Что является источником электромагнитных волн: Что является источником электромагнитного поля

Содержание

Что является источником электромагнитного поля

Электромагнитное загрязнение окружающей среды – прямое следствие научно-технического прогресса. Оно возникает в результате работы многих видов оборудования, которые служат источниками электромагнитного поля (ЭМП). Это оборудование упрощает жизнь человека. Однако обратной стороной становится негативное воздействие на окружающую среду. Кроме того, мощные электромагнитные поля оказывают вредное воздействие на здоровье человека.

Виды и характеристики волн

Окружающий нас электромагнитный фон создается различными видами излучений. В том числе выделяют такие основные виды ЭМ волн:

  • Радиоволны – электромагнитные поля, создаваемые при работе оборудования и бытовых приборов, а также в результате атмосферных явлений. В зависимости от длины волны бывают ультракороткими, короткими, средними, длинными и сверхдлинными.
  • Инфракрасное излучение. Световое излучение с длиной волны от 1 мм до 780 нм и частотой до 429 ТГц.
  • Световое излучение видимого спектра. Длина волны составляет 400-780 нм при частоте в пределах 790-385 ТГц.
  • Ультрафиолетовое излучение. Длина волны меньше 400 нм, может доходить до 10 нм. Частота – до 3х1016 Гц.
  • Рентгеновское излучение. Длина в диапазоне от 10 нм до 5пм. Частота – до 3х1019 Гц.
  • Гамма излучение. Все электромагнитные волны с длиной волны меньше, а частотой – больше рентгеновского излучения.

Источники электромагнитного поля

Характеристики и степень опасности воздействия во многом зависит от того, что именно становится источником возникновения электромагнитного поля.

Все источники электромагнитного излучения по происхождению можно разделить на антропогенные и естественные.

Естественные источники

Естественными источниками электромагнитных полей являются природные объекты, которые создают излучение. Основными природными источниками являются:

  • Магнитное поле Земли. Величина его индукции в зоне полюсов составляет 64 мкТл и 35 мкТл на экваторе.
  • Электрическое поле Земли. Напряженность поля у земной поверхности составляет в среднем 120-130 В/м и уменьшается по мере увеличения высоты. Максимальная величина напряженности достигается зимой и составляет до 250 В/м. Минимум, до 100 В/м, фиксируется летом.
  • Электромагнитный фон биологического происхождения – ЭМИ, источником которого являются живые организмы.
  • Атмосферное электричество. Электромагнитный фон, который генерируется свободными ионами в воздухе.
  • Источники излучения, расположенные за пределами атмосферы Земли.

Антропогенные источники

Антропогенные источники электромагнитного загрязнения – это оборудование и устройства, созданные человеком, которые в процессе работы генерируют ЭМИ.

В зависимости от того, что служит источником электромагнитного поля, и от величины частоты поля, эти источники делят на 2 типа – низко- и высокочастотного излучения.
Источники низкочастотного излучения волн

К низкочастотным антропогенным источникам электромагнитного загрязнения относится электрооборудование, электротехнические приборы и устройства, которые генерируют, распределяют, потребляют электроэнергию. Их рабочая частота не превышает 3 кГц. В эту категорию входят линии электропередач, кабели под напряжением, оборудование метрополитена, офисная и бытовая техника, электроника и т.д.

Машины во время движения генерируют электромагнитные волны которые создают помехи для теле- и радиооборудования. Также они оказывают негативное влияние на здоровье человека.

Источники высокочастотного излучения

К антропогенным высокочастотным источникам электромагнитного загрязнения относится электроника с рабочей частотой до 300 ГГц. Это бытовые и промышленные приборы, теле- и радиооборудование, навигационные приборы, мониторы компьютеров, микроволновые печи и т.д. Также в эту категорию входит другое оборудование, использующее электричество, и служащее источником излучения высокой частоты.

Негативное влияние электромагнитных полей

Электромагнитное поле может оказывать негативное влияние на окружающую среду и на здоровье человека.

Воздействие на природу

Фактор электромагнитного загрязнения окружающей среды служит одним из основных видов негативного техногенного воздействия на природу. ЭМ поле влияет на развитие растений и животных.

Влияние на животных и растения

Установлено, что электромагнитное загрязнение создает неблагоприятные условия для жизнедеятельности живых организмов. Так, вблизи ЛЭП замедляется рост растений, происходит изменение размеров и формы плодов, меняются цветки и стебли.

Электромагнитный фон, значительно превышающий нормальный природный уровень, негативно отражается на здоровье животных. В том числе установлено воздействие на нервную систему, что проявляется повышением агрессии, ухудшением сна и другими симптомами. У молодых животных замедляется рост. Также действие ЭМИ отражается на обмене веществ животных, на репродуктивной функции.

Механизм воздействия на организм человека

Электромагнитный смог постоянно окружает человека и оказывает мощное воздействие на здоровье. Механизм этого воздействия связан с разными факторами. Основным из них считается изменение свойств воды, которая является основой живой клетки. Это вызывает нарушения на клеточном уровне, которые могут иметь угрожающие здоровью последствия. Также зоне действие электротехнических приборов происходит нагрев тканей организма.

Результат длительного действия ЭМИ выражается в нарушениях со стороны большинства систем организма.

Влияние на нервную систему

Нервная система человека – самая уязвимая к электромагнитному излучению часть организма. В результате действия поля на клетки нарушается проницаемость ее мембраны для ионов кальция. Это приводит к тому, что в работе нервной системы возникают сбои со следующими клиническими проявлениями:

  • изменения электроэнцефалограммы головного мозга;
  • нарушения памяти;
  • замедленная реакция;
  • развитие депрессивных состояний.
Влияние на иммунную систему

Электромагнитное загрязнение является фактором, который негативно отражается на иммунной системе. Установлено, что регулярное воздействие ЭМИ вызывает общее ослабление иммунитета. Кроме того, может развиваться аутоиммунитет, что создает серьезную угрозу для здоровья.

Влияние на эндокринную систему

Воздействие ЭМИ на эндокринную систему приводит к повышению интенсивности выработки адреналина, и кортизола. Эти вещества относятся к гормонам стресса. Поэтому их выброс в организм может приводить к серьезным сбоям с такими проявлениями:

  • повышение раздражительности и возбудимости;
  • бессонница, нарушения сна;
  • перепады артериального давления;
  • слабость, головокружения и т.д.
Другие возможные реакции

Электросмог вызывает нарушения и во многих других системах организма. Примером может служить действие на сердечно-сосудистую систему, связанное с ухудшением проводимости миокарда, нарушениями сердечного ритма и другими сбоями, каким необходимо уделять серьезное внимание в связи с опасностью для жизни.

Также демонстрирует уязвимость половая система. У женщин это проявляется сбоями в работе яичников. Воздействие электромагнитного загрязнения на мужчин к снижению подвижности сперматозоидов. Еще одним последствием становится проявление генетических нарушений у детей.

Способы защиты от электромагнитных волн

Полностью оградить себя и окружающую среду от электрических устройств и оборудования, создающего электромагнитное загрязнение, невозможно. Однако существуют меры по снижению вредного воздействия, которые можно применять в бытовой сфере:

  • не устанавливайте электроприборы в одном месте, чтобы их магнитные поля не усиливали друг друга;
  • избегайте ситуаций, когда рядом одновременно работают сразу несколько приборов, генерирующих мощное ЭМИ, например микроволновая печь, сотовый, телевизор, компьютер;
  • включайте такие приборы только в заземленную розетку, не устанавливайте их в спальне, в зонах отдыха, рядом с обеденным и рабочим столом;
  • старайтесь использовать электрические устройства меньшей потребляемой мощности;
  • сократите время использования сотового телефона.

Нормативное регулирование

Уровень электромагнитного загрязнения, его последствия для экологии и здоровья человека получили освещение в целом ряде международных и российских нормативно-правовых актов. На международном уровне основной контроль осуществляет всемирная организация здравоохранения. В России действует комплекс актов в сфере экологического законодательства, санитарных норм, положений по охране труда.

Эксперт оценил опасность излучения от розеток

https://ria.ru/20201130/rozetki-1586883438.html

Эксперт оценил опасность излучения от розеток

Эксперт оценил опасность излучения от розеток — РИА Новости, 30.11.2020

Эксперт оценил опасность излучения от розеток

Розетки могут представлять определенную опасность для здоровья человека. Как уменьшить вред от электромагнитного излучения, рассказал в интервью радио Sputnik… РИА Новости, 30.11.2020

2020-11-30T02:14

2020-11-30T02:14

2020-11-30T10:35

общество

технологии

здоровье

недвижимость

россия

антон ястребцев

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21. img.ria.ru/images/07e4/0b/1e/1586906735_0:317:3076:2047_1920x0_80_0_0_07adfe730047c5b8010207926cc5ee57.jpg

МОСКВА, 30 ноя — РИА Новости. Розетки могут представлять определенную опасность для здоровья человека. Как уменьшить вред от электромагнитного излучения, рассказал в интервью радио Sputnik эколог-эксперт, директор лаборатории «Экология жизненного пространства» Антон Ястребцев.Человек постоянно сталкивается с электромагнитным излучением. Его воздействие накапливается и может отрицательно сказаться на центральной нервной системе, иметь негативные последствия для эндокринной, сердечно-сосудистой и иммунной систем. Избежать электромагнитного излучения сложно, ведь мы окружены электроприборами, но можно минимизировать это воздействие, отметил Ястребцев. Для этого нужно заземлить розетки, правда, в домах старой постройки это можно сделать не всегда. Свернутые в катушку удлинители являются источником сильного электромагнитного излучения, поэтому их лучше укладывать змейкой и стараться не допускать переплетения проводов и не включать одновременно несколько приборов, советует эксперт. «Не стоит перегружать их бытовыми приборами, потому что нагружается сеть и электромагнитное излучение будет больше полутора метров. Адаптеры от телефонов, которые постоянно находятся в розетках, это тоже источник излучения. Если человек спит возле такого источника месяцами, годами, это складывается в довольно сильное воздействие. Лучше, чтобы он был на расстоянии полметра-метра от головы», — предупредил Ястребцев. По его словам, самый сильный источник излучения в квартире — это внешний кабель, который проходит к распределительному электрическому щитку вашей квартиры. Излучение от него тем больше, чем больше этажей в доме. Оно может распространяться на расстояние до пяти метров. Эколог-эксперт посоветовал при замене электропроводки попросить провести заземление, если есть такая возможность. Он подчеркнул, что в современных домах, чтобы снизить вред от электромагнитного излучения, розетки уже заземлены. Это можно понять, если на них, кроме двух привычных отверстий, есть еще заземляющий контакт, пояснил Ястребцев.

https://realty.ria.ru/20190426/1553071943.html

https://realty.ria.ru/20181116/1532928697.html

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/0b/1e/1586906735_132:0:2861:2047_1920x0_80_0_0_941e86d1e00f9be0c84f80604c56993e.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

общество, технологии, здоровье, недвижимость, россия, антон ястребцев

МОСКВА, 30 ноя — РИА Новости. Розетки могут представлять определенную опасность для здоровья человека. Как уменьшить вред от электромагнитного излучения, рассказал в интервью радио Sputnik эколог-эксперт, директор лаборатории «Экология жизненного пространства» Антон Ястребцев.

Человек постоянно сталкивается с электромагнитным излучением. Его воздействие накапливается и может отрицательно сказаться на центральной нервной системе, иметь негативные последствия для эндокринной, сердечно-сосудистой и иммунной систем. Избежать электромагнитного излучения сложно, ведь мы окружены электроприборами, но можно минимизировать это воздействие, отметил Ястребцев. Для этого нужно заземлить розетки, правда, в домах старой постройки это можно сделать не всегда.

«Если розетки не заземлены, нужно учитывать, что любой прибор, включенный в такую розетку, будет источником электромагнитного излучения. Например, стоит обычный торшер. Он выключен, но включен в розетку, поэтому является источником электромагнитного излучения. Но на расстоянии полметра излучение падает и практически не воздействует на человека», — сказал Ястребцев.

Свернутые в катушку удлинители являются источником сильного электромагнитного излучения, поэтому их лучше укладывать змейкой и стараться не допускать переплетения проводов и не включать одновременно несколько приборов, советует эксперт.

26 апреля 2019, 10:40

Стены, которые кричат: почему звуки в квартире могут причинить нам вред

«Не стоит перегружать их бытовыми приборами, потому что нагружается сеть и электромагнитное излучение будет больше полутора метров. Адаптеры от телефонов, которые постоянно находятся в розетках, это тоже источник излучения. Если человек спит возле такого источника месяцами, годами, это складывается в довольно сильное воздействие. Лучше, чтобы он был на расстоянии полметра-метра от головы», — предупредил Ястребцев.

По его словам, самый сильный источник излучения в квартире — это внешний кабель, который проходит к распределительному электрическому щитку вашей квартиры. Излучение от него тем больше, чем больше этажей в доме. Оно может распространяться на расстояние до пяти метров.

«Спальные места лучше располагать подальше от кабеля, чтобы было хотя бы три метра от распределительного щитка», — добавил Ястребцев.

Эколог-эксперт посоветовал при замене электропроводки попросить провести заземление, если есть такая возможность. Он подчеркнул, что в современных домах, чтобы снизить вред от электромагнитного излучения, розетки уже заземлены. Это можно понять, если на них, кроме двух привычных отверстий, есть еще заземляющий контакт, пояснил Ястребцев.

16 ноября 2018, 12:11

Неполной грудью: есть ли в Москве дома, жить в которых вредно для здоровьяСреди москвичей упорно ходят страшилки про дома, жить в которых опасно для здоровья. В основном, конечно, речь идет про дома старой постройки. Сайт «РИА Недвижимость» решил разобраться, какие строительные материалы могут быть вредными, и использовались ли они при строительстве жилых домов в Москве.

Излучение от смартфонов: насколько это опасно и как себя защитить?

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Китайские бренды производят аппараты с самым высоким уровнем излучения

Современные люди проводят огромное количество времени, общаясь по мобильным телефонам, но лишь немногие понимают, как именно они работают и как воздействуют на наш организм.

Насколько вредно излучение, исходящее от вашего мобильного?

Может ли постоянное использование телефона привести к возникновению раковой опухоли?

Можно ли что-нибудь сделать, чтобы защитить себя от вредного воздействия?

В течение многих лет ученые пытаются ответить на эти вопросы, но до сих пор не было опубликовано ни одного убедительного исследования, которое бы поставило точку в этих дебатах.

Что мы точно знаем, так это то, что мобильная связь производит электромагнитные волны в радиочастотном диапазоне, которые относят к неионизирующему излучению.

Эти волны гораздо слабее, чем ионизирующее излучение — вроде рентгеновских лучей, ультрафиолетового и гамма-излучения, способных проникать через ткани организма и наносить вред клеткам, меняя структуру ДНК. Однако полностью воздействие этого типа излучения на человеческий организм до сих пор не изучено.

Мир вокруг нас пронизан всевозможными радиоволнами: ультракороткие волны, на которых работают местные радиостанции, микроволновое излучение, производимое СВЧ-печками, тепловое излучение и видимый свет.

Известно, что неионизирующее излучение не обладает достаточной энергией, чтобы напрямую причинить вред структуре ДНК на клеточном уровне.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Риск, который представляют сотовые, полностью не изучен

Однако согласно инофрмации, размещенной на сайте Американского онкологического общества (ACS), существуют вполне реалистичные опасенияотносительно того, что сотовые телефоны могут увеличивать риск возникновения опухолей мозга и других видов опухолей в области головы и шеи.

При чрезвычайно высокой интенсивности радиоволны могут нагревать ткани тела. Именно на этом принципе основана работа микроволновых печей.

Несмотря на то, что энергия, излучаемая мобильными телефонами, неизмеримо ниже, и ее недостаточно для того, чтобы повысить температуру в человеческом организме, исследователи из ACS говорят, что ясности в вопросе, причиняют ли они вред здоровью человека, нет, и в качестве меры предосторожности советуют по возможности сократить пользование мобильными.

Телефоны, излучающие больше и меньше всего

Чтобы измерить потнециальные риски для здоровья, которые несет с собой излучение, ученые предложили единицу измерения — удельный коэффициент поглощения (Specific Absorption Rate — SAR) электромагнитной энергии.

Это показатель электромагнитной энергии, которая поглощается в тканях тела человека во время пользования мобильным устройством.

Этот показатель варьируется в зависимости от марки и модели телефона, и производители обязаны сообщать, каков максимальный уровень SAR, излучаемый их товаром.

Эта информация должна быть доступна в интернете или же содержаться в инструкции по пользованию телефоном, однако мало кто из потребителей обращает на нее внимание.

Федеральное ведомство по радиационной защите ФРГ (BfS) создало базу данных, в которых сравниваются новые и старые смартфоны, чтобы посмотреть, какие из них излучают сильнее всего.

На первом месте — с самым высоким уровнем излучения — оказались китайские бренды, такие как OnePlus и Huawei, а также Lumia 630 компании Nokia.

  • Nokia Lumia 630 1,51

  • Huawei P9 Plus 1,48

  • Huawei GX8 1,44

  • Huawei Nova Plus 1,41

Getty Images

Также были опробованы телефоны iPhone 7 (на 10-м месте), iPhone 8 (на 12-м) и iPhone 7 Plus (15-е место), как и Sony Experia XZ1 Compact (11-е место), ZTE Axon 7 mini (13-е) и Blackberry DTEK60 (14-е).

К сожалению, не существует каких-либо универсальных рекомендаций на предмет «безопасного» уровня мобильного излучения, однако в Германии, например, действует правительственный орган Der Blaue Engel («Голубой ангел»), который устанавливает экологические стандарты и уже зарекомендовал себя как надежное руководство для потребителя.

Этот орган считает безопасными только те мобильные телефоны, у которых показатель SAR не превышает 0,60 ватт на кг.

Все телефоны, которые попали в их список, имеют уровень SAR, вдвое превышающий этот показатель, а возглавлят список модель OnePlus 5T с показателем в 1,68 ватт/кг.

Меньше всего излучения исходит от таких смартфонов, как Sony Experia M5 (0,14), Samsung Galaxy Note 8 (0,17) и S6 edge+ (0,22), Google Pixel XL (0,25) Samsung Galaxy S8 (0,26) и S7 edge (0,26).

Чтобы проверить уровень излучения вашего телефона, загляните в прилагавшуюся к нему инструкцию или зайдите на вебсайт производителя, или же вы можете посетить сайт Федерального агентства связи США.

Как избежать воздействия излучения?

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Избегайте близкого контакта с антенной телефона

Самый мощный радиосигнал — у передающей антенны, которая у современных смартфонов скрыта внутри корпуса.

Волны теряют энергию и слабеют по мере удаления от телефона.

Большинство пользователей во время разговора держат мобильный у уха, однако чем ближе антенна к голове, тем выше ожидаемое воздействие излучаемой энергии, согласно ACS.

Как полагают ученые, ткани, находящиеся ближе всего к корпусу телефона, поглощают больше энергии, чем те, которые располагаются дальше, и есть способы, которые помогут свести к минимуму вредное воздействие:

  • Сократите количество времени, которые вы проводите, общаясь по телефону.
  • Пользуйтесь динамиками телефона или гарнитурой — таким образом вы сможете держать телефон на удалении от головы.
  • Располагайтесь, по возможности, как можно ближе к мачте сотовой связи: мобильные телефоны настраиваются таким образом, чтобы по минимуму затрачивать энергию для получения хорошего сигнала. Чем дальше вы находитесь от мачты (или внутри здания или места, где плохой прием), тем больше энергии потребуется вашему телефону для получения хорошего сигнала.
  • Выбирайте аппараты с низким показателем SAR.

В рубрику «Защита информации и каналов связи» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Общие вопросы электромагнитной совместимости в кабельных линиях передачи данных

И.В. Дорофеев, главный инженер ООО «АйКорд»

В данной статье рассматриваются вопросы электромагнитного влияния на кабельные линии передачи информационных или голосовых данных. В качестве наиболее распространенных кабелей, применяемых для прокладки в пределах зданий, в настоящее время используются волоконно-оптические и кабели типа «витая пара». Вследствие диэлектрического характера первых электромагнитное влияние на волоконно-оптические линии существенно не отразится на распространении сигнала. Однако этого нельзя сказать о медных кабелях, для которых может быть использовано понятие электромагнитной совместимости (ЭМС).

Применительно к нашему случаю под ЭМС понимают способность нормального функционирования кабельных линий передачи данных в условиях воздействия на них электрических, магнитных и электромагнитных полей, существующих в окружающей обстановке, а также возможность не создавать недопустимые помехи другим объектам.

Физические принципы передачи сигналов

Рассмотрим основные физические принципы передачи, наведения или излучения электромагнитных волн в кабелях типа «витая пара». Передача полезного сигнала по паре витых проводников осуществляется в широком диапазоне частот как посредством тока, протекающего в проводниках, так и посредством поперечной электромагнитной волны, образованной данным током (так называемой TEM-волны).

Сигнал, распространяющийся в проводниках, имеет одинаковую амплитуду. Кроме того, сигналы в каждом из проводников противофазны. Такой вид сигнала называется сбалансированным, полезный же сигнал в этом случае является разностью напряжений между двумя проводниками.

В том случае, когда проводники в кабеле свиты симметрично друг другу, излучаемые проводниками электромагнитные поля взаимно компенсируются, тем самым сводя к минимуму излучение кабеля во внешнее пространство. Симметричный кабель также называют сбалансированным. В сбалансированном кабеле внешние электромагнитные наводки влияют на амплитуды, но не на разность сигналов в проводниках.

В реальной ситуации кабели типа «витая пара» не могут быть идеально сбалансированы. Чем больше кабель разбалансирован, тем больше величина нескомпенсированного тока, излучаемого в пространство (эффект контурной антенны), а соответственно и тока, возникающего в проводниках в результате внешнего электромагнитного воздействия. Наводка дополнительного несбалансированного тока в кабеле приводит к ухудшению распознавания сигнала или снижению скорости передачи информации.

Источники электромагнитного излучения

В первую очередь источники электромагнитного излучения следует разделить на функциональные и нефункциональные. К функциональным можно отнести источники помех, которые возникают в результате работы устройства (например, излучающего передатчика) по прямому назначению. Нефункциональные источники создают электромагнитное излучение вследствие неидеальности конструкции -например, дроссельные катушки люминесцентных ламп. С излучением от вторых можно и нужно бороться, при возникновении помех от функциональных источников следует искать компромиссное решение, определив, что важнее: работа источника излучения или окружающего его оборудования.

Следующим критерием является разделение по естественному или искусственному происхождению. Также помехи могут быть узкополосными или широкополосными. Узкополосные источники могут создавать узкие полосы излучения на нескольких кратных частотах, широкополосные помехи могут занимать от 10-15% полосы полезного сигнала вплоть до генерации «белого шума» во всем спектре. Следует заметить, что естественных узкополосных источников в природе не наблюдается. Искусственные широкополосные источники могут иметь характерное излучение, вызванное импульсными или переходными процессами.

В зависимости от типа источника помехи решение задачи ЭМС может быть разделено на две части: уменьшение электромагнитной интерференции (Electro Magnetic Interference, EMI) и уменьшение радиочастотной интерференции (Radio Frequency Interference, RFI). Для первого влияния характерны низкие частоты (десятки-сотни герц) и большие амплитуды, для второго — небольшие амплитуды и высокие частоты (десятки-сотни мегагерц).

Наиболее наглядно классификация источников электромагнитных помех представлена в табл. 1.

Защита кабельных линий от внешних электромагнитных воздействий

В данном разделе приводятся некоторые рекомендации, которых следует придерживаться при проектировании кабельных линий или при решении уже возникших проблем ЭМС.

При решении задач ЭМС следует, пользуясь табл. 1, определить возможные источники помех и их характер, а затем выработать методы снижения электромагнитной нагрузки. В общем случае все методы, приведенные ниже, будут способствовать улучшению ЭМС. Задача специалиста — на основе данных обследований объекта, особенностей и параметров помехи и общих рекомендаций расположить методы по ранжиру в соответствии с технической и экономической эффективностью и целесообразностью внедрения возможных изменений.

Из экономических рекомендаций можно отметить использование продукции известных производителей с хорошей репутацией, качество производства которых позволяет гарантировать хороший баланс проводников в кабеле. Заметим, что применение качественной продукции не отменяет требований правильного монтажа, хотя хорошо сбалансированный кабель позволяет создать достаточный запас по сигнальным параметрам и уменьшить влияние человеческого фактора.

Из технических рекомендаций укажем следующие решения:

а) разнесение кабельных линий и источников помех в пространстве;
б) экранирование слаботочных кабельных линий;
в) экранирование силовых кабельных линий или источников помех;
г) ограничение длины параллельного пробега слаботочных и силовых кабелей;
д) корректное использование системы заземления силовых и слаботочных кабелей;
е) снижение излучения источников электромагнитных помех.

Рассмотрим каждый из пунктов более подробно.

А. Пространственное разнесение

Разнесение кабелей и источников помех в пространстве является наиболее простым и эффективным способом снижения электромагнитной нагрузки. Электромагнитное излучение затухает обратно пропорционально степени расстояния. Степень затухания зависит от реальных условий и может изменяться от 1/л/г до 1/r3, где r — расстояние между точкой излучения и точкой наблюдения, в зависимости от:

  • частот, на которых осуществляется взаимная связь;
  • расстояния между объектами ЭМС, то есть от их нахождения в ближней, резонансной или дальних зонах;
  • типа излучаемой электромагнитной волны или положения векторов электромагнитного поля;
  • потерь в среде.

Б. Экранирование слаботочных кабельных линий

Еще одним способом уменьшения влияния внешних источников на кабель является экранирование. Экранирование может осуществляться двумя способами:

  • использованием кабеля в экране или металлической оплетке;
  • размещением кабеля в металлическом кабельном канале.

В обоих случаях металлические экраны должны быть надежно заземлены. Особенно внимательно следует относиться к заземлению экранированных кабелей: возможны случаи, когда при нарушении топологии заземления или качества его монтажа электромагнитное влияние не улучшается, а ухудшается.

В. Экранирование силовых линий или источников помех

Альтернативным вариантом экранирования является экранирование силовых линий или источников электромагнитных помех. Применение металлических экранов достаточной толщины позволяет эффективно уменьшать электрическую составляющую электромагнитного поля. К сожалению, эффективно уменьшить магнитную составляющую можно только путем применения магнитоди-электрических материалов с высоким показателем магнитной диэлектрической проницаемости, имеющих крайне высокую стоимость.

Из наиболее распространенных методов реализации данного пункта можно отметить использование электрических кабелей в металлических оплетках или каналах либо, например, экранирование специализированных помещений металлическими проводниками или листами. Во втором случае, то есть при экранировании помещений, так называемая «сетка Фарадея» также выполняет функции системы уравнивания потенциалов.

Г. Ограничение длины параллельного пробега слаботочных и силовых кабелей

В табл. 2 приведены величины разноса слаботочных и силовых кабелей при параллельной прокладке. Данные значения носят общий характер, и зачастую параметры разноса можно снизить. Распространенной ошибкой является прокладка слаботочных и силовых кабелей в одном пучке. Это не только противоречит нормам на ЭМС, но и является нарушением требований п. 2.1.16 Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

Д. Корректное заземление силовых и слаботочных кабелей

Как говорилось в пункте Б, корректное использование системы заземления позволяет улучшить электромагнитную обстановку. Между тем ошибки в топологии или реализации заземления могут привести к тому, что заземляющий проводник или экран кабеля станет дополнительным источником электромагнитных помех.

Для заземления проводников целесообразно использовать телекоммуникационное заземление, которое соединено с главной заземляющей шиной (ГЗШ) здания или контуром повторного заземления здания только в одной точке. Все элементы пассивного оборудования и оплеток кабелей должны быть заземлены с использованием промышленных специализированных решений. В качестве примера на рисунке показаны варианты правильного и неправильного заземления оплетки кабеля.

С точки зрения заземления экрана кабеля идеальным является случай, когда параллельно кабелю прокладывается заземляющий проводник, выполняющий функцию уравнивания потенциалов и существенно снижающий паразитные токи на оплетке.

В реальной ситуации такая возможность существует на магистральных линиях связи здания, на обоих концах которых есть телекоммуникационное заземление. Если же кабель прокладывается до абонентского устройства, то монтаж такого проводника, как правило, не осуществляется. В этом случае нужно обеспечить заземление оплетки кабеля с одного конца и исключить возможность объединения защитного электрического и телекоммуникационного заземления.

Таким образом, следует учесть, что применение неэкранированных решений зачастую более оправдано, чем использование некорректно выполненных экранированных систем.

Е. Снижение излучения источников электромагнитных помех

Не всегда есть возможность изменить параметры электромагнитного излучения источника помех, особенно внешнего происхождения. Тем не менее для некоторых видов оборудования уменьшение уровня излучения не только возможно, но и необходимо, так как приводит к более эффективному функционированию источника помехи.

В первую очередь это относится к силовым кабелям, в которых нарушен порядок чередования фаз. Появление тока на нейтральном проводнике силового кабеля приводит к увеличению излучения кабеля на основной частоте 50 Гц и на частоте третьей гармоники 150 Гц. Ситуация усугубляется, если в цепи существуют множественные объединения нейтрального и заземляющего проводника, в результате которых несбалансированный ток появляется в петлях, образованных этими двумя проводниками.

Для снижения электромагнитного излучения и устранения описанных выше проблем необходимо внести изменения в схему электроснабжения. Для потребителей электрической мощности, которые представляют собой нелинейную нагрузку (например, импульсные источники питания), целесообразно увеличивать сечение нейтрального проводника относительно фазного для уменьшения излучения на частоте третьей гармоники. Данное требование в большей мере относится не к распределенным, а к сосредоточенным в одном месте потребителям, например к источникам бесперебойного питания, кабельные трассы которых могут проходить в непосредственной близости от слаботочных кабелей.

Еще одним объектом, на котором возможно уменьшение электромагнитного излучения, являются люминесцентные лампы. Замена электромагнитной пускорегулирующей аппаратуры на электронную позволяет уменьшить излучения как при переходных процессах при включении лампы, так и при стационарной работе светильника.

Защита кабельных линий от несанкционированного доступа

Задача защиты кабельных линий от несанкционированного доступа (НСД) имеет несколько другую логику, нежели подход, изложенный в предыдущем пункте, где кабельная линия рассматривалась как приемник. Здесь же следует рассматривать кабель как источник излучения, то есть передатчик.

С точки зрения российских норм и правил защита кабельных линий подпадает под действие стандартов по защите информации. Стандарты делятся на открытые, например ГОСТ Р 50739-95 «Средства вычислительной техники. Защита от несанкционированного доступа к информации. Общие технические требования», и на закрытые, разработанные Федеральной службой по техническому и экспортному контролю (ФСТЭК России). Создание информационных систем, которые обрабатывают и передают сведения, составляющие государственную тайну, строго регламентируется закрытыми нормами. При защите коммерческой тайны, как правило, применяются те же самые принципы.

Из классической электродинамики известно, что характеристики источников электромагнитных волн, например антенн, идентичны на прием и на передачу (принцип взаимности). Таким образом, большинство рекомендаций, связанных с уменьшением влияния внешних источников, будут способствовать уменьшению излучения самих информационных кабелей. Дополнительно для защиты информации могут применяться различного рода фильтры и широкополосные генераторы шума.

Выводы

При выполнении элементарных требований в большинстве случаев создания кабельных систем задача ЭМС решается «по умолчанию». Поскольку кабели типа «витая пара» обладают достаточной устойчивостью к электромагнитным воздействиям, то для обычных офисных приложений достаточно использовать неэкранированные решения, избегая прокладки кабельных линий в непосредственной близости от источников электромагнитных помех. Также следует заметить, что очень редко неблагоприятная электромагнитная обстановка приводит к полному нарушению связи; как правило, снижается скорость передачи данных, которую трудно оценить без отдельного, специально проведенного анализа.

Для решения специальных задач или размещения кабельных трасс в условиях сложной электромагнитной обстановки следует принимать решения, пользуясь рекомендациями, изложенными в данной статье.

Опубликовано: Журнал «Технологии и средства связи» #3, 2006
Посещений: 22819

Статьи по теме

В рубрику «Защита информации и каналов связи» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций


5G распространяет коронавирус: разбираем мифы об электромагнитных волнах

Многие считают, что сеть 5G распространяет коронавирус, телефоны разрушают мозг, а микроволновка превращает еду в радиоактивную. Рассказываем, почему в эти мифы давно пора перестать верить

Время на чтение: 8–10 минут

Сети 5G

Миф: сеть 5G распространяет коронавирус и приводит к злокачественным опухолям и другим болезням.

Во всем мире процветает теория заговора вокруг 5G. Люди выходят на митинги против сети, препятствуют установке вышек и уничтожают их. Псевдоэксперты в социальных сетях заявляют, что 5G распространяется на высоких частотах, которые вредят людям и животным. Появились фейковые фотографии, где «инженер» показывает оборудование с маркировкой COV-19 — якобы его установят на вышку и будут распространять коронавирус по радиоволнам.

Правда: 5G не связана с коронавирусом и не вызывает другие болезни

5G относится к неионизирующему излучению, которое не может навредить человеку. Опасно только ионизирующее излучение: оно проникает в организм и разрушает клетки, вызывает мутации и злокачественные опухоли. Например, такое излучение появляется при взрыве атомной бомбы.

Сеть 5G работает в частотах 6–100 ГГц, а 4G — в пределах 0,8–2,6 ГГц. С этим связаны претензии некоторых исследователей: волны 5G имеют более высокую частоту, чем сети предыдущих поколений, значит, могут быть потенциально опасными. Однако Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) установила безопасную норму до 300 ГГц. Даже если 5G будет распространяться на максимуме в 100 ГГц, это все равно в три раза ниже предельной границы. Исследования международной научной академии SciProof также доказали, что сети пятого поколения безопасны для человека.

Дмитрий Чикрин, директор Института вычислительной математики и информационных технологий Казанского федерального университета (ИВМиИТ-ВМК КФУ):

«Мощность сетей 5G ниже мощности 4G в 10–100 раз. Они работают лучше: 5G не «распыляется» широким фронтом, а ориентирована на тех пользователей, которые на данный момент с этой сетью работают. Предыдущие поколения связи выпускали волны на всю окружающую среду, поэтому были менее эффективны. Из-за того что 5G работает индивидуально с каждым абонентом, она даже по сравнению с четвертым поколением намного безопаснее».

Мобильные телефоны

Миф: мобильный телефон может вызвать опухоль мозга

Законодательство большинства стран мира обязывает производителей мобильников указывать уровень излучения каждой модели телефона. В инструкции обычно не рекомендуют носить сотовый близко к телу, чтобы избежать возможных негативных последствий. Роспотребнадзор советует ограничить время использования мобильных и пользоваться гарнитурами беспроводной связи, а детей максимально оградить от телефона.

Правда: нет никаких достоверных исследований, доказывающих вред излучения мобильных телефонов

ВОЗ заявляет, что вред телефонов для человеческого организма не доказан. Исследования международной научной группы Interphone показали, что частое использование сотовых не вызывает опухоль мозга и не увеличивает риск ее развития. Американское общество онкологов считает, что между опухолями и излучением мобильных телефонов нет установленной взаимосвязи. Центр по контролю заболеваний США заявляет, что вред сотовых на организм человека не доказан.

Антон Алексахин, руководитель отдела СЗФО департамента экологической экспертизы и мониторинга EcoStandard Group:

«Воздействие сотового телефона на организм человека аналогично действию микроволновой печи на продукты: радиочастотная энергия нагревает ткани тела. На частотах, используемых мобильными телефонами, основная часть энергии поглощается кожей и другими поверхностными тканями, что приводит к повышению температуры мозга и других органов. Человек может физически ощутить это после долгого разговора по мобильному телефону.

Возможный нагрев тканей — единственное подтвержденное воздействие электромагнитных полей высокой частоты на человека. Взаимосвязь с болезнями и опухолями еще никто не доказал».

Микроволновки

Мифы: микроволновка облучает человека, а еда теряет полезные свойства

Микроволновку часто называют одним из самых опасных бытовых приборов. Псевдоэксперты ссылаются на исследование Департамента пищевых наук США и говорят, что излучение СВЧ-печи губительно влияет на здоровье. Хотя речь в исследовании шла о запрете разогревать молоко для младенцев, потому что оно могло оказаться слишком горячим.

Правда: микроволновые печи безопасны для здоровья и не превращают еду в радиоактивную

ВОЗ объясняет, что современные микроволновки оснащены защитой, которая не пропускает большую часть излучения в открытое пространство. А тех волн, которые все же проникают, недостаточно, чтобы навредить человеку. Американское общество онкологов утверждает, что мощности электромагнитного излучения СВЧ-печей не хватит, чтобы вызвать мутацию клеток и злокачественную опухоль.

Ученые Вашингтонского университета доказали, что пища в микроволновке не становится радиоактивной, а питательные вещества и витамины не разрушаются. Электромагнитные волны воздействуют только на молекулы воды, которые есть в составе любого продукта. Они начинают быстро двигаться, нагреваются и передают тепло еде. Более того, по мнению гарвардских ученых, при варке продуктов разрушается гораздо больше полезных веществ, чем при использовании СВЧ-печи.

Дмитрий Чикрин:

«Внутри микроволновки есть магнетрон — это ее основной элемент. Если каким-то образом удастся его вытащить, как-то подключить к сети, минуя все системы защиты, и прижаться к нему ухом, то да, ухо можно поджарить. В остальном микроволновки безопасны. Волны, которые они излучают, направлены внутрь, в одну точку. Наружу эти волны выйти не могут».

Телевизоры

Миф: телевизор ухудшает зрение

Распространено мнение: если слишком много времени проводить перед телевизором, зрение быстро ухудшится. Голубой экран телевизоров тоже считают вредным для глаз.

Правда: телевизор не может ухудшить зрение

Телевизор изобрели еще в начале XX века, но до сих пор никто не смог доказать, что он вредит зрению. На эту тему нет никаких научных исследований, которым можно доверять.

Американская академия офтальмологов уверена, что вред телевизора для глаз — это миф. Даже если смотреть на экран с близкого расстояния, зрение не ухудшится. А появляющиеся во время просмотра жжение и сухость в глазах ученые объясняют обычной усталостью. Исследование Университета Джонса Хопкинса не выявило прямой взаимосвязи между воздействием голубого экрана и ухудшением зрения.

Дмитрий Чикрин:

«Современные телевизоры генерируют изображение на экране, грубо говоря, зажиганием лампочек. Это просто свет, такой же, как и в любом другом осветительном приборе. Никакого электромагнитного излучения в современных телевизорах нет.

Раньше изображение на экранах выводили электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) — это устройство, которое создавало довольно интенсивное электромагнитное поле. Но и его хорошо экранировали, поэтому особого вреда оно не могло нанести».

Компьютеры и ноутбуки

Миф: Компьютеры и ноутбуки излучают радиацию, поэтому наносят вред здоровью

Компьютеры обвиняют в излучении сильных волн, которые вызывают опухоли и ухудшают кровообращение. Предприимчивые бизнесмены выпускают «защитные» устройства в виде странных антенн и накладок на экраны, которые якобы нейтрализуют вредные лучи.

Правда: компьютеры не излучают электромагнитные волны сильнее других приборов

Компьютеры и ноутбуки генерируют излучение не сильнее, чем большинство других электрических приборов. Например, мультиварка или электрокамин.

Исследования индийских ученых из Университета графической эры (GEHU) показали, что вред от компьютера возможен, но только если слишком долго сидеть за ним и близко ставить к себе системный блок: рекомендуется держать его на расстоянии от тела минимум 40–50 см. Но это утверждение верно для любого другого устройства или явления. Например, под солнцем нельзя слишком долго находиться без защиты, но никому не придет в голову обвинить его в медленном убийстве человека. Экраны компьютеров и ноутбуков, как и телевизоры, не вредят зрению.

Антон Алексахин:

«Как и любые электроприборы, компьютеры — источники электромагнитного излучения. И оно действительно может быть повышенным, если нет заземления, если проводка выполнена некачественно, подключение осуществляется через большое количество удлинителей, особенно с перекрученными проводами.

Но исследования воздействия электромагнитных полей компьютеров на человека зачастую противоречат друг другу. Никто еще не смог доказать их вред».

Wi-Fi-роутеры

Миф: Wi-Fi-роутер облучает человека вредными электромагнитными волнами

В 2007 году издание BBC провело расследование, чтобы выяснить уровень излучения Wi-Fi в британских школах и выявить его возможный риск для здоровья детей. Поводом для проверки стали высказывания председателя Агентства по охране здоровья Уильяма Стюарта, который усомнился в безопасности беспроводного интернета. Выяснилось, что уровень излучения в школах в три раза выше нормы. Позже итоги проверки признали ошибочными, но мнение, что Wi-Fi вреден, распространилось по всему миру.

Правда: излучение Wi-Fi слишком слабое, чтобы нанести вред человеку

Исследование показало, что уровень излучения Wi-Fi слишком мал, чтобы нанести вред организму. Беспроводная сеть работает на частотах 2,4–5 ГГц, а опасными, как мы уже говорили, считаются волны свыше 300 ГГц. На таких частотах могут работать радары, спутники, мощные антенны, но располагают их далеко от людей и городов, поэтому вреда они не наносят.

Wi-Fi-роутер не нужно обязательно ставить на балкон или в самый дальний угол комнаты. Излучение от него очень слабое, его мощность не превышает 0,1 Вт. Для сравнения: в микроволновке, тоже работающей в частоте 2,4–5 ГГц, это значение достигает 1 000 Вт. То есть, чтобы Wi-Fi серьезно облучил организм, его мощность нужно увеличивать в десятки тысяч раз.

Дмитрий Чикрин:

«Возле Wi-Fi-роутера можно находиться сколько угодно долго. Его мощность измеряется десятками милливатт, поэтому он не может облучить человека».

Введение в дистанционное зондирование

Спектр электромагнитных волн

Свет и излучение представляют собой лишь небольшую часть существующих форм электромагнитной энергии. Человеческий глаз может видеть только ту часть спектра электромагнитных волн, которая содержит спектральные цвета; в то же время, наша кожа способна чувствовать разницу температур.

Электромагнитное излучение — один из видов распространения энергии. Оно определяется как энергия волны и характеризуется частотой или длиной волны. Излучение распространяется со скоростью света (дальнейшая информация о частоте, длине волны и скорости света находится в разделе Анализ спектров Земли).

Спектр электромагнитных волн может быть описан терминах частоты (в герцах) или длины волны (в микрометрах, миллиметрах или метрах), см. рисунок ниже.

Спектр электромагнитных волн разделён на несколько диапазонов, начинающихся с очень малой длины волны и высокой частоты, т.н. рентгеновские лучи (около 0.01 µm). Далее идёт ультрафиолетовое излучение с длинами волн порядка 0.1 µm. Часть видимого света, которую воспринимает человеческий глаз, протянулась от 0.38 µm до 0.78 µm и от фиолетового, синего, зелёного, жёлтого до оранжевого и красного. После этого спектрального диапазона находятся инфракрасные длины волн, за которыми следуют ещё более длинные волны, такие как микроволны и радиоволны. Инфракрасный диапазон делится на ближний инфракрасный, средний инфракрасный и тепловой инфракрасный диапазоны (дальнейшая информация в разделе анализ спектров Земли).

Источниками электромагнитного излучения являются Солнце и Земля, излучающие в инфракрасном диапазоне, а также активные сенсоры спутников.

Эпектромагнитные волны. Источники электромагнитных колебаний

Эпектромагнитные волны

Электромагнитные волны создаются генераторами различных частот и представляют собой поля электромагнитной энергии, возбуждаемые токами высокой частоты различных диапазонов. Развитие радиотехники и электроники открыло широкие возможности использования токов высокой частоты в самых разнообразных отраслях народного хозяйства: в машиностроении, радиовещании и телевидении, радиолокации и радионавигации, медицине, ядерной физике и т. д.

Качественную характеристику электромагнитных колебаний можно давать как в виде частоты колебаний, выраженной в герцах (1 гц равен 1 колебанию в секунду), так и в длинах волн, выраженных в единицах длины (метрах, дециметрах, сантиметрах, миллиметрах). Чем чаще колебания, тем более короткие волны они возбуждают. Весь спектр этих волн условно принято делить на следующие 8 диапазонов:

  1. Длинные волны — свыше 3000 м — соответствуют частоте колебаний ниже 100 кгц.
  2. Средние волны — от 200 до 3000 м — соответствуют частоте от 1,5 Мгц до 100 кгц.
  3. Промежуточные волны — от 50 до 200 м — соответствуют частоте от 6 до 1,5 Мгц.
  4. Короткие волны — от 10 до 50 м — соответствуют частоте от 30 до 6 Мгц.
  5. Ультракороткие волны от 1 до 10 м — соответствуют частоте от 300 до 30 Мгц.
  6. Дециметровые волны — от 10 см до 1 м — соответствуют частоте от 3000 до 300 Мгц.
  7. Сантиметровые волны от 1 до 10 см — соответствуют частоте от 30 000 до 3000 Мгц.
  8. Миллиметровые волны от 1 до 10 мм — соответствуют частоте от 300 000 до 30 000 Мгц.

Частоты колебаний принято делить на три категории: 1) токи высокой частоты — ниже 30 Мгц; 2) токи ультравысокой частоты — от 30 до 300 Мгц; 3) токи сверхвысокой частоты — свыше 300 Мгц.


Источники электромагнитных колебаний

При обслуживании генераторов и других установок с использованием электромагнитных колебаний персонал может подвергаться прямому воздействию энергии этих колебаний. Несмотря на то что электромагнитные волны хорошо задерживаются обычными металлическими экранами, кожухами и другими ограждениями из металла, не всегда удается их полностью устранить и предупредить их воздействие на работающих. В ряде случаев это связано с конструктивными недостатками используемого оборудования, а иногда по условиям технологии невозможно полное его экранирование. В частности, в установках высокой и ультравысокой частоты источниками проникновения в рабочие помещения электромагнитных колебаний наиболее часто являются элементы колебательного контура (конденсатор настройки или связи), высокочастотный трансформатор, линии передачи высокочастотной энергии от колебательного к рабочему контуру (фидерные линии), рабочий контур (индукционная катушка, рабочий конденсатор). При использовании установок сверхвысоких частот источниками излучения являются сами излучатели, антенные устройства, а также различные блоки этих установок (магнетроны, клистроны, лампы бегущей и обратной волны и др.). Кроме того, излучение проходит через неплотности в укрытиях, сочленениях и т. п.

Энергия электромагнитных колебаний, проникающая в рабочие помещения от установок высокой и ультравысокой частоты, измеряется по двум ее составляющим: напряженностью электрического поля, выраженной в вольтах на метр (в/м), и напряженностью магнитного поля — в амперах на метр (а/м).

Измерение двумя составляющими. этих диапазонов, электромагнитных колебаний. связано с тем, что прн обслуживании данных установок основные рабочие места располагаются вблизи источников излучения, где при относительно длинных волнах электромагнитное поле еще не сформировано.

При коротких диапазонах сверхвысоких частот все рабочие места находятся в волновой зоне, и на них действует сформированный поток электромагнитных волн, имеющий определенную плотность, которую можно измерить одним показателем.

При обслуживании различных установок величины облучений колеблются в весьма широких пределах и зависят от мощности этих установок (мощности потребляемой энергии в киловаттах), степени их экранирования, расположения рабочих мест и др., причем нет никакой зависимости между этими двумя составляющими (наблюдались случаи низких показателей напряженности электрического поля при весьма высоких показателях магнитного, и наоборот).


Полезная информация: {-12} m \] медицинские индикаторы, уничтожение раковых клеток, стерилизация хирургического оборудования разрушение клеток, мутации клеток, рак

Электромагнитные волны и как они работают | ОРЕЛ

За всем в этом мире стоит энергия, от заряда батарей, поддерживающих работу вашего контроллера Xbox, до силы удара деревянной летучей мыши, которая выбрасывает мяч из парка. Но не все виды энергии равны, и, в частности, есть один тип, который сформировал наш мир электроники больше, чем любой другой — электромагнитная (ЭМ) энергия.

Эта сила, которая приходит в виде электромагнитных волн, преодолевает физические препятствия, несется через космический вакуум и открывает мир открытий в наше время, от радио до радаров, спутников и многого другого! Чтобы когда-либо полностью понять, как беспроводная связь работает в современной электронике, вам нужно съездить в игру с мячом, чтобы увидеть, как электромагнитные волны работают в движении.

Сделайте волну, все остальные!

Нас обрушивают на нас волны разного типа в любое время дня, каждая из которых бывает разной формы и вкуса.Например, удар бейсбольной битой о мяч производит звуковую волну, которая проходит через физическую среду и достигает ваших ушей. И когда все в толпе встают, чтобы помахать рукой и приветствовать, это снова звуковые волны в движении. Эти звуковые волны, которые относят к категории механических волн, требуют, чтобы через них прошел физический объект или среда, чтобы их можно было услышать.

Лучшая часть игры в мяч, а также основная часть того, как работает беспроводная электроника волна! (Источник изображения)

В отличие от механических волн, электромагнитные волны не требуют присутствия физической среды, и вы обнаружите, что они несутся через пустоту пространства, не задумываясь.Электромагнитные волны уникальны по своему составу, они объединяют электрические и магнитные поля, которые танцуют вместе в идеальной спирали, путешествуя по космосу как поперечная волна.

Поперечные волны имеют как вертикальное волновое движение , так и горизонтальное движение частиц.

Поскольку электромагнитным волнам не нужна физическая среда для прохождения, чтобы добраться из точки A в точку B, они также являются самой быстрой волной, известной человеку, и могут перемещаться в космическом вакууме со скоростью 3.00 x 10 8 м / с ! Нельзя сказать, что эти волны не могут проходить через физическую среду, просто это работает немного иначе, когда они это делают. Давайте разберемся:

  • Поглощение . Сначала электромагнитная волна поражает атомы физического материала, который поглощает волну.
  • Вибрация . Поглощение этой электромагнитной энергии заставляет электроны внутри этого атома начать колебаться.
  • Выпуск .Атом, поглотивший электромагнитную энергию, испускает еще одну электромагнитную волну, передавая ее следующему по очереди атому.

То, как электромагнитная волна распространяется через физическую среду, сильно отличается от ее движения в вакууме. (Источник изображения)

В физической среде этот процесс поглощения и выброса электромагнитной волны от одного атома к другому приведет к тому, что волна будет двигаться немного медленнее, чем в вакууме. Чем плотнее физический материал, тем с большей задержкой будет двигаться электромагнитная волна.

Электромагнитный спектр

Прежде чем погрузиться во все формы электромагнитных волн, во-первых, нам нужно понять, как эти волны измеряются, что также даст вам ключ к пониманию того, как они организованы в спектре. Хотя все волны принимают разные формы, каждая электромагнитная волна, с которой вы столкнетесь, имеет ту же S-образную (синусоидальную) кривую, как показано ниже. Они называются поперечными волнами . Эти поперечные волны можно измерить несколькими способами:

  • По амплитуде.Измерение поперечной волны по ее высоте даст вам ее амплитуду, которая измеряет волну от нулевой точки на оси x до вершины самой высокой точки волны.
  • По длине волны. Вы также можете измерить электромагнитную волну по расстоянию между двумя наивысшими точками между двумя волнами, которые называются гребнями. Это дает вам длину волны. Длина волны может быть меньше размера атома и больше диаметра всей нашей планеты!
  • По частоте. Наконец, вы можете измерить, сколько гребней проходит через данную точку каждую секунду. Сколько гребней проходит за заданное время, называется волной или циклом и измеряется в герцах (Гц). Например, волна, которая имеет четыре цикла, проходящих через заданную точку за секунду, будет иметь частоту 4 Гц.

Здесь вы можете увидеть, как мы получаем амплитуду, длину волны и частоту, наблюдая, как распространяется электромагнитная волна.

Осмыслить? Теперь мы можем вернуться к нашему электромагнитному спектру.Все электромагнитные волны организованы в очень подробную иерархию, основанную на наших измерениях как частоты, так и длины волны. Электромагнитные волны в этом спектре прогрессируют в порядке увеличения частоты и уменьшения длины волны, например:

Электромагнитный спектр, начиная с низкой частоты и низкой длины волны слева. (Источник изображения)

Радиоволны

На минимальном конце электромагнитного спектра находятся радиоволны с частотами от 30 гигагерц (ГГц) до 3 килогерц (кГц).Как следует из названия, радиоволны наиболее известны тем, что используют их на радиостанциях, и если вы слушаете AM-радио, вы будете набирать определенную радиочастоту между 520 и 16010. AM-радиостанции измеряются тысячами герц в секунду, называемых килогерцами (кГц).

У вас также есть FM-радиочастоты, которые можно набирать в диапазоне от 87,0 до 107,9 миллионов герц в секунду, называемых мегагерцами (МГц). Помимо традиционного радио, вы также найдете радиоволны, питающие почти все наши беспроводные электронные системы, такие как Wi-Fi, Bluetooth, сигналы сотовых телефонов и даже радары.Радиоволны могут даже измерить, насколько быстро питчер бросает бейсбольный мяч с помощью скоростного ружья или камеры контроля скорости!

Вы можете использовать один из этих радаров, чтобы измерить скорость бейсбольного мяча, брошенного питчером. Радиоволны в действии! (Источник изображения)

Микроволны

Микроволны создают впечатление посреди радиоволн и инфракрасных волн и имеют частоту от 3 гигагерц (ГГц) до 30 терагерц (ТГц). Однако вы не обнаружите, что микроволновые печи используются только для разогрева остатков на обед.Микроволны также имеют традиционное применение в других устройствах с высокой пропускной способностью, таких как радары, телевидение и спутники.

Инфракрасные волны

Прежде чем электромагнитные волны станут видимыми, они принимают форму инфракрасных волн. Они имеют частоту от 30 терагерц (ТГц) до 400 ТГц с длиной волны всего 0,00003 дюйма! Как и все другие волны до видимого спектра, инфракрасное излучение совершенно невидимо для человеческого глаза, хотя их можно ощущать как тепло.

Инфракрасный порт используется в пультах дистанционного управления телевизором, а также для тепловизора, который используется в очках ночного видения во всех ваших любимых шпионских фильмах. Ваше тело также излучает инфракрасные волны, как солнце!

Даже наши тела испускают тонны инфракрасных волн, как показано на этом сканировании тела. (Источник изображения)

видимый свет

Наконец, мы подошли к единственной видимой части спектра электромагнитных волн, которую наши человеческие глаза могут видеть видимым светом! Эта форма электромагнитной энергии видна всем нам как спектр цветов радуги.Цвета имеют определенную длину волны в электромагнитном спектре, вот лишь некоторые из них:

  • Красный имеет самую длинную длину волны — около 700 нанометров.
  • Желтый идет на втором месте с длиной волны 600 нанометров.
  • Фиолетовый идет последним, с самой короткой длиной волны 400 нанометров.

Ультрафиолетовые волны

За пределами видимого спектра света мы попадаем в ультрафиолетовые волны, которые возникают на высоких частотах, отправляя более 1000 триллионов циклов каждую секунду с длиной волны от 400 до 1 нанометра.

УФ-волны используются для стерилизации медицинского оборудования, а также для защиты от бактерий и вирусов. Вы также можете использовать УФ-волны для проверки поддельных денег, которые показывают все скрытые символы, которые Федеральная резервная система США печатает на законной долларовой банкноте.

Посветите специальным ультрафиолетовым светом на долларовую купюру, и вы увидите несколько уникальных отметок, которые идентифицируют ее как законную валюту .

Рентгеновский снимок

Далее, у нас есть рентгеновский снимок, и если вы когда-нибудь ломали кость или были у дантиста, то вы точно знаете, как используется эта электромагнитная волна.Длины волн в рентгеновских лучах настолько короткие, что они пролетят мимо заданной точки со скоростью один миллион триллионов длин волн в секунду. На этом этапе электромагнитного спектра вам нужно быть осторожным с тем, насколько сильно вы подвержены этим волнам. Рентгеновские лучи производят такой мощный всплеск энергии, что они могут убить клетки вашего тела, если вы прикоснетесь к ним без защиты.

Гамма-лучи

Гамма-лучи — чудовища электромагнитного спектра, и они обладают достаточной мощностью, чтобы разорвать связи между молекулами! Их частоты превышают 108 Гц, а длины волн — крошечные, всего 100 пикометров (то есть 4 x 10-9 дюймов).Как и следовало ожидать, гамма-лучи могут нанести неприятный вред живым тканям, что делает их идеальными для поражения раковых клеток. Однако, если вы подверглись неконтролируемому воздействию гамма-излучения, например, от ядерной бомбы, то с вами, скорее всего, покончено.

Начало электромагнитных волн

Электромагнитные волны имеют много различных разновидностей, и вам может быть интересно, как мы вообще пришли к открытию такой загадочной и в значительной степени невидимой силы, которая питает наш мир. Наш путь к открытиям начинается в 1870-х годах с шотландского ученого Джеймса Клерка Максвелла.Максвелл собрал теорию, когда увидел, что электрическое и магнитное поля могут соединяться вместе, образуя то, что мы теперь знаем как электромагнитные волны. Обнаруженная им связь была названа уравнениями Максвелла.

В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц продолжил расширять наблюдения Максвелла, заметив, что, когда он совершал электрический искровой скачок между двумя клеммами, вторая вспышка появлялась одновременно между другим набором клемм в нескольких ярдах. Эта способность проявлять электромагнитные волны в их видимой форме привела к появлению волн Герца.

Познакомьтесь с Генрихом Герцем, немецким ученым и отцом волн Герца. (Источник изображения)

В 1896 году началось изучение электромагнитных волн под руководством итальянского ученого Гульельмо Маркони. Маркони расширил первоначальное открытие Герца и создал самый первый радиопередатчик, который позволил ему посылать радиосигналы на расстояние до мили. Эти волны Герца, которые передавал Маркони, позже стали известны как радиоволны, которые используются до сих пор.

Итальянский ученый Гульельмо Маркони с самым первым радиопередатчиком. (Источник изображения)

Мир за пределами невидимого

Беспроводные технологии и электромагнитные волны, делающие их все возможными, полны тайн и чудес. Понимая их основные строительные блоки, вы можете вовремя играть в высшей лиге, обладая собственной способностью отправлять данные, летящие по комнате, без единого провода! В нашей серии статей «Основы беспроводной электроники» электромагнитные волны будут служить основой для всех впечатляющих беспроводных технологий.Не забудьте вернуться в ближайшее время, когда мы более подробно изучим, как работают WiFi, Bluetooth, RFID, NFC и другие беспроводные технологии.

Готовы начать свой собственный проект беспроводной электроники? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Исследования климата Южной Флориды

Излучение Солнца


Изображение предоставлено НАСА.

Почти вся энергия, доступная на поверхности Земли, поступает от Солнца.Солнце получает энергию в процессе ядерного синтеза. Этот процесс происходит внутри или внутри Солнца, где температура и давление чрезвычайно высоки. На протяжении большей части жизни Солнца энергия образуется в результате синтеза ядер водорода. В этом процессе (объясняется просто) четыре ядра водорода сливаются, образуя ядро ​​гелия. Энергия выделяется, потому что ядро ​​гелия имеет немного меньшую массу, чем четыре исходных ядра водорода. Знаменитая формула Эйнштейна (E = mc2 или энергия = масса × квадрат скорости света) объясняет, почему выделяется энергия.Эта энергия в конечном итоге попадает во внешние области Солнца и излучается или испускается в форме энергии, известной как электромагнитное излучение. Частица электромагнитного излучения известна как фотон. Электромагнитное излучение, также известное как лучистая энергия (или излучение), распространяется в форме электромагнитных волн.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны — это волны, которые могут вызывать движение заряженных частиц (например, электронов) вверх и вниз.Эти волны обладают как электрическими, так и магнитными свойствами и могут проходить через газы, жидкости, твердые тела и пустое пространство (или вакуум) со скоростью почти 300 000 километров в секунду (скорость света).

Электромагнитные волны характеризуются длиной и частотой. Длина волны — это расстояние между двумя гребнями или впадинами волн. Самая высокая точка волны называется гребнем, а самая низкая точка волны называется впадиной.Частота выражается в герцах (Гц) и относится к числу длин волн, которые проходят фиксированную точку за 1 секунду. Чем короче длина волны, тем выше будет ее частота. Обратное также верно. Например, радиоволны имеют самую длинную длину волны и самую низкую частоту.

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр представляет собой полный спектр электромагнитного излучения.Область спектра с более короткой длиной волны, чем у цветного фиолетового, называется ультрафиолетовым излучением, а область спектра с большей длиной волны, чем у красного цвета, называется инфракрасным излучением.

Электромагнитный спектр

Обычно используемые метрические единицы

Префикс / символ Значение Множитель
гига (G) Один миллиард 10 9 1 000 000 000 9 0007
мега (M) Один миллион 10 6 1 000 000
кг Одна тысяча 10 3 1 000
гектор (ч) Сто 10 2 100
дека (да) Тен 10 10 1
деци (г) Одна десятая 10 -1 0.1
санти (в) сотая 10 -2 0,01
милли (м) тысячная 10 -3 0.001
микро (μ) Одномиллионная 10 -6 0,000001
нано (n) Одномиллиардная 10 -9 0.000000001

Электромагнитный спектр Солнца

Энергия, которая достигает Земли, известна как солнечная радиация. Хотя солнце излучает излучение на всех длинах волн, примерно 44% приходится на длины волн видимого света. Область спектра, называемая видимым светом (свет, который могут обнаружить наши глаза), состоит из
относительно коротких длин волн в диапазоне 400 нанометров (нм), или 0.От 4 микрометров (мкм) до 700 нм или 0,7 мкм.

Электромагнитный спектр Солнца

Бытовое электромагнитное излучение не вызывает болезни и не вызывает рак.Вот почему | Наука

Существует несколько явлений, столь же распространенных или жизненно важных для человеческого существования, как электромагнитное излучение (ЭМИ). Он пронизывает все, что мы испытываем, будь то видимый свет, освещающий все, что мы видим, или средства вещания, передаваемые по всему миру с помощью радиоволн. В медицине рентгеновские лучи и гамма-лучи произвели революцию как в анатомической визуализации, так и в лечении рака. В эпоху беспроводной связи наши телефоны и маршрутизаторы используют микроволновое излучение для быстрой передачи практически всего хранилища человеческих знаний до кончиков пальцев с ошеломляющей скоростью.

Но хотя ЭМИ — неотъемлемая часть нашей Вселенной, многие беспокоятся о возможных пагубных последствиях. В частности, распространение устройств личной связи было источником беспокойства для многих. Есть группа вокалистов, которые утверждают, что страдают от состояния, называемого электромагнитной гиперчувствительностью (EHS или ES), симптомы которого включают в себя все, от усталости и нарушения сна до общих болей и кожных заболеваний. Многие по-прежнему зацикливаются на идее, что наши офисы и дома, в которых становится все больше и больше беспроводных сетей, могут увеличить риск рака.Такие рассказы распространены и по понятным причинам вызывают беспокойство. Но стоит ли нам беспокоиться?

Чтобы ответить на этот вопрос, важно прояснить несколько потенциальных источников путаницы. Сама по себе радиация — это глубоко неправильно понимаемый термин, часто вызывающий тревожные ассоциации с радиоактивностью в общественном сознании. Но радиация просто относится к передаче энергии через среду. В контексте ЭМИ это означает лучистую энергию, выделяемую электромагнитным процессом. Эта энергия движется со скоростью света, которая характеризуется длиной волны и частотой.Электромагнитный спектр — это диапазон всех возможных частот ЭМИ, где энергия пропорциональна частоте. Хотя мы видим только крошечную часть спектра в виде видимого света, мы можем думать о нем как о диапазоне световых частиц (фотонов) с разными энергиями. Некоторые из них даже обладают достаточной энергией, чтобы выбрасывать электроны из атома или разрушать химические связи, что делает их способными вызывать повреждение ДНК. Это известно как ионизирующее излучение, и этот ионизирующий потенциал используется, когда рентгеновские лучи используются для уничтожения опухолевых клеток в лучевой терапии.

Этот факт может беспокоить людей — если свет можно использовать для уничтожения клеток, может ли наше интенсивное использование беспроводной связи вызвать такого рода повреждение ДНК и, в конечном итоге, привести к раку? Это разумный вопрос, но мы должны помнить о том, насколько невероятно обширен электромагнитный спектр на самом деле. Современные коммуникации, от наших сетей Wi-Fi до телефонов, прочно укоренились в микроволновом диапазоне с частотами от 300 МГц до 300 ГГц. В схеме электромагнитного спектра эти фотоны имеют относительно низкую частоту и малую энергию.Чтобы представить это в перспективе, даже видимый свет с самой низкой энергией (длина волны ~ 700 нм) по-прежнему несет примерно в 1430 раз больше энергии, чем самый энергичный микроволновый фотон (длина волны 0,1 см). Микроволновое излучение, несомненно, неионизирует и полностью не способно повредить ДНК.

Несмотря на свою низкую энергию, микроволны чрезвычайно эффективны при нагревании определенных веществ с помощью процесса, известного как диэлектрический нагрев. Некоторые молекулы, такие как вода, имеют области частичного положительного и отрицательного заряда, которые в присутствии электрического поля вращаются, выравниваясь в направлении поля.Бытовые микроволновые печи излучают фотоны с частотой примерно 2,45 ГГц, что означает, что их электрическое поле меняет полярность 2,45 миллиарда раз в секунду, заставляя эти полярные молекулы быстро сталкиваться друг с другом, когда они пытаются выровняться с быстро меняющимся полем. Трение от этих быстрых столкновений преобразуется в тепло, и именно поэтому микроволны так эффективны при приготовлении наших продуктов, в основном на водной основе. К сожалению, здесь часто возникает путаница; Множество блогов и сомнительных веб-сайтов утверждают, что пища, приготовленная в микроволновой печи, вредна из-за воздействия радиации.Но это заблуждение: микроволны не радиоактивны и не «излучают» пищу — они просто используют вибрационную энергию для ее нагрева.

Другие сомнительные рассуждения основаны на ошибочной экстраполяции: если микроволновые печи могут готовить мясо, значит, наши маршрутизаторы Wi-Fi и сотовые телефоны готовят и нас. Но хотя тепловые эффекты, безусловно, возможны с помощью микроволнового излучения, выходная мощность нашей технологии связи на много порядков ниже, чем у духовок, а выходная мощность типичных домашних маршрутизаторов составляет менее 100 мВт.Вдобавок ко всему, печи сконструированы так, чтобы концентрировать мощное микроволновое излучение с использованием специально разработанных волноводов, магнетронов и отражающих камер, что не встречается и нежелательно в нашей традиционной технологии связи. Также важно отметить, что интенсивность источника электромагнитного излучения приблизительно сферической формы имеет обратную квадратичную зависимость от расстояния. Например, напряженность поля в метре от источника электромагнитного излучения будет в 4 раза больше, чем в 2 метрах от источника, и в 9 раз больше, чем при измерении, выполненном в 3 метрах от источника.На практике это означает, что мощность источника электромагнитного излучения значительно уменьшается даже на небольших расстояниях.

Конечно, наши сотовые телефоны по определению очень близко соприкасаются с нашими головами, поэтому важно избегать теплового воздействия. Тепловая энергия, поглощаемая тканями, подвергающимися воздействию электромагнитного поля, определяется удельной скоростью поглощения (SAR). В Европейском союзе максимальное воздействие электромагнитных полей жестко регулируется и составляет не более 2 Вт на килограмм, усредненных по объему 10 г, получающему наиболее прямой нагрев, чтобы избежать тепловых эффектов.Важно отметить, что диэлектрический нагрев только увеличивает температуру ткани и сам по себе не вызывает повреждения связей ДНК, поэтому SAR не следует рассматривать как показатель риска рака. На сегодняшний день нет доказательств того, что использование мобильных телефонов увеличивает риск рака — Всемирная организация здравоохранения заявляет, что «не установлено, что использование мобильных телефонов вызывает неблагоприятные последствия для здоровья». Даже долгосрочные исследования работников радаров не показывают признаков увеличения заболеваемости раком в течение всей жизни, несмотря на их исключительно высокий уровень воздействия микроволнового излучения.

Даже в этом случае, учитывая огромный рост использования телефонов за последние два десятилетия, прагматично внимательно следить за возникающими тенденциями. Исследование INTERPHONE, проведенное в 13 странах, пришло к выводу, что очевидной причинно-следственной связи между использованием телефона и частотой распространенных опухолей головного мозга, таких как глиобластома и менингиома, не было. Кривая доза-реакция не выявила каких-либо очевидных признаков корреляции: в некоторых случаях даже наблюдалось снижение риска, за исключением, возможно, самых активных потребителей, когда ошибки в данных не позволяли установить какую-либо прочную взаимосвязь.

Точно так же датское когортное исследование не выявило какой-либо очевидной связи между использованием телефона и частотой опухолей. Использование сотовых телефонов в Америке увеличилось с почти нулевого показателя в 1992 году до практически 100% к 2008 году, однако исследования, проведенные до сих пор, показали, что уровень глиомы не увеличился. Этот результат был воспроизведен в многочисленных других исследованиях, и, хотя постоянный мониторинг заслуживает похвалы, имеющиеся на сегодняшний день данные определенно не подтверждают гипотезу о том, что использование сотового телефона приводит к увеличению риска рака.

Но опасения по поводу рака — это только один аспект — утверждения об аллергических реакциях на EMR — обычное дело, излагаемое на веб-сайтах сомнительными гуру здоровья. Такова степень веры в EHS, что существует множество специализированных групп поддержки и неизбежные судебные иски. В Санта-Фе группы активистов пытались запретить общедоступные точки доступа Wi-Fi. В 2014 году семья из Массачусетса подала в суд на школу своего сына, утверждая, что от Wi-Fi ему стало плохо. В 2015 году французский суд постановил, что лицо, страдающее EHS, должно получать пособие по инвалидности.Люди, страдающие EHS, в США даже перебрались в районы, где сигналы Wi-Fi ограничены в целях исследований и соображений национальной безопасности. В особенно трагическом случае родители 15-летней Дженни Фрай утверждают, что EHS стояла за ее самоубийством в прошлом году, и проводят кампанию за удаление Wi-Fi в школах Великобритании.

И все же, несмотря на искренность этих убеждений и дискомфорт, испытываемый больными, неизбежная реальность такова, что нет никаких доказательств, подтверждающих их позицию. В провокационных испытаниях пострадавшие не смогли определить, когда присутствуют источники ЭМИ.Субъекты также сообщали о негативных эффектах даже при воздействии поддельных электромагнитных источников. Эти результаты были воспроизведены в ряде исследований, что убедительно свидетельствует о том, что больные болезнью ощущают скорее психологическую, чем физическую, и что для некоторых убеждение, что у человека аллергия на электромагнитное излучение, достаточно, чтобы вызвать неприятную психосоматическую реакцию.

Те, кто борется с EHS, оказываются жертвами не электромагнитного недуга, а скорее психологической причуды, известной как реакция ноцебо.Более знакомый эффект плацебо — это наблюдение, что люди, принимающие неактивное лечение, склонны оценивать свое улучшение как улучшающееся при условии, что они не подозревают, что лечение инертно. Менее известно обратное дополнение к этому: эффект ноцебо. В таких случаях, если субъекты действительно считают что-то вредным, они, как правило, сообщают о негативной реакции, когда сталкиваются с этим. Субъекты, находящиеся под влиянием эффекта ноцебо, даже сообщают об этих реакциях, когда источник — фикция. Резюме ВОЗ, хотя и сочувственное, недвусмысленно однозначно: «Симптомы, безусловно, реальны и могут сильно различаться по степени тяжести.Какой бы ни была причина, EHS может стать причиной инвалидности для пострадавшего. EHS не имеет четких диагностических критериев и нет научных оснований для связи симптомов EHS с воздействием ЭМИ ».

Хотя может возникнуть соблазн отвергнуть EHS как фиктивную болезнь, важно признать, что больные испытывают очень реальный дискомфорт. Тот факт, что их болезнь, по-видимому, имеет психосоматическое, а не физиологическое происхождение, не делает ее менее реальной для страдающих, даже если они ошибаются относительно причины своих бед.Ужасающая сложность этого была недавно чутко изображена в «Лучше звоните Саулу», где брат главного героя серьезно страдает EHS, но по-прежнему убежден, что его болезнь носит физический, а не психосоматический характер, даже когда сталкивается с доказательствами обратного. Тот факт, что больным EHS может быть больше психологического вмешательства, чем физическим, не умаляет их очевидной боли.

Как всегда, нам нужно быть осторожными и руководствоваться лучшими доказательствами, а не паникой.Большинство ЭМИ невидимы и неизбежны, и опасения по поводу того, что мы не можем видеть, полностью понятны. Но если мы хотим принимать информированные решения в отношении здоровья и технологий, неуместные опасения перед неизвестным или догматические убеждения просто не заменят доказательства и понимание.

  • Заголовок статьи был изменен 18 февраля для более точного отражения статьи.

% PDF-1.4 % 48 0 объект > эндобдж xref 48 79 0000000016 00000 н. 0000002496 00000 н. 0000002625 00000 н. 0000003742 00000 н. 0000003880 00000 н. 0000004343 00000 п. 0000004779 00000 н. 0000005199 00000 н. 0000005531 00000 н. 0000005642 00000 п. 0000006077 00000 н. 0000006449 00000 н. 0000006868 00000 н. 0000006981 00000 п. 0000007234 00000 н. 0000008862 00000 н. 0000009282 00000 н. 0000009740 00000 н. 0000009986 00000 н. 0000010403 00000 п. 0000010850 00000 п. 0000011287 00000 п. 0000011554 00000 п. 0000012073 00000 п. 0000012325 00000 п. 0000012464 00000 п. 0000012489 00000 п. 0000013103 00000 п. 0000014710 00000 п. 0000015969 00000 п. 0000017253 00000 п. 0000017443 00000 п. 0000018705 00000 п. 0000019881 00000 п. 0000020128 00000 н. 0000020513 00000 п. 0000020965 00000 п. 0000022388 00000 п. 0000023522 00000 п. 0000023802 00000 п. 0000052018 00000 п. 0000082196 00000 п. 0000082293 00000 п. 0000082362 00000 п. 0000087803 00000 п. 0000095591 00000 п. 0000096085 00000 п. 0000103321 00000 п. 0000145494 00000 н. 0000145563 00000 н. 0000145657 00000 н. 0000156189 00000 н. 0000156462 00000 н. 0000156755 00000 н. 0000156782 00000 н. 0000157185 00000 н. 0000158054 00000 н. 0000158366 00000 н. 0000158716 00000 н. 0000161933 00000 н. 0000162182 00000 н. 0000162524 00000 н. 0000166792 00000 н. 0000167047 00000 н. 0000167421 00000 н. 0000194970 00000 н. 0000195232 00000 н. 0000195709 00000 н. 0000199135 00000 н. 0000199383 00000 п. 0000199725 00000 н. 0000205501 00000 н. 0000205748 00000 н. 0000206200 00000 н. 0000221932 00000 н. 0000222207 00000 н. 0000222503 00000 н. 0000223020 00000 н. 0000001876 00000 н. трейлер ] / Назад 560550 >> startxref 0 %% EOF 126 0 объект > поток hb«b`A ؀, S8 @ \ 38

Поляризация: ключевое различие между антропогенными и естественными электромагнитными полями с точки зрения биологической активности

Все критические биомолекулы либо электрически заряжены, либо полярны 11 .В то время как естественные неполяризованные ЭМП / ЭМИ любой интенсивности не могут вызвать какие-либо специфические / когерентные колебания на этих молекулах, поляризованные искусственные ЭМП / ЭМИ будут вызывать когерентные вынужденные колебания на каждой заряженной / полярной молекуле в биологической ткани. Это фундаментально для нашего понимания биологических явлений. Эти колебания будут наиболее очевидны для свободных (подвижных) ионов, которые несут чистый электрический заряд и существуют в больших концентрациях во всех типах клеток или внеклеточной ткани, определяя практически все клеточные / биологические функции 11 .Хотя все молекулы колеблются случайным образом с гораздо более высокими скоростями из-за теплового движения, это не имеет никакого биологического эффекта, кроме повышения температуры ткани. Но когерентные поляризованные колебания даже с энергией в миллионы раз меньшей, чем средняя тепловая молекулярная энергия 26 , могут вызвать биологические эффекты.

Вынужденные колебания подвижных ионов, вызванные внешней поляризованной ЭДС, могут приводить к нерегулярному закрытию каналов электроприводных ионов на клеточных мембранах.Это подробно описано в Panagopoulos et al . 19,20 . Согласно этой теории — правдоподобие которой в реальных биологических условиях было подтверждено численным тестом 27 — вынужденные колебания ионов вблизи датчиков напряжения управляемых по напряжению ионных каналов могут оказывать на эти датчики силы, равные или больше, чем известные физиологически силы, закрывающие эти каналы. Нерегулярное закрытие этих каналов может потенциально нарушить электрохимический баланс и функцию любой клетки 11 , что приведет к различным биологическим последствиям / последствиям для здоровья, включая самые пагубные, такие как повреждение ДНК, гибель клеток или рак 28 .

Большинство катионных каналов (Ca +2 , K + , Na + и т. Д.) На мембранах всех клеток животных управляются напряжением 11 . Они взаимно преобразуются между открытым и закрытым состояниями, когда электростатическая сила, действующая на электрические заряды их датчиков напряжения из-за трансмембранного изменения напряжения, превышает некоторое критическое значение. Датчики напряжения этих каналов представляют собой четыре симметрично расположенных трансмембранных положительно заряженных спиральных домена, каждый из которых обозначен как S4.Изменения трансмембранного потенциала порядка 30 мВ обычно требуются для закрытия электропроводных каналов 29,30 . Несколько ионов могут одновременно взаимодействовать с доменом S4 на расстоянии порядка 1 нм, поскольку — за исключением одного иона, который может проходить через поры канала, когда канал открыт — еще несколько ионов связаны близко к поры канала в определенных сайтах связывания ионов (например, три в калиевых каналах) 31 . Подробную информацию о структуре и функции катионных электросенсорных каналов можно найти в 11,29,31 .

Рассмотрим, например, четыре иона калия на расстоянии порядка 1 нм от каналов-датчиков (S4) и приложенная извне осциллирующая ЭДС / ЭМИ. Электрическая (и магнитная) сила, действующая на каждый ион из-за любого неполяризованного поля, равна нулю (уравнение 8). Напротив, сила поляризованного поля с электрическим компонентом E составляет F = Ezq e . Для синусоидального переменного поля Ε = Ε 0 sin ωt уравнение движения свободного иона с массой м i , составляет 19,20 :

, где r — ион смещения из-за вынужденных колебаний, z — валентность иона ( z = 1 для ионов калия), q e = 1.6 × 10 −19 C — элементарный заряд, λ — коэффициент затухания для смещения иона (рассчитанный, чтобы иметь значение внутри канала), ω 0 = 2πν 0 0 — собственное колебание иона). частота принята равной зарегистрированной частоте спонтанных внутриклеточных колебаний иона порядка 0,1 Гц), ω = 2πν (ν частота поля / излучения) и E 0 амплитуда поля 19,20 .

Общее решение уравнения.22, это 19,20 :

Член в решении представляет постоянное смещение, но не влияет на колеблющийся член. Это постоянное смещение удваивает амплитуду вынужденных колебаний в тот момент, когда поле прикладывается или прерывается, или во время его первого и последнего периодов, и смещение иона будет в два раза больше амплитуды вынужденных колебаний. Для импульсных полей (таких как большинство областей современной цифровой связи) это будет происходить постоянно с каждым повторяющимся импульсом.Таким образом, импульсные поля — теоретически — вдвое более сильные, чем непрерывные / непрерывные поля с теми же другими параметрами, что согласуется с несколькими экспериментальными данными 1,32 .

Амплитуда вынужденных колебаний (без учета постоянного члена в уравнении 23) составляет:

Сила, действующая на эффективный заряд q домена S4 через колеблющийся одновалентно-свободный катион, составляет: , ( r — расстояние свободного иона от эффективного заряда S4).Каждый колебательный катион, смещенный на dr , индуцирует силу на каждом датчике S4:

В то время как в случае неполяризованного приложенного поля и, в случае поляризованного приложенного поля, суммарная сила на датчик канала из всех четыре катиона, это:

Это даже более важное различие между поляризованными и неполяризованными ЭМП в отношении биологической активности, чем способность интерференции.

Эффективный заряд каждого домена S4 составляет: q = 1.7 q e 30 . Минимальная сила, действующая на этот заряд, обычно необходимая для закрытия канала, равная силе, создаваемой изменением на 30 мВ мембранного потенциала 30 , вычисляется 19 и составляет:

Смещение одного одновалентного катиона внутри канала, необходимое для приложения этой минимальной силы рассчитывается по формуле. 25 должно быть:

Для 4 катионов, колеблющихся в фазе и в параллельных плоскостях из-за внешнего поляризованного поля / излучения, минимальное смещение уменьшается до: dr = 10 −12 м.

Следовательно, любая внешняя поляризованная осциллирующая ЭДС, способная заставить свободные ионы колебаться с амплитудой, способна нерегулярно закрывать катионные каналы на клеточных мембранах. Для z = 1 (ионы калия) и подставляя значения для q e , λ в последнем условии, получаем:

(ν в Гц, 0 в В / м)

Для двухвалентных катионов ( z = 2) (например, Ca +2 ) условие принимает следующий вид:

(ν в Гц, Ε 0 в В / м)

[Подробное описание Кратко представленный механизм можно найти в 19,20 .]

Для электрических полей (ν = 50 Гц) Условие 27 становится,

Таким образом, ЭДС промышленной частоты с интенсивностью, превышающей 5 мВ / м, потенциально способны нарушить функцию клетки. Для количества источников ЭМП N одинаковой поляризации (например, N количество параллельных линий электропередачи) последнее значение делится на N (согласно уравнению 19) в местах конструктивных помех и, следовательно, даже больше. уменьшилось. Такие минимальные значения напряженности поля промышленной частоты распространены в повседневной городской среде и даже ближе к высоковольтным линиям электропередачи 7 .

Для импульсных полей вторая часть условия 27 делится на 2 и становится:

(ν в Гц, Ε 0 в В / м).

Для полей / излучения цифровой мобильной телефонии, излучающих КНЧ-импульсы с частотой повторения импульсов ν = 217 Гц (среди других частот КНЧ они передают) 33 , Условие 29 становится:

Для частоты повторения импульсов ν = 8,34 Гц ( также включается в сигналы мобильной телефонии) 33,34 , Условие 29 становится:

Как видно из описанного механизма, поле не закрывает канал силами, действующими непосредственно на датчики канала.Для этого потребуется поле порядка трансмембранного поля (10 6 –10 7 В / м). Именно посредничество колеблющихся свободных ионов в непосредственной близости от датчиков канала S4 позволяет таким слабым полям создавать необходимые силы для закрытия канала.

Таким образом, электрические поля СНЧ, излучаемые мобильными телефонами и базовыми станциями сильнее 0,0004 В / м, также потенциально способны нарушить работу любой живой клетки. Это значение интенсивности ELF излучается обычными сотовыми телефонами на расстоянии до нескольких метров и базовыми станциями на расстоянии до нескольких сотен метров 6,34,35 .Для числа вертикально ориентированных антенн мобильной телефонной связи N последнее значение делится на N (согласно уравнению 19) в местах возникновения конструктивных помех.

Мы не делаем различия между ЭМП, прикладываемой извне, и ЭМП, индуцированной внутри живой ткани, особенно в случае СНЧ по следующим причинам: 1. Живая ткань не является металлом для защиты от электрических полей и, конечно же, не является ферромагнитным металлом (Fe, Co, Ni) для защиты от магнитных полей.Более того, известно, что особенно поля КНЧ не могут быть легко экранированы даже клетками Фарадея, и для того, чтобы значительно их минимизировать, рекомендуется полностью заключать их в закрытые металлические коробки 6 . Таким образом, электрические поля СНЧ проникают в живую ткань с определенной степенью затухания, а магнитные поля проникают с нулевым затуханием. 2. Даже в том случае, если поля СНЧ значительно ослаблены во внутренних тканях живого тела, глаза, мозг, клетки кожи или мириады окончаний нервных волокон, которые оказываются на внешнем эпидермисе, подвергаются прямому воздействию интенсивности поля, измеренные снаружи на поверхности живой ткани.

Было показано, что препараты ткани (такие как фибробласты крупного рогатого скота или сухожилия курицы) реагируют на приложенные извне импульсные или синусоидальные электрические поля СНЧ (изменениями скорости синтеза ДНК или белка, скорости пролиферации, выравнивания по направлению поля и т. Д. ), при очень низких порогах ~ 10 −3 В / м 1,36,37,38 . Эти пороговые значения очень близки к прогнозируемым в настоящем исследовании.

За исключением прямого воздействия электрического поля внешним полем, внутри тканей может быть электрическое поле, индуцированное приложенным извне осциллирующим магнитным полем, которое, как объяснялось, проникает в живую ткань с нулевым затуханием.Туор и др. . 34 измеряли магнитные поля СНЧ от сотовых телефонов порядка 1 Гс (= 10 −4 Тл) при 217 Гц. Это может индуцировать электрические поля порядка ~ 0,1 В / м в теле человека, что можно показать, применяя закон электромагнитной индукции Максвелла: по замкнутому пути циркуляции индуцированного электрического поля, охватывающего поверхность S.- единичный вектор, вертикальный к поверхности S ).

Допустим, параллельна и независима от l , вертикальна и не зависит от S и l круговая траектория радиуса α, включая поверхность S , уравнение. 32 становится:

, что дает:

( E ind в В / м, B в T, α в м).

Заменяя в последнем уравнении α = 0,20 м (достаточно большой радиус для окружности тела взрослого человека) и [согласно Туору и др. . 34 ], получаем E ind ~ 0,1 В / м. Это напряженность электрического поля, наведенного внутри человеческого тела импульсами мобильной телефонной связи с частотой 217 Гц, и она примерно в десять раз больше минимального расчетного значения, способного вызвать биологические эффекты на этой частоте в соответствии с Условием 30.

Molecular Expressions Microscopy Primer : Свет и цвет


Природа электромагнитного излучения

Видимый свет — сложное явление, которое классически объясняется с помощью простой модели, основанной на распространяющихся лучах и волновых фронтах, концепции, впервые предложенной в конце 1600-х годов голландским физиком Кристианом Гюйгенсом.Электромагнитное излучение, более крупное семейство волновых явлений, к которым принадлежит видимый свет (также известное как лучистая энергия ), является основным средством транспортировки энергии через обширные пространства Вселенной. Механизмы, с помощью которых видимый свет излучается или поглощается веществами, и то, как он предсказуемо реагирует в различных условиях при перемещении в космосе и атмосфере, составляют основу существования цвета в нашей Вселенной.

Термин электромагнитное излучение , введенный сэром Джеймсом Клерком Максвеллом, происходит от характерных электрических и магнитных свойств, общих для всех форм этой волновой энергии, что проявляется в генерации как электрических, так и магнитных осциллирующих полей в виде волн. распространяются в пространстве.Видимый свет представляет собой лишь небольшую часть всего спектра электромагнитного излучения (как показано на рисунке 1), который простирается от высокочастотных космических и гамма-лучей через рентгеновские лучи, ультрафиолетовый свет, инфракрасное излучение и микроволны, вплоть до очень низких. частота длинноволновых радиоволн.

Связь между светом, электричеством и магнетизмом не сразу была очевидна для первых ученых, которые экспериментировали с фундаментальными свойствами света и материи.Инфракрасный свет, выходящий за пределы длинных красных волн видимого света, был первой открытой «невидимой» формой электромагнитного излучения. Британский ученый и астроном Уильям Гершель исследовал связь между теплом и светом с помощью термометра и призмы, когда он обнаружил, что температура была самой высокой в ​​области, находящейся за пределами красной части спектра видимого света. Гершель предположил, что в этой области должен быть другой тип света, невидимый невооруженным глазом.

Ультрафиолетовое излучение, находящееся на другом конце видимого спектра, было обнаружено Вильгельмом Риттером, который был одним из первых ученых, исследовавших энергию, связанную с видимым светом. Наблюдая за скоростью, с которой различные цвета света вызывают затемнение бумаги, пропитанной раствором нитрата серебра, Риттер обнаружил, что другая невидимая форма света за пределами синего конца спектра дает самые высокие показатели.

Интерактивное учебное пособие

Электричество и магнетизм впервые были связаны в 1820 году, когда датский физик Ганс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток, протекающий по проводу, может вызывать отклонения стрелки компаса.Позже в том же году французский ученый Андр-Мари Ампре продемонстрировал, что два провода, по которым проходят электрические токи, могут притягиваться или отталкиваться друг от друга, подобно тому, как это делается с магнитными полюсами. В течение следующих нескольких десятилетий дополнительные исследования, последовавшие за этими выводами, дали все больше доказательств того, что электричество и магнетизм очень тесно связаны друг с другом.

Наконец, в 1865 году шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл расширил свою кинетическую теорию газов, чтобы математически объяснить связь между электричеством и магнетизмом.Максвелл предположил, что эти два явления были настолько тесно связаны, что они часто действовали вместе как электромагнетизм , и обнаружил, что переменный ток будет производить волны, состоящие из обоих объектов, которые излучаются в космос со скоростью света. Из этих наблюдений он пришел к выводу, что видимый свет является формой электромагнитного излучения.

Электромагнитная волна распространяется или распространяется в направлении, которое ориентировано под прямым углом к ​​колебаниям как электрического ( E ), так и магнитного ( B ) векторов осциллирующего поля, передавая энергию от источника излучения к неопределенному конечный пункт назначения.Два колеблющихся энергетических поля взаимно перпендикулярны (показано на рисунке 2) и колеблются синфазно, следуя математической форме синусоидальной волны. Векторы электрического и магнитного поля не только перпендикулярны друг другу, но также перпендикулярны направлению распространения волны. По соглашению и для упрощения иллюстраций векторы, представляющие электрические и магнитные колебательные поля электромагнитных волн, часто опускаются, хотя предполагается, что они все еще существуют.

Будь то сигнал, передаваемый на радио от радиостанции, тепло, излучаемое камином, рентгеновские лучи стоматолога, создающие изображения зубов, или видимый и ультрафиолетовый свет, исходящий от солнца, различные категории электромагнитного излучения все имеют идентичные и фундаментальные волнообразные свойства. Каждая категория электромагнитного излучения, включая видимый свет, периодически колеблется с пиками и впадинами (или впадинами) и отображает характерную амплитуду , длину волны и частоту , которые вместе определяют направление, энергию и интенсивность. излучения.

Классическая схематическая диаграмма электромагнитной волны, представленная на рисунке 2, иллюстрирует синусоидальную природу колеблющихся векторов электрических и магнитных составляющих при их распространении в пространстве. Для удобства большинство иллюстраций, изображающих электромагнитное излучение, намеренно опускают магнитную составляющую, вместо этого представляя только вектор электрического поля в виде синусоидальной волны на двумерном графическом графике с заданными координатами x и y .По соглашению, составляющая x синусоидальной волны указывает амплитуду электрического (или магнитного поля), в то время как составляющая x представляет время, пройденное расстояние или фазовое соотношение с другой синусоидальной волной.

Стандартной мерой всего электромагнитного излучения является величина длины волны (в вакууме), которая обычно выражается в единицах нанометров (одна тысячная микрометра) для видимой части спектра.Длина волны определяется как расстояние между двумя последовательными пиками (или впадинами) формы волны (см. Рисунок 2). Соответствующая частота излучаемой волны, которая представляет собой количество синусоидальных циклов (колебаний или полных длин волн), которые проходят заданную точку в секунду, пропорциональна обратной величине длины волны. Таким образом, более длинные волны соответствуют излучению с более низкой частотой, а более короткие длины волн соответствуют излучению с более высокой частотой. Частота обычно выражается в количестве Гц ( Гц ) или циклов в секунду ( Гц ).

Герц был обозначен как стандартная единица частоты электромагнитного излучения в знак признания работы немецкого физика Генриха Герца, которому удалось создать и провести эксперименты с электромагнитными волнами в 1887 году, через восемь лет после смерти Максвелла. Герц произвел, обнаружил и даже измерил длину волны (приблизительно один метр) излучения, которое теперь классифицируется как радиочастотный диапазон. Дэвид Хьюз, лондонский ученый, который в начале своей карьеры был профессором музыки, возможно, на самом деле был первым исследователем, преуспевшим в передаче радиоволн (в 1879 году), но, не сумев убедить Королевское общество, он решил не опубликовать его работу, и она не была признана до тех пор, пока много лет спустя.

Интерактивное учебное пособие

Различные длины волн и частоты, составляющие различные формы электромагнитного излучения, фундаментально схожи в том, что все они движутся с одинаковой скоростью около 186000 миль в секунду (или примерно 300000 километров в секунду), скорость, обычно известная как скорость света (и обозначенная как символом c ).Электромагнитное излучение (включая видимый свет) проходит 149 миллионов километров (93 миллиона миль) от Солнца до Земли примерно за 8 минут. Напротив, автомобилю, разгоняющемуся со скоростью 100 километров в час (60 миль в час), потребуется 177 лет, чтобы совершить такую ​​же поездку в один конец. Всего за одну секунду свет может семь раз обогнуть Землю.

Длина волны света и всех других форм электромагнитного излучения связана с частотой относительно простым уравнением:

п = с / л

, где c — скорость света (в метрах в секунду), n — частота света в герцах (Гц) и l — длина волны света, измеренная в метрах.Из этого соотношения можно сделать вывод, что длина волны света обратно пропорциональна частоте. Увеличение частоты приводит к пропорциональному уменьшению длины волны света с соответствующим увеличением энергии фотонов, составляющих свет. При входе в новую среду (например, стекло или воду из воздуха) скорость и длина волны света уменьшаются, хотя частота остается неизменной.

В нормальных условиях, путешествуя через однородную среду, такую ​​как воздух или вакуум, свет распространяется по прямым линиям до тех пор, пока взаимодействие с другой средой или материалом не вызовет изменение пути через преломление (изгиб) или отражение .Интенсивность также может быть уменьшена в результате поглощения средой. Если световые волны проходят через узкую щель или апертуру (отверстие), то они могут быть дифрагированными, или рассеянными (рассеянными), чтобы сформировать характерную дифракционную картину. В соответствии с хорошо известным законом обратных квадратов , интенсивность (или энергетическая яркость) электромагнитного излучения обратно пропорциональна квадрату пройденного расстояния. Таким образом, после того, как свет прошел дважды заданное расстояние, интенсивность падает в четыре раза.

Видимый свет демонстрирует классические волновые свойства, но он также проявляет свойства, напоминающие частицы, которые проявляются через сущности, обладающие энергией и импульсом (но не массой), и называются фотонами . Атом является источником всех форм электромагнитного излучения, видимого или невидимого. Формы излучения с более высокой энергией, такие как гамма-волны и рентгеновские лучи, возникают в результате событий, которые нарушают ядерную стабильность атома.Излучение с более низкой энергией, такое как ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный свет, а также радио и микроволны, исходит из электронных облаков, которые окружают ядро ​​или взаимодействия одного атома с другим. Эти формы излучения возникают из-за того, что электроны, движущиеся по орбитам вокруг ядра атома, расположены на разных энергетических уровнях в рамках своих функций распределения вероятностей. Многие электроны могут поглощать дополнительную энергию от внешних источников электромагнитного излучения (см. Рисунок 3), что приводит к их продвижению на изначально нестабильный более высокий энергетический уровень.

В конце концов, «возбужденный» электрон теряет дополнительную энергию, испуская электромагнитное излучение меньшей энергии, и при этом возвращается к своему исходному и стабильному уровню энергии. Энергия испускаемого излучения равна энергии, первоначально поглощенной электроном, за вычетом других небольших количеств энергии, потерянных в результате ряда вторичных процессов.

Уровни энергии электромагнитного излучения могут в значительной степени изменяться в зависимости от энергии исходных электронов или ядер.Например, радиоволны обладают значительно меньшей энергией, чем микроволны, инфракрасные лучи или видимый свет, и все эти волны содержат гораздо меньше энергии, чем ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-волны. Как правило, более высокие энергии электромагнитного излучения связаны с более короткими длинами волн, чем аналогичные формы излучения, имеющие более низкую энергию. Связь между энергией электромагнитной волны и ее частотой выражается уравнением :

E = h n = h c / l

, где E — энергия в килоджоулей на моль, h — постоянная Планка, а другие переменные определены, как обсуждалось ранее.Исходя из этого уравнения, энергия электромагнитной волны прямо пропорциональна ее частоте и обратно пропорциональна длине волны. Таким образом, с увеличением частоты (с соответствующим уменьшением длины волны) энергия электромагнитной волны увеличивается, и наоборот. Отдельные характеристики различных типов электромагнитного излучения, определяемые их длиной волны, частотой и уровнями энергии, будут рассмотрены индивидуально в следующих параграфах.

Хотя электромагнитное излучение обычно описывается длиной волны и частотой формы волны, при рассмотрении того, как волны распространяются в пространстве, важны другие характерные свойства.На рисунке 4 представлены различные формы сигналов, представляющие общие состояния, которые используются для описания степени однородности электромагнитного излучения. Поскольку видимый свет является наиболее часто обсуждаемой формой излучения, примеры, показанные на рисунке 4, представляют длины волн в этой спектральной области. Например, монохроматический свет состоит из волн, имеющих одинаковую длину волны и частоту, или макроскопически один и тот же цвет в видимом свете. Напротив, полихроматический видимый свет обычно выглядит как белый из-за вкладов от смеси всех или большинства длин волн в спектре в диапазоне от 400 до 700 нанометров.

Когда свет неполяризован (Рисунок 4), векторы электрического поля колеблются во всех плоскостях, перпендикулярных направлению распространения. Свет, который был отражен от гладкой поверхности под критическим углом или прошел через поляризационные фильтры, принимает ориентацию с плоской поляризацией , при этом все электрические векторы колеблются в одной плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Свет от солнца и большинство обычных ламп накаливания и флуоресцентных источников видимого света неполяризован, в то время как свет, видимый через поляризационные линзы специальных солнцезащитных очков, поляризован в вертикальном направлении.В некоторых случаях свет может иметь эллиптическую или круговую поляризацию, когда он проходит через материалы с более чем одним показателем преломления ( двулучепреломляющее или двулучепреломляющее вещества ).

Большинство искусственных и естественных источников света излучают некогерентный свет , который отображает различные фазовые соотношения между длинами волн, присутствующими в спектре (рис. 4). В этом случае пики и спады колебательных состояний в отдельных волнах не совпадают ни в пространстве, ни во времени. Когерентный свет состоит из длин волн, которые находятся в фазе друг с другом, и ведет себя совсем иначе, чем некогерентный свет, в отношении оптических свойств и взаимодействия с веществом. Волновые фронты, создаваемые когерентным светом, имеют электрические и магнитные векторные колебания, которые колеблются в фазе, имеют малые углы расходимости и обычно состоят из монохроматического света или длин волн, которые имеют узкое распределение. Лазеры — распространенный источник когерентного света.

Световые волны, которые имеют коаксиальные, относительно не расходящиеся пути при перемещении в пространстве, называются коллимированными . Эта организованная форма света не распространяется и не сходится в значительной степени на сравнительно больших расстояниях. Коллимированный свет образует очень плотный луч, но не обязательно имеет узкую полосу длин волн (и не должен быть монохроматическим), общее фазовое соотношение или определенное состояние поляризации. Волновые фронты коллимированного света плоские и перпендикулярны оси распространения.Напротив, расходящийся, или неколлимированный свет распространяется в разной степени при перемещении в пространстве и должен проходить через линзу или апертуру, чтобы быть коллимированным или сфокусированным.

Гамма-лучи — Высокоэнергетическое излучение с самой высокой частотой (и самой короткой длиной волны), гамма-лучи испускаются в результате переходов внутри атомного ядра, включая ядра некоторых радиоактивных материалов (естественных и искусственных). Гамма-волны также возникают в результате ядерных взрывов и множества других источников в космическом пространстве.Эти мощные лучи обладают огромной проникающей способностью и, как сообщается, могут проходить через три метра бетона! Отдельные гамма-фотоны содержат столько энергии, что их легко обнаружить, но чрезвычайно малая длина волны ограничивает экспериментальное наблюдение каких-либо волновых свойств. Гамма-лучи, исходящие из самых горячих регионов Вселенной, включая взрывы сверхновых, нейтронные звезды, пульсары и черные дыры, преодолевают огромные расстояния в космосе, чтобы достичь Земли.Эта высокоэнергетическая форма излучения имеет длины волн менее одной сотой нанометра (10 пикометров), энергию фотонов более 500 килоэлектронвольт ( кэВ, ) и частоты, превышающие 30 эксагерц ( Гц, ).

Воздействие гамма-лучей может вызывать мутации, хромосомные аберрации и даже гибель клеток, что часто наблюдается при некоторых формах радиационного отравления. Однако, контролируя излучение гамма-лучей, радиологи могут перенаправить высокие уровни энергии на борьбу с болезнями и помочь вылечить некоторые формы рака.Гамма-астрономия — относительно новая наука, которая собирает эти высокоэнергетические волны для создания изображений Вселенной, как показано на рисунке 5. Этот метод дает ученым возможность наблюдать далекие небесные явления в поисках новых физических концепций и проверять теории, которые не могут быть опровергнуты экспериментами, проводимыми здесь, на Земле.

Рентгеновские лучи — Электромагнитное излучение, имеющее частоту чуть выше ультрафиолетового (но ниже гамма) диапазона, классифицируется как рентгеновское излучение, и оно достаточно энергично, чтобы легко проходить через многие материалы, включая мягкие ткани животных.Высокая глубина проникновения этих мощных волн в сочетании с их способностью экспонировать фотографические эмульсии привели к широкому использованию рентгеновских лучей в медицине для исследования текстур человеческого тела, а в некоторых случаях в качестве терапевтического или хирургического инструмента. Так же, как и гамма-лучи более высоких энергий, неконтролируемое воздействие рентгеновских лучей может привести к мутациям, хромосомным аберрациям и другим формам повреждения клеток. Традиционные методы рентгенографии по существу не производят ничего, кроме теней от плотного материала, а не детализированных изображений.Однако недавние достижения в технике фокусировки рентгеновских лучей с использованием зеркальной оптики привели к значительно более детальным изображениям различных объектов с использованием рентгеновских телескопов, рентгеновских микроскопов и интерферометров.

Горячие газы в космическом пространстве излучают мощный спектр рентгеновских лучей, которые используются астрономами для получения информации о происхождении и характеристиках межзвездных областей Вселенной. Многие чрезвычайно горячие небесные объекты, включая Солнце, черные дыры и пульсары, излучают в основном в рентгеновской области спектра и являются объектами астрономических рентгеновских исследований.Частотный спектр рентгеновских лучей охватывает очень большой диапазон с самыми короткими длинами волн, приближающимися к диаметру атома. Однако вся спектральная область рентгеновского излучения проходит по шкале длин примерно от 10 нанометров до 10 пикометров. Этот диапазон длин волн делает рентгеновское излучение важным инструментом для геологов и химиков для характеристики структуры и свойств кристаллических материалов, которые имеют периодические структурные особенности в масштабе длины, сравнимом с длинами волн рентгеновского излучения.

Ультрафиолетовый свет — Часто сокращенно ( uv ) ультрафиолетовое излучение распространяется на частотах чуть выше частот фиолетового в спектре видимого света. Хотя низкоэнергетический конец этой спектральной области находится рядом с видимым светом, ультрафиолетовые лучи в верхнем конце своего частотного диапазона обладают достаточной энергией, чтобы убить живые клетки и вызвать значительное повреждение тканей. Солнце является постоянным источником ультрафиолетового излучения, но атмосфера Земли (в первую очередь молекулы озона) эффективно блокирует большую часть более коротких волн этого потенциально смертельного потока излучения, тем самым обеспечивая подходящую среду обитания для растений и животных.Энергии фотонов в ультрафиолете достаточно для ионизации атомов ряда молекул газа в атмосфере, и это процесс, посредством которого ионосфера создается и поддерживается. Хотя небольшие дозы этого относительно высокоэнергетического света могут способствовать выработке витамина D в организме и вызывать минимальный загар кожи, слишком большое количество ультрафиолетового излучения может привести к серьезным солнечным ожогам, необратимому повреждению сетчатки и развитию рака кожи.

Ультрафиолетовый свет широко используется в научных инструментах для исследования свойств различных химических и биологических систем, а также важен для астрономических наблюдений за Солнечной системой, галактикой и другими частями Вселенной.Звезды и другие горячие небесные объекты являются сильными источниками ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовый спектр длин волн находится в диапазоне от примерно 10 до примерно 400 нанометров, а энергия фотонов находится в диапазоне от 3,2 до 100 электрон-вольт ( эВ, ). Эта категория излучения находит применение в обработке воды и пищевых продуктов в качестве антимикробного агента, в качестве фотокатализатора для содержащихся в клетках соединений и используется для упрочнения слепков при лечении. Бактерицидная активность ультрафиолетового света проявляется при длинах волн менее примерно 290 нанометров.Рынок блокирующих и фильтрующих соединений, используемых в лосьонах для кожи, солнцезащитных очках и оконных тонах, направлен на контроль воздействия ультрафиолетового света от солнца.

Некоторые насекомые (особенно пчелы) и птицы обладают достаточной зрительной чувствительностью в ультрафиолетовой области, чтобы реагировать на более длинные волны, и могут полагаться на эту способность в навигации. Чувствительность человека к ультрафиолетовому излучению ограничена из-за поглощения роговицей более коротких длин волн и сильного поглощения в хрусталике глаза на длинах волн более 300 нанометров.

Видимый свет — Радуга цветов, связанных со спектром видимого света, составляет лишь около 2,5 процентов всего электромагнитного спектра и включает фотоны с энергией примерно от 1,6 до 3,2 электрон-вольт. Цвет не является свойством самого света, но восприятие цвета происходит в результате комбинированной реакции сенсорной системы глаз-нерв-мозг человека. Видимая область электромагнитного спектра находится в узком диапазоне частот, примерно от 384 до 769 терагерц ( ТГц, ) и воспринимается как цвета от темно-красного (длина волны 780 нанометров) до темно-фиолетового (400 нанометров).

За низкоэнергетическими длинноволновыми красными цветами (622-780 нм) последовательно следуют оранжевый (597-622 нм), желтый (577-597 нм), зеленый (492-577 нм), синий (455- 492 нм), и, наконец, относительно высокоэнергетический коротковолновый фиолетовый (455 нм и ниже). Простой способ запомнить порядок (по возрастанию частоты) цветов в спектре видимого света — использовать мнемоническое сокращение ROY G BIV ( R ed, O range, Y ellow, G reen , B lue, I ndigo, V iolet,), как учили миллионы школьников в течение почти столетия (хотя некоторые ученые уже не считают индиго подходящим цветом).

Разделение спектра видимого света на цветовые области на основе физических свойств несложно, но способ восприятия цвета не так очевиден. Восприятие цвета является результатом субъективных откликов системы восприятия человека на различные частотные области видимого спектра, и множество различных комбинаций световых частот может дать один и тот же зрительный отклик — «видение» определенного цвета. Люди могут воспринимать зеленый цвет, например, в ответ на комбинацию света нескольких цветов, ни один из которых не обязательно состоит из «зеленых» длин волн.

Видимый свет является основой всего живого на Земле и улавливается первичными продуцентами или автотрофами , такими как зеленые растения. Эти фундаментальные участники биологической пищевой цепи используют солнечный свет в качестве источника энергии для производства собственных продуктов питания и биохимических строительных блоков. В свою очередь автотрофы выделяют кислород, от которого зависят все животные, в качестве побочного продукта.

В 1672 году сэр Исаак Ньютон изучил взаимодействие видимого света со стеклянной призмой и впервые осознал, что белый свет на самом деле представляет собой смесь разных цветов, представляющих весь видимый световой спектр.Белый свет исходит от множества естественных и искусственных источников накаливания, включая солнце, химические реакции (например, огонь) и вольфрамовые нити накаливания. Широкий спектр излучения источников этого типа называется тепловым излучением. Другие источники видимого света, такие как газоразрядные трубки, способны излучать свет в узких, четко определенных частотных диапазонах (представляющих один цвет), которые зависят от конкретных переходов уровней энергии в атомах материала источника.Сильное восприятие отдельных цветов также является результатом определенных характеристик поглощения, отражения или пропускания материалов и объектов, которые освещаются белым светом. Спектр поглощения видимого ультрафиолетового света обычного синтетического красителя Iris Blue B показан на рисунке 6. Растворы этой ярко окрашенной органической молекулы поглощают свет как в видимой, так и в ультрафиолетовой областях спектра, и большинству людей кажется насыщенный, средне-синий цвет.

Инфракрасное излучение — Часто сокращенно IR , широкая полоса инфракрасных длин волн простирается от дальней красной части спектра видимого света (около 700-780 нанометров) до длины волны около одного миллиметра.При энергии фотонов в диапазоне от приблизительно 1,2 миллиэлектронвольта до чуть менее 1,7 электронвольта, инфракрасные волны имеют соответствующие частоты от 300 гигагерц ( ГГц, ) до приблизительно 400 терагерц ( ТГц, ). Этот тип излучения связан с тепловой областью, где видимый свет не обязательно обнаруживается или даже присутствует. Например, человеческое тело не излучает видимый свет, но испускает слабое инфракрасное излучение, которое ощущается и может быть записано как тепло.Спектр излучения начинается примерно с 3000 нанометров и выходит за пределы дальней инфракрасной области, достигая максимума примерно на 10000 нанометров.

Молекулы всех объектов, которые существуют при температуре выше абсолютного нуля (-273 градуса Цельсия), излучают инфракрасные лучи, и количество излучения обычно увеличивается с температурой. Примерно половина электромагнитной энергии солнца излучается в инфракрасной области, и предметы домашнего обихода, такие как обогреватели и лампы, также производят большое количество энергии.Лампы накаливания с вольфрамовой нитью являются довольно неэффективными источниками света, фактически излучающими больше инфракрасных, чем видимых волн.

Распространенными инструментами, основанными на обнаружении инфракрасного излучения, являются прицелы ночного видения, электронные детекторы, датчики на спутниках и в самолетах, а также астрономические приборы. Так называемые ракеты с тепловым наведением, используемые в вооруженных силах, управляются инфракрасными датчиками. В космическом пространстве инфракрасные волны излучения отображают небесную пыль между звездами, о чем свидетельствуют большие темные пятна, видимые с Земли при просмотре Галактики Млечный Путь.В домашнем хозяйстве инфракрасное излучение играет привычную роль в нагревании и сушке одежды, а также позволяет дистанционно управлять гаражными воротами и компонентами домашних развлечений.

Инфракрасная фотография использует преимущества ближнего инфракрасного спектра для записи изображений на специализированную пленку, полезную для судебной экспертизы, дистанционного зондирования (например, аэрофотосъемки посевов и лесов), реставрации красок, спутниковых изображений и приложений для военного наблюдения. Любопытно, что инфракрасные фотографии солнцезащитных очков и других оптических поверхностей, покрытых блокаторами ультрафиолетового и видимого света, кажутся прозрачными и открывают глаза за, казалось бы, непрозрачными линзами.Инфракрасная фотопленка не регистрирует распределение теплового излучения (тепла), поскольку она недостаточно чувствительна к длинноволновому излучению (дальней инфракрасной области). На Рисунке 7 представлены несколько спутниковых изображений, полученных с помощью инфракрасных датчиков, двух американских городов и горы Везувий в Италии.

Микроволны — В настоящее время это основа широко распространенной технологии, используемой в миллионах домашних хозяйств для нагрева пищи. Диапазон длин волн микроволнового спектра составляет приблизительно от одного миллиметра до тридцати сантиметров (или около одного фута).Привлекательность использования микроволн при приготовлении пищи объясняется тем случайным обстоятельством, что молекулы воды, присутствующие в большинстве пищевых продуктов, имеют резонансную частоту вращения в пределах микроволнового диапазона. На частоте 2,45 гигагерца (длина волны 12,2 см) молекулы воды эффективно поглощают микроволновую энергию и впоследствии рассеивают излучение в виде тепла (инфракрасного). Если для хранения пищи в микроволновой печи используются емкости, состоящие из материалов, не содержащих воду, они будут оставаться прохладными, что значительно повысит удобство приготовления в микроволновой печи.

Интерактивное учебное пособие

Микроволны представляют собой радиоволны самой высокой частоты и излучаются Землей, зданиями, автомобилями, самолетами и другими крупными объектами. Кроме того, низкоуровневое микроволновое излучение проникает в космос, где предполагается, что оно было выпущено в результате Большого взрыва во время создания Вселенной.Высокочастотные микроволны являются основой для RADAR , аббревиатуры, обозначающей RA dio D etecting A nd R anging, метод передачи и приема, используемый для отслеживания больших объектов и расчета их скорости и расстояния. Астрономы используют внеземное микроволновое излучение для изучения Млечного Пути и других близлежащих галактик. Значительный объем астрономической информации был получен в результате изучения определенной длины волны излучения (21 сантиметр или 1420 мегагерц) незаряженных атомов водорода, которые широко распространены в космосе.

Микроволны также используются для передачи информации с Земли на орбитальные спутники в обширных сетях связи, для передачи информации с наземных станций на большие расстояния и для картографирования местности. Удивительно, но некоторые из первых электромагнитных экспериментов, проведенных Генрихом Герцем, Ягадисом Чандрой Бозом и Гульельмо Маркони (отцом современного радио), были выполнены с использованием излучения в микроволновом диапазоне или вблизи него. Ранние военные приложения использовали узкую ширину луча и увеличенную полосу модуляции, которую позволяли фокусируемые микроволны, которые было трудно перехватить и которые содержали относительно большие объемы информации.В научном сообществе существуют некоторые разногласия по поводу потенциальных рисков для здоровья рака и термического повреждения тканей, связанных с постоянным и кумулятивным воздействием микроволнового излучения от вышек сотовой связи, протекающими микроволновыми печами и актом размещения мобильных телефонов рядом с мозгом во время использования.

Радиоволны — обширная радиочастотная часть электромагнитного спектра включает длины волн от 30 сантиметров до тысяч километров.Излучение в этом диапазоне содержит очень мало энергии, а верхний предел частоты (около 1 гигагерца) приходится на конец диапазона, в котором ограничено радио- и телевещание. На таких низких частотах фотонный (гранулированный) характер излучения не проявляется, и кажется, что волны передают энергию плавно и непрерывно. Не существует теоретического верхнего предела длины волны радиочастотного излучения. Например, низкочастотный (60 Гц) переменный ток, переносимый по линиям электропередач, имеет длину волны около пяти миллионов метров (или около 3000 миль).Радиоволны, используемые для связи, модулируются по одной из двух спецификаций передачи: амплитудно-модулированные, ( AM ) волны, которые различаются по амплитуде длин волн, и частотно-модулированные ( FM ; см. Рисунок 8) волны, которые меняются в частоте длины волны. Радиоволны играют важную роль в промышленности, связи, медицине и магнитно-резонансной томографии ( MRI ).

Звук и видео на телевидении передаются через атмосферу с помощью более коротких радиоволн с длиной волны менее метра, которые модулируются для вещания во многом подобно FM-радио.Радиоволны также излучаются звездами в далеких галактиках и могут быть обнаружены астрономами с помощью специализированных радиотелескопов. Были обнаружены длинные волны, длиной в несколько миллионов миль, излучающиеся к Земле из глубины космоса. Поскольку сигналы настолько слабые, радиотелескопы часто объединяются в параллельные группы, содержащие большое количество огромных антенных приемников.

Природа взаимосвязи между частотой (числом колебаний в единицу времени) и длиной волны (длиной каждого колебания) света становится очевидной при изучении широкого диапазона спектра электромагнитного излучения.Электромагнитное излучение очень высокой частоты, такое как гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовый свет, состоит из очень коротких длин волн и значительного количества энергии. С другой стороны, более низкочастотное излучение, включая видимое, инфракрасное, микроволновое и радиоволны, соответственно имеет более длинные волны с более низкими энергиями. Хотя электромагнитный спектр обычно описывается как пересекающий примерно 24 порядка величины по частоте и длине волны, нет никаких внутренних верхних или нижних границ для длин волн и частот этого непрерывного распределения излучения.

Соавторы

Мортимер Абрамовиц — Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Мелвилл, Нью-Йорк, 11747.

Thomas J. Fellers и Michael W. Davidson — Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 г. Ист. Пол Дирак, доктор философии, Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.


НАЗАД ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

НАЗАД К СВЕТУ И ЦВЕТУ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1998-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт поддерживается нашей командой

Графика и веб-программирование
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.
Последнее изменение: вторник, 17 мая 2016 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.