Электромагнитное излучение картинки: Электромагнитное излучение — Википедия. Что такое Электромагнитное излучение

Содержание

Модели структуры электромагнитных излучений

Переменное магнитное поле. 

 

Электромагнитные излучения имеют свою объемную структуру в виде полусферы, возникают от заряженных частиц находящихся в резонансе со структурой пространства-времени и поглощаются им же.

Если электромагнитные излучения имеют объемную структуру в виде полусферы, то они распространяются площадями поверхностей этих сфер.

По утверждению Максвелла переменное магнитное поле порождает электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. При изменении со временем магнитной индукции  возникает электрическое поле, линии, напряженности которого охватывают линии магнитной индукции (рис.1). Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем больше напряженность электрического поля. При возрастании магнитной индукции  (ΔB /Δt  >0) направление напряженности образует левый винт с направлением вектора   

Рис. 1.  Переменное магнитное поле порождает электрическое поле. 

 

 

Переменное электрическое поле.

 

Итак, магнитное поле порождает электрическое.

Не существует ли в природе обратного процесса, когда переменное электрическое поле, в свою очередь, порождает магнитное? Это предположение, диктуемое соображениями симметрии, составляет основу гипотезы Максвелла.

Максвелл допустил, что такого рода процесс реально происходит в природе. Во всех случаях, когда электрическое поле изменяется со временем, оно порождает магнитное поле. Линии магнитной индукции этого поля охватывают линии напряженности электрического поля (рис.2) подобно тому, как линии напряженности электрического поля охватывают линии индукции переменного магнитного поля. Но только при возрастании напряженности электрического поля  (ΔE/ Δt  >0)  направление вектора индукции  возникающего магнитного поля образует правый винт с направлением вектора На основании сказанного можно сделать вывод: электрические и магнитные поля — проявление единого целого: электромагнитного поля. В зависимости от того, в какой системе отсчета рассматриваются электромагнитные процессы, проявляются те или иные стороны этого единого целого.  

Рис. 2. Переменное электрическое поле порождает магнитное поле.

 

  

Вихревое электромагнитное поле.

 

Среди бесчисленных, очень интересных и важных следствий, вытекающих из законов Максвелла электромагнитного поля, одно заслуживает особого внимания. Это вывод оконечности скорости распространения электромагнитных взаимодействий. Согласно теории дальнодействия кулоновская сила, действующая на электрический заряд, сразу же изменится, если соседний заряд сдвинуть с места. Действие передается мгновенно. С точки зрения действия на расстоянии иначе быть не может. Ведь один заряд непосредственно через пустоту «чувствует» присутствие другого. По Максвеллу же дело обстоит совершенно иначе и намного сложнее. Перемещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле в соседних областях пространства. Переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле и т.д.

Причем возникающее вихревое магнитное или вихревое электрическое поле гасит поле в тех областях пространства, где оно уже имелось, но захватывает новые области пространства (рис. 3).                                   

Перемещение заряда вызывает, таким образом, «всплеск» электромагнитного поля, который, распространяясь, охватывает все большие и большие области окружающего пространства, перестраивая по дороге то поле, которое существовало до смещения заряда. Наконец, этот «всплеск» достигает второго заряда, что и приводит к изменению действующей на него силы. Но произойдет это не в тот момент времени, когда произошло смещение первого заряда. Процесс распространения электромагнитного возмущения, механизм которого был вскрыт Максвеллом, протекает с конечной, хотя и очень большой, скоростью. Максвелл чисто математически показал, что скорость распространения этого процесса равна скорости света в пустоте — 300 000 км/с.

Это новое фундаментальное свойство поля, которое делает его, осязаемой реальностью.

 

Рис. 3. Возникновение вихревого электромагнитного поля в пространстве.

 

 

 

Читать полностью

 

 

 

Оказывает ли излучение Wi-Fi роутеров, смартфонов и телевизоров негативное влияние на ваше здоровье? :: Инфониак

Полезные советы

Вы когда-нибудь задумывались о возможных побочных эффектах современных технологий? Бесспорно, они облегчают нам жизнь, но какое влияние технические достижения оказывают на здоровье людей?

Ваш смартфон находится рядом с вами, когда вы спите? Есть ли другие электрические приборы рядом с вашей кроватью? Находится ли ваша спальня рядом с Wi-Fi роутером и компьютером, которые работают круглосуточно? А как насчет детской комнаты?

Сегодня трудно представить мир без смартфонов, Wi-Fi и Bluetooth.

Но давайте углубимся в проблему загрязнения электромагнитными волнами.

Электромагнитное излучение

Электромагнитные поля — это невидимые области энергии, часто называемые излучением, которые связаны с использованием электроэнергии, а также с различными формами естественного и искусственного освещения и электроники.

Каждое беспроводное устройство представляет собой двухстороннее микроволновое радио, которое посылает и принимает неионизирующее электромагнитное излучение (ЭМИ), называемое радиочастотным излучением.


Использование беспроводных устройств вызвало обеспокоенность по поводу возможных рисков для здоровья человечества и планеты. Из-за того, что беспроводные технологии появились относительно недавно, пока слишком рано делать выводы из научных исследований, чтобы установить вредны ли они и если да, то насколько.

Читайте также: Нужно ли на ночь отключать Wi-Fi и почему?

Давайте посмотрим на то, что было обнаружено до сих пор.

Насколько сильно излучение от телефона, Wi-Fi и прочих приборов

Вот один маленький пример:

Один лишь электрический будильник рядом с вашей кроватью генерирует электромагнитное поле около 5-10 мГс (миллигаусс), что намного выше максимального безопасного уровня в 1 мГс.

Хотя мы не всегда можем контролировать воздействие электромагнитных волн вне дома, нам под силу контролировать их воздействие внутри своего жилища. Это особенно важно в ночное время, когда ваше тело выполняет большую часть восстановительной работы.

Читайте также: 10 мест, где нельзя держать свой телефон

Как уменьшить влияние электромагнитных волн на ваш организм


Хорошая новость заключается в том, что вы можете уменьшить воздействие такого излучения на вас и вашу семью.

Спросите себя: "А мне действительно нужно оставлять Wi-Fi роутер и смартфон включёнными всю ночь?"

Практические советы:

1. Чем вы дальше от источника, тем лучше.

  • Телевизор должен находиться минимум в 2-х метрах от кровати и дивана – он излучает больше всего электромагнитной радиации.

  • Установите Wi-Fi роутер подальше от людей, примерно в 1,5 – 2 метрах.

  • Смартфон держите хотя бы в 20 см от себя.

  • Компьютер должен находиться минимум в 30 см от кровати.

  • Микроволновая печь и электрический чайник должны находиться в 1,5 метрах от обеденного стола.

2. Старайтесь уменьшить количество электроприборов рядом с кроватью и другими местами в доме, где вы часто проводите время.

3. Перед сном отключайте от розетки всё, что можете (телевизор, компьютер, роутер).

4. Отключайте телефон или включите режим полёта, чтобы он автономно не искал Wi-Fi и мобильные сети.

5. Выбирайте будильник с батарейками вместо электрического.

6. Откажитесь от беспроводной гарнитуры, если это возможно и пользуйтесь проводными наушниками.

7. Включив микроволновую печь, не стойте рядом с ней.

8. Используйте увлажнитель воздуха, но НЕ в паре с ионизатором, иначе эффект будет обратным. Увлажнитель также помогает в профилактики простудных заболеваний.

Читайте также: Как правильно заряжать телефон, планшет и ноутбук

Некоторые решения могут потребовать гораздо больше усилий и времени, но это лучший вариант, чем ослабление вашей иммунной системы.

Такое загрязнение не проявляется сразу, оно накапливается. Хотя воздействие электромагнитного излучения было научно связано с множеством болезней, требуется немало времени, чтобы проанализировать и увидеть его влияние на организм человека.

У некоторых людей влияние такого излучения проявляется довольно быстро, а у других, с более сильной иммунной системой, результаты воздействия могут проявиться позже.


Влияние электромагнитного излучения: что говорят исследования?

Существуют разногласия по поводу безопасности электромагнитного излучения, потому что нет серьезных исследований, предполагающих, что оно наносит вред здоровью человека.

По данным Международного агентства по исследованию рака (IARC) при Всемирной Организации Здравоохранения, это излучение "

может быть канцерогенным для человека". Специалисты считают, что некоторые исследования могут указывать на связь между электромагнитным излучением и раком у людей.

Крупное исследование 2000-х


Обеспокоенные состоянием здоровья человека и популярностью мобильных телефонов, исследователи запустили крупнейшее исследование (ссылка на исследование в конце статьи).

Исследователи наблюдали за уровнем заболеваемости раком и использованием мобильных телефонов у более чем 5 000 человек в 13 странах мира. Они обнаружили незначительную связь между уровнем воздействия ЭМИ и глиомой - типом рака, который возникает в головном и спинном мозге.

Глиомы чаще находились на той же стороне головы, у которой люди держали телефоны при разговоре. Тем не менее, исследователи пришли к выводу, что связь не оказалась столь очевидной и убедительной.

Новое исследование


В более новом исследовании, учёные обнаружили связь между воздействием высокого уровня ЭМИ в течение многих лет и повышенным риском определенного типа лейкемии у взрослых (ссылка на исследование в конце статьи).

Европейские ученые также обнаружили связь между ЭМИ и лейкемией у детей, при этом они считают, что нужен более эффективный мониторинг подверженности людей воздействию ЭМИ. Поэтому они не могут сделать какие-то определенные выводы из своей работы, и необходимы дополнительные исследования.

Обзор нескольких исследований

Обзор более двух десятков исследований низкочастотного ЭМИ позволяет предположить, что эти энергетические поля могут вызывать различные неврологические и психические проблемы у людей.

В этом исследовании была обнаружена связь между воздействием ЭМИ и изменениями активности нейронов по всему телу, что влияет на такие аспекты, как сон и настроение.

Факты о влиянии электромагнитных волн


  • В 2011 году Международное агентство по исследованию рака при Всемирной Организации Здравоохранения впервые классифицировало сотовый телефон и беспроводное излучение, как "возможный канцероген для человека". Такое решение основано на исследованиях, которые показали, что при долгом использовании сотовых телефонов, у человека более высокий уровень развития рака мозга на той стороне головы, где он держал свой телефон.

  • Воздействие излучения от Wi-Fi и сотовых телефонов может нарушить нормальное развитие клеток, особенно развитие плода.

  • Рост технологий беспроводной связи создает увеличение электросмога - электромагнитного загрязнения (совокупность электромагнитных полей, которые влияют на человека в закрытом пространстве).

  • Обзор 113 исследований из оригинальных рецензированных публикаций показал, что в 65% случаев радиочастотные электромагнитные поля повлияли на эмбрионы и яйца птиц, насекомых, других позвоночных, и в 70% случаев на другие организмы и растения.

  • В лабораторных условиях у ряски (цветковое растение), подвергшейся воздействию магнитных полей низкой интенсивности, наблюдалось накопление аланина; метаболической реакции на стресс.

Итог

Ученые обнаружили возможные связи между низким уровнем воздействия ЭМИ и проблемами со здоровьем, такими как рак, но нужно провести больше исследований.

Известно, что высокий уровень ЭМИ вызывает неврологические и физиологические проблемы. При этом крайне маловероятно, что вы будете подвержены воздействию высокочастотных электромагнитных полей в вашей повседневной жизни.

Помните, что электромагнитное излучение реально. Хотя это развивающаяся область, и требуется больше исследований, низкий уровень ЭМИ скорее всего безвреден.

Электромагнитное излучение Википедия

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

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

Электромагнитные волны подразделяются на:

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

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

Характеристики электромагнитного излучения

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

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

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

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

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

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

Диапазоны электромагнитного излучения

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

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

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

Радиоволны

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

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

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

Микроволновое излучение

Инфракрасное излучение (тепловое)

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

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

Инфракрасное излучение делится на спектральные субрегионы.

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

Видимое излучение (оптическое)

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

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

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

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

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

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

Ультрафиолетовое излучение

Жёсткое излучение

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

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

Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов

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

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

История исследований

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

Электромагнитная безопасность

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

Влияние на живые существа

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

Оптический диапазон

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

Радиоволны

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

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

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

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

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

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

  • Допустимые уровни излучения различных передающих радиотехнических средств на частотах >300 МГц в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:
Россия, Украина, Польша, Беларусь, Казахстан: 10 мкВт/см².
США, Европа (за исключением некоторых стран), Япония, Корея: 200 - 1000 мкВт/см².[12][13]
Канада: 130 - 2000 мкВт/см².[14]
Китай: 10 (40) - 2000 мкВт/см².[15][16]

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

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

Ионизирующее излучение

Допустимые нормативы регулируются нормами радиационной безопасности — НРБ-99.

Влияние на радиотехнические устройства

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

См. также

Примечания

  1. Петрусевич Ю.М. Излучения // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1978. — Т. 9. Ибн-Рошд - Йордан. — 483 с. — 150 300 экз.
  2. ↑ (Принцип максимальности скорости света теории относительности при этом не нарушается, так как скорость переноса энергии и информации — связанная с групповой, а не фазовой скоростью — в любом случае не превышает световой скорости)
  3. ↑ Также вопросы, связанные с жесткими и сверхжесткими излучениями могут возникать в астрофизике; там иногда они имеют особую специфику, например, генерация излучения может происходить в областях огромного размера.
  4. ↑ Наиболее фундаментальной, не считая упомянутых выше теорий Стандартной модели, отличия которой от чистой квантовой электродинамики проявляются, впрочем, лишь при очень высоких энергиях.
  5. 1 2 ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения
  6. ↑ 48.Особенности диапазона свч. Деление свч диапазона на поддиапазоны. (неопр.). StudFiles. Дата обращения: 24 октября 2017.
  7. ↑ Структура луча показана условно. Синусоидальность лучей показана условно. Разная скорость света в призме для разных длин волн не показана.
  8. ↑ Догадки о наличии излучения за пределами видимого спектра высказывались и ранее Гершеля и Риттера, однако они показали это экспериментально.
  9. ↑ [http://www.who.int/peh-emf/publications/facts/fs322_ELF_fields_russian.pdf Электромагнитные поля и общественное здравоохранение] (неопр.). Всемирная организация здравоохранения (Июнь 2007 г.).
  10. ↑ Electromagnetic fields and public health: mobile phones (неопр. ). Всемирная организация здравоохранения (Октябрь 2014 г.).
  11. ↑ СанПиН 2.2.4.3359-16 Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах, Об утверждении СанПиН 2.2.4.3359-16 "Санитарно-эпидемиологические требова...
  12. ↑ https://transition.fcc.gov/bureaus/oet/info/documents/bulletins/oet65/oet65.pdf
  13. ↑ https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPemfgdl.pdf
  14. ↑ https://www.canada.ca/content/dam/hc-sc/migration/hc-sc/ewh-semt/alt_formats/pdf/consult/_2014/safety_code_6-code_securite_6/final-finale-eng.pdf
  15. ↑ http://www.nhc.gov.cn/ewebeditor/uploadfile/2014/11/20141103161157888.pdf
  16. ↑ http://www.lddoc.cn/p-23264.html

Литература

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

Ссылки

Электромагнитное излучение

Как было отмечено в предыдущем разделе, первое требование для дистанционного зондирования - наличие источника энергии для освещения цели (если только измеренная энергия не излучается целью). Эта энергия находится в форме электромагнитного излучения.


[Текстовая версия]

Все электромагнитное излучение имеет фундаментальные свойства и ведет себя предсказуемым образом в соответствии с основами теории волн. Электромагнитное излучение состоит из электрического поля (E), величина которого изменяется в направлении, перпендикулярном направлению распространения излучения, и магнитного поля (M), ориентированного под прямым углом к ​​электрическому полю.Оба эти поля движутся со скоростью света (c).


[Текстовая версия]

Две характеристики электромагнитного излучения особенно важны для понимания дистанционного зондирования. Это длина волны и частота.


[Текстовая версия]

Длина волны - это длина одного волнового цикла, которую можно измерить как расстояние между последовательными гребнями волн. Длина волны обычно обозначается греческой буквой лямбда (λ).Длина волны измеряется в метрах (м) или в нескольких метрах, например, нанометров, (нм, 10 -9 метров), микрометров, (мкм, 10 -6 метров) (мкм, 10 -6 ). метров) или сантиметров (см, 10 -2 метров). Частота означает количество циклов волны, проходящей через фиксированную точку за единицу времени. Частота обычно измеряется в герцах (Гц), что эквивалентно одному циклу в секунду, и различным кратным герцам.

Длина волны и частота связаны следующей формулой:


[Текстовая версия]

Следовательно, они обратно связаны друг с другом.Чем короче длина волны, тем выше частота. Чем больше длина волны, тем ниже частота. Понимание характеристик электромагнитного излучения с точки зрения их длины волны и частоты имеет решающее значение для понимания информации, которую необходимо извлечь из данных дистанционного зондирования. Далее мы рассмотрим, как мы классифицируем электромагнитное излучение именно для этой цели.

"Я ушел, Бэтти!"

... что дистанционное зондирование в самом широком смысле включает в себя ультразвук, спутниковые карты погоды, радар скорости, фотографии градации и сонар - как для кораблей, так и для летучих мышей !.Больницы используют технологии визуализации, включая компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографию (трехмерное изображение мягких тканей) и рентгеновские лучи для исследования нашего тела. Все это примеры ненавязчивых методов дистанционного зондирования.

... вы можете использовать осциллограф, специальное электронное устройство, которое отображает волны, похожие на волны электромагнитного излучения, которые вы здесь видели, чтобы посмотреть на длину волны и частотные характеристики вашего голоса. Высокочастотные звуки имеют короткие длины волн и высокие частоты.Низкие звуки - наоборот. Ученые говорят, что сама Земля вибрирует с очень низкой частотой, издавая звук намного ниже диапазона человеческого слуха.

... что концепция длины волны и частоты является важным принципом, лежащим в основе того, что называется доплеровским сдвигом, который объясняет, как звуковые и световые волны воспринимаются как сжатые или расширенные, если объект, излучающий их, движется относительно датчика. По мере того, как поезд или гоночный автомобиль приближается к нам, наши уши, как правило, слышат все более низкие звуки или частоты (более короткие длины волн), пока они не достигнут нас: исходная частота объекта, когда он находится в поперечном направлении, а затем еще более низкие частоты, когда он удаляется.Тот же принцип (применимый к свету) используется астрономами, чтобы увидеть, как быстро звезды удаляются от нас (красное смещение).

Викторина

Первое требование для дистанционного зондирования - источник энергии, который может осветить цель. Какой очевидный источник электромагнитной энергии вы можете себе представить? Какое «устройство дистанционного зондирования» вы лично используете для обнаружения этой энергии? Ответ ...

Предположим, что скорость света равна 3x10 8 м / с. Если частота электромагнитной волны составляет 500 000 ГГц (ГГц = гигагерц = 10 9 м / с), какова длина волны этого излучения? Выразите свой ответ в микрометрах (мкм).Ответ ...

Whiz quiz - Ответ

Ответ 1: Самый очевидный источник электромагнитной энергии и излучения - солнце. Солнце является исходным источником энергии для большей части дистанционного зондирования поверхности Земли. Устройство дистанционного зондирования, которое мы, люди, используем для обнаружения излучения солнца, - это наши глаза. Да, их можно считать удаленными датчиками - и очень хорошими - поскольку они обнаруживают видимый свет солнца, что позволяет нам видеть. Есть и другие типы света, невидимые для нас. ..но об этом позже.


[Текстовая версия]

Ответ 2: Используя уравнение зависимости между длиной волны и частотой, давайте вычислим длину волны излучения с частотой 500 000 ГГц.

Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом

1.1. Распределение импульса электромагнитного поля в диэлектриках при условии самоиндуцированной прозрачности

Взаимодействие квантов электромагнитного излучения с веществом можно исследовать как с волновой, так и с квантовой позиции.С волновой позиции под действием электромагнитной волны происходят вынужденные колебания электронной орбиты и ядра атомов. Энергия электромагнитного излучения, идущего при колебаниях ядра, переходит в тепло. Энергия колебаний электронной орбиты вызывает повторное электромагнитное излучение с энергией меньшей, чем исходное излучение.

С квантовой позиции характер взаимодействия более разнообразен. Возможно взаимодействие без поглощения квантов: резонансное поглощение, когерентное рассеяние. Часть квантов полностью поглощается. Кванты могут поглощаться без появления вторичных электронов. При этом вся энергия квантов передается фононам - механическим волнам в кристаллической решетке, а импульс передается всей кристаллической решетке вещества. При поглощении квантов могут возникать вторичные электроны, например, при внутреннем фотоэффекте. Поглощение квантов с излучением вторичных квантов меньшей энергии и частоты возможно, например, при эффекте Комптона или при комбинационном рассеянии.

Все эти процессы определяют как образование импульсов электромагнитного излучения в веществе, так и поглощение излучения веществом.

1.2. Согласование электромагнитного импульса с веществом

Сначала рассмотрим одномерную задачу - электрическая часть импульса электромагнитного поля с диэлектрическим веществом, которое обладает определенной числовой концентрацией n центросимметричных атомов - осцилляторов. Для достоверности анализа мы предлагаем атом быть одноэлектронным. Также согласовано, что в среде нет микротоков или свободных зарядов. Особенности взаимодействия магнитного аспекта импульса с атомами будут рассмотрены позже.

Мы принимаем, что имеет место взаимодействие кванта электромагнитного излучения с ядерными электронами, при этом кванты поглощаются электронами. Набирая энергию кванта, электроны переходят на более высокие уровни мощности. Далее, посредством резонансного смещения электронов назад, возникает квантовое излучение вперед.В рассматриваемой среде отсутствует неизлучающий сдвиг электронов i.d. сила кванта не передается на атом.

Таким образом, не учитывается поглощение электромагнитного излучения при рассеянии его мощности в веществе за счет СИП. Возникает атомное сверхизлучение кванта. Таким образом, передний фронт импульса передает энергию атомным электронам среды, образуя ее задний фронт.

Вероятности поглощения и излучения кванта электронами за единицу времени с большим количеством кванта в импульсе, по Эйнштейну, можно назвать примерно одинаковыми [6]. Для раздельного взаимодействия с электроном эта вероятность такая же и пропорциональна кубу постоянной тонкой структуры ~ (1/137) 3 [7]. Рассмотрим случайную величину - количество взаимодействий кванта с атомными электронами по импульсу. В соответствии с законом распределения Пуассона, вероятность того, что ни один квантовый атом атома не поглотит электроны (не произойдет никакого взаимодействия), при достаточно низкой вероятности отдельного взаимодействия равна экспоненте от математического ожидания случайного переменная - среднее количество взаимодействий λ квантов и электронов в импульсе, взятых с минусом = exp (−λ).Поэтому, как это будет объяснено ниже, возможно, что интенсивность непоглощенной мощности импульса атомными электронами среды на переднем плане определяется экспоненциальным законом Бугера [3] (в немецкой традиции - законом Бера)

I = I0exp (−αl) E1

где α - показатель взаимодействия электромагнитной волны и вещества, l - длина слоя взаимодействия , I 0 - интенсивность падающей волны. Таким образом, интенсивность отдачи энергии атомного электрона в импульс на его заднем фронте может быть описана с помощью закона Бугера с отрицательным показателем поглощения [8].

Индекс взаимодействия α = σn, где α - эффективное сечение взаимодействия атома-осциллятора с волной. Отсюда

αl = σnl = nVeff = nVVeffV = MVeffV = MNE2

, где V eff - эффективный объем взаимодействия. При игнорировании (1.2) правая часть формулы умножается и делится на геометрический объем V , в котором находится M частиц, взаимодействующих с излучением. Отношение VeffV = N. Отношение эффективного объема взаимодействия к геометрическому объему характеризует возможность взаимодействия среды с атомом электромагнитного излучения.Следовательно, экспоненциальной функцией в законе Бугера (1.1) предполагается математическое ожидание случайной величины, которая подчиняется распределению закона Пуассона - средней переменной атомов, взаимодействующих с электромагнитным излучением в области импульсного воздействия λ = NM.

С учетом интенсивности волны I ~ (E2h3) получим

(| E || H |) = (| E0 || H0 |) exp (−α2l) E3

где | E0 |, | H0 | - амплитуды напряженности электрического и магнитного полей импульса по продольной координате X = 0.

В формуле (1.3) и далее верхние переменные в скобках относятся к электрическому полю, а нижние - к магнитному полю импульса.

По соотношению (1.2) можно найти

N = −2Мln | EE0 | = −2Мln | HH0 | E4

Формула (1.4) требует дальнейшего рассмотрения. Если E 0 , , что отражает процесс поглощения волны атомными электронами, N> 0 и классическое рассмотрение взаимодействия электромагнитной волны с атомом вполне допустимо.Случай, когда E> E 0 , отражает процесс переизлучения волны. Таким образом, N < 0 и переменную N нельзя рассматривать как вероятность взаимодействия электромагнитной волны с атомом. В этом случае мы говорим о квантово-механическом характере процесса взаимодействия кванта и двухуровневой энергетической системы атома при условии, что излучение энергетического перехода обращено на противоположное. Переменная N в данном случае имеет понятие единого среднего заполнения атомом (-1 ).За счет использования среднего заполнения для поднятия атома и изгиба его магнитного момента в магнитном поле импульса, существует двухуровневая квантовая система по магнитным квантовым числам. Таким образом, переменная N обеспечивает меру инверсии системы атомов-излучателей поднятыми атомами [2], а также меру инверсии магнитного момента системы атома магнитными квантовыми числами. Если N = -1 , все атомы находятся в основном состоянии [3].

Рисунок 1.

Зависимость объемной плотности энергии импульса электромагнитного излучения w (кривая 1) и среднего по атомам числа заполнения N (кривая 2) от времени; 3 и 4 - точки превышения функции w (t)

Рассмотрим зависимость среднего заполнения от времени N (t). Если принять пропорцию поляризации отдельного двухуровневого атома к напряженности электрического поля в импульсе, то, в соответствии с уравнениями Максвелла-Блоха, среднее по атомам рассматриваемого объема, число заполнения пропорционально величине объемная плотность мощности электромагнитной волны Н ~ Вт [3].Однако такая монотонная зависимость между этими переменными не может сохраняться на всем протяжении импульса. Во-первых, из-за высокой объемной плотности импульсной мощности Вт, , характерной для СИП, когда центральная часть импульсной мощности выше любой переменной Вт, существует энергетическое насыщение среды. Среднее число заполнения, таким образом, N = 1 , все атомы подняты, рис. 1 (кривая 1 - зависимость w от времени, более толстая кривая 2 - рассматриваемая зависимость N от времени).Нарушение пропорции N ~ w в центральной части импульса является основным недостатком часто используемой системы уравнений Максвелла-Блоха для описания СИП.

Во-вторых, период релаксации переменной N составляет не менее 1 нс [2], поэтому зависимость N (t) не может повторять высокочастотные колебания на обоих фронтах импульса. Зависимость N ~ w может характеризовать долю среднего числа наполнения и огибающей w (кривая 1) в импульсе.Однако в двух точках складки (3 и 4 рис. 1) на участках увеличения и уменьшения, если огибающая w переменная ∂2w / ∂t2 = 0, следовательно, также ∂2N / ∂t2 = 0. Кроме того, зависимость N (t) имеет симметричный характер, так как при СИП импульс становится консервативной системой (отсутствует обратная дисперсия и рассеяние мощности) [2]. Следовательно, можно серьезно позаботиться о том, чтобы на всем протяжении импульса, за исключением точек изгиба кривой N (t ), условие оставалось

∂2N∂t2 = 0E5

, а зависимость N (t) имеет характер, показанный на рис.1, кривая 2. можно также отметить высокую общность формулы (1.5), которая возможна для любой кусочно-линейной функции N (t) . Таким образом, точки разрыва функции исключаются, так как производные претерпевают разрыв.

1.3. Нелинейное уравнение Шредингера

Одномерное волновое уравнение для электрических и магнитных аспектов электромагнитного поля для рассматриваемой задачи имеет вид [2]

∂2∂X2 (EH) −1с2 (με) ∂2∂t2 (EH) = 1с2 (μ / ε0ε) ∂2∂t2 (PJ) E6

где E≡EYorE≡EZ , H≡HYorH≡HZ, X и t - соответственно координата, рядом с которой идут импульс и время распределенный, P - поляризация вещества, Дж - его намагниченность, ε0 и μ0 - электрическая и магнитная постоянная, ε - относительная статическая диэлектрическая проницаемость вещества, μ - относительная магнитная проницаемость, c = 1 / ε0μ0– скорость света в вакууме.

Введем преобразование напряженности электрического поля по формуле

(E (X, t) H (X, t)) = Ф (X, t) exp (−iω0t) E7

Функция Ф (X, t) менее быстро меняется во времени, чем E (X, t) или H (X, t), ω 0 - аспект циклической частоты высокочастотных колебаний поля.

Подставляя (1.7) и (1.6), получаем

[∂2Ф∂Х2−1с2 (με) (∂2Ф∂t2−2iω0∂Ф∂t − ω02Ф)] exp (−iω0t) = 1с2 (μ / ε0ε) ∂2∂t2 (PJ) E8

Оценим относительную переменную первого и второго пунктов в скобках слева (1.8). для этого введем шкалы переменных time t и Ф

T = t / t *, Ф0 = Ф / Ф * E9

, где звездочкой обозначены безразмерные параметры. Для шкалы времени следует логично выбрать длительность (период) импульса T . Масштаб Ф 0 выбран из условия

, что безразмерная вторая производная ∂2Ф * ∂t * 2 и безразмерная функция Ф * находятся в одном порядке. Следовательно, первый элемент в круглых скобках (1.8) - этоФ0T2∂2Ф * ∂t * 2, а последний - ω02Ф0Ф *. Вместо периода импульса Тл вводим циклическую частоту импульса ω = 2πT. Сравнивая эти элементы, становится понятно, что Ф0ω24π2∂2Ф * ∂t * 2ω02Ф0Ф * как циклическая частота импульса намного меньше, чем редкости колебаний поля, особенно при ω2ω02.

Излучает ли ваш мобильный телефон? Измерение электромагнитного излучения сотового телефона

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript.Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента. Вот как.
Области науки Электричество и электроника
Сложность
Требуемое время Среднее (6-10 дней)
Предварительные требования У вас должен быть доступ к мобильному телефону.
Наличие материала Чтобы проверить электромагнитное излучение в радиодиапазоне, вам понадобится радиочастотный (RF) измеритель. См. Подробности в списке материалов и оборудования.
Стоимость Среднее значение (50–100 долларов США)
Безопасность При сборке кондуктора надевайте соответствующее защитное снаряжение. См. Подробности в экспериментальной процедуре.

Абстрактные

Каждый день, где бы вы ни находились, вы будете видеть людей, использующих свои мобильные телефоны. Люди используют свои мобильные телефоны для Но больше, чем просто звонить. Они также используют их для отправки текстовых сообщений и поиска в Интернете. Но некоторые группы здоровья обеспокоены тем, что чрезмерное использование мобильного телефона может быть опасным для вашего здоровья, поскольку подвергает ваше тело электромагнитному излучению . В этом электричество и электроника научный проект, вы будете исследовать, сколько излучения излучает ваш мобильный телефон при использовании для звонков и текстовых сообщений.

Объектив

Чтобы выяснить, излучает ли ваш сотовый телефон электромагнитное излучение при телефонном звонке или отправке текстового сообщения, и определить уровень излучения на различных расстояниях.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Кредиты

Мишель Марановски, доктор наук, приятели по науке

Сабина де Брабандере, доктор наук, приятели науки

Этот научный проект основан на следующем проекте, удостоенном премии Science Buddies Clever Scientist: Bose, Gautam.(2010). Микроволновое излучение сотовых телефонов .

цитировать эту страницу

Здесь представлена ​​общая информация о цитировании. Обязательно проверьте форматирование, включая использование заглавных букв, для метода, который вы используете, и обновите цитату по мере необходимости.

MLA Стиль

Сотрудники Science Buddies. «Излучает ли ваш мобильный телефон? Измерение электромагнитного излучения сотового телефона». Друзья науки , 20 ноя 2020, https: // www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p068/electricity-electronics/measuring-cell-phone-electrome-radiation. Проверено 26 декабря 2020 г.

APA Style

Сотрудники Science Buddies. (2020, 20 ноября). Ваш мобильный телефон излучает? Измерение электромагнитного излучения сотового телефона. Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p068/electricity-electronics/measuring-cell-phone-electromagnetic-radiation

Дата последнего редактирования: 20.11.2020

Введение

Куда бы вы ни пошли, вы можете увидеть, как кто-то пользуется мобильным телефоном.Вы можете использовать мобильный телефон, чтобы позвонить маме забрать вас из торгового центра, написать своим лучшим друзьям, посмотреть в Интернете расписание фильмов и даже поиграть в игры. В мобильный телефон - важная часть нашего общения с друзьями и семьей.

Но как сотовый телефон все это делает? Сотовые телефоны - это в основном радио, которые используют радиосигналы для получать и передавать информацию. Когда вы говорите по мобильному телефону, он преобразует ваш голос в микроволновую печь. частотный сигнал. Сотовые телефоны передают и принимают информацию на микроволновых частотах, которых находятся в пределах радиочастотный (RF) спектр. Радиоволны и микроволны все являются частью электромагнитного спектр. См. Рисунок 1, чтобы просмотреть полный электромагнитный спектр .

Схема электромагнитного спектра с эталонными объектами для демонстрации относительного масштаба волн. Радиоволны (слева) имеют самые длинные волны в спектре (больше, чем у бейсбольного мяча). Рентгеновские лучи (справа от спектра) имеют самую короткую длину волны (меньше, чем молекула воды).


Рисунок 1. Электромагнитный спектр. (Изображение любезно предоставлено Национальной лабораторией Лоуренса Беркли, 2009 г.)

Каждому оператору сотовой связи (например, Verizon, AT&T и т. Д.) Дается набор частот, которые они используют для передачи и получать информацию в типичном городе. Затем каждый оператор сотовой связи разбивает город на ячейки (каждая ячейка - это несколько квадратных миль). Каждая ячейка имеет базовую станцию. Когда вы включаете свой мобильный телефон, он связывается с ближайшим к нему базовой станции и делится информацией о вас и о том, где вы находитесь.Когда вы звоните или получаете звонок от друга, было выполнено много операций, которые определяют, где и кто вы и ваш друг, определяя, какие микроволновые частоты ваши телефоны должны использоваться так, чтобы вы оба могли разговаривать. Как только соединение будет установлено, разговор по телефону это как разговор по двусторонней радиосвязи.

Когда вы разговариваете по мобильному телефону или пишете текстовые сообщения, ваше тело поглощает некоторое количество микроволнового сигнала, и с этим могут быть связаны некоторые проблемы со здоровьем.Электромагнитный спектр классифицируется как неионизирующее излучение и ионизирующее излучение. Неионизирующее излучение не повреждает генетический материал в молекулах тела и может или может не вызывают болезни (подробнее об этом в следующем абзаце), но если воздействие микроволнового излучения достаточно интенсивное (о котором вы можете узнать больше в справочнике Управления инженерии и технологий в Библиографии ниже), затем может вызвать биологические повреждения, например, ожоги и катаракту.Ионизирующее излучение, с другой стороны, - это опасны для нашего организма, а в больших дозах могут вызвать рак и врожденные дефекты. Радиочастоты и микроволновая печь частоты классифицируются как неионизирующее излучение, и рентгеновских лучей и гамма-лучей являются примерами ионизирующего излучения.

Существует много споров о том, действительно ли излучение (микроволновые частоты, которые сотовый телефон принимает и отправляет) от сотовых телефонов вредно для человека.Ученые знают, что уровень радиации быстро уменьшается с расстоянием, но поскольку сотовый телефон держат очень близко к голове, многие ученые изучают, не рост использования сотовых телефонов вызывает рост опухолей головного мозга. Было проведено много исследований, но результаты были безрезультатно. В этом проекте по электричеству и электронике вы проведете собственное исследование. Вы посмотрите на ячейку телефон, пока он находится в режиме звонка и текстового сообщения, и определяет количество микроволнового излучения, исходящего от телефона используя радиочастотный измеритель на трех разных расстояниях (2 сантиметра [см], 5 см и 15 см) и с разных сторон сотового телефона.Некоторые правительства установили максимальное воздействие микроволнового излучения, выраженное в милливаттах [мВт] (или 0,001 Вт [Вт]) на квадрат. сантиметр на определенном расстоянии от устройства. Другие руководящие принципы воздействия определяют пределы воздействия радиочастотного излучения на человека в виде удельного коэффициента поглощения (SAR), который является мерой скорости поглощения радиочастотной энергии телом. В этом научном проекте вы будете измерять, сколько энергии излучает ваш телефон в разных направлениях и как она изменяется с увеличением расстояния.Только часть этой энергии будет поглощена телом, поэтому ваши измерения нельзя напрямую сравнивать с пределами SAR. Будет ли излучение, исходящее от сотового телефона, отличаться, если вы говорите или пишете текстовые сообщения? Всегда ли пользоваться телефоном с громкой связью - это хорошая идея? Проведите собственное исследование и выясните, насколько комфортно вы используете сотовый телефон с данными , которые вы собираете.

Термины и понятия

  • Частота
  • Электромагнитный спектр
  • Радиоволна
  • Микроволновая печь
  • Абсорб
  • Неионизирующее излучение
  • Ионизирующее излучение
  • Вт
  • Данные
  • Средняя мощность

Вопросы

  • Не могли бы вы подробно описать, как сотовый телефон отправляет и принимает звонки?
  • Каков предел излучения, установленный Федеральной комиссией по связи (FCC) для мобильных телефонов? Подсказка Прочтите источники в библиографии.
  • В чем разница с точки зрения частоты между микроволновыми частотами и более опасными рентгеновскими и гамма-лучами?
  • Что опаснее: разговаривать по мобильному телефону или водить машину и разговаривать по мобильному телефону?

Библиография

  • Брейн Т., Тайсон Дж. И Лейтон Дж. (2000, 14 ноября). Как работают сотовые телефоны. Проверено 25 сентября 2010 года.
  • Управление разработки и технологий Федеральной комиссии по связи.(2010, 4 августа). Радиочастотная безопасность. Проверено 25 сентября 2010 года.
  • Национальная комиссия по защите прав потребителей. (нет данных). Опасности для здоровья при использовании сотового телефона. Проверено 25 сентября 2010 года.

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает указанные выше статьи. Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей

Материалы и оборудование

  • Сотовый телефон
  • Материал для изготовления кондуктора; это потребует творческого решения проблем с вашей стороны, поэтому прочтите с помощью экспериментальной процедуры ниже, чтобы определить материалы, которые вам понадобятся.
  • Линейка метрическая
  • Инструменты для изготовления кондуктора; это потребует творческого решения проблем с вашей стороны, поэтому прочтите ниже приведена экспериментальная процедура, чтобы определить, какие инструменты вам понадобятся.
  • Защитные очки
  • Радиочастотный измеритель - можно арендовать от magneticsciences.com
  • Волонтер с телефоном
  • Лабораторный блокнот

Заявление об отказе от ответственности: Science Buddies участвует в партнерских программах с Инструменты для дома, Amazon.com, Каролина Биологический и Jameco Electronics. Доходы от партнерских программ помогают поддерживать Science Buddies, общественной благотворительной организации 501 (c) (3), и делаем наши ресурсы бесплатными для всех. Наш главный приоритет - обучение студентов. Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), связанные с покупками, которые вы сделали для научных проектов из рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам на [email protected]

Методика эксперимента

Создание джиг-приманки

  1. Первым шагом является создание кондуктора, чтобы можно было легко измерять выбросы микроволнового излучения.Приспособление - это способ надежно и точно удерживать телефон на заданном расстоянии от радиочастотного (РЧ) измерителя. Изготовление приспособления позволит вам проводить измерения на одном и том же расстоянии для каждой попытки. Следуйте приведенному ниже процессу проектирования, чтобы сделать приспособление. Для получения дополнительной информации обратитесь к ресурсу Science Buddies по процессу инженерного проектирования.
    1. Определите потребность: вам нужно проверить сотовый телефон спереди, сзади и со всех четырех сторон с помощью радиочастотного измерителя. Вы также будете проверять микроволновое излучение на разных расстояниях.
    2. Установите критерии дизайна: из какого материала вы будете делать приспособление? Это зависит от многих факторов, например, стоимость материалов, поглощает ли материал микроволны и насколько легко с ним работать.
    3. Подготовьте предварительные эскизы: на листе бумаги определите, как должна выглядеть ваша приспособление. Вот о чем следует подумать:
      1. Приспособление должно быть сконструировано таким образом, чтобы сотовый телефон находился на одном конце, а ВЧ-метр - на другом.
      2. Должен быть способ надежно удерживать сотовый телефон, не блокируя его.
      3. Должен быть способ надежно удерживать ВЧ-измеритель, не блокируя его верх и переднюю часть.
      4. Часть приспособления для мобильного телефона должна иметь возможность свободно вращаться, чтобы можно было измерить все стороны.
      5. ВЧ-метр следует устанавливать на том же уровне или высоте, что и телефон.
      6. Верхняя сторона ВЧ-измерителя должна быть направлена ​​в сторону сотового телефона, так как приемная антенна измерителя установлена ​​внутри этой стороны измерителя. См. Также рисунок 2 ниже.
      7. Поскольку вам нужно измерять мощность на разных расстояниях, вам нужно будет двигать измеритель вперед и назад.
    4. Build the Jig: не забудьте надеть защитные очки, если вы используете инструменты для сборки кондуктора.
    5. Протестируйте и при необходимости доработайте.

Рисунок 2. Приемная антенна устанавливается внутри измерителя, около его верхней части. Расстояния до сотового телефона следует измерять относительно этой стороны счетчика.

Тестирование мобильного телефона в режиме вызова

  1. Создайте в записной книжке таблицу данных, подобную таблице 1 ниже. Добавьте заголовок «Измеренная средняя мощность - режим вызова [мкВт / м 2 . Таблица поможет вам аккуратно записать ваши измерения.
Передний Задний Верх Низ Правая сторона Левая сторона
2 см Опытная 1
Пробная 2
Пробная 3
Среднее значение
5 см Опытная 1
Пробная 2
Пробная 3
Среднее
15 см Опытная 1
Пробная 2
Пробная 3
Среднее
Таблица 1. Запишите свои данные в таблицу, аналогичную этой.
  1. Ознакомьтесь с RF-метром. Радиочастотный измеритель отображает несколько измеренных значений, как показано на Рисунке 3 ниже. Большинство значений могут быстро измениться во время измерений. В этом научном проекте вы будете использовать световой индикатор, отображающий среднюю мощность , передаваемую телефоном, в качестве измерения.

Фотография акустиметра показывает несколько показаний, отмеченных на фотографии.ВЧ-метр отображает несколько измерений: мгновенную пиковую энергию (a - вверху справа на экране устройства), удерживаемую пиковую энергию (b - слева на экране устройства), среднюю мощность (мкВт / м2) (c - внизу справа. экрана устройства), световая индикация пиковой энергии В / м (г - слева от корпуса устройства) и световая индикация средней мощности (мкВт / м2) (д - справа от корпуса устройства).


Рис. 3. ВЧ-метр отображает несколько измерений: мгновенная пиковая энергия, отправленная [В / м] (a), максимальная пиковая энергия, отправленная с момента включения измерителя [В / м] (b), средняя выходная мощность [мкВт / м 2 ] (c), световая индикация отправляемой пиковой энергии [В / м] (d) и световая индикация средней выходной мощности [мкВт / м 2 ] (e) .
  1. Установите радиочастотный измеритель и сотовый телефон на зажим.
  2. Сообщите вам, что вы добровольно будете звонить по его / ее номеру в ближайший час. Он / она не должен отвечать на телефонные звонки.
  3. Измерьте среднюю мощность, исходящую от передней части сотового телефона на расстоянии 2 см, как показано ниже.
    1. Переместите верхнюю часть RF-метра так, чтобы он оказался на 2 см от передней части сотового телефона.
    2. Позвоните своему волонтеру по мобильному телефону. Включите громкую связь в телефоне, чтобы вы услышали сигнал вызова.
    3. Пока вы слышите звонок, измерьте среднюю мощность, как показывает световой индикатор, обозначенный e на Рисунке 3 выше.
    4. Запишите значение в лабораторный блокнот.
    5. Завершить звонок
  4. Измерьте среднюю мощность, исходящую от задней панели телефона, с помощью радиочастотного измерителя, расположенного на расстоянии 2 см, как показано ниже.
    1. Поверните сотовый телефон тыльной стороной к ВЧ-метру.
    2. Повторите шаги 5.b – 5.e.
  5. Измерьте среднюю мощность, идущую снизу сотового телефона, с помощью счетчика, расположенного на расстоянии 2 см.
    1. Поверните сотовый телефон так, чтобы его нижняя часть была обращена к радиометру

Что такое радиоактивность? (с иллюстрациями)

Радиоактивность - это процесс, при котором нестабильные атомные ядра испускают субатомные частицы высокой энергии или электромагнитное излучение (ЭМИ). Это явление может вызвать превращение одного элемента в другой и частично отвечает за нагрев ядра Земли.Радиоактивность имеет широкий спектр применения, включая ядерную энергетику, медицину и датирование органических и геологических образцов. Это также потенциально опасно, поскольку частицы высокой энергии и радиация могут повреждать и убивать клетки, а также изменять ДНК, вызывая рак.

Знак, указывающий на радиоактивность.
Радиоактивный распад

Считается, что нестабильные атомные ядра распадаются, что означает, что они теряют часть своей массы или энергии, чтобы достичь более стабильного состояния с более низкой энергией. Этот процесс чаще всего наблюдается в более тяжелых элементах, таких как уран.Ни один из элементов тяжелее свинца не имеет стабильных изотопов, но более легкие элементы также могут существовать в нестабильных радиоактивных формах, таких как углерод-14. Считается, что тепло от распада радиоактивных элементов поддерживает очень высокую температуру ядра Земли, поддерживая его в жидком состоянии, что необходимо для поддержания магнитного поля, защищающего планету от разрушающего излучения.

Радиоактивность имеет широкий спектр применения, включая ядерную энергетику и медицину.

Радиоактивный распад - это случайный процесс, а это означает, что физически невозможно предсказать, будет ли данное атомное ядро ​​распадаться и излучать излучение в любой данный момент. Вместо этого он количественно определяется периодом полураспада, который представляет собой период времени, необходимый для распада половины заданного образца ядер. Период полураспада применим к образцу любого размера, от микроскопического количества до всех атомов этого типа во Вселенной. Различные радиоактивные изотопы сильно различаются по своему периоду полураспада, который колеблется от нескольких секунд в случае астатина-218 до миллиардов лет для урана-238.

Нейтроны можно использовать в нейтронных микроскопах для создания изображений.
Типы распада

Чтобы быть стабильным, ядро ​​не может быть слишком тяжелым и должно иметь правильный баланс протонов и нейтронов.Тяжелое ядро ​​- то, которое имеет большое количество протонов и нейтронов - рано или поздно потеряет некоторый вес или массу, испуская альфа-частицу, которая состоит из двух протонов и двух нейтронов, связанных вместе. Эти частицы имеют положительный электрический заряд и, по сравнению с другими частицами, которые могут испускаться, тяжелые и медленно движутся. Альфа-распад элемента приводит к его превращению в более легкий элемент.

Наиболее известные применения радиоактивности - это ядерное оружие.

Бета-распад происходит, когда ядро ​​имеет слишком много нейтронов для своего числа протонов. В этом процессе нейтрон, который является электрически нейтральным, самопроизвольно превращается в положительно заряженный протон, испуская отрицательно заряженный электрон. Эти электроны высокой энергии известны как бета-лучи или бета-частицы. Поскольку это увеличивает количество протонов в ядре, это означает, что атом превращается в другой элемент с большим количеством протонов.

Обратный процесс может происходить там, где протонов слишком много по сравнению с нейтронами.Другими словами, протон превращается в нейтрон, испуская позитрон, который является положительно заряженной античастицей электрона. Иногда это называют положительным бета-распадом, и в результате атом превращается в элемент с меньшим количеством протонов. Оба типа бета-распада производят электрически заряженные частицы, которые очень легкие и быстрые.

Хотя эти преобразования высвобождают энергию в виде массы, они также могут оставить оставшееся ядро ​​в «возбужденном» состоянии, где оно имеет больше, чем минимальное количество энергии.Следовательно, он потеряет эту дополнительную энергию из-за испускания гамма-излучения - очень высокочастотной формы электромагнитного излучения. Гамма-лучи не имеют веса и движутся со скоростью света.

Некоторые тяжелые ядра могут, вместо того, чтобы испускать альфа-частицы, фактически расщепляться, выделяя много энергии, процесс, известный как ядерное деление.Это может происходить спонтанно в некоторых изотопах тяжелых элементов, таких как уран-235. В процессе также высвобождаются нейтроны. Деление может происходить не только спонтанно, но и за счет поглощения нейтрона тяжелым ядром. Если собрать достаточно делящегося материала, может иметь место цепная реакция, когда нейтроны, образовавшиеся при делении, заставят другие ядра расщепляться, высвобождая больше нейтронов и так далее.

использует

Наиболее известные применения радиоактивности, возможно, связаны с атомными электростанциями и ядерным оружием.Первое атомное оружие использовало безудержную цепную реакцию для высвобождения огромного количества энергии в виде интенсивного тепла, света и ионизирующего излучения. Хотя современное ядерное оружие в первую очередь использует синтез для высвобождения энергии, он все же инициируется реакцией деления. Атомные электростанции используют тщательно контролируемое деление для получения тепла, необходимого для работы паровых турбин, вырабатывающих электричество.

В медицине радиоактивность можно целенаправленно использовать для уничтожения раковых образований.Поскольку он легко обнаруживается, он также используется для отслеживания прогресса и усвоения лекарств органами или для проверки их правильного функционирования. Радиоактивные изотопы часто используются для датирования образцов материала. Органические вещества можно датировать путем измерения количества содержащегося в них углерода-14, в то время как возраст образца породы можно определить путем сравнения количества различных присутствующих радиоактивных изотопов. Этот метод позволил ученым измерить возраст Земли.

Влияние на здоровье

С точки зрения здоровья все выбросы распадающихся ядер атомов, будь то частицы или ЭМИ, обычно описываются как радиация, и все они потенциально опасны.Эти выбросы либо являются ионизирующими сами по себе, либо взаимодействуют с материей в организме, создавая ионизирующее излучение. Это означает, что они могут удалять электроны из атомов, превращая их в положительно заряженные ионы. Затем они могут вступать в реакцию с другими атомами в молекуле или в соседних молекулах, вызывая химические изменения, которые могут убивать клетки или вызывать рак, особенно если радиация взаимодействует с ДНК.

Вид излучения, наиболее опасный для человека, зависит от обстоятельств, в которых он встречается.Альфа-частицы могут перемещаться по воздуху только на небольшое расстояние и не могут проникать через внешний слой кожи. Однако если они вступают в контакт с живыми тканями, они представляют собой наиболее опасную форму излучения. Это может произойти, если проглотить или вдохнуть что-то, излучающее альфа-излучение.

Бета-излучение может проникать через кожу, но задерживается тонким слоем металла, например алюминиевой фольгой.Нейтроны и гамма-излучение гораздо более проникающие, и для защиты здоровья требуется толстая защита. Поскольку большая часть гамма-излучения проходит прямо через тело, вероятность возникновения заболевания на низких уровнях ниже, но все же очень серьезная опасность. Если материалы, в том числе живые ткани, поглощают нейтроны, они сами могут стать радиоактивными.

Воздействие вредного излучения обычно измеряется количеством энергии, поглощенной облученным материалом, мера, которая может применяться ко всем формам излучения и ко всем материалам, хотя чаще всего используется в контексте здоровья человека.Единицей измерения воздействия в системе СИ является серый цвет, один из которых соответствует одному джоулю энергии, поглощенной на килограмм вещества. В США, однако, часто используется другая единица измерения - рад, что эквивалентно 0,01 серого.

Поскольку разные типы радиоактивности ведут себя по-разному, используется другое измерение, зиверт, чтобы лучше понять вероятное воздействие данной дозы на здоровье.Он рассчитывается путем умножения дозы в серых тонах на коэффициент качества, специфичный для конкретного типа излучения. Например, коэффициент качества для гамма-излучения равен 1, а значение для альфа-частиц - 20. Следовательно, воздействие на живую ткань 0,1 серых альфа-частиц приведет к дозе 2,0 зиверта и, как ожидается, будет в 20 раз больше. биологический эффект как один серый гамма-излучение. Доза от четырех до пяти зивертов, полученная в течение короткого периода времени, несет 50% -ный риск смерти в течение 30 дней.

Излучение, используемое при сканировании медицинских изображений, обычно имеет очень короткий период полураспада, что обеспечивает минимальное облучение пациента. .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *