Электромагнитные поля и электромагнитные излучения

Электромагнитное поле – это такой вид материи, которая возникает вокруг движущихся зарядов. Электромагнитное поле представлено двумя составляющими: электрическим и магнитным полями.

Независимо друг от друга они существовать не могут; одно поле порождает другое. При изменении электрического поля возникает магнитное поле. Так как вызвавшее его электрическое поле не является неизменным (т.е. изменяется во времени), то и магнитное поле также будет переменным. Изменяющееся, в сою очередь, магнитное поле порождает электрическое поле и так далее. Таким образом, для последующего поля (электрического или магнитного) источником будет служить предыдущее поле, а не первоначальный источник, то есть проводник с током.

Электрическое поле представляет собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. Количественно электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля.

Графически электрическое поле можно изобразить с помощью силовых линий, имеющих направление:

Электрическое поле положительного заряда.	Электрическое поле отрицательного заряда

Если электрические заряды являются неподвижными в пространстве и неизменными во времени (при отсутствии электрических токов), то они создают статическое электрическое поле.

Электростатическое поле может возникнуть на поверхностях некоторых материалов (как жидких, так и твердых) вследствие их электризации. Также оно образуется при трении двух диэлектрических или диэлектрического и проводящего материалов, если последний изолирован от земли. При разделении этих материалов происходит разделение электрических зарядов. Чем больше различаются диэлектрические свойства материалов, тем интенсивнее происходит разделение и накопление зарядов на них. Чем больше сила и скорость трения материалов, тем также интенсивнее происходит образование электрических зарядов. Электростатические заряды могут возникнуть при измельчении и пересыпании твердых сыпучих материалов; при переливании, перекачивании по трубопроводам, перевозке в цистернах диэлектрических жидкостей (бензин, керосин, солярка); при обработке на токарных станках диэлектрических материалов (оргстекло); при пробуксовывании резиновой ленты транспортера относительно роликов и т.д.

Также электростатическое поле может возникать на изолированном от земли теле, находящемся во внешнем электрическом поле и приобретающем электрический заряд. Например, на металлическом предмете, изолированном от земли, в сухую погоду под действием электрического поля высоковольтных линий электропередач.

Положительные заряды накапливаются на экранах мониторов. Напряженность электростатического поля при этом не превышает нормы, но приводит к увеличению потока частиц пыли на лицо и органы дыхания, к раздражению и зуду кожи.

Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов или постоянных магнитов; его действие распространяется лишь на движущиеся заряды. Количественно оно характеризуется напряженностью магнитного поля.

Графически магнитное поле изображают магнитными силовыми линиями, которые всегда являются непрерывными и замкнутыми. Направление магнитного поля в каждой точке может быть определено при помощи магнитной стрелки: конец постоянного магнита, из которого выходят силовые линии, принято считать северным полюсом, в который входят силовые линии, - южным полюсом.

Источниками электромагнитных полей (ЭМП) являются:

- атмосферное электричество

- электрические и магнитные поля Земли

высокочастотных полей:

- установки и станции радиовещания, телевидения, радиолокации, радионавигации и др.;

- промышленные установки высокочастотногонагрева (для плавления и термической обработки металлов, диэлектриков и полупроводников) и другое оборудование, использующее СВЧ-излучение;

- измерительные и лабораторные приборы;

- любые элементы, включенные в высокочастотную цепь;

низкочастотных полей:

- системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи, трансформаторные подстанции, электростанции, различные кабельные системы);

- транспорт на электроприводе, железнодорожный транспорт и его инфраструктура, метро, троллейбусный и трамвайный транспорт;

- бытовые приборы, включенные в низкочастотную цепь.

Электромагнитное поле создает в воздухе электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве во все стороны от источника. Электромагнитная волна переносит энергию, поэтому, чем сильнее ток в проводнике, вызвавшем образование поля, тем больше энергия, переносимая волной. Также энергия волн зависит от их частоты.

В зависимости от частоты колебаний волны делятся на:

- радиоволны – длина волны от 0,5 см до более чем 10 км; служат для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов;

- инфракрасные (тепловые) волны – длина волны от 770 нм до 0,5 см;

- видимые волны – длина волны от 760нм до 380нм;

- ультрафиолетовые волны – длина волны от 10 ни до 400 нм; используют для обеззараживания поверхностей от бактерий;

- рентгеновские лучи – длина волны от 0,005 нм до 10 нм; проходят без существенного поглощения через значительные слои вещества;

- гамма-излучение - электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Электромагнитное поле характеризуется:

- длиной образовавшейся в нем волны l, м, или частотой ее колебания f, Гц;

- электрической напряженностью E, В/м;

- магнитной напряженностью Н, А/м;

- плотностью потока энергии I (ППЭ), Вт/м².

Действие на человека. ЭМП не обнаруживаются органами чувств человека. Ткани тела человека способны поглощать энергию ЭМП, в результате чего в теле образуются стоячие волны, концентрирующие тепловую энергию. Это вызывает повышение температуры тела человека и локальный нагрев отдельных тканей и клеток. Особенно опасен нагрев для органов со слабой термоизоляцией (мозг, глаза, хрусталик, органы кишечного тракта).

ЭМП меняет ориентацию клеток, ослабляет активность молекул, вызывает помутнение хрусталика, заболевание кожи «жемчужная нить».

ЭМП вызывает функционально-патологические изменения нервной и сердечнососудистой систем: увеличивает утомляемость, нарушает сон, вызывает гипертонию и нервно-психические расстройства.

Низкочастотное (2-8 Гц) электромагнитное поле воздействует на скорость реакции человека на оптический сигнал; поле в диапазоне 5-10 Гц изменяет время реакции мозга человека на все внешние воздействия.

При воздействии на человеческий организм кратковременного переменного магнитного поля с частотой 0,01-5 Гц происходит резкое изменение характера электроэнцефалограммы мозга человека; у человека возрастает частота пульса, начинает болеть голова, ухудшается самочувствие и чувствуется слабость во всем организме.

Электростатическое поле большой напряженности способно изменять и прерывать клеточное развитие, вызывать помутнение хрусталика.

Наряду с биологическим действием электростатическое поле обусловливает возникновение разрядов между человеком и металлическим предметом, имеющим иной, чем человек, потенциал. Если человек стоит на земле или на токопроводящем заземленном основании, то потенциал его тела равен нулю, а если он изолирован от земли, то тело оказывается: под некоторым потенциалом, достигающим иногда нескольких киловольт. Прикосновение человека, изолированного от земли, к заземленному металлическому предмету, равно как и прикосновение человека, имеющего контакт с землей, к металлическому предмету, изолированному от земли, сопровождается прохождением через человека разрядного тока, который может вызывать болезненные ощущения. В случае прикосновения к изолированному от земли металлическому предмету большой протяженности (трубопровод, проволочная ограда на деревянных стойках, металлическая крыша деревянного здания и пр.), сила тока, проходящего через человека, может достигать смертельных значений.

Нормирование ЭМП. Установлено, что в любой точке поля в электроустановках сверхвысокого напряжения поглощенная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля. На основании этого был сделан вывод, что отрицательное действие электромагнитных полей электроустановок сверхвысокого напряжения обусловлено электрическим полем, поэтому чаще нормируется электрическая напряженность Е, кВ/м.

Также нормируются плотность потока энергии и время пребывания людей на рабочих местах (табл. 1, табл. 2).

Таблица 1. Нормы облучения УВЧ и СВЧ

Таблица 2. Допустимое время пребывания в области действия ЭМП.

Допустимое значение тока, длительно проходящего через человека и обусловленного воздействием электрического поля, составляет примерно 50-60 мкА.

Основные меры защиты от воздействия ЭМП:

· рациональное размещение СВЧ и УВЧ установок – установки с мощностью более 10 кВт следует размещать в помещениях с капитальными стенами и перекрытиями, покрытыми радиопоглощающими материалами (кирпич, шлакобетон), а также материалами, обладающими отражающей способностью (масляные краски);

· дистанционный контроль за процессом и оборудованием (через компьютер или смотровые окна, защищенные металлической сеткой);

· экранирование источников ЭМП (заземленные экраны в виде листа или сетки из металла с высокой электропроводностью – алюминия, меди, латуни, стали);

· проведение дозиметрического контроля интенсивности электромагнитных излучений установок и медосмотра сотрудников

· предоставление дополнительного отпуска, сокращение рабочего дня, допуск лиц старше 18 лет и не имеющих заболеваний центральной нервной системы и глаз;

· применение средств индивидуальной защиты (спец­одежда, защитные очки).

Методы, исключающие или снижающие интенсивность генерации зарядов:

· увлажнение воздуха до относительной влажности 65...75%

· химическая обработка поверхностей электропроводными покрытиями

· нанесение на поверхности антистатических веществ

· уменьшение скоростей обработки, транспортирования и слива

· заземление электропроводных частей оборудования

применение средств индивидуальной защиты (электростатические халаты и обувь, антистатические браслеты).

Лазерное излучение

Лазерное излучение представляет собой особый вид электромагнитного излучения, генерируемого в диапазоне длин волн 0,1...1000 мкм. Лазеры широко применяются в самых различных областях человеческой деятельности: помимо широкого научно-технического и промышленного использования, они имеют разнообразное применение в медицине, биологии, биотехнологии, генной инженерии.

Свойства лазерного излучения. В отличие от всех известных оптических источников излучение лазеров обладает чрезвычайно высокой интенсивностью. Плотность мощности лазерного излучения может достигать высоких значений – порядка 10¹⁷ Вт/см^-2 и более. При воздействии такого излучения на вещество развиваются высокие температуры – 10⁶ К. и выше. Это свойство лазерного излучения используют для нагрева тугоплавких материалов.

В соответствии с «Санитарными нормами и правилами» лазеры подразделяются на 4 класса:

класс I – выходное излучение безопасно для глаз;

класс II – опасно для глаз прямое и зеркально-отражение излучения;

класс III – опасно для глаз прямое, зеркальное, а также диффузно-отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и для кожи прямое и зеркально-отраженное излучение;

класс IV – опасно для кожи диффузно-отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Ведущим критерием для оценки степени опасности лазерного излучения принята величина мощности (энергии), длина волны и длительность облучения.

Действие лазерного излучения на организм человека. Мощный поток лазерной энергии, попадающей на биологические ткани, может вызвать их серьезные поражения: сворачивание крови, повреждение глаз, ожог кожи, генетические мутации, головную боль, расстройство сна, слабость.

Теплоотдача внутренних частей тела очень незначительна, это и вызывает их локальный нагрев. Так, при перегреве головного мозга наблюдаются функциональные изменения во всей нервной системе.

Под действием лазерного облучения жидкость, окружающая ткани и органы, мгновенно испаряется, приводя к резкому повышению давления. Вследствие этого образуется ударная волна, приводящая к внутренним механическим травмам.

Наибольшую часть лазерного излучения воспринимает кожный покров, поэтому результатом облучения могут стать ожоги кожи разных степеней – от покраснения до некроза (омертвение).

Особенно опасно воздействие лазерного излучения на глаза, через которые оно проходит без потерь, достигая сетчатки и вызывая ее ожог. При повреждении появляется боль, спазм век, слезотечение, отек век и глазного яблока, помутнение сетчатки, кровоизлияние. Клетки сетчатки после повреждения не восстанавливаются.

Защита от лазерного излучения. К организационным защитным мероприятиям относятся: обучение персонала и контроль знаний правил техники безопасности, организация медицинского контроля.

Технические мероприятия включают в себя автоматизацию систем управления технологическими процессами, использование ограждений опасной зоны, размещение генераторов лазерного излучения за светонепроницаемыми экранами, окраска помещений и оборудования в темные матовые тона, использование средств индивидуальной защиты.