכת ופוחתת (פרופורציונלית בקירוב לריבוע התדר). מאפיין ייחודי של השני הוא הנחתה מהירה מאוד של אנרגיית EMF כאשר היא חודרת לתוך הרקמה: כמעט כל האנרגיה נספגת בשכבות פני השטח של מבנים ביולוגיים. האזור השלישי, בינוני בתדירות, מאופיין בנוכחות של מספר מקסימום ספיגה, שבהם הגוף, כביכול, שואב את השדה לתוך עצמו וסופג יותר אנרגיה מאשר נופל על חתך הרוחב שלו. במקרה זה, תופעות הפרעות באות לידי ביטוי בצורה חדה, מה שמוביל להופעת מקסימום ספיגה מקומי, מה שנקרא "נקודות חמות". עבור בני אדם, התנאים להתרחשות מקסימום ספיגה מקומית בראש מתרחשים בתדרים של 750-2500 מגה-הרץ, והמקסימום עקב תהודה עם גודל הגוף הכולל נמצא בטווח התדרים
50-300 מגה-הרץ.
מנגנוני הפעולה העיקריים של אנרגיה נספגת ברמה המיקרומולקולרית, התת-תאית והתאית אינם מובנים היטב. מספר מחברים מתארים את הנתונים הזמינים על השפעת EMF על ממברנות התא, המבנה של חלבונים מסוימים והפעילות החשמלית של נוירונים. לא תמיד ניתן היה לפרש את ההשפעות שצוינו כתרמיות בלבד. לפיכך, הדיון ארוך הטווח על ההשפעות התרמיות והספציפיות של EMF עדיין לא הגיע לסיומו. האורגניזם של בעלי חיים ובני אדם רגיש מאוד להשפעות של RF EMF. אלפי יצירות של סופרים מקומיים וזרים מוקדשים להשפעה הביולוגית של EMF. היות וסקירה מפורטת של הנתונים הזמינים אינה אפשרית, עיקר תשומת הלב בחלק זה תינתן לדפוסי הפעולה הביולוגית של הגורם.
איברים ומערכות קריטיים כוללים את מערכת העצבים המרכזית, עיניים וגונדות. כמה מחברים כוללים את המערכת ההמטופואטית בין הקריטיות שבהן. מתוארות השפעות מצד מערכת הלב וכלי הדם והנוירואנדוקרינית, חסינות ותהליכים מטבוליים. בשנים האחרונות הופיעו נתונים על ההשפעה המעוררת של EMF על תהליכי הקרצינוגנזה. ההשפעה הביולוגית של EMF תלויה באורך הגל (או תדירות הקרינה, מצב היצירה (רציף, דופק), תנאי החשיפה לגוף (קבוע, לסירוגין; כללי, מקומי; עוצמה; משך).
יצוין כי הפעילות הביולוגית של EMF פוחתת עם הגדלת אורך הגל (או ירידה בתדירות) של הקרינה. לאור האמור לעיל, ברור שטווחי הסנטימטר, הדצימטר והמטר של גלי הרדיו הם הפעילים ביותר.
על פי מספר מחברים, ל-EMF הפועמים יש פעילות ביולוגית גדולה יותר מאשר לאלה המתמשכים. בהערכה השוואתית של EMR של דורות מתמשכים ודופקים עם קצב חזרת דופק של מאות הרץ, צוינה גם חומרה גדולה יותר של השפעות ביולוגיות תחת פעולת הקרינה הפועמת במספר אינדיקטורים. עם זאת, במהלך ההקרנה הכרונית, הבדלים אלה התיישבו, מה שהיה הבסיס לקביעת ערכי ניכוי מקסימליים אחידים עבור CW ו-EMF פולסים. ניתוח של קצב התגובה של מערכות להשפעות הכוחות הנגרמים על ידי השדה מראה ששדה פועם עם צפיפות הספק ממוצעת השווה ל-PES של רצף לא יכול להיות יעיל יותר. ככל הנראה, דעה זו נכונה לגבי
פעולות דחף עם תדירות גבוהה מספיק של חזרה על דחפים, אך לא ניתן להרחיב אותן למקרים של חשיפה לדחפים בודדים חזקים או חוזרים על עצמם לעיתים רחוקות.
בפועל, אנשים נתונים לרוב לחשיפה ל-EMF לסירוגין ממכשירים בעלי תבנית קרינה נעה (תחנות מכ"ם עם אנטנות מסתובבות או סורקות). עבודה ניסיונית הראתה שעם אותם פרמטרים של עוצמה-זמן, להשפעות לסירוגין יש פחות פעילות ביולוגית בהשוואה לאלו המתמשכות, מה שמוסבר על ידי הבדלים בכמות האירועים והאנרגיות הנספגות. יצוין כי במחזורי עבודה (Q) מ->2 עד 20-30, קיימת תלות אנרגטית של השפעות ביולוגיות. לכן, לא היו הבדלים משמעותיים בהשפעות הביולוגיות של השפעות מתמשכות ב-PES=10 mW/cm 2 ולסירוגין עם Q=5 ב-PES=50 mW/cm 2 ועם Q=10 ב-PES=100 mW/cm 2. נצפתה במספר מקרים בשלבים מסוימים, ככלל, בשלבים מוקדמים של התפתחות, שיפור ההשפעות הביולוגיות עקב גורם האי-רציפות בתנאים של ניסיון כרוני ארוך טווח מפולס עקב התפתחות תהליכי הסתגלות. הדינמיקה של התלות של השפעות ביולוגיות במחזור העבודה מרמזת שעם עלייה נוספת ב-Q (> 20-30), ההשפעות של השפעות לסירוגין יהיו פחות בולטות מאלו המתמשכות, עם מאפייני אנרגיה שווים. זאת בשל התארכות ההפסקות וזרימה יעילה יותר של תהליכי התאוששות.
הבדלים משמעותיים בכמות האירועים והאנרגיות הנספגות מסבירים את הפעילות הביולוגית הנמוכה יותר של הקרנות מקומיות של חלקי הגוף (פרט לראש) בהשוואה לסך החשיפה.
הנושאים של ההשפעה המשולבת של EMF עם גורמים סביבתיים אחרים לא נחקרו מספיק. רוב העבודות שפורסמו מוקדשות להשפעה המשולבת של EMF מיקרוגל עם קרינה מייננת וחום. עם זאת, המסקנות של המחברים אינן חד משמעיות. לפיכך, קיימות עדויות לכך שמיקרוגל EMF מחמיר את מהלך מחלת הקרינה על פי קריטריון ההישרדות של חיות ניסוי. השפעת הסיכום של ההשפעה המשולבת של EMF וקרינת רנטגן על שיעורי הישרדות, משקל גוף, ספירת לויקוציטים וטסיות הוכחה. במקביל, מחברים אמריקאים קיבלו נתונים
מעיד על האופי האנטגוניסטי של הפעולה הביולוגית של שדה המיקרוגל והקרינה המייננת. תוצאה דומה התקבלה במחקרים של חוקרים מבית. חלק מהעבודות מראות את התלות של אופי ההשפעות הביולוגיות בחשיפה משולבת ל-EMF במיקרוגל (1, 10, 40 mW/cm2) ולקרינת רנטגן רכה (250 R ו- 2500 R) ברמות החשיפה: סינרגיזם ברמות גבוהות ופעולה עצמאית ברמות נמוכות. שאר המאמרים מציגים נתונים המעידים על האופי התוספי של הביואפקט בפעולה המשולבת של EMF וחום במיקרוגל.
ביטויים קליניים של ההשפעות השליליות של RF EMF מתוארים בעיקר על ידי מחברים מקומיים. פציעות הנגרמות על ידי EMF RF יכולות להיות חריפות או כרוניות. נגעים חריפים מתרחשים כאשר הם נחשפים לעוצמות EMF תרמיות משמעותיות. הם נדירים ביותר - במקרה של תאונות או הפרות גסות של תקנות הבטיחות. בספרות המקומית מתוארים מספר מקרים של נגעים חריפים על ידי רופאים צבאיים. במקרה זה, לרוב אנו מדברים על קורבנות העובדים בסביבה הקרובה של אנטנות המכ"ם הפולטות. מקרה דומה של חשיפה לקרינה של שני טכנאי מטוסים ממכ"ם בפיליפינים מתואר גם על ידי מחברים זרים. הם ציינו את העוצמה שאליה נחשפו הקורבנות: 379 mW/cm 2 למשך 20 דקות ו-16 W/cm 2 למשך 15-30 שניות. נגעים חריפים מאופיינים בהפרעות פולי-סימפטומטיות מאיברים ומערכות שונות, עם אסטניזציה בולטת, הפרעות דיאנצפליות ועיכוב תפקוד בלוטות המין. הנפגעים מדווחים על הידרדרות ברורה במצב הבריאותי במהלך העבודה עם הרדאר או מיד לאחר סיומו, כאב ראש חד, סחרחורת, בחילות, דימומים חוזרים מהאף והפרעות שינה. תופעות אלו מלוות בחולשה כללית, חולשה, אובדן כושר עבודה, עילפון, חוסר יציבות בלחץ הדם וספירת דם לבנים; במקרים של התפתחות פתולוגיה דיאנצפלית, מצוינים התקפי טכיקרדיה, הזעה מרובה, רעד בגוף וכו'. ההפרות נמשכות עד 1.5-2 חודשים. כאשר הם נחשפים לרמות גבוהות של EMF (יותר מ-80-100 mW / cm 2 ), עלול להתפתח קטרקט על העיניים.
מצבים תעסוקתיים מאופיינים בנגעים כרוניים. הם מתגלים בדרך כלל לאחר מספר שנים של עבודה.
עם מקורות EMF מיקרוגל ברמות חשיפה הנעות בין עשיריות למספר mW/cm 2 ועולות מעת לעת על 10 mW/cm 2. לתסמינים ומהלך של צורות כרוניות של נגעים בגלי רדיו אין ביטויים ספציפיים בהחלט. בתמונה הקלינית שלהם, ישנן שלוש תסמונות מובילות: אסתנית, תסמונת אסתנווגטטיבית (או תסמונת דיסטוניה נוירו-סירקולטורית) והיפותלמוס. תסמונת אסתנית, ככלל, נצפית בשלבים הראשונים של המחלה ומתבטאת בתלונות של כאבי ראש, עייפות מוגברת, עצבנות וכאבים חוזרים באזור הלב. שינויים וגטטיביים מאופיינים בדרך כלל על ידי אוריינטציה וגוטונית של תגובות (יתר לחץ דם, ברדיקרדיה וכו'). בשלבים מובהקים ובולטים של המחלה, מאובחנת לעתים קרובות תסמונת asthenovegetative, או תסמונת של דיסטוניה נוירו-סירקולטורית מסוג יתר לחץ דם. בתמונה הקלינית, על רקע החמרה של ביטויים אסתניים, יש חשיבות עיקרית להפרעות אוטונומיות הקשורות לדומיננטיות של הטון של החלוקה הסימפתטית של מערכת העצבים האוטונומית, המתבטאת באי יציבות כלי דם עם תגובות יתר לחץ דם ואנגיוספסטיות. בחלק מהמקרים הקשים של המחלה מתפתחת תסמונת היפותלמומית, המאופיינת במצבים התקפיים בצורת משברים סימפטואדרנליים. במהלך משברים אפשריים התקפות של פרפור פרוזדורים התקפי, אקסטרסיסטולות חדריות. מטופלים נרגשים מאוד, לאביליים מבחינה רגשית. במקרים מסוימים מתגלים סימנים לטרשת עורקים מוקדמת, מחלת לב כלילית ויתר לחץ דם.
ברמות נמוכות יותר ובטווחי תדרים נמוכים יותר (<30 МГц) выраженных заболеваний не описано. В отдельных случаях могут отмечаться определенные функциональные сдвиги, отражающие чувствительность организма к ЭМП.
שכיחות גבוהה של שינויים תפקודיים במערכות העצבים והקרדיווסקולריות אצל עובדים שנחשפו ל-EMF (כ-60%) צוינה על ידי מחברים פולנים. יחד עם זאת, לא היו הבדלים במצב הבריאותי של שתי קבוצות גדולות שנחשפו ל-PES עד 0.2 mW/cm 2 ו-PES> 0.2-6 mW/cm 2
יש לציין שבספרות הזרה למעשה אין תיאור של ההשפעות המזיקות לבריאות האדם במהלך קרינת PES.
ערכים מתחת ל-10 mW/cm 2. על פי מחברים זרים, הגבול העליון של הרמה הבטוחה נע בין 1 ל-10 mW/cm 2 .
בהתבסס על ניתוח של 10 יצירות של מחברים מערביים שחקרו את מצב הבריאות של עובדים ברמות EMF שאינן עולות, ככלל, על 5 mW/cm 2, מומחי WHO הגיעו למסקנה שאין עדות ברורה להשפעות שליליות של השפעות אלו על בני אדם. . מומחים מאמינים כי פתולוגיה מתרחשת ברמות גבוהות יותר. עם זאת, אי אפשר שלא לשים לב למידע המובא באותו מסמך על תדירות גבוהה יותר של שינויים בעדשת העיניים בהשוואה לשליטה בצבא העוסק בתחזוקת מכ"מים, בעובדים עם מקורות מיקרוגל ב. תנאי ייצור, כמו גם במומחים המטפלים בציוד רדיו וטלוויזיה ורדיו. בחו"ל יש דיווחים על שכיחות מעט גבוהה יותר של מחלות לב (הפרעות בהולכה תוך לבבית, קצב, איסכמיה) אצל פיזיותרפיסטים גברים העובדים עם ציוד גלים קצרים (27 מגה-הרץ), בהשוואה למומחים אחרים בתחום זה.
מדענים שוודים זיהו מספר מעט יותר גדול של מקרים של חריגות התפתחותיות בילדים שאמהותיהם - פיזיותרפיסטיות - במהלך ההיריון נחשפו ל-EMF של גלים קצרים (27 מגה-הרץ) ומיקרוגלים. נרשמה עלייה במספר ההפלות בפיזיותרפיסטית נשים שנחשפו לחשיפה למיקרוגל (לא הייתה השפעה בטווח הגלים הקצרים).
למרבה הצער, אין תיאור בספרות של ההשפעות של חשיפה ארוכת טווח ל-EMF בעצימות נמוכה. יש להניח שרמות כאלה אינן יכולות לגרום לפציעות בגלי רדיו גרידא. עם זאת, השכיחות הגבוהה של הפרעות נוירולוגיות אצל עובדים, בשילוב עם דיסטוניה וגטטיבית בצורה של שינויים בוויסות טונוס כלי הדם והפרעות תפקודיות חוץ-לביות, מחייבות מחקר מעמיק של המשמעות הפרוגנוסטית של הפרעות אלו ותפקידן במקורן של חלק מחלות סומטיות כלליות, בעיקר יתר לחץ דם ומחלת לב איסכמית כרונית, כמו גם ההשפעה של חשיפה ארוכת טווח ל-EMF על התפתחות של כמה תהליכים לא רצוניים, כולל קטרקטוגנזה. כפי שהוזכר לעיל, בשנים האחרונות הופיעו נתונים על הקשר של EMF עם תחלואה אונקולוגית, וזה תקף הן לטווחי המיקרוגל והן לטווח הארוך במיוחד. גילה
שכיחות גבוהה יותר של מחלות אונקולוגיות (בעיקר לוקמיה) בצבא הפולני המשרת מכ"מים. נושא התפקיד של EMF בהתפתחות לוקמיה בילדים וכמה גורמים מקצועיים נדון באופן פעיל בספרות. תוצאותיהם של מספר מחקרים מצביעות על צורך במחקרים אפידמיולוגיים רציניים בנושא זה.
לסיכום בעיית הפעולה הביולוגית של EMF, שזוהתה ברמה המולקולרית, התאית, המערכתית והאוכלוסייה, ניתן להסביר אותן באופן פנומנולוגי על ידי מספר השפעות ביו-פיזיות:
על ידי השראת פוטנציאלים חשמליים במערכת הדם
ערעורים;
גירוי ייצור מגנטופוספן על ידי פולסים
שדה מגנטי ב-VLF - טווחי מיקרוגל, משרעת משברים עד עשרות mT;
התחלה על ידי שדות מתחלפים של מגוון רחב של תאים
שינויים מדויקים ורקמות; כאשר צפיפות הזרם המושרה עולה על 10 mA/m 2, סביר להניח שרבות מהשפעות אלו נובעות מאינטראקציות עם מרכיבי קרום התא. האפשרויות להשפעה של EMF על אדם הן מגוונות: מתמשכות ולסירוגין, כללית ומקומית, בשילוב ממספר מקורות ובשילוב עם גורמים שליליים אחרים בסביבת העבודה וכו'. השילוב של פרמטרי EMF לעיל יכול להיות בעל השלכות שונות באופן משמעותי על התגובה של גוף האדם המוקרן.
8.3. סטנדרטים היגייניים emp
קיצוב של השדה ההיפוגאומגנטי. עד כה, לא היו המלצות היגייניות בכל העולם המסדירות את החשיפה של בני אדם ל-GMFs מוחלשים. על מנת לשמור על בריאות ויעילות כוח האדם, החל פיתוח של מסמכים רגולטוריים ומתודולוגיים המסדירים מדעית עבודה בתנאים היפוגיאומגנטיים.
ככל הנראה, רמת האינדוקציה המגנטית של השדה הגיאומגנטי האופיינית לאזור הנתון צריכה להיחשב אופטימלית עבור אדם המתגורר באזור מסוים.
בהתבסס על ניתוח תוצאות מחקרים היגייניים של האוניברסיטה הממלכתית לרפואה במתקנים למטרות שונות, מצב הבריאות של אנשים העובדים עם דרגות שונות של היחלשות של GMF, נתונים ניסויים על בעלי חיים, מכון המחקר לרפואה תעסוקתית של האקדמיה הרוסית למדעי הרפואה, יחד עם IBP MH, פיתחו תקן היגייני "רמות מותרות זמניות (TPL) של היחלשות עוצמת השדה הגאומגנטי במקומות עבודה", הכלול ב-SanPiN 2.2.4.1191-03 "אלקטרומגנטי שדות בתנאי ייצור".
הפרמטרים המנורמלים העיקריים של השדה הגיאומגנטי הם עוצמתו ומקדם הנחתה.
עוצמת השדה הגיאומגנטי מוערך ביחידות של חוזק שדה מגנטי (N, A/m) או ביחידות של אינדוקציה מגנטית (V, T), הקשורות בקשר הבא:
עוצמת ה-GMF במרחב הפתוח, המתבטאת בגודל עוצמת ה-GMF (Hq), מאפיינת את ערך הרקע של עוצמת ה-GMF, האופייני לאזור מסוים זה. עוצמת ה-GMF הקבוע בשטח הפדרציה הרוסית בגובה של 1.2-1.7 מ' מפני השטח של כדור הארץ יכולה לנוע בין 36 A/m ל-50 A/m (מ-45 µT ל-62 µT), ולהגיע לערכים מרביים באזורים של קווי רוחב גבוהים וחריגות. גודל עוצמת ה-GMF בקו הרוחב של מוסקבה הוא בערך
40 A/m (50 µT).
עוצמת השדה המגנטי הקבוע בתוך האובייקט הממוגן, החדר, המתקן הטכני, מבוטאת במונחים של חוזק (HB), היא סופרפוזיציה של עוצמת ה-GMF החודר, שנקבעת על ידי מקדם המיגון, וחוזק השדה המגנטי. , עקב מגנטיזציה שיורית של החומר ממנו עשוי מבנה המיגון (H NAM).
גורם הנחתה בעוצמה זמני מותר GMF (K o) בתוך אובייקט מוגן, מקום, טכני
של האמצעים הכימיים שווה ליחס בין עוצמת ה-GMF של שטח פתוח (Ho) לעוצמת השדה המגנטי הפנימי במקום העבודה (H B):
K o =No/Nv.
בהתאם לתקן ההיגייני "רמות מותרות זמניות (TPL) של היחלשות עוצמת השדה הגאומגנטי במקומות עבודה", הרמות המותרות של היחלשות עוצמת השדה הגיאומגנטי במקומות העבודה של כוח אדם בתוך המתקן, בחצרים, ציוד טכני במהלך משמרת עבודה לא יעלה על פי 2 בהשוואה לעוצמתו בשטח פתוח בשטח הסמוך למיקומם.
קיצוב של ה-ESP. בהתאם ל-SanPiN 2.2.4.1191-03 "שדות אלקטרומגנטיים בתנאי ייצור" ו-GOST 12.1.045-84. "SSBT. שדות אלקטרוסטטיים. רמות מותרות במקומות עבודה ודרישות לניטור", הערך המרבי המותר של עוצמת ESP במקומות עבודה נקבע בהתאם לזמן החשיפה במהלך יום העבודה.
עוצמת השדה האלקטרוסטטית המקסימלית המותרת (Epdu) במקומות העבודה של צוות השירות לא תעלה על הערכים הבאים:
כאשר נחשפים עד שעה אחת - 60 קילו וולט / מ';
כאשר נחשף לשעתיים - 42.5 קילו וולט / מ';
כאשר נחשף ל-4 שעות - 30.0 קילו וולט / מ';
בחשיפה למשך 9 שעות - 20.0 קילו וולט / מ'.
מסמך רגולטורי "רמות מותרות של שדות אלקטרוסטטיים וצפיפות זרם יונים לאנשי תחנות משנה וקווי זרם ישר UHV" ? 6022-91 מסדיר את התנאים להשפעה המשולבת של הגורמים המצוינים בכותרת על כוח אדם המטפל במערכות זרם ישר במתח גבוה במיוחד.
בהתאם לדרישות המסמך, מגבלת ה-ESP וצפיפות זרם היונים ליום עבודה שלם הם 15 קילו וולט/מ"ר ו-20 nA/מ"ר; לחשיפה של 5 שעות - 20 קילו וולט/מ"ר ו-25 nA/מ"ר. כאשר עוצמת ה-ESP = 20 קילו וולט / מ', החישוב של זמן העבודה המותר של הצוות נקבע על ידי הנוסחה:
רמות מותרות של עוצמת ESP מוסדרות גם במקומות העבודה של מפעילי PVEM (SanPiN 2.2.2//2.4.1340-03 "דרישות היגייניות למחשבים אלקטרוניים אישיים וארגון העבודה"). כערך מותר זמנית, חוזק השדה האלקטרוסטטי לא יעלה על 15 קילו וולט/מ"ר.
רגולציה סניטרית ואפידמיולוגית של השפעות לא תעשייתיות של ESP מתבצעת בהתאם לדרישות של SanPiN 001-96 "תקנים סניטריים לרמות מותרות של גורמים פיזיים בעת שימוש במוצרי צריכה בתנאים ביתיים", SanPiN 2.1.2.1002-2000 "תברואתי ודרישות אפידמיולוגיות למבני מגורים וחצרים" ו-SN 2158-80 "בקרה סניטרית והיגיינית של חומרי בניין פולימריים המיועדים לשימוש בבניית מבני מגורים וציבור", לפיה מגבלת ה-ESP לחשיפה לא מקצועית היא 15 קילוואט. / M.
הוועדה האירופית "CENELEC" מציעה ערך של 14 kV/m כרמה מבוקרת של חשיפה ל-ESP לאוכלוסייה, כלומר. כמעט בקנה אחד עם זה שאומץ ברוסיה.
בהתאם לדרישות של איגוד היגייניסטים אמריקאים ASOS 1991, רמות ESP במקום העבודה של צוות לא יעלו על 25 קילוואט/מ'. מרמה של 15 קילו וולט / מ', צפוי שימוש בציוד מגן (כפפות, חליפות).
בגרמניה, מגבלת החשיפה התעסוקתית המקסימלית ל-ESP היא 40 קילוואט/מ"ר במהלך יום העבודה ו-60 קילו וולט/מ"ר לחשיפה של עד שעתיים ביום.
תקן הוועדה האירופית של CENELEC קובע מגבלה מקסימלית לחשיפה תעסוקתית של 8 שעות ל-ESP של 4 kV/m. בְּתוֹך
פרק זמן של 8 שעות עבור עוצמות העולה על 42 קילו וולט/מ"ר, זמן החשיפה המותר נקבע על ידי הנוסחה:
ט<112/E.
קיצוב של PMP. קיצוב והערכה היגיינית של שדה מגנטי קבוע (PMF) מתבצע על פי רמתו המובדלת בהתאם לזמן החשיפה לעובד במהלך המשמרת, תוך התחשבות בתנאים כלליים (לכל הגוף) או מקומיים (ידיים , אמה) חשיפה.
רמות PMF מוערכות ביחידות של חוזק שדה מגנטי (N) ב-kA/m או ביחידות של אינדוקציה מגנטית (V) m/T (טבלה 8.2).
אם יש צורך בשהייה של כוח אדם באזורים עם מתחים שונים (אינדוקציה) של ה-PMF, הזמן הכולל לביצוע עבודה באזורים אלו לא יעלה על הרמה המקסימלית המותרת עבור האזור עם המתח המרבי.
ה-MCLs המופיעים בטבלה מבוססים על רמת גורמים לא פעילים ולכן שונים מאלה שנקבעו במדינות אחרות או מאלה שהומלצו על ידי ארגונים בינלאומיים.
תקנים לאומיים השולטים PHC במדינות אחרות נשלטים בדרך כלל על ידי ארגונים ותקנות מחלקתיים. לדוגמה, משרד האנרגיה האמריקאי הקים את ה-PDUs הבאים:
לחשיפה של 8 שעות - 0.01 T לכל הגוף, 0.1 T עבור
ידיים;
ל<1 ч - 0,1 Тл на все тело, 1,0 Тл - на руки;
ל<10 мин - 0,5 Тл на все тело, 2,0 Тл - на руки. Нормативные уровни ПМП, регламентирующие условия труда на
מאיץ ליניארי במרכז סטנפורד, משתנה עם הזמן לחשיפה כוללת של 0.02 T עד 0.2 T; עבור מקומיים - על הידיים - מ 0.2 T עד 2.0 T.
בשנת 1991 המליצה הוועדה הבינלאומית לקרינה בלתי מייננת של האיגוד הבינלאומי להגנת קרינה על הרמות הבאות של PMF כ-MRL (טבלה 8.3).
קיצוב והערכה של חשיפה ל-EMF IF. על מנת לשמור על בריאותם של העובדים המפעילים ציוד חשמלי והאוכלוסייה החשופה ל-EMF FC בחיי היומיום, וויסות היגייני מתבצע על בסיס
טבלה 8.2.השפעת PMP על עובדים
זמן חשיפה ליום עבודה, דקות | תנאי חשיפה |
|||
כללי (כל הגוף) | מקומי (מוגבל לידיים, חגורת כתפיים) |
|||
מתח PDU, kA/m | שלט רחוק של אינדוקציה מגנטית, mT | מתח PDU, kA/m | שלט רחוק של אינדוקציה מגנטית, mT |
|
61-480 | ||||
11-60 | ||||
0-10 | ||||
טבלה 8.3.המלצות בינלאומיות עבור PDU PMP (1991)
הערה. ה-PDUs המופיעים בטבלה אינם מבטיחים את בטיחותם של אנשים עם קוצבי לב ודפיברילטורים מושתלים, שיכולים להגיב ל-PMP ברמה של 0.5 mT ומטה.
מחקרים היגייניים, קליניים-פיזיולוגיים וניסויים מורכבים.
ויסות היגייני של EMF FC מתבצע בנפרד עבור שדות חשמליים (EP) ומגנטיים (MF). הפרמטרים המנורמלים של ה-EP הם מתח,אשר מוערך בקילו-וולט למטר (kV / m), ועבור MP - אינדוקציה מגנטית או חוזק שדה מגנטי,נמדד בהתאמה במילי או במיקרוטסלה (mTl, μT) ובאמפר או קילואמפר למטר (A/m, kA/m).
נכון לעכשיו ברוסיה ישנם תקנים היגייניים להשפעות תעשייתיות ולא תעשייתיות של EP ו-MF FC. עם זאת, יש לזכור כי הרמות המותרות של השראת השדה המגנטי של המהפך בתוך שטחי מגורים ובשטח של פיתוח מגורים נלקחות כתקן זמני והן 10 ו-50 μT, בהתאמה (SanPiN 2.1.2.1002- 2000). אותו מסמך קובע את השלט הרחוק עבור EP FC, החלים על שטחי מגורים ושטח של פיתוח מגורים, בהיקף של 0.5 ו- 1 קילו וולט / מ', בהתאמה, ללא קשר למקור. הרמות המקסימליות שצוינו נמוכות משמעותית מערכי הרמות המבוקרות עבור האוכלוסייה המוצעות על ידי ההמלצות הבינלאומיות ICNIRP, שהם 5 קילו וולט/מ"ר ו-100 µT (80 A/m), בהתאמה. יחד עם זאת, בהקשר לנתונים האחרונים על ההשפעות השליליות האפשריות (עד מסרטנות) על בריאות האדם של שדות מגנטיים חלשים של ה-IF, הומלצו הגבלות מחמירות יותר על רמותיהם, עד 0.2 μT.
ויסות היגייני של EMF FC במקומות עבודה מוסדר על ידי SanPiN 2.2.4.1191-03 "שדות אלקטרומגנטיים בתנאי ייצור" בהתאם לזמן השהות בשדה האלקטרומגנטי.
הרמה המקסימלית המותרת (MPL) של ה-EP IF ליום עבודה שלם היא 5 קילו-וולט/מ', וה-MPC המקסימלי להשפעות של לא יותר מ-10 דקות הוא 25 קילו-וולט/מ'. בטווח העוצמה של 5-20 קילו וולט למטר, זמן השהייה המותר נקבע על ידי הנוסחה:
T \u003d 50 / E-2,
איפה:
T - זמן מותר לבלות ב-EP ברמת המתח המתאימה, h;
E היא עוצמת ה-EF הפועל באזור הנשלט.
אסור לשהות ב-EP עם מתח של יותר מ-25 קילו וולט למטר ללא שימוש בציוד מגן.
מספר האזורים המבוקרים נקבע על ידי ההבדל ברמות המתח של השדה החשמלי במקום העבודה. ההבדל הנחשב ברמות עוצמת ה-EP של האזורים המבוקרים הוא 1 kV/m.
ניתן ליישם את הזמן המותר ב-EP באופן חד פעמי או חלקי במהלך יום העבודה. במהלך שאר זמן העבודה, יש צורך להיות מחוץ לאזור ההשפעה של החתימה האלקטרונית או להשתמש בציוד מגן.
זמן השהות של הצוות במהלך יום העבודה באזורים עם עוצמה שונה של השדה החשמלי (Tpr) מחושב על ידי הנוסחה:
הזמן הנתון לא יעלה על 8 שעות.
מגבלות הבקרה המקסימליות לעוצמתו של שדה מגנטי תקופתי (סינוסואידאלי) בתדירות תעשייתית במקומות עבודה נקבעות לתנאים של השפעות כלליות (על כל הגוף) ומקומיות (על הגפיים). (טבלה 8.4).
טבלה 8.4.שלט רחוק לחשיפה לשדה מגנטי תקופתי בתדר 50 הרץ
חוזק MF המותר בתוך מרווחי זמן נקבע בהתאם לעקומת האינטרפולציה הניתנת בנספח 1 של SanPiN 2.2.4.1191-03.
אם יש צורך בשהייה של כוח אדם באזורים בעלי עוצמה שונה (אינדוקציה) של השדה המגנטי, הזמן הכולל לביצוע עבודה באזורים אלו לא יעלה על מגבלת השליטה המקסימלית עבור אלו עם עוצמה מרבית.
ניתן לממש את זמן השהייה המותר באופן חד פעמי או חלקי במהלך יום העבודה.
עבור תנאי החשיפה ל-MF פולס 50 הרץ, ה-MPS של ערך המשרעת של עוצמת השדה (Npd) מובחנים בהתאם למשך החשיפה הכולל לכל משמרת (T) והמאפיינים של מצבי היצירה הפועמים.
ויסות היגייני של EMF בטווח של 10 קילו-הרץ - 300 גיגה-הרץ. עוצמת השדות האלקטרומגנטיים של תדרי רדיו במקומות העבודה של כוח אדם העובדים עם מקורות EMF, והדרישות לניטור מוסדרות על ידי כללים סניטריים ואפידמיולוגיים, תקנים "שדות אלקטרומגנטיים בתנאי ייצור" - SanPiN 2.2.4.1191-03 ו- GOST 12.1. 006-84 "תדרי רדיו של שדות אלקטרומגנטיים. רמות מותרות במקומות עבודה ודרישות לבקרה".
השלט הרחוק של השדות החשמליים והמגנטיים בטווח התדרים של 10-30 קילו-הרץ במהלך כל המשמרת הוא 500 V/m ו-50 A/m, בהתאמה. עם משך החשיפה לשדות חשמליים ומגנטיים עד שעתיים למשמרת, השלט הרחוק הוא 1000 V / m ו- 100 A / m, בהתאמה.
טבלה 8.5.שליטה מרחוק מקסימלית על עוצמת וצפיפות שטף האנרגיה של טווח התדרים EMF 30 קילו-הרץ - 300 גיגה-הרץ
פָּרָמֶטֶר | רמות מקסימליות מותרות בפסי תדר (MHz) |
||||
0,03-3,0 | 3,0-30,0 | 30,0-50,0 | 50,0-300,0 | 300,0-300000,0 |
|
E, V/m | |||||
לָנוּ | |||||
PES µW/cm1 | 1000 5000* |
||||
הערה. *לתנאים של הקרנה מקומית של הידיים.
שלט רחוק EMF טווח תדרים 30 kHz - 300 GHz נקבעים על פי גודל החשיפה לאנרגיה (EE).
הרמות המקסימליות המותרות של שדות חשמליים ומגנטיים, צפיפות שטף אנרגיה EMF לא תעלה על הערכים המפורטים ב לשונית. 8.5.
8.4. עקרונות מדידת פרמטרים של שדות חשמליים ומגנטיים
עקרונות של מדידת עוצמת השדה החשמלי. שיטת מדידת הפרמטרים של שדה חשמלי מבוססת על תכונה של גוף מוליך המוצב בשדה חשמלי. אם שני גופים מוליכים ממוקמים בשדה חשמלי אחיד, אז נוצר הפרש פוטנציאל השווה להפרש הפוטנציאל של השדה החשמלי החיצוני בין מרכזי המטענים החשמליים של הגופים. הבדל פוטנציאל זה קשור למודול השדה החשמלי החיצוני.
כאשר מודדים את עוצמתו של שדה חשמלי מתחלף, אנטנה דיפול משמשת כממיר ראשוני, שמידותיו קטנות בהשוואה לאורך הגל. בשדה חשמלי אחיד נוצר מתח חילופין בין האלמנטים של אנטנה דיפולית (צילינדרים, קונוסים וכו'), שערכו המיידי יהיה פרופורציונלי להקרנה של הערך המיידי של עוצמת השדה החשמלי על ציר אנטנת הדיפול. מדידת ערך ה-rms של מתח זה תיתן ערך פרופורציונלי לערך ה-rms של הקרנת עוצמת השדה החשמלי על ציר האנטנה הדיפולית. כלומר, אנחנו מדברים על שדה חשמלי שהיה קיים בחלל לפני הכנסת אנטנה דיפול לתוכו. לפיכך, יש צורך באנטנת דיפול ובמד מתח RMS כדי למדוד את ערך ה-rms של שדה חשמלי מתחלף.
עקרונות של מדידת חוזק (אינדוקציה) של השדה המגנטי. למדידת עוצמת שדות מגנטיים ישירים ובתדר נמוך, מתמרים מבוססים על אפקט האולם,המתייחס לתופעות הגלוונומגנטיות המתרחשות כאשר מוליך מוליך
או מוליך למחצה עם זרם בשדה מגנטי. תופעות אלו כוללות: התרחשות הפרש פוטנציאלים (emf), שינוי בהתנגדות החשמלית של המוליך, התרחשות הפרש טמפרטורה.
אפקט הול מתרחש כאשר מתח מופעל על זוג פנים מנוגדים של לוחית מוליכים למחצה מלבנית, מה שגורם לזרם ישר. תחת פעולת וקטור האינדוקציה בניצב ללוח, כוח מאונך לוקטור צפיפות DC יפעל על נושאי המטען הנעים. התוצאה של זה תהיה התרחשות של הבדל פוטנציאלי בין צמד פנים הלוחות האחרות. הבדל פוטנציאלי זה נקרא Hall emf. ערכו פרופורציונלי לרכיב של וקטור האינדוקציה המגנטי הניצב ללוח, לעובי הלוח ולקבוע הול, שהוא מאפיין של המוליך למחצה. הכרת מקדם המידתיות בין ה-emf והאינדוקציה המגנטית ומדידת ה-emf, קבע את ערך האינדוקציה המגנטית.
כדי למדוד את הערך הבסיסי-מרובע של עוצמת השדה המגנטי לסירוגין, אנטנת לולאה משמשת כמתמר ראשי, שמידותיה קטנות בהשוואה לאורך הגל. תחת פעולת שדה מגנטי לסירוגין, מתח חילופין מתעורר במוצא אנטנת הלולאה, שערכו המיידי פרופורציונלי להקרנת הערך המיידי של עוצמת השדה המגנטי על הציר המאונך למישור הלולאה. אנטנה ועובר במרכזה. מדידת ערך RMS של מתח זה נותנת ערך פרופורציונלי לערך RMS של הקרנת עוצמת השדה המגנטי על ציר אנטנת הלולאה.
עקרונות של מדידת צפיפות שטף האנרגיה של שדה אלקטרומגנטי. בתדרים מ-300 מגה-הרץ ועד עשרות ג'יגה-הרץ, צפיפות שטף האנרגיה (EFD) נמדדת בגל אלקטרומגנטי שכבר נוצר. במקרה זה, ה-PES קשור לעוצמות של השדות החשמליים או המגנטיים. לכן, כדי למדוד את ה-PES, משתמשים במטרים של ערך השורש-ממוצע-ריבוע של עוצמות השדות החשמליים או המגנטיים, המכוילים ביחידות של צפיפות שטף האנרגיה של השדה האלקטרומגנטי.
8.5. אמצעי הגנה בעת עבודה עם מקורות אמפ
בבחירת אמצעי הגנה מפני חשמל סטטי (סינון מקור השדה או מקום העבודה, שימוש במנטרלי חשמל סטטי, הגבלת זמן ההפעלה ועוד), תכונות התהליכים הטכנולוגיים, התכונות הפיזיקליות והכימיות של החומר המעובד, יש לקחת בחשבון את המיקרו אקלים של המקום וכו ', אשר קובע גישה מובחנת בעת פיתוח אמצעי הגנה.
אחד מאמצעי ההגנה הנפוצים מפני חשמל סטטי הוא הפחתת יצירת מטענים אלקטרוסטטיים או סילוקם מהחומר המחושמל, מה שמושג:
1) הארקה של מתכת ואלמנטים מוליכים חשמלית של ציוד;
2) עלייה במשטחים ובמוליכות בתפזורת של דיאלקטריים;
3) התקנת מנטרלים של חשמל סטטי. הארקה מתבצעת ללא קשר לשימוש באחר
שיטות הגנה. לא רק רכיבי ציוד מקורקעים, אלא גם חלקים מבודדים מוליכים חשמלית של מתקנים טכנולוגיים.
אמצעי הגנה יעיל יותר הוא הגדלת הלחות של האוויר ל-65-75%, כאשר הדבר אפשרי בתנאי התהליך הטכנולוגי.
כציוד מגן אישי, ניתן להשתמש בנעליים אנטי-סטטיות, בחלוק אנטי-סטטי, בצמידי הארקה להגנה על הידיים ובאמצעים נוספים המספקים הארקה אלקטרוסטטית של גוף האדם.
עם ההשפעה הכללית של PMF על גוף העובדים, יש לסמן את אזורי אזור הייצור עם רמות החורגות מ-MPC בשלטי אזהרה מיוחדים עם כיתוב הסבר נוסף: "זהירות! שדה מגנטי!" יש צורך לבצע צעדים ארגוניים להפחתת השפעת PMF על גוף האדם על ידי בחירת אופן עבודה ומנוחה רציונלי, צמצום הזמן המושקע בתנאי פעולת PMF, וקביעת מסלול המגביל את המגע עם PMF ב-PMF. אזור עבודה.
בעת תיקון מערכות פס, יש לספק פתרונות shunt. אנשים המשרתים
מתקנים טכנולוגיים של DC, מערכות פסים או כאלה שנמצאים במגע עם מקורות PMF חייבים לעבור בדיקות רפואיות מקדימות ותקופות בהתאם לסטנדרטים של משרד הבריאות והתעשייה הרפואית והוועדה הממלכתית לפיקוח תברואתי ואפידמיולוגי של רוסיה. במהלך בדיקות רפואיות יש להנחות התוויות רפואיות כלליות לעבודה עם גורמים מזיקים בסביבת העבודה.
בתנאי השפעה מקומית (מוגבלת לידיים, חגורת כתפיים עליונה של עובדים), במפעלי תעשיית האלקטרוניקה, יש להשתמש בקלטות טכנולוגיות לעבודה הקשורה להרכבת התקני מוליכים למחצה המגבילים את מגע הידיים של עובדים שעובדים איתם
PMP.
במפעלים לייצור מגנטים קבועים, המקום המוביל באמצעי מניעה שייך לאוטומציה של תהליך מדידת הפרמטרים המגנטיים של מוצרים באמצעות מכשירים אוטומטיים דיגיטליים, אשר אינו כולל מגע עם PMF. רצוי להשתמש במכשירים מרוחקים (מלקחיים מחומרים לא מגנטיים, פינצטה, אחיזות), המונעים אפשרות של פעולה מקומית של ה-PMF על העובד. יש להשתמש במכשירי חסימה המכבים את המתקן האלקטרומגנטי כאשר הידיים נכנסות לאזור הכיסוי של PMP.
בפרקטיקה ההיגיינית משתמשים בשלושה עקרונות בסיסיים של הגנה: הגנה לפי זמן, הגנה על ידי מרחק והגנה על ידי שימוש בציוד מגן קולקטיבי או אינדיבידואלי. בנוסף, בדיקות תקופתיות מקדימות ושנתיות של הצוות המטפל במתקני החשמל של ה- EHV מתבצעות בהתאם לסטנדרטים של הפיקוח התברואתי והאפידמיולוגי של המדינה ומשרד הבריאות והתעשייה הרפואית של רוסיה, המבטיחים מניעת תופעות לוואי בבריאות.
עקרון הגנת הזמן מיושמים בעיקר בדרישות של המסמכים הרגולטוריים והמתודולוגיים הרלוונטיים המסדירים את ההשפעה התעשייתית של EMF FC. הזמן המותר לצוות להישאר תחת השפעת EMF FC מוגבל באורך יום העבודה, ובהתאם, פוחת עם עוצמת החשיפה הגוברת. עבור האוכלוסייה, מניעת ההשפעות השליליות של ההשפעות של ה-EP IF מסופקת יחד עם שלט רחוק מובחן.
בהתאם לסוג הטריטוריה (מגורים, לעתים קרובות או לעתים רחוקות מבקרים), המהווה ביטוי להבטחת הגנה על האדם על ידי הגבלת זמן החשיפה, בעיקר בשל יישום עקרון ההגנה על ידי מרחק. עבור קווים עיליים של מתח גבוה במיוחד (EHV) של מחלקות שונות, נקבעים גדלים הולכים וגדלים של אזורי הגנה סניטריים.
להצבת קווי עילי של 330 קילו וולט ומעלה, יש להקצות שטחים הרחק מאזור המגורים.
בעת תכנון קווים עיליים עם מתח של 750-1150 קילו וולט, יש לספק את הסרתם מגבולות ההתנחלויות, ככלל, לפחות ב-250-300 מ', בהתאמה. ורק במקרים חריגים, כאשר לא ניתן לעמוד בדרישה זו בשל התנאים המקומיים, ניתן לקרב קווי 330, 500, 750 ו-1150 קילוואט לגבול ההתנחלויות הכפריות, אך לא יותר מ-20, 30, 40 ו-55 מ' בהתאמה; במקרה זה, חוזק השדה החשמלי מתחת לחוטי הקו העילי צריך להיות לא יותר מ-5 קילו וולט / מ'. יש להסכים עם רשויות הפיקוח התברואתי והאפידמיולוגי על האפשרות להתקרב לקווים עיליים לגבול ההתנחלויות.
בתוך אזור ההגנה התברואתי חל איסור:
בניית דיור והצבת אזורי בילוי;
הצבת מפעלים לתחזוקת כלי רכב, מחסנים של מוצרי נפט;
אחסון חומרים דליקים מכל הסוגים והפעולות איתם;
עצירת רכבים, שמידותיהם חורגות מהמותר, תיקון מכונות ומנגנונים;
ביצוע עבודות השקיה במכונות השקיה שסילון המים שלהן יכול לבוא במגע עם קווים עיליים;
הצבת מוליכים ארוכים לא מקורקעים (גדרות תיל, סימני מתיחה לתליית ענבים, כשות וכו') נגישים לציבור;
כריתת מספר עצים במקביל בעת פינוי הקו העילי, טיפוס על עצים וכן עבודה ברוחות חזקות, ערפל וקרח.
בשטח אזור ההגנה הסניטרי של קווים עיליים במתח של 750 קילו וולט ומעלה, אסור:
להפעיל מכונות ומנגנונים ללא מסכי מגן, המספקים הפחתת המתח של ה-EP במקומות העבודה של העובדים;
להציב בנייני מגורים ומגרשי בית;
לערב ילדים ובני נוער מתחת לגיל 18 לעבודה חקלאית.
מוּתָר:
שימוש באזור ההגנה הסניטרי של הקו העילי להצבת גידולים חקלאיים שאינם דורשים שהות ארוכה של אנשים במהלך עיבודם;
שימור ותפעול מבני מגורים קיימים ומגרשי בית הנמצאים בתוך אזור ההגנה התברואתי של קווים עיליים במתח של 330-500 קילו וולט, בכפוף לירידה במתח החשמל בתוך מבני מגורים ובשטחים פתוחים לרמות מקובלות.
אמצעים להגנה על האוכלוסייה מההשפעות של EP FC נקבעים על פי הדרישות הבאות:
א) יצירת אזור הגנה תברואתי ושמירה קפדנית על הדרישות המסדירות את השימוש בו;
ב) בעת ארגון עבודה בתוך אזור ההגנה הסניטרי, ננקטים האמצעים הבאים להפחתת רמות השדה החשמלי:
מכונות ומנגנונים נעים (מכוניות, טרקטורים, יחידות הנעה עצמיות חקלאיות ונגררות וכו') מצוידים במגע חשמלי אמין עם הקרקע. עבור מכונות ומנגנונים הארקה על קורס פניאומטי, מותר להשתמש בשרשרת מתכת קבועה על מסגרת תומכת;
מכונות ומנגנונים שאין להם תאי מתכת חייבים להיות מצוידים במסכי הגנה, מצחייה המחוברת לגוף. מסכים ומגן יכולים להיות עשויים מתכת מתכת או רשת מתכת;
כדי למנוע פריקות חשמליות כאשר אדם יוצר קשר עם מוליכים, הם מוארקים, מוליכים מורחבים מוארקים בכמה מקומות וממוקמים בניצב ל
ל-VL;
בעת ביצוע עבודות בנייה והתקנה, מוצרי מתכת מורחבים (צינורות, חוטי קווי תקשורת וכו') מקורקעים באתרי עבודה ולפחות בשתי נקודות במקומות שונים;
ג) מבנים המוחזקים בתוך אזור ההגנה הסניטריים מוגנים על ידי מגן מוארק, גגות מתכת הם מהימנים
מקורקע בשני מקומות לפחות. עם התקן הארקה, ערך ההתנגדות אינו מתוקנן;
ד) להפחית את חוזק השדה החשמלי בשטחים פתוחים, במידת הצורך, התקנת התקני מיגון כבלים, כמו גם גדרות בטון מזוין. לאותה מטרה שותלים עצים ושיחים;
ה) בהצטלבות כבישים עם קווים עיליים מותקנים שלטים האוסרים על עצירת תחבורה, ובמידת הצורך מגבילים את גודל הרכב;
ו) בתהליך הכנה וביצוע עבודות בסמוך לקווים עיליים, מחויבים האחראים על ביצוע עבודות אלה להדריך עובדים ולפקח על ביצוע אמצעי הגנה מפני השפעות שדה חשמלי ועמידה בדרישות הבטיחות;
ז) בישובים שלידם עוברים קווים עיליים, מפעלי רשת החשמל, יחד עם הרשויות העירוניות, מבצעים עבודת הסברה בקרב האוכלוסייה לקידום אמצעי בטיחות בעת עבודה ובקרבת קווים עיליים וכן מתקינים שלטי אזהרה במקומות של סכנה מוגברת.
יחד עם זאת, בשל היעדר מסמך רגולטורי ומתודולוגי מתאים המסדיר את ההשפעות הלא-פרודוקטיביות שלהם, הגנה על האוכלוסייה אינה ניתנת ל-MP HR (בעיקר בשל חוסר ידע בנושא).
מניעת ההשפעות השליליות של EMF FC על אדם על ידי שימוש בציוד מגן ניתנת רק עבור השפעות תעשייתיות ורק עבור הרכיב החשמלי (EC FC) בהתאם לדרישות GOST 12.1.002-84 ו- SanPiN N 5802-91 ו GOST תוכנן במיוחד כדי לטפל בבעיות אלה 12.4.154-85 "SSBT. מכשירי הקרנה להגנה מפני שדות חשמליים בתדר תעשייתי. דרישות טכניות כלליות, פרמטרים וממדים בסיסיים" ו-GOST 12.4.172-87 "SSBT. ערכת מיגון אישית להגנה מפני שדות חשמליים בתדר תעשייתי. דרישות טכניות כלליות ושיטות בקרה".
ציוד מגן קולקטיבי כולל שתי קטגוריות עיקריות של ציוד כזה: נייח ונייד (נייד). מסכים נייחיםעשוי להיות שונה
מבני מתכת מקורקעים (מגנים, חופות, סככות - מוצקות או רשתות, מערכות כבלים) המוצבים מעל מקומות העבודה של הצוות הממוקם באזור ה-EF FC. אמצעי הגנה ניידים (ניידים).הם סוגים שונים של מסכים נשלפים. תרופות קולקטיביותמשמשים כיום לא רק כדי להבטיח את שמירה על בריאותם של כוח אדם המטפל במתקני חשמל במתח גבוה, וכתוצאה מכך, חשופים להשפעות של EF FC, אלא גם כדי להגן על האוכלוסייה על מנת להבטיח את ערכי התקן של מתח FC EF באזור המגורים (לרוב באזורי גן). מגרשים הממוקמים ליד תוואי VL). במקרים אלו משתמשים לרוב במסכי כבלים הבנויים בהתאם לחישובים הנדסיים.
רָאשִׁי ציוד מגן אישימ-EP FC הן כרגע ערכות מיגון אישיות. ברוסיה, ישנם סוגים שונים של ערכות עם דרגות שונות של מיגון, לא רק לעבודות קרקע באזור ההשפעה של EP FC במתח של לא יותר מ-60 קילו וולט/מ', אלא גם לביצוע עבודה. עם מגע ישיר עם חלקים חיים תחת מתח (עבודה תחת מתח) בקווים עיליים עם מתח 110-1150 קילו וולט. על מנת למנוע אבחון מוקדם וטיפול בהפרעות בריאות הפועלות תחת השפעת קרינה אלקטרומגנטית בתדר רדיו, יש צורך לערוך בדיקות רפואיות מקדימות ותקופות בהתאם להוראות משרד הבריאות והפיתוח החברתי של הפדרציה הרוסית. כל האנשים עם ביטויים ראשוניים של הפרעות קליניות הנגרמות מחשיפה לגלי רדיו, כמו גם עם מחלות כלליות, שהמהלך שלהן עלול להחמיר בהשפעת גורמים שליליים בסביבת העבודה, צריכים להילקח בהשגחה היגיינית וטיפולית מתאימה. צעדים שמטרתם שיפור תנאי העבודה והשבת הבריאות. במקרים המאופיינים במהלך מתקדם של פתולוגיה תעסוקתית או מחמירים במחלות כלליות, מתבצעת העברה זמנית או קבועה של עובדים לעבודה אחרת. נשים במהלך ההיריון וההנקה כפופות גם להעברה לעבודה אחרת, אם רמות EMR במקום העבודה עולות על ה-MPC שנקבע עבור האוכלוסייה. אנשים מתחת לגיל 18
ראסטה, לעבודה עצמאית על מתקנים שהם מקורות לקרינה אלקטרומגנטית בתחום תדרי הרדיו אסורות. יש ליישם אמצעי הגנה לעובדים בכל סוגי העבודה, אם רמות ה-EMP במקום העבודה חורגות מהמותר.
הגנה על כוח אדם מפני חשיפה ל-RF EMR מושגת באמצעות אמצעים ארגוניים והנדסיים, כמו גם שימוש בציוד מגן אישי.
הפעילויות הארגוניות כוללות: בחירת אופני פעולה רציונליים של מתקנים; הגבלת המקום והזמן של שהות כוח אדם באזור הקרינה, ואחרים. אמצעים הנדסייםכוללים: מיקום רציונלי של ציוד, שימוש באמצעים המגבילים את זרימת האנרגיה האלקטרומגנטית למקומות העבודה של כוח אדם (בולמי כוח, מיגון). לציוד מגן אישיכוללים משקפי מגן, מגנים, קסדות, ביגוד מגן (סרבל, סרבל וכו').
יש לקבוע את שיטת ההגנה בכל מקרה ספציפי תוך התחשבות בטווח תדרי ההפעלה, באופי העבודה שבוצעה וביעילות ההגנה הנדרשת.
עקרונות ההגנה שונים בהתאם למטרה ולעיצוב של הפולטים. הגנה על כוח אדם מפני חשיפה יכולה להתבצע על ידי אוטומציה של תהליכים טכנולוגיים או שליטה מרחוק, למעט נוכחות חובה של מפעיל ליד מקור הקרינה, על ידי מיגון משרני עבודה.
במקרים בהם אי אפשר להעביר את הציוד לשליטה אוטומטית או מרחוק (בלתי אפשרי מבחינה טכנית או קשור בעלויות חומר גבוהות), יש צורך להגן על מקום העבודה. פעילויות אלו מבוצעות גם בעת שירות לציוד EGU בעל אנרגיית רזרבה גדולה, המיועד לעיבוד חלקים בגודל גדול. מיגון מקומות עבודה מתבצע גם במקרים בהם מיגון של מקורות שדה אלקטרומגנטי אינו אפשרי בשל הפרט של התהליך הטכנולוגי (עבודה על ספסלי בדיקה וכו').
ניתן לחלק את כל האמצעים והשיטות להגנת EMF ל-3 קבוצות: ארגונית, הנדסית וטיפול ומניעה.
אירועים ארגוניים הן במהלך התכנון והן במתקני ההפעלה, הם מספקים מניעת כניסה של אנשים לאזורים בעלי עוצמת EMF גבוהה, ויוצרים אזורי הגנה סניטריים סביב מבני אנטנה למטרות שונות. כדי לחזות את רמות הקרינה האלקטרומגנטית בשלב התכנון, נעשה שימוש בשיטות חישוב לקביעת ה-PES וחוזק ה-EMF.
העקרונות הכלליים העומדים בבסיס ההגנה ההנדסית והטכנית, מצטמצמים לכאלה: איטום חשמלי של רכיבי מעגל, בלוקים, יחידות של המתקן בכללותו על מנת להפחית או לחסל קרינה אלקטרומגנטית; הגנה על מקום העבודה מפני קרינה או סילוקו למרחק בטוח ממקור הקרינה. להגנה על מקום העבודה, מומלץ להשתמש במסכים מסוגים שונים: מחזירי אור (מתכת מוצקה מרשת מתכת, בד מתכתי) וסופגים (מחומרים בולעי רדיו).
כציוד מגן אישי, מומלץ ביגוד מיוחד מבד מתכת ומשקפי מגן.
במקרה בו רק חלקים מסוימים בגוף או בפנים חשופים לקרינה, ניתן להשתמש בחלוק מגן, סינר, שכמייה עם ברדס, כפפות, משקפי מגן, מגנים.
אמצעים טיפוליים ומניעתיים צריך להיות מכוון, קודם כל, לגילוי מוקדם של סימנים להשפעות שליליות של שדות אלקטרומגנטיים המטפל, נוירופתולוג, רופא עיניים לוקחים חלק בבדיקה הרפואית.