Джерела електромагнітного випромінювання природного, техногенного походження створюють загальний фон довкілля. Вплив ЕМ-поля на життєдіяльність живих організмів є доведеним фактом.

Природні випромінювачі

Природне місце існування людини – електромагнітний простір: геомагнітне поле, сонячна радіація, грозові розряди. Людина є одночасно випромінювачем та приймачем ЕМВ.Обмінні процеси в організмі мають іонну природу. Важко уявити, які форми набуде життя за відсутності електромагнетизму. Поверхня Землі має позитивний статичний заряд 130 V/m.

Чим вище над рівнем моря, тим менший статичний заряд:

• 100 м – 100 V/m;
• 1000 м – 45 V/m;
• 20 000 м – 1 V/m.

Грозові хмари змінюють напруженість ЕМП у 30 разів без розрядів блискавок. Електрична провідність атмосферного повітря коливається залежно від температури, вологості. Хмарна погода, туман підвищують концентрацію іонів, збільшуючи загальний потенціал поверхні.

Людський організм пристосований до варіативності електромагнітного поля Землі.Обмінні процеси в організмі відбуваються в іонній формі. Атмосфера захищає від дії жорсткої радіації. Ядерні реакції на Сонці, зірках інших систем є причиною ультрафіолетових, інфрачервоних, рентгенівських хвиль. Вони завдають шкоди здоров'ю навіть за мінімальних доз. Маючи високу частоту та енергію, руйнують клітини організму, можуть викликати незворотні наслідки.

Перехід заряджених частинок в атомі чи молекулі з рівня на інший під час ядерної реакції супроводжується енергетичним сплеском. Виникають нові частки зі своїми хвильовими характеристиками. Коливання електромагнітних випромінювань мають різну частоту, від якої залежить довжина хвилі, енергія.

За потужністю (частотою) випромінювання поділяється на 6 типів:

• низькочастотне;
• радіохвильове;
• інфрачервоне;
• світлове;
• ультрафіолетове;
• рентгенівське.

Технічні засоби, створені людиною, мають такий самий хвильовий спектр. Вони можуть поєднуватись, посилюючи впливи, або дисонувати, створюючи перешкоди для функціонування.

Техногенні хвилеві випромінювачі

Людина навчилася відтворювати ЕМІ для своїх цілей. Джерела електромагнітного поля є необхідною частиною сучасного життя.

Відтворюються у земних умовах:

• високочастотні – гамма та рентгенівські промені;
• середньочастотні – інфрачервоні, світлові, ультрафіолетові;
• низькочастотні – радіо, мікрохвилі.

Штучні випромінювачі стали звичними та зустрічаються на кожному кроці:

• комп'ютери;
• побутова техніка;
• мобільні пристрої;
• передавальні електро-, теле- та радіопристрою;
• промислові механізми;
• електротранспорт;
• медичне та наукове обладнання.

Штучні високовольтні джерела електромагнітних полів:

• трансформатори;
• монітори;
• телевізори.

Основні типи джерел електромагнітного випромінювання: атомарний рівень та провідниковий. Прикладом провідникового випромінювача є високовольтна лінія електропередач: потік вільних електронів здійснює синхронні коливальні рухи, створюючи напругу.

Вплив штучного ЕМ-фону

Лінії електропередач створюють напруженість, розміри якого залежать від напруги, що передається.

Санітарна зона визначається з розрахунку напруженості поля:

• для ЛЕП 220 кВ відстань становитиме 50 м;
• для ЛЕП 750 кВ – 250 м;
• для ЛЕП 1150 кВ – 300 м.

Радіохвилі різної частоти - основне джерело виникнення ЕМ-шуму:

• радіолокація в аеропортах, на метеостанціях;
• базові станції мобільного зв'язку;
• теле-, радіостанції;
• ППС супутникового зв'язку;
• радіотелефони.

Радари працюють на високих частотах (від 500 МГЦ до 100 ГГЦ). Потужні випромінювачі, працюючи у переривчастому режимі, проте створюють щільний енергетичний потім на значній відстані через цілодобовий характер роботи. Аеропорти у межах – основне джерело опромінення житлових кварталів.

Приймачі станції мобільного зв'язку використовують частоти від 500 до 2 000 МГЦ. Діяльність станцій залежить від навантаження (кількості абонентів на зв'язку). Пікові величини опромінення припадають на денний час, у нічний час дорівнюють нулю.

Телевипромінювачі, розташовані на висоті від 100 м над землею, менш впливають на напруженість поверхневого поля, ніж радіопередаючі центри. Радіотранслятори працюють у діапазоні ультракоротких та надвисоких частот, охоплюючи зони до 100 км по круговому радіусу. Несприятливому впливу піддається як працюючий персонал, а й прилегла житлова забудова.

Станції супутникового зв'язку загрожують здоров'ю, якщо перебувати в зоні дії вузькоспрямованого енергетичного потоку. Мобільні телефони не впливають на фон. Трамвай, метро, ​​тролейбус загалом мають показник 50-80 мкТл.

ЕМ-забруднення від побутових електроприладів залежить від їхньої потужності:

• праска, холодильник мають гранично допустимий показник 0,2 мкТл;
• пральна машина, електрочайник – 0,5 мкТл;
• електроплита – 1-3 мкТл;
• піч-НВЧ - 8мкТл;
• пилосос – 100 мкТл.

Стандарти обмежують потужність статичної напруги обладнання та техніки, що застосовуються у побуті від 1 до 20 KV/m. Функціонування технічних засобів може бути утруднено через ЕМ-перешкоди.

ЕМ-сумісність

Зовнішні збурення від грозових розрядів різко змінюють частотний діапазон електростатичного поля.

Наслідки ударів блискавок – вихід із ладу:

• телекомунікаційних систем;
• бездротовий зв'язок;
• ліній електропередач;
• падіння потужності обладнання (на виробництві, електротранспорті та ін. видах).

Поєднання однією площі кількох випромінювачів погіршує чи заважає їх роботі. Мікрохвильова піч, що має частоту випромінювання в 100 ГГЦ, ускладнить прийом сигналу на мобільний телефон у радіусі 50 см. З цієї причини заборонено використання смартфонів під час медичного обстеження на комп'ютерному томографі, МРТ, УЗД, ЕКГ.

Щоб уникнути перешкод, розробляються стандарти сумісності (ЕМС). Промислова забудова неможлива без дотримання стандартів ЕМС. Для цього проводиться обстеження на обстановку (ЕМО), перешкоди (ЕМП), стійкість до перешкод.

ЕМС враховується під час випуску предметів широкого споживання, у яких враховано медичні показання безпечного використання. Рекомендується вжити додаткових заходів безпеки при постійному застосуванні.

Безпечні відстані, на яких вплив ЕМІ закінчується:

• мобільний телефон – 2,5 см;
• телевізор – 1 м;
• піч НВЧ – 1 м;
• системний блок – 0.5 м;
• монітор – 0,5м.

Напруженість біля земної поверхні, побутова техніка (крім НВЧ), засоби зв'язку, комунікацій відносяться до нешкідливих ЕМІ.

Вимірники хвильових випромінювань

Для визначення напруженості застосовується флюксметр (веберметр). Принцип дії приладу полягає у фіксації магнітного потоку за допомогою котушки та гальванометра. Магнітні величини взаємопов'язані з електричними, що пояснює застосування приладу.
Флюксметр використовують:

• у промислових установках (на мостових кранах, які використовують змінні магніти для складування чорних металів);
• під час будівництва меридіональних трубопроводів великого перерізу (для вимірювання магнітного поля);
• для захисту електроустановок від ЕМ-бур, викликаних спалахом на Сонці (покази веберметра дозволяють вчасно вжити обмежувальних дій);
• для захисту від блукаючих струмів електростанцій, підстанцій, магістральних трубопроводів.

Флюксметри бувають магнітоелектричні та фотоелектричні. Відмінність – більшу чутливість останніх через застосування компенсаційного підсилювача. Вимірювання магнітного потоку за допомогою ЕРС, одиниці виміру – Вб/поділ.

Тесламетри (різновид флюксметра) вимірюють ЕРС між напівпровідниковими пластинами, одиниця виміру - мкТл. Прилади компактні, мають похибку до 2%, широкий діапазон частот як змінного, і постійного струму.

Вплив ЕМІ на людський організм

Електромагнітні випромінювання надають біо- та тепловий вплив на тканини та органи людини.

На людський організм впливає:

• потужність випромінювання;
• тривалість;
• тип дії.

Енергія змінного поля поглинається тканинами неоднаково через відмінності у структурі. Нерівномірне підвищення температури викликає перегрівання органів і тканин, що мають недостатню теплорегуляцію. Передача теплоти у довкілля утруднена, у результаті пошкоджуються/руйнуються клітини.

Насамперед страждають:

• очний кришталик;
• жовчний міхур;
• сечовий міхур.

Мозок, кишечник мають слабку можливість терморегуляції.

Захворювання, що викликаються ЕМП:

• катаракта;
• гіпотонія;
• захворювання кровотворної системи (руйнування еритроцитів);
• мігрень;
• порушення ендокринної системи;
• синдром хронічної втоми.

Вплив сильного ЕМ-поля несприятливо впливає вагітність, викликаючи порушення внутрішньоутробного розвитку плода. Ендокринні порушення у чоловіків – це зниження потенції, безплідність. Руйнування кров'яних тілець блокує роботу імунної системи. У головному мозку порушуються нейронні зв'язки: погіршується пам'ять, увага. Інфрачервона форма ЕМІ небезпечна високою енергією частинок, що спричиняють перегрів організму. При температурі вище 42 градусів зупиняється кровообіг, людина гине. Зловживання ультрафіолетовим опроміненням може призвести до меланоми (раку шкіри).

Природні ЕМ-хвилі, необхідні для існування земних організмів, можуть бути згубними у високочастотному діапазоні. Пристрої та механізми – джерела ЕМ-забруднення, що є побічним ефектом від застосування.

Якщо природне електромагнітне поле залишається практично постійним протягом тисячоліть, то рівень штучних електромагнітних полів сильно зріс останні десятиліття.

Джерелами штучних електромагнітних полів є: електромагнітні поля низькочастотного діапазону, що використовуються у промисловому виробництві (термічна обробка); високочастотні поля (радіозв'язок, медицина, ТБ, радіомовлення); електромагнітні поля НВЧ-діапазону (радіолокація, навігація, медицина, стільниковий зв'язок), і т.д.

Застосування електромагнітних полів у промисловості значно покращує умови праці, проте, при цьому виникає низка проблем захисту персоналу від їх впливу. Електромагнітні поля всепроникні, здатні поширюватися зі швидкістю світла і не виявляються органами чуття. Органи почуттів людини не сприймають електромагнітні поля в аналізованому діапазоні частот, людина неспроможна сама контролювати рівень випромінювання і оцінити небезпеку.

Ступінь впливу електромагнітного випромінювання на людину залежить від інтенсивності випромінювання, частоти та часу дії.

Тривалий вплив на людину електромагнітних полів великої інтенсивності викликає досить сильний стресовий стан, підвищену стомлюваність, сонливість, порушення сну, головний біль, гіпертонію, біль у серці. Вплив полів надвисоких частот може спричинити зміну крові, захворювання очей.

Види та джерела електромагнітних випромінювань.

Сукупність електричного та магнітного полів називається електромагнітним полем (ЕМП). Електромагнітні випромінювання (ЕМІ) являють собою взаємопов'язані, що поширюються в просторі з кінцевою швидкістю і не можуть існувати один без одного змінні електричні і магнітні поля. Вони мають хвильові та квантові властивості.

До хвильових властивостей відносять швидкість поширення ЕМІ у просторі (С), частоту коливань поля (f) та довжину хвилі (λ). Швидкість поширення всіх видів ЕМІ дорівнює в атмосфері приблизно 300 000 км в сек.

Джерела ЕМП природні: атмосферна електрика, космічні промені, випромінювання сонця. Штучні: генератори, трансформатори, антени, лазерні установки, мікрохвильові печі, монітори комп'ютерів та ін. Джерела електромагнітних полів промислової частоти – це все електричні прилади, лінії електропередач.

Змінне ЕМП є сукупністю двох взаємопов'язаних полів: електричного (Е, В/м) та магнітного (Н, A/м).

Характеристики ЕМП: довжина хвилі λ, [м]; частота коливань f, [Гц]; швидкість поширення, м/с.

Довжина електромагнітних хвиль буває різною: від значень порядку 103 м (радіохвилі) до 10-8 см (рентгенівські промені). Світло становить незначну частину широкого спектра електромагнітних хвиль. Тим не менш, саме при вивченні цієї малої частини спектру були відкриті інші випромінювання з незвичайними властивостями.

Принципової різниці між окремими випромінюваннями немає. Всі вони являють собою електромагнітні хвилі, що породжуються зарядженими частинками, що прискорено рухаються. Виявляються електромагнітні хвилі зрештою з їхньої дії на заряджені частинки. Кордони між окремими областями шкали випромінювань дуже умовні.

Випромінювання різної довжини хвилі відрізняються один від одного за способом їх отримання (випромінювання антени, теплове випромінювання, випромінювання при гальмуванні швидких електронів та ін.) та методів реєстрації.

Всі перелічені види електромагнітного випромінювання породжуються також космічними об'єктами та успішно досліджуються за допомогою ракет, штучних супутників Землі та космічних кораблів. У першу чергу це відноситься до рентгенівського та гамма-випромінювань, що сильно поглинається атмосферою.

У міру зменшення довжини хвилі кількісні відмінності у довжинах хвиль призводять до суттєвих якісних відмінностей.

Випромінювання різної довжини хвилі дуже відрізняються один від одного по поглинанню їх речовиною. Короткохвильові випромінювання (рентгенівське та особливо g-промені) поглинаються слабо. Непрозорі хвиль оптичного діапазону речовини прозорі для цих випромінювань. Коефіцієнт відбиття електромагнітних хвиль також залежить від довжини хвиль. Але головне різницю між довгохвильовим і короткохвильовим випромінюваннями у цьому, що короткохвильове випромінювання виявляє властивості частинок.

Радіохвилі

f = 105-1011 Гц

Отримують за допомогою коливальних контурів та макроскопічних вібраторів.

Властивості: Радіохвилі різних частот і з різними довжинами хвиль по-різному поглинаються та відбиваються середовищами, виявляють властивості дифракції та інтерференції.

Застосування: Радіозв'язок, телебачення, радіолокація.

За інших рівних умов доза іонізуючого випромінювання тим більше, що більше час опромінення, тобто. доза згодом накопичується. Доза, віднесена до часу впливу, називається рівнем радіації та вимірюється в рентгенах на годину (Р/год).

Зовнішнє випромінювання діє весь організм людини.

Фонове опромінення організму людини складається з природного радіаційного фону Землі (космічне випромінювання, випромінювання від природних радіоактивних елементів, що знаходяться в грунті, будматеріалах, у воді і повітрі; випромінювання від радіоактивних природних елементів, які з їжею і водою потрапляють всередину організму, фіксуються в у тілі людини все життя) та штучних джерел опромінення (у медицині - рентген, флюорограма, лазер; у промисловості - підприємства ядерно-паливного циклу; у побуті - комп'ютери, телевізори, годинники зі циферблатами, що світяться).

Середня доза опромінення від усіх природних джерел – 200 мР/рік, від штучних джерел 150 – 300 мР/рік. Загалом фонове опромінення становить 500 мР/рік.

При польоті літаком на висоті 8 км додаткове опромінення становить 1,35 мкР/рік.

Кольоровий телевізор на відстані 2,5 метра від екрану випромінює 0,0025 мкР/годину, 5 см. від екрану – 100 мкР/годину.

Середня еквівалентна доза опромінення при медичних дослідженнях 25-40 мкР/рік.

Вплив електромагнітних випромінювань на людину.

Вплив електромагнітних полів (ЕМП) на людину залежить від інтенсивності поля, довжини хвилі, часу дії та функціонального стану організму.

Від довжини хвилі залежить глибина проникнення поля у живий організм. Довгохвильові ЕМП проникають глибоко в організм, піддаючи впливу спинний і головний мозок. ЕМП НВЧ діапазону свою енергію витрачають в основному в поверхневому шарі шкіри, призводячи до теплового впливу. Від цього найбільше страждають органи, не захищені жировим шаром, бідні на кровоносні судини (очі, мозок, нирки, жовчний і сечовий міхур, сім'яники). Надмірна теплота відводиться з організму завдяки терморегуляції. Однак, починаючи з певної величини, званої тепловим порогом, організм не справляється з відведенням теплоти, що утворюється, і температура тіла підвищується. При цьому значення теплового порогу тим нижче, що вища частота ЕМП. Наприклад, для хвиль дециметрового діапазону тепловий поріг 40 мВт/см2, а міліметрових хвиль - 7 мВт/см2.

Постійна дія ЕМП веде до функціональних розладів нервової, ендокринної та серцево-судинної систем, у людини знижується кров'яний тиск, сповільнюється пульс, гальмуються рефлекси, змінюється склад крові. Теплова дія може призвести до перегріву тіла та окремих органів, порушення їх функціональної діяльності. ЕМП НВЧ діапазону призводять до теплової катаракти (помутніння кришталика ока). Суб'єктивно прояв впливу ЕМП виявляється у підвищеній стомлюваності, головному болі, дратівливості, задишці, сонливості, погіршенні зору, підвищенні температури тіла.

Допустимі рівні впливу ЕМП наведені в ГОСТ12.1.006-84 "Електромагнітні поля радіочастот. Допустимі рівні на робочих місцях та вимоги до проведення контролю". ГОСТ12.1.006-84 встановлює гранично допустимі значення густини потоку енергії електромагнітного поля.

Гранично допустимі значення густини потоку енергії електромагнітного поля становлять - 25мкВт/см2 протягом 8 годин, 100мкВт/см2 протягом 2 годин, при цьому максимальне значення не повинно перевищувати 1000мкВт/см2.

ЕМП з частотою від 60 кГц до 300 МГц нормуються окремо за електричною і магнітною складовою, оскільки на цих частотах на людину діють незалежно один від одного електричне і магнітне поле. Для полів НВЧ діапазону (300 МГц - 300 ГГц) нормують гранично допустиму щільність потоку енергії, яка не повинна перевищувати 10 Вт/м2.

Якщо значення ЕМП на робочих місцях перевищують допустимі, необхідно передбачити відповідні способи захисту людини.

За часів СРСР на військових заводах, у НДІ, КБ люди пов'язані з високочастотним випромінюванням отримували: 15% надбавку за шкідливість, скорочений робочий день, скорочення віку виходу на пенсію.

Чутливість організму до високочастотного випромінювання починається при рівнях набагато менше теплового впливу. Починаючи порядку часток мікроват на сантиметр квадратний; до одиниць мілліват триває фаза пригнічення організму, далі настає фаза стимуляції - поліпшення під впливом високочастотного випромінювання загального стану організму або чутливості його окремих органів, а на щільності понад 10 мВт/см2 знову настає фаза пригнічення організму».

Стільниковий телефон є джерелом неіонізуючого випромінювання в діапазонах 900 та 1800 МГц.

По впливу організм людини високочастотне випромінювання умовно ділиться на два виду:

1) Теплове – за рахунок нагріву тканин організму людини, проявляється на більших рівнях випромінювання. Найбільш схильні до теплового впливу ока (кришталик) та яєчка у чоловіків. Це з тим, що у цих органах мало кровоносних судин, тому через вкрай низького тепловідведення очі і яєчка уражаються насамперед.

Слід зазначити, що рівень випромінювання стільникового телефону не має помітного теплового впливу на людину, але може знижувати гостроту зору.

2) Нетеплова (інформаційна) дія - проявляється на невеликих рівнях випромінювання, як результат взаємодії високочастотного випромінювання з біополем людини. Виявляється опосередковано, як додатковий стрес організму, у комплексі з іншими негативними впливами (екологія, продукти харчування, психічна напруга мешканців мегаполісів). Вплив неіонізуючого випромінювання має тенденцію накопичуватися в організмі.

Це виглядає наступним чином: через деякий час після початку розмови по стільниковому телефону організм людини починає захищатися від електромагнітного поля, що випромінюється телефоном: збільшує рівень своїх полів. Після закінчення розмови біополе людини виявляється збудженою, (ступінь і тривалість збудження залежить від індивідуальних особливостей); організм відразу починає відновлювати його конфігурацію. Далі слідує інший дзвінок, вплив повторюється, і так день за днем. Внаслідок впливу від наступного дзвінка накладаються на попередні.

Під впливом іонізуючого випромінювання в організмі людини спостерігаються зміни:

1. Первинні (виникають у молекулах тканини та живих клітинах);

2. Порушення функцій всього організму.

Захист від дії електромагнітних випромінювань.

Захист людини від несприятливої ​​біологічної дії ЕМП будується за такими основними напрямами: організаційні заходи; інженерно-технічні заходи; лікувально-профілактичні заходи

До організаційних заходів щодо захисту від дії ЕМП належать: вибір режимів роботи випромінюючого обладнання; розробка нормативних актів, які регламентують допустимий рівень випромінювання; обмеження місця та часу перебування в зоні дії ЕМП (захист відстанню та часу); позначення та огородження зон з підвищеним рівнем ЕМП.

Для кожної установки, що випромінює електромагнітну енергію, повинні визначатися санітарно-захисні зони, в яких інтенсивність ЕМП перевищує ПДК. Межі зон визначаються розрахунково кожного конкретного випадку розміщення випромінюючої установки під час роботи їх у максимальну потужність випромінювання і контролюються з допомогою приладів. Інженерно-технічні захисні заходи будуються використання явища екранування електромагнітних полів безпосередньо у місцях перебування людини.

Від електричного поля промислової частоти, створюваного системами передачі електроенергії, здійснюється шляхом встановлення санітарно-захисних зон для ліній електропередачі та зниженням напруженості поля у житлових будинках та у місцях можливого тривалого перебування людей шляхом застосування захисних екранів. Захист від магнітного поля промислової частоти практично можливий лише на стадії розробки виробу або проектування об'єкта.

Основні вимоги щодо забезпечення безпеки населення від електричного поля промислової частоти, створюваного системами передачі та розподілу електроенергії, викладено у Санітарних нормах та правилах «Захист населення від впливу електричного поля, створюваного повітряними лініями електропередачі змінного струму промислової частоти» № 2971-84.

Нині низка країн розробили документи, які регламентують норми випромінювання побутових електронних приладів. Загальновизнаним лідером, національні стандарти якого перетворилися на світові, стала Швеція. Перший популярний шведський стандарт називався MPR 2 (1990). Для свого часу MPR 2 дуже жорстко регламентував норми випромінювання. Але істинно наднаціональними та почесними для виробників моніторів та стільникових телефонів стали жорсткі норми стандартів ТСО.

Ці стандарти оновлюються кожні три роки.

Абревіатура ТСО розшифровується як "Шведська федерація профспілок". За розробкою стандарту стоять: власне Федерація, Шведське товариство охорони природи, національний комітет промислового та технічного розвитку (NUTEK) та вимірювальна компанія SEMKO, яка має вагу та авторитет незалежної сертифікації.

Висновок.

У зв'язку з бурхливим розвитком техніки електроніки рівень штучних електромагнітних полів сильно зріс за останні десятиліття. Майже всі ми знаходимося в умовах одночасного впливу електромагнітних полів, іонізуючих випромінювань, хімічних речовин та інших несприятливих факторів зовнішнього середовища. Внаслідок спільної дії всіх цих факторів процеси в організмі протікають інакше, ніж вони протікали б при дії тільки природних магнітних полів (магнітне поле Землі, радіовипромінювання сонця, атмосферна електрика).

Традиційно при розгляді біологічних ефектів від електромагнітного поля вважалося, що основним механізмом впливу є "теплове" ураження тканин. Виходячи з цього, і розроблялися стандарти безпеки в багатьох країнах. Проте останнім часом з'являється все більше доказів, що існують інші шляхи взаємодії електромагнітного поля. живого організму при інтенсивності поля недостатніх для теплових впливів.

Контрольні питання:

1. Радіаційна аварія?

2. Радіаційна поразка?

3. Види електромагнітних випромінювань?

4. Захист від електромагнітного випромінювання?

Зміст статті

ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ВИМИКАННЯ,електромагнітні хвилі, що збуджуються різними випромінюючими об'єктами, – зарядженими частинками, атомами, молекулами, антенами та ін. Залежно від довжини хвилі розрізняють гамма-випромінювання, рентгенівське, ультрафіолетове випромінювання, видиме світло, інфрачервоне випромінювання, радіохвилі та низькочастотні електромагніти.

Може здатися дивним, що зовні такі різні фізичні явища мають загальну основу. Справді, що спільного між шматочком радіоактивної речовини, рентгенівською трубкою, ртутною газорозрядною лампою, лампочкою ліхтарика, теплою піччю, радіомовною станцією та генератором змінного струму, підключеним до лінії електропередачі? Як, втім, і між фотоплівкою, оком, термопарою, телевізійною антеною та радіоприймачем. Проте перший список складається з джерел, а другий – із приймачів електромагнітного випромінювання. Впливи різних видів випромінювання на організм людини теж різні: гамма- та рентгенівське випромінювання пронизують його, викликаючи пошкодження тканин, видиме світло викликає зорове відчуття в оці, інфрачервоне випромінювання, падаючи на тіло людини, нагріває його, а радіохвилі та електромагнітні коливання низьких частот людським організмом і зовсім не відчуваються. Незважаючи на ці явні відмінності, всі названі види випромінювань – по суті, різні сторони одного явища.

Взаємодія між джерелом та приймачем формально полягає в тому, що при будь-якій зміні в джерелі, наприклад при його включенні, спостерігається певна зміна у приймачі. Ця зміна відбувається не відразу, а через деякий час, і кількісно узгоджується з уявленням, що щось переміщається від джерела до приймача з дуже великою швидкістю. Складна математична теорія і безліч різноманітних експериментальних даних показують, що електромагнітна взаємодія між джерелом і приймачем, розділеними вакуумом або розрідженим газом, може бути представлена ​​у вигляді хвиль, що поширюються від джерела до приймача зі швидкістю світла з.

Швидкість поширення у вільному просторі однакова всім типів електромагнітних хвиль від гамма-променів до хвиль низькочастотного діапазону. Але кількість коливань в одиницю часу (тобто частота f) змінюється в дуже широких межах: від кількох коливань за секунду для електромагнітних хвиль низькочастотного діапазону до 10 20 коливань за секунду у разі рентгенівського та гамма-випромінювань. Оскільки довжина хвилі (тобто відстань між сусідніми горбами хвилі; рис. 1) дається виразом l = с/f, вона також змінюється у межах – від кількох тисяч кілометрів для низькочастотних коливань до 10 –14 м для рентгенівського і гамма-випромінювань. Саме тому взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною настільки по-різному в різних частинах їх спектру. І все ж всі ці хвилі споріднені між собою, як споріднені водяна бриж, хвилі на поверхні ставка і штормові океанські хвилі, що теж по-різному впливають на об'єкти, що зустрічаються на їхньому шляху. Електромагнітні хвилі суттєво відрізняються від хвиль на воді та від звуку тим, що їх можна передати від джерела до приймача через вакуум або міжзоряний простір. Наприклад, рентгенівські промені, що виникають у вакуумній трубці, впливають на фотоплівку, розташовану далеко від неї, тоді як звук дзвіночка, що знаходиться під ковпаком, почути неможливо, якщо відкачати повітря з-під ковпака. Око сприймає промені видимого світла, що йдуть від Сонця, а розташована на Землі антена - радіосигнали віддаленого на мільйони кілометрів космічного апарату. Таким чином, ніякого матеріального середовища, на кшталт води чи повітря, поширення електромагнітних хвиль не потрібно.

Джерела електромагнітного випромінювання.

Незважаючи на фізичні відмінності, у всіх джерелах електромагнітного випромінювання, будь то радіоактивна речовина, лампа розжарювання або телевізійний передавач, це випромінювання збуджується зарядами, що рухаються з прискоренням. Розрізняють два основні типи джерел. У «мікроскопічних» джерелах заряджені частинки стрибками переходять із одного енергетичного рівня в інший атомів чи молекул. Випромінювачі такого типу випускають гамма-, рентгенівське, ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне, а в деяких випадках і ще більш довгохвильове випромінювання (прикладом останнього може служити лінія в спектрі водню, що відповідає довжині хвилі 21 см, що відіграє важливу роль у радіоастрономії). Джерела другого типу можна назвати макроскопічними. Вони вільні електрони провідників здійснюють синхронні періодичні коливання. Електрична система може мати найрізноманітніші конфігурації та розміри. Системи такого типу генерують випромінювання в діапазоні від міліметрових до довгих хвиль (в лініях електропередачі).

Гамма-промені випускаються мимовільно при розпаді ядер атомів радіоактивних речовин, наприклад радію. При цьому відбуваються складні зміни структури ядра, пов'язані з рухом зарядів. Частота, що генерується fвизначається різницею енергій E 1і E 2двох станів ядра: f =(E 1 – E 2)/h, де h- Постійна Планка.

Рентгенівське випромінювання виникає при бомбардуванні у вакуумі поверхні металевого анода (антикатоду) електронами, що мають великі швидкості. Швидко сповільнюючись у матеріалі анода, ці електрони випромінюють так зване гальмівне випромінювання, що має безперервний спектр, а перебудова внутрішньої структури атомів анода, що відбувається в результаті електронного бомбардування, в результаті якої атомні електрони переходять у стан з меншою енергією, супроводжується випромінюванням так званого характеру якого визначаються матеріалом анода.

Такі ж електронні переходи в атомі дають ультрафіолетове та видиме світлове випромінювання. Що ж до інфрачервоного випромінювання, воно зазвичай є результатом змін, мало що зачіпають електронну структуру і пов'язаних переважно зі змінами амплітуди коливань і обертального моменту імпульсу молекули.

У генераторах електричних коливань є коливальний контур того чи іншого типу, в якому електрони здійснюють вимушені коливання з частотою, яка залежить від його конструкції і розмірів. Найбільш високі частоти, що відповідають міліметровим і сантиметровим хвилях, генеруються клітронами та магнетронами – електровакуумними приладами з об'ємними металевими резонаторами, коливання в яких збуджуються струмами електронів. У генераторах нижчих частот коливальний контур складається з котушки індуктивності (індуктивність L) та конденсатора (ємність C) і збуджується ламповою чи транзисторною схемою. Власна частота такого контуру, яка при малому згасанні близька до резонансної, дається виразом .

Змінні поля дуже низьких частот, використовувані передачі електричної енергії, створюються електромашинними генераторами струму, у яких ротори, що несуть дротяні обмотки, обертаються між полюсами магнітів.

Теорія Максвелла, ефір та електромагнітна взаємодія.

Коли океанський лайнер у тиху погоду проходить на деякій відстані від рибальського човна, то через якийсь час човен починає сильно розгойдуватися на хвилях. Причина цього всім зрозуміла: від носа лайнера поверхнею води біжить хвиля у вигляді послідовності горбів і западин, що й досягає рибальського човна.

Коли за допомогою спеціального генератора у встановленій на штучному супутнику Землі та спрямованій на Землю антені збуджуються коливання електричного заряду, у приймальній антені на Землі (також через деякий час) збуджується електричний струм. Як передається взаємодія від джерела до приймача, якщо з-поміж них відсутня матеріальне середовище? І якщо сигнал, що надходить на приймач, можна представити у вигляді деякої хвилі, що падає, то що це за хвиля, яка здатна поширюватися у вакуумі, і як можуть виникати горби і западини там, де нічого немає?

Над цими питаннями щодо видимого світла, що поширюється від Сонця до ока спостерігача, вчені замислювалися вже давно. Упродовж більшої частини 19 ст. такі фізики, як О.Френель, І.Фраунгофер, Ф.Нейман, намагалися знайти відповідь у тому, що простір насправді не порожній, а заповнений певним середовищем («світлоносним ефіром»), наділеним властивостями пружного твердого тіла. Хоча така гіпотеза і допомогла пояснити деякі явища у вакуумі, вона призвела до непереборних труднощів у задачі про проходження світла через кордон двох середовищ, наприклад, повітря і скла. Це спонукало ірландського фізика Дж.Мак-Куллага відкинути ідею пружного ефіру. У 1839 він запропонував нову теорію, в якій постулювали існування середовища, за своїми властивостями відмінною від усіх відомих матеріалів. Таке середовище не чинить опору стиску та зсуву, але пручається обертанню. Через ці дивні властивості модель ефіру Мак-Куллага спочатку викликала особливого інтересу. Однак у 1847 Кельвін продемонстрував наявність аналогії між електричними явищами та механічною пружністю. Виходячи з цього, а також з уявлень М.Фарадея про силові лінії електричного та магнітного полів, Дж.Максвелл запропонував теорію електричних явищ, яка, за його словами, «заперечує дію на відстані і приписує електричну дію напругам і тискам у певному всепроникаючому середовищі, причому ці напруження такі ж, з якими мають справу інженери, а середовище і є саме те середовище, в якому, як припускають, поширюється світло». У 1864 році Максвелл сформулював систему рівнянь, що охоплює всі електромагнітні явища. Примітно, що його теорія багато в чому скидалася на теорію, запропоновану за чверть століття до цього Мак-Куллагом. Рівняння Максвелла були настільки всеохоплюючими, що з них виводилися закони Кулона, Ампера, електромагнітної індукції і слідував висновок про збіг швидкості поширення електромагнітних явищ зі швидкістю світла.

Після того як рівнянням Максвелла була надана простіша форма (заслуга в основному О.Хевісайда і Г.Герца), польові рівняння стали ядром електромагнітної теорії. Хоча ці рівняння самі по собі і не вимагали максвеллівської інтерпретації на основі уявлень про напруження та тиски в ефірі, така інтерпретація була прийнята повсюдно. Безсумнівний успіх рівнянь у передбаченні і поясненні різних електромагнітних явищ сприйняли як підтвердження справедливості як рівнянь, а й механістичної моделі, основі якої вони виведено і витлумачені, хоча ця модель була не істотна для математичної теорії. Фарадіївські силові лінії поля та трубки струму поряд з деформаціями та зміщеннями стали суттєвими атрибутами ефіру. Енергія розглядалася як запасена в напруженому середовищі, а її потік Г.Пойнтінг у 1884 р. представив вектором, що носить тепер його ім'я. У 1887 році Герц експериментально продемонстрував існування електромагнітних хвиль. У серії блискучих експериментів він виміряв швидкість їхнього поширення, а також показав, що вони можуть відбиватися, переломлюватись і поляризуватися. У 1896 р. Марконі отримав патент на радіозв'язок.

У континентальній Європі незалежно від Максвелла розвивалася теорія далекодії - зовсім інший підхід до проблеми електромагнітної взаємодії. Максвелл писав з цього приводу: «Згідно з теорією електрики, яка робить великі успіхи в Німеччині, дві заряджені частинки безпосередньо діють один на одного на відстані з силою, яка, за Вебером, залежить від їх відносної швидкості і діє, відповідно до теорії, заснованої на ідеях Гауса і розвиненою Ріманом, Лоренцом і Нейманом, не миттєво, а згодом, залежить від відстані. По достоїнству оцінити міць цієї теорії, яка настільки видатним людям пояснює будь-який вид електричних явищ, можна лише вивчивши її». Теорію, про яку говорив Максвелл, найбільш повно розвинув датський фізик Л.Лоренц за допомогою скалярного і векторного потенціалів, що запізнюються, майже таких же, як і в сучасній теорії. Максвелл відкидав ідею запізнювальної дії на відстані, чи то потенціали, чи сили. «Ці фізичні гіпотези зовсім далекі від моїх уявлень про природу речей», – писав він. Тим не менш, теорія Рімана і Лоренца в математичному відношенні була ідентична його теорії, і врешті-решт він погодився, що на користь теорії далекодії свідчать більш переконливі докази. У своєму Трактат про електрику та магнетизм (Treatise on Electricity and Magnetism, 1873) він писав: «Не слід упускати з уваги, що ми зробили лише один крок у теорії дії середовища. Ми висловили припущення, що вона перебуває у стані напруги, але зовсім не пояснили, що це за напруга і як вона підтримується».

У 1895 голландський фізик Х. Лоренц об'єднав ранні обмежені теорії взаємодії між нерухомими зарядами і струмами, які передбачали теорію запізнілих потенціалів Л. Лоренця і були створені в основному Вебером, із загальною теорією Максвелла. Х.Лоренц розглядав матерію як містить електричні заряди, які, різними способами взаємодіючи між собою, виробляють усі відомі електромагнітні явища. Замість того щоб прийняти концепцію запізнювальної дії на відстані, що описується запізнілими потенціалами Рімана і Л. Лоренця, він виходив із припущення, що рух зарядів створює електромагнітне полездатне поширюватися крізь ефір і переносити імпульс і енергію від однієї системи зарядів до іншої. Але чи потрібне для поширення електромагнітного поля у вигляді електромагнітної хвилі існування такого середовища, як ефір? Численні експерименти, покликані підтвердити існування ефіру, зокрема й експеримент із «захоплення ефіру», дали негативний результат. Понад те, гіпотеза існування ефіру опинилася протиріччя з теорією відносності і з положенням про сталості швидкості світла. Висновок можна проілюструвати словами А.Ейнштейна: «Якщо ефіру не властиво ніякий конкретний стан руху, то навряд чи має сенс вводити його як сутність особливого роду поряд з простором».

Випромінювання та розповсюдження електромагнітних хвиль.

Електричні заряди, що рухаються з прискоренням і періодично змінюються струми впливають один на одного з деякими силами. Величина та напрямок цих сил залежать від таких факторів, як конфігурація та розміри області, що містить заряди та струми, величина та відносний напрямок струмів, електричні властивості даного середовища та зміни в концентрації зарядів та розподілі струмів джерела. Через складність загальної постановки завдання закон сил не можна подати у вигляді однієї формули. Структура, що називається електромагнітним полем, яку при бажанні можна розглядати як суто математичний об'єкт, визначається розподілом струмів та зарядів, створюваним заданим джерелом з урахуванням граничних умов, що визначаються формою області взаємодії та властивостями матеріалу. Коли йдеться про необмежений простір, ці умови доповнюються особливою граничною умовою. умовою випромінювання. Останнє гарантує «правильну» поведінку поля на нескінченності.

Електромагнітне поле характеризується вектором напруженості електричного поля. Eта вектором магнітної індукції B, кожен з яких у будь-якій точці простору має певну величину та напрямок. На рис. 2 схематично зображена електромагнітна хвиля з векторами E і B, що поширюється у позитивному напрямку осі х. Електричне та магнітне поля тісно взаємопов'язані: вони є компонентами єдиного електромагнітного поля, оскільки переходять один в одного при перетвореннях Лоренца. Говорять, що векторне поле лінійно (плоско) поляризоване, якщо напрям вектора залишається фіксованим, а його довжина періодично змінюється. Якщо вектор обертається, але довжина його змінюється, то кажуть, що полі має кругову поляризацію; якщо ж довжина вектора періодично змінюється, а він обертається, то поле називається еліптично поляризованим.

Співвідношення між електромагнітним полем і струмами, що коливаються, і зарядами, що підтримують це поле, можна проілюструвати на відносно простому, але дуже наочному прикладі антени типу напівхвильового симетричного вібратора (рис. 3). Якщо тонкий дріт, довжина якого становить половину довжини хвилі випромінювання, розрізати посередині і до розрізу підключити високочастотний генератор, то прикладена змінна напруга підтримуватиме приблизно синусоїдальний розподіл струму у вібраторі. У момент часу t= 0, коли амплітуда струму досягає максимального значення, а вектор швидкості позитивних зарядів спрямований вгору (негативних – вниз), у будь-якій точці антени заряд, що припадає на одиницю її довжини, дорівнює нулю. Після першої чверті періоду ( t =T/4) позитивні заряди будуть зосереджені верхній половині антени, а негативні – на нижній. При цьому струм дорівнює нулю (рис. 3, б). У момент t = T/2 заряд, що припадає на одиницю довжини, дорівнює нулю, а вектор швидкості позитивних зарядів спрямований вниз (мал. в). Потім до кінця третьої чверті заряди перерозподіляються (рис. 3, г), а після її завершення закінчується повний період коливань ( t = T) і все знову виглядає так, як на рис. 3, а.

Щоб сигнал (наприклад, струм, що змінює в часі, що приводить в дію гучномовець радіоприймача) можна було передати на відстань, випромінювання передавача потрібно промодулюватишляхом, наприклад, зміни амплітуди струму в передавальній антені відповідно до сигналу, що спричинить модуляцію амплітуди коливань електромагнітного поля (рис. 4).

Передавальна антена є частиною передавача, де електричні заряди і струми здійснюють коливання, випромінюючи в навколишній простір електромагнітне поле. Антена може мати різні конфігурації, залежно від того, яку форму електромагнітного поля необхідно отримати. Вона може бути одиночним симетричним вібратором або системою симетричних вібраторів, розташованих на певній відстані один від одного і забезпечують необхідне співвідношення між амплітудами і фазами струмів. Антена може бути симетричним вібратором, розташованим перед порівняно великою плоскою або вигнутою металевою поверхнею, що грає роль відбивача. У діапазоні сантиметрових та міліметрових хвиль особливо ефективна антена у формі рупора, з'єднаного з металевою трубою-хвильовиком, який відіграє роль лінії передачі. Струми в короткій антені на вході хвилеводу індукують змінні струми на його внутрішній поверхні. Ці струми та пов'язане з ними електромагнітне поле поширюються хвилеводом до рупора.

Змінюючи конструкцію антени та її геометрію, можна досягти такого співвідношення амплітуд і фаз коливань струмів у різних її частинах, щоб випромінювання посилювалося в одних напрямках та послаблювалося в інших (антени спрямованої дії).

На великих відстанях від антени будь-якого типу електромагнітне поле має досить простий вигляд: у будь-якій даній точці вектори напруженості електричного поля Ета індукції магнітного поля Уколиваються у фазі у взаємно перпендикулярних площинах, спадаючи назад пропорційно відстані від джерела. При цьому хвильовий фронт має форму сфери, що збільшується в розмірах, а вектор потоку енергії (вектор Пойнтінга) спрямований зовні по її радіусах. Інтеграл від вектора Пойнтінга по всій сфері дає повну, усереднену за часом енергію, що випромінюється. При цьому хвилі, що розповсюджуються в радіальному напрямку зі швидкістю світла, переносять від джерела не тільки коливання векторів. E і B, але також імпульс поля та його енергію.

Прийом електромагнітних хвиль та явище розсіювання.

Якщо в зоні електромагнітного поля, що поширюється від віддаленого джерела, помістити провідний циліндр, то індуковані в ньому струми будуть пропорційні напруженості електромагнітного поля і, крім того, залежатимуть від орієнтації циліндра щодо фронту хвилі падаючої і від напрямку вектора напруженості електричного поля. Якщо циліндр має вигляд дроту, діаметр якого малий у порівнянні з довжиною хвилі, то індукований струм буде максимальним, коли дріт паралельний вектору Епадіння хвилі. Якщо дріт розрізати посередині і до висновків, що утворилися, приєднати навантаження, то до нього буде підводитися енергія, як це і має місце у випадку радіоприймача. Струми в цьому дроті поводяться так само, як і змінні струми в антені, що передає, а тому вона теж випромінює поле в навколишній простір (тобто відбувається розсіювання падаючої хвилі).

Відображення та заломлення електромагнітних хвиль.

Передавальну антену зазвичай встановлюють високо над поверхнею землі. Якщо антена знаходиться в сухій піщаній або скелястій місцевості, то ґрунт поводиться як ізолятор (діелектрик), і струми, що індукуються в ньому антеною, пов'язані з внутрішньоатомними коливаннями, оскільки тут немає вільних носіїв заряду, як у провідниках та іонізованих газах. Ці мікроскопічні коливання створюють над поверхнею землі поле відбитої від земної поверхні електромагнітної хвилі і, крім того, змінюють напрямок поширення хвилі, що входить у ґрунт. Ця хвиля рухається з меншою швидкістю та під меншим кутом до нормалі, ніж падаюча. Таке явище називається заломленням. Якщо ж хвиля падає на ділянку поверхні землі, що має, поряд з діелектричними, також провідні властивості, то загальна картина для заломленої хвилі виглядає набагато складніше. Як і раніше, хвиля змінює напрямок руху у межі розділу, але тепер поле в ґрунті поширюється таким чином, що поверхні рівних фаз вже не збігаються з поверхнями рівних амплітуд, як це зазвичай має місце у разі плоскої хвилі. Крім того, швидко згасає амплітуда хвильових коливань, оскільки електрони провідності при зіткненнях віддають свою енергію атомам. В результаті енергія хвильових коливань переходить в енергію хаотичного теплового руху та розсіюється. Тому там, де ґрунт проводить електрику, хвилі не можуть проникнути в нього на велику глибину. Те саме стосується і морської води, чим утруднюється радіозв'язок з підводними човнами.

У верхніх шарах земної атмосфери знаходиться шар іонізованого газу, який називається іоносферою. Він складається з вільних електронів та позитивно заряджених іонів. Під впливом електромагнітних хвиль, що посилаються з землі, заряджені частинки іоносфери починають коливатися і випромінювати власне електромагнітне поле. Заряджені іоносферні частинки взаємодіють із посланою хвилею приблизно так само, як і частинки діелектрика у розглянутому вище випадку. Однак електрони іоносфери не пов'язані з атомами, як у діелектриці. Вони реагують на електричне поле хвилі посланої не миттєво, а з деяким зрушенням по фазі. В результаті хвиля в іоносфері поширюється не під меншим, як у діелектриці, а під більшим кутом до нормалі, ніж хвиля, що послана з землі, причому фазова швидкість хвилі в іоносфері виявляється більше швидкості світла c. Коли хвиля падає під деяким критичним кутом, кут між заломленим променем і нормаллю стає близьким до прямого, а при подальшому збільшенні кута падіння випромінювання відбивається у бік Землі. Очевидно, що в цьому випадку електрони іоносфери утворюють поле, яким компенсується поле заломленої хвилі у вертикальному напрямку, а іоносфера діє як дзеркало.

Енергія та імпульс випромінювання.

У сучасній фізиці вибір між теорією електромагнітного поля Максвелла і теорією запізнілої далекодії робиться на користь теорії Максвелла. Доки нас цікавить лише взаємодія джерела і приймача, обидві теорії однаково хороші. Проте теорія далекодії не дає жодної відповіді на питання, де знаходиться енергія, яку вже випромінювало джерело, але ще не прийняв приймач. Відповідно до теорії Максвелла, джерело передає енергію електромагнітної хвилі, в якій вона і знаходиться, поки не буде передана приймальнику, що поглинув хвилю. У цьому кожному етапі дотримується закон збереження енергії.

Таким чином, електромагнітні хвилі мають енергію (а також імпульс), що змушує вважати їх настільки ж реальними, як, наприклад, атоми. Електрони та протони, що знаходяться на Сонці, передають енергію електромагнітному випромінюванню, в основному в інфрачервоній, видимій та ультрафіолетовій областях спектру; приблизно через 500 с, досягнувши Землі, воно цю енергію віддає: підвищується температура, у зеленому листі рослин відбувається фотосинтез, і т.д. У 1901 П.Н.Лебедєв експериментально виміряв тиск світла, підтвердивши, що світло має як енергію, а й імпульс (причому співвідношення з-поміж них узгоджується з теорією Максвелла).

Фотони та квантова теорія.

На рубежі 19 і 20 вв.(століття), коли здавалося, що вичерпна теорія електромагнітного випромінювання, нарешті, побудована, природа піднесла черговий сюрприз: виявилося, що крім хвильових властивостей, що описуються теорією Максвелла, випромінювання виявляє також властивості частинок, причому тим сильніше, ніж коротше хвилі. Особливо яскраво ці властивості виявляються явище фотоефекту (вибивання електронів із поверхні металу під впливом світла), відкритого в 1887 Г.Герцем. Виявилося, що енергія кожного вибитого електрона залежить від частоти nпадаючого світла, але з його інтенсивності. Це свідчить, що енергія, пов'язана зі світловою хвилею, передається дискретними порціями – квантами. Якщо збільшувати інтенсивність падаючого світла, то зростає кількість вибитих в одиницю часу електронів, але не енергія кожного з них. Іншими словами, випромінювання передає енергію певними мінімальними порціями – як частинками світла, які були названі фотонами. Фотон не має ні маси спокою, ні заряду, але має спин, а також імпульс, рівний hn/c, і енергією, що дорівнює hn; він переміщається у вільному просторі з постійною швидкістю c.

Яким чином електромагнітне випромінювання може мати всі властивості хвиль, що виявляються в інтерференції та дифракції, але поводитися як потік частинок у разі фотоефекту? Нині найзадовільніше пояснення цієї двоїстості можна знайти у складному формалізмі квантової електродинаміки. Але ця витончена теорія має труднощі, та її математична несуперечність викликає сумніви. ЧАСТИНИ ЕЛЕМЕНТАРНІ; ФОТОЕЛЕКТРИЧНИЙ ЕФЕКТ; КВАНТОВА МЕХАНІКА; Вектор.

На щастя, в макроскопічних задачах випромінювання та прийому міліметрових та довших електромагнітних хвиль квантовомеханічні ефекти зазвичай не мають істотного значення. Число фотонів, випромінюваних, наприклад, симетричної вібраторної антеною, настільки велике, а енергія, що переноситься кожним з них, настільки мала, що можна забути про дискретні кванти і вважати, що випромінювання випромінювання - безперервний процес.

Вплив електромагнітного випромінювання на людину

Ми живемо на планеті, яка постійно (24 години, 7 днів на тиждень) робить на нас різноманітні впливи. Електромагнітне випромінювання, впливом геть людини якого збільшилося останніми роками, одна із основних чинників, визначальних як наш побут, а й наш стан здоров'я. Розглянемо, як відбувається вплив електромагнітного випромінювання на людину, і які наслідки їм викликані.

Джерела електромагнітного випромінювання

На нашій планеті існує природне радіаційне тло (ПРФ) у вигляді нескінченного потоку високоенергетичних частинок, в якому існує жива матерія. ПРФ становлять космічні випромінювання (близько 16%), гамма-випромінювання Землі (майже 22%), випромінювання живих організмів (не більше 20%), і навіть випромінювання торону і радону (42%).

ПРФ є іонізуючим випромінюванням, енергія частинок якого при поглинанні клітиною організму здатна індукувати розкладання чи збудження речовин на молекулярному рівні. Протягом 1 години у живих клітинах відбувається у середньому 200 мільйонів – 6 мільярдів таких перетворень. Виходить, що всі організми Землі кожної секунди, починаючи з моменту зачаття і закінчуючи смертю, потрапляють під вплив електромагнітного випромінювання природного походження.

Розвиваючись, люди почали користуватися електромагнітною енергією з метою. Так, людство створило електромагнітне поле (ЕМП) штучного походження. Але за короткий період свого існування воно вже значно перевищує рівень ПРФ. Світові енергоресурси збільшуються вдвічі майже 10 років, що також впливає на зростання ЕМП.

Найбільший вплив електромагнітного випромінювання на здоров'я людини та інших тварин організмів відбувається у техногенних радіочастотних ЕМП та низькочастотних полях. Так, у локалізації підстанцій та повітряних ліній надвисокої напруги напруженість промислового магнітного поля вища за природний рівень магнітних полів планети в середньому на 2-3 порядки.

З розвитком штучного ЕМП через використання радіопередаючих засобів комунікації (у тому числі й мобільних телефонів, телевізорів, радіоприймачів, комп'ютерів тощо) виникло явище електромагнітного забруднення, або «смогу». Неіонізуючі електромагнітні випромінювання низьких частот (до 1000 Гц) створюються електротранспортом, численними лініями передач та кабельними трасами. Деякі експерти ВООЗ вважають, що сьогодні рівень ЕМ забруднення планети зрівнявся з її хімічним забрудненням.

Один із найсильніших впливів електромагнітного випромінювання на людину в містах надають центри радіотелевізійних передач, які випромінюють навколо себе ультракороткі хвилі високої частоти. Давно відзначено сильний вплив електромагнітних хвиль на організм людини від побутової електротехніки. Для порівняння: коли людина сушить волосся феном, прилад, що впливає на нього, виробляє магнітну індукцію в межах 2000 мкТл, тоді як природний ЕМ фон Землі не перевищує позначку в 30-60 мкТл. Мобільні телефони, яких у деяких людей налічується кілька штук, випромінюють дециметрові хвилі великої здатності, що проникає. У мікрохвильових печах для приготування та підігріву їжі застосовується енергія надвисокочастотних електромагнітних хвиль.

Взаємодія ЕМП із людським організмом

На сьогоднішній день в ході маси досліджень достовірно встановлено вплив електромагнітних полів на людину, яка виникла антропогенним шляхом. Техногенні ЕМП несуть у собі потоки різних довжин і частот, несприятливих резонансних явищ, надвисокочастотних випромінювань, від яких тіло людини поки що не виробило захисту.

Регулярний вплив електромагнітного поля штучного походження може відбиватися на працездатності людей, здатності до запам'ятовування, уваги, призводити до багатьох захворювань різних систем органів. Антропогенне магнітне тло в рази збільшує ймовірність розвитку серцево-судинних та ендокринних захворювань, злоякісних пухлин, імунодефіциту, еректильної дисфункції у чоловіків.

Але якщо сильний вплив електромагнітних полів на організм людини досить досліджено, вплив слабких ефектів багато в чому залишається загадкою. Передбачається, що саме слабкі впливи мають опосередкований вплив у вигляді канцерогенних та генетичних ефектів.

Розглянемо, як впливають на організм людей електромагнітні поля низької і високої частоти.

Ефекти ЕМП низької частоти на людське тіло

Вплив низькочастотного електромагнітного поля на людину відбувається так, що останній відіграє роль провідника. ЕМП низької частоти провокує у тілі виникнення струму. Так як електромагнітні хвилі в даному випадку мають довжину, яка в багато разів перевищує розміри людини, вони впливають на весь організм. Наші тканини та органи мають різну один від одного будову, тобто вони мають різні електричні властивості. Через це вплив на людину ЕМП низької частоти відрізнятиметься у різних частинах тіла. Найбільш чутливими до низькочастотного випромінювання виявляються структури нервової системи.

Вплив електромагнітних випромінювань на організм людини проявляється у невеликому підвищенні температури тканин, що безпосередньо контактують з хвилями низької частоти. Були вивчені ефекти низькочастотного хвильового випромінювання збільшення вироблення гормонів гіпофіза і кори надниркових залоз, що у більшості випадків веде до активації елементів статевої системи.

Дослідники встановили певний зв'язок між розвитком онкологічних утворень та впливом електромагнітного поля на організм людини, але ці результати вимагають додаткових аналізів та повторів. На сьогодні точно визначено роль низькочастотного ЕМП на виникнення лейкозу та раку головного мозку у людей різного віку, які регулярно піддаються опроміненню.

Небезпечними для людського тіла є наднизькочастотні електромагнітні випромінювання. Вони можуть мати таку ж дію на електромагнітне поле людини, як і радіація.

Як впливають на людину ЕМП високої частоти?

Реакція організму на випромінювання високої частоти (на відміну від низькочастотного ЕМП) проявляється у нагріванні тканин, що безпосередньо зазнали впливу опромінення. Причому теплова реакція посилюється пропорційно до зростання частоти ЕМП. На відміну від струму низької частоти високочастотний струм не призводить до порушення нервових та м'язових клітин.

Вплив електромагнітних полів на людину може відбуватися як локально (на певні ділянки тіла), і весь організм. Це залежить від того, чи повністю частково відбувається дія електромагнітного випромінювання на організм людини, а ще від довжини хвилі.

Енергія надвисокочастотного випромінювання найбільше поглинається водними середовищами організму. Ці хвилі майже не вступають у взаємодію з шкірним покривом і жировою тканиною, але впливають на м'язові волокна та внутрішні органи. Наразі детально вивчаються ефекти надвисокочастотного випромінювання низької інтенсивності на центральну нервову систему людей. Було встановлено, що воно має на організм кардіотропну дію.

Окрему увагу слід приділити впливу мікрохвильових випромінювань на здоров'я людини. Найбільша частка в мікрохвильовому забрудненні приділяється радіостанціям і тим об'єктам, які генерують електромагнітне випромінювання в надвисокочастотному діапазоні. У працівників подібних станцій систематично виникають мігрень, нездужання, загальмованість, проблеми із запам'ятовуванням та ін.

Залежно від характеру опромінення та величини дози ураження мікрохвильами прийнято розділяти на гостре та хронічне. Для гострого ураження характерні термогенний ефект та короткочасний вплив випромінювання. При хронічному ураженні мікрохвилі впливають на тіло людини протягом тривалого часу. Страшно те, що вплив електромагнітного випромінювання на організм людини в цьому випадку проявляється віддалено, тому виявити його ефекти вкрай складно.

Численні дослідження встановили високу чутливість певних органів та тканин до впливу ЕМП, а саме:

• центральної нервової системи (перезбудження нервових клітин);
• органів зору;
• статевих залоз (у чоловіків розвивається імпотенція, знижується вироблення тестостерону, а у жінок можуть виникати викидні, токсикози під час вагітності, патології у внутрішньоутробному розвитку плода);
• органів серцево-судинної системи (міокардіодистрофія, коронарна недостатність та ін.);
• залоз внутрішньої секреції;
• імунної системи (при хронічному опроміненні можливий розвиток лейкопенії).

Вплив електромагнітного поля на здоров'я людини проявляється у реакціях трьох типів з боку останнього: збудження, нагрівання та кооперація. Першим двом присвячено багато наукових праць, третій залишається все ще слабко вивченим.

Сучасна наука розділила навколишній матеріальний світ на речовину і поле.

Чи взаємодіє речовина з полем? А може, вони співіснують паралельно і електромагнітне випромінювання не впливає на довкілля та живі організми? Давайте з'ясуємо, як діє електромагнітне випромінювання на організм людини.

Подвійність людського організму

Життя планети зароджувалася під впливом рясного електромагнітного тла. Тисячоліттями це тло не зазнавало значних змін. Вплив електромагнітного поля на різні функції найрізноманітніших живих організмів був стабільним. Це відноситься як до його найпростіших представників, так і до високоорганізованих істот.

Однак у міру «дорослішання» людства інтенсивність цього фону стала безупинно зростати рахунок штучних техногенних джерел: ліній повітряних передач електроенергії, побутових електроприладів, ліній радіорелейного і стільникового зв'язку тощо. Виник термін "електромагнітне забруднення" (зміг). Під ним розуміють сукупність всього спектра електромагнітних випромінювань, які негативно впливають на біологічний вплив на живі організми. Який механізм впливу електромагнітних полів на живий організм і які можуть бути наслідки?

У пошуках відповіді нам доведеться прийняти концепцію про те, що людина має не тільки речове тіло, що складається з неймовірно складного поєднання атомів і молекул, але має ще одну складову - електромагнітне поле. Саме наявністю цих двох компонентів забезпечується зв'язок людини з навколишнім світом.

Вплив електромагнітної павутини на полі людини впливає на її думки, поведінку, фізіологічні функції та навіть життєвий тонус.

Ряд сучасних вчених вважають, що захворювання різних органів та систем мають місце завдяки патологічному впливу зовнішніх електромагнітних полів.

Спектр цих частот дуже широкий - від гамма-випромінювання до низькочастотних електричних коливань, тому спричинені ними зміни можуть бути дуже різноманітними. На характер наслідків впливає як частота, а й інтенсивність, і навіть час опромінення. Деякі частоти викликають тепловий та інформаційний вплив, інші надають руйнівну дію на клітинному рівні. У цьому продукти розпаду можуть викликати отруєння організму.

Норма електромагнітного випромінювання для людини

Електромагнітне випромінювання перетворюється на хвороботворний фактор, якщо його інтенсивність перевищить вивірені багатьма статистичними даними гранично допустимі норми для людини.

Для джерел випромінювання із частотами:

У цьому діапазоні частот працює радіо- та телевізійна апаратура, а також стільниковий зв'язок. Для ліній високовольтних передач граничне значення дорівнює 160 кВ/м. При інтенсивності електромагнітних випромінювань, що перевищують зазначені значення, можливі негативні наслідки для здоров'я. Реальні значення напруженостей лінії електропередач у 5–6 разів менші за небезпечне значення.

Радіохвильова хвороба

В результаті клінічних досліджень, розпочатих ще в 60-х роках, було встановлено, що під впливом електромагнітного випромінювання на людину, в її організмі відбуваються зміни у всіх найважливіших системах. Тому було запропоновано запровадити новий медичний термін – «радіохвильова хвороба». За оцінками дослідників її симптоми поширюються на третину населення.

Основні її прояви - запаморочення, головний біль, безсоння, втома, погіршення концентрації уваги, депресія - немає особливої ​​специфіки, тому діагностика цього захворювання утруднена.

Однак надалі ця симптоматика переростає у серйозні хронічні захворювання:

• серцеву аритмію;
• коливання рівня цукру на крові;
• хронічні респіраторні захворювання тощо.

Щоб оцінити рівень небезпеки електромагнітного випромінювання для людини, розглянемо його впливом геть різні системи організму.

Вплив електромагнітних полів та випромінювань на організм людини

1. Дуже чутлива до електромагнітного впливу нервова система людини. Нервові клітини мозку (нейрони) внаслідок «втручання» зовнішніх полів погіршують свою провідність. Це може спровокувати важкі та незворотні наслідки для самої людини та її оточення, оскільки зміни зачіпають святе-святих – вищу нервову діяльність. Адже саме вона відповідає за всю систему умовних та безумовних рефлексів. Крім того, погіршується пам'ять, порушується скоординованість мозкової діяльності з роботою всіх частин тіла. Дуже ймовірні і психічні порушення аж до маячних ідей, галюцинацій та спроб суїциду. Порушення адаптаційної здатності організму загрожує загостренням хронічних захворювань.
2. Дуже негативна реакція імунної системи на вплив електромагнітних хвиль. Виникає як придушення імунітету, а й атака імунної системи на власний організм. Така агресія пояснюється падінням кількості лімфоцитів, які повинні забезпечувати перемогу над інфекцією, що вторгається в організм. Ці «доблесні воїни» також стають жертвою електромагнітного опромінення.
3. У стані здоров'я людини першорядну роль грає якість крові. Який вплив електромагнітного випромінювання на кров? Всі елементи цієї життєдайної рідини мають певні електричні потенціали і заряди. Електричні та магнітні компоненти, що утворюють електромагнітні хвилі, можуть спричинити руйнування або, навпаки, злипання еритроцитів, тромбоцитів, спричинити непрохідність клітинних мембран. А їхня дія на кровотворні органи викликає порушення в роботі всієї кровотворної системи. Реакцією організму таку патологію є викид зайвих доз адреналіну. Всі ці процеси дуже негативно позначаються на роботі серцевого м'яза, артеріальному тиску, провідності міокарда і можуть спричинити аритмію. Висновок не втішний - електромагнітне випромінювання вкрай негативно впливає на серцево-судинну систему.
4. Вплив електромагнітного поля на ендокринну систему призводить до стимуляції найважливіших ендокринних залоз - гіпофіза, надниркових залоз, щитовидної залози і т. д. Це викликає збої у виробленні найважливіших гормонів.
5. Одним із наслідків порушень у нервовій та ендокринній системі є негативні зміни у статевій сфері. Якщо оцінювати ступінь впливу електромагнітного випромінювання на чоловічу та жіночу статеву функцію, то чутливість статевої системи жінок набагато вища до електромагнітного впливу, ніж у чоловіків. Із цим пов'язана і небезпека впливу на вагітних. Патології розвитку дитини на різних стадіях вагітності можуть виявлятися у зниженні швидкості розвитку плода, пороків у формуванні різних органів та навіть призвести до передчасних пологів. Особливо вразливі перші тижні та місяці вагітності. Зародок ще неміцно закріплений на плаценті і електромагнітний удар може перервати його зв'язок з організмом матері. У перші три місяці формуються найважливіші органи та системи зростаючого плоду. І дезінформація, яку можуть принести зовнішні електромагнітні поля, може спотворити матеріальний носій генетичного коду – ДНК.

Як зменшити негативний вплив електромагнітного випромінювання

Перерахована симптоматика свідчить про сильний біологічний вплив електромагнітного випромінювання на здоров'я людини. Небезпека посилюється тим, що ми не відчуваємо впливу цих полів і негативний ефект накопичується з часом.

Як захистити себе та своїх близьких від електромагнітних полів та випромінювань? Виконання наступних рекомендацій дозволить мінімізувати наслідки експлуатації електронно-побутової техніки.

У наш побут входить все більше різноманітної техніки, що полегшує та прикрашає наше життя. Але вплив електромагнітного випромінювання на людину – це не міф. Чемпіонами за ступенем впливу на людину є мікрохвильові печі, електрогрилі, стільникові телефони та деякі моделі електробритв. Майже неможливо відмовитися від цих благ цивілізації, але завжди слід пам'ятати про розумну експлуатацію всієї техніки, що нас оточує.