Содержание статьи
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, электромагнитные волны, возбуждаемые различными излучающими объектами, – заряженными частицами, атомами, молекулами, антеннами и пр. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны и низкочастотные электромагнитные колебания.
Может показаться удивительным, что внешне столь разные физические явления имеют общую основу. В самом деле, что общего между кусочком радиоактивного вещества, рентгеновской трубкой, ртутной газоразрядной лампой, лампочкой фонарика, теплой печкой, радиовещательной станцией и генератором переменного тока, подключенным к линии электропередачи? Как, впрочем, и между фотопленкой, глазом, термопарой, телевизионной антенной и радиоприемником. Тем не менее, первый список состоит из источников, а второй – из приемников электромагнитного излучения. Воздействия разных видов излучения на организм человека тоже различны: гамма- и рентгеновское излучения пронизывают его, вызывая повреждение тканей, видимый свет вызывает зрительное ощущение в глазу, инфракрасное излучение, падая на тело человека, нагревает его, а радиоволны и электромагнитные колебания низких частот человеческим организмом и вовсе не ощущаются. Несмотря на эти явные различия, все названные виды излучений – в сущности разные стороны одного явления.
Взаимодействие между источником и приемником формально состоит в том, что при всяком изменении в источнике, например при его включении, наблюдается некое изменение в приемнике. Это изменение происходит не сразу, а спустя некоторое время, и количественно согласуется с представлением о том, что нечто перемещается от источника к приемнику с очень большой скоростью. Сложная математическая теория и огромное число разнообразных экспериментальных данных показывают, что электромагнитное взаимодействие между источником и приемником, разделенными вакуумом или разреженным газом, может быть представлено в виде волн, распространяющихся от источника к приемнику со скоростью света с .
Скорость распространения в свободном пространстве одинакова для всех типов электромагнитных волн от гамма-лучей до волн низкочастотного диапазона. Но число колебаний в единицу времени (т.е. частота f ) меняется в очень широких пределах: от нескольких колебаний в секунду для электромагнитных волн низкочастотного диапазона до 10 20 колебаний в секунду в случае рентгеновского и гамма-излучений. Поскольку длина волны (т.е. расстояние между соседними горбами волны; рис. 1) дается выражением l = с /f , она тоже изменяется в широких пределах – от нескольких тысяч километров для низкочастотных колебаний до 10 –14 м для рентгеновского и гамма-излучений. Именно поэтому взаимодействие электромагнитных волн с веществом столь различно в разных частях их спектра. И все же все эти волны родственны между собой, как родственны водяная рябь, волны на поверхности пруда и штормовые океанские волны, тоже по-разному воздействующие на объекты, встречающиеся на их пути. Электромагнитные волны существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приемнику через вакуум или межзвездное пространство. Например, рентгеновские лучи, возникающие в вакуумной трубке, воздействуют на фотопленку, расположенную вдали от нее, тогда как звук колокольчика, находящегося под колпаком, услышать невозможно, если откачать воздух из-под колпака. Глаз воспринимает идущие от Солнца лучи видимого света, а расположенная на Земле антенна – радиосигналы удаленного на миллионы километров космического аппарата. Таким образом, никакой материальной среды, вроде воды или воздуха, для распространения электромагнитных волн не требуется.
Несмотря на физические различия, во всех источниках электромагнитного излучения, будь то радиоактивное вещество, лампа накаливания или телевизионный передатчик, это излучение возбуждается движущимися с ускорением электрическими зарядами. Различают два основных типа источников. В «микроскопических» источниках заряженные частицы скачками переходят с одного энергетического уровня на другой внутри атомов или молекул. Излучатели такого типа испускают гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное, а в некоторых случаях и еще более длинноволновое излучение (примером последнего может служить линия в спектре водорода, соответствующая длине волны 21 см, играющая важную роль в радиоастрономии). Источники второго типа можно назвать макроскопическими. В них свободные электроны проводников совершают синхронные периодические колебания. Электрическая система может иметь самые разнообразные конфигурации и размеры. Системы такого типа генерируют излучение в диапазоне от миллиметровых до самых длинных волн (в линиях электропередачи).
Гамма-лучи испускаются самопроизвольно при распаде ядер атомов радиоактивных веществ, например радия. При этом происходят сложные процессы изменения структуры ядра, связанные с движением зарядов. Генерируемая частота f определяется разностью энергий E 1 и E 2 двух состояний ядра: f = (E 1 – E 2)/h , где h – постоянная Планка.
Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке в вакууме поверхности металлического анода (антикатода) электронами, обладающими большими скоростями. Быстро замедляясь в материале анода, эти электроны испускают так называемое тормозное излучение, имеющее непрерывный спектр, а происходящая в результате электронной бомбардировки перестройка внутренней структуры атомов анода, в результате которой атомные электроны переходят в состояние с меньшей энергией, сопровождается испусканием так называемого характеристического излучения, частоты которого определяются материалом анода.
Такие же электронные переходы в атоме дают ультрафиолетовое и видимое световое излучение. Что же касается инфракрасного излучения, то оно обычно является результатом изменений, мало затрагивающих электронную структуру и связанных преимущественно с изменениями амплитуды колебаний и вращательного момента импульса молекулы.
В генераторах электрических колебаний имеется «колебательный контур» того или иного типа, в котором электроны совершают вынужденные колебания с частотой, зависящей от его конструкции и размеров. Наиболее высокие частоты, соответствующие миллиметровым и сантиметровым волнам, генерируются клистронами и магнетронами – электровакуумными приборами с металлическими объемными резонаторами, колебания в которых возбуждаются токами электронов. В генераторах более низких частот колебательный контур состоит из катушки индуктивности (индуктивность L ) и конденсатора (емкость C ) и возбуждается ламповой или транзисторной схемой. Собственная частота такого контура, которая при малом затухании близка к резонансной, дается выражением .
Переменные поля очень низких частот, используемые для передачи электрической энергии, создаются электромашинными генераторами тока, в которых роторы, несущие проволочные обмотки, вращаются между полюсами магнитов.
Когда океанский лайнер в тихую погоду проходит на некотором расстоянии от рыбацкой лодки, то спустя какое-то время лодка начинает сильно раскачиваться на волнах. Причина этого всем понятна: от носа лайнера по поверхности воды бежит волна в виде последовательности горбов и впадин, которая и достигает рыбацкой лодки.
Когда при помощи специального генератора в установленной на искусственном спутнике Земли и направленной на Землю антенне возбуждаются колебания электрического заряда, в приемной антенне на Земле (также через некоторое время) возбуждается электрический ток. Как же передается взаимодействие от источника к приемнику, если между ними отсутствует материальная среда? И если сигнал, поступающий на приемник, можно представить в виде некоторой падающей волны, то что это за волна, которая способна распространяться в вакууме, и как могут возникать горбы и впадины там, где ничего нет?
Над этими вопросами в применении к видимому свету, распространяющемуся от Солнца к глазу наблюдателя, ученые задумывались уже давно. На протяжении большей части 19 в. такие физики, как О.Френель , И.Фраунгофер , Ф.Нейман, пытались найти ответ в том, что пространство на самом деле не пусто, а заполнено некой средой («светоносным эфиром»), наделенной свойствами упругого твердого тела. Хотя такая гипотеза и помогла объяснить некоторые явления в вакууме, она привела к непреодолимым трудностям в задаче о прохождении света через границу двух сред, например воздуха и стекла. Это побудило ирландского физика Дж.Мак-Куллага отбросить идею упругого эфира. В 1839 он предложил новую теорию, в которой постулировалось существование среды, по своим свойствам отличной от всех известных материалов. Такая среда не оказывает сопротивления сжатию и сдвигу, но сопротивляется вращению. Из-за этих странных свойств модель эфира Мак-Куллага вначале на вызвала особого интереса. Однако в 1847 Кельвин продемонстрировал наличие аналогии между электрическими явлениями и механической упругостью. Исходя из этого, а также из представлений М.Фарадея о силовых линиях электрического и магнитного полей, Дж.Максвелл предложил теорию электрических явлений, которая, по его словам, «отрицает действие на расстоянии и приписывает электрическое действие напряжениям и давлениям в некой всепроникающей среде, причем эти напряжения такие же, с какими имеют дело инженеры, а среда и есть именно та среда, в которой, как предполагают, распространяется свет». В 1864 Максвелл сформулировал систему уравнений, охватывающую все электромагнитные явления. Примечательно, что его теория во многом напоминала теорию, предложенную за четверть века до этого Мак-Куллагом. Уравнения Максвелла были столь всеохватывающими, что из них выводились законы Кулона , Ампера , электромагнитной индукции и следовал вывод о совпадении скорости распространения электромагнитных явлений со скоростью света.
После того как уравнениям Максвелла была придана более простая форма (заслуга в основном О.Хевисайда и Г.Герца), полевые уравнения стали ядром электромагнитной теории. Хотя эти уравнения сами по себе и не требовали максвелловской интерпретации на основе представлений о напряжениях и давлениях в эфире, такая интерпретация повсеместно была принята. Несомненный успех уравнений в предсказании и объяснении различных электромагнитных явлений был воспринят как подтверждение справедливости не только уравнений, но и механистической модели, на основе которой они были выведены и истолкованы, хотя эта модель была совершенно не существенна для математической теории. Фарадеевские силовые линии поля и трубки тока наряду с деформациями и смещениями стали существенными атрибутами эфира. Энергия рассматривалась как запасенная в напряженной среде, а ее поток Г.Пойнтинг в 1884 представил вектором, носящим теперь его имя. В 1887 Герц экспериментально продемонстрировал существование электромагнитных волн. В серии блестящих экспериментов он измерил скорость их распространения, а также показал, что они могут отражаться, преломляться и поляризоваться. В 1896 Г.Маркони получил патент на радиосвязь.
В континентальной Европе независимо от Максвелла развивалась теория дальнодействия – совершенно другой подход к проблеме электромагнитного взаимодействия. Максвелл писал по этому поводу: «Согласно теории электричества, которая делает большие успехи в Германии, две заряженные частицы непосредственно действуют друг на друга на расстоянии с силой, которая, по Веберу, зависит от их относительной скорости и действует, согласно теории, основанной на идеях Гаусса и развитой Риманом, Лоренцом и Нейманом, не мгновенно, а спустя некоторое время, зависящее от расстояния. По достоинству оценить мощь этой теории, которая столь выдающимся людям объясняет любой вид электрических явлений, можно, лишь изучив ее». Теорию, о которой говорил Максвелл, наиболее полно развил датский физик Л.Лоренц с помощью скалярного и векторного запаздывающих потенциалов, почти таких же, как и в современной теории. Максвелл отвергал идею запаздывающего действия на расстоянии, будь то потенциалы или силы. «Эти физические гипотезы совершенно чужды моим представлениям о природе вещей», – писал он. Тем не менее, теория Римана и Лоренца в математическом отношении была идентична его теории, и в конце концов он согласился, что в пользу теории дальнодействия свидетельствуют более убедительные доказательства. В своем Трактате об электричестве и магнетизме (Treatise on Electricity and Magnetism , 1873) он писал: «Не следует упускать из виду, что мы сделали всего лишь один шаг в теории действия среды. Мы высказали предположение, что она находится в состоянии напряжения, но совершенно не объяснили, что это за напряжение и как оно поддерживается».
В 1895 голландский физик Х.Лоренц объединил ранние ограниченные теории взаимодействия между неподвижными зарядами и токами, которые предвосхищали теорию запаздывающих потенциалов Л.Лоренца и были созданы в основном Вебером, с общей теорией Максвелла. Х.Лоренц рассматривал материю как содержащую электрические заряды, которые, различными способами взаимодействуя между собой, производят все известные электромагнитные явления. Вместо того чтобы принять концепцию запаздывающего действия на расстоянии, описываемого запаздывающими потенциалами Римана и Л.Лоренца, он исходил из предположения, что движение зарядов создает электромагнитное поле , способное распространяться сквозь эфир и переносить импульс и энергию от одной системы зарядов к другой. Но необходимо ли для распространения электромагнитного поля в виде электромагнитной волны существование такой среды, как эфир? Многочисленные эксперименты, призванные подтвердить существование эфира, в том числе и эксперимент по «увлечению эфира», дали отрицательный результат. Более того, гипотеза о существовании эфира оказалась в противоречии с теорией относительности и с положением о постоянстве скорости света. Вывод можно проиллюстрировать словами А.Эйнштейна: «Если эфиру не свойственно никакое конкретное состояние движения, то вряд ли имеет смысл вводить его как некую сущность особого рода наряду с пространством».
Движущиеся с ускорением электрические заряды и периодически изменяющиеся токи воздействуют друг на друга с некоторыми силами. Величина и направление этих сил зависят от таких факторов, как конфигурация и размеры области, содержащей заряды и токи, величина и относительное направление токов, электрические свойства данной среды и изменения в концентрации зарядов и распределении токов источника. Из-за сложности общей постановки задачи закон сил нельзя представить в виде одной формулы. Структура, именуемая электромагнитным полем, которую при желании можно рассматривать как чисто математический объект, определяется распределением токов и зарядов, создаваемым заданным источником с учетом граничных условий, определяемых формой области взаимодействия и свойствами материала. Когда речь идет о неограниченном пространстве, эти условия дополняются особым граничным условием – условием излучения . Последнее гарантирует «правильное» поведение поля на бесконечности.
Электромагнитное поле характеризуется вектором напряженности электрического поля E и вектором магнитной индукции B , каждый из которых в любой точке пространства имеет определенную величину и направление. На рис. 2 схематически изображена электромагнитная волна с векторами E и B , распространяющаяся в положительном направлении оси х . Электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны: они представляют собой компоненты единого электромагнитного поля, поскольку переходят друг в друга при преобразованиях Лоренца. Говорят, что векторное поле линейно (плоско) поляризовано, если направление вектора остается всюду фиксированным, а его длина периодически изменяется. Если вектор вращается, но длина его не меняется, то говорят, что поле имеет круговую поляризацию; если же длина вектора периодически изменяется, а сам он вращается, то поле называется эллиптически поляризованным.
Соотношение между электромагнитным полем и колеблющимися токами и зарядами, поддерживающими это поле, можно проиллюстрировать на относительно простом, но очень наглядном примере антенны типа полуволнового симметричного вибратора (рис. 3). Если тонкую проволоку, длина которой составляет половину длины волны излучения, разрезать посередине и к разрезу подключить высокочастотный генератор, то приложенное переменное напряжение будет поддерживать примерно синусоидальное распределение тока в вибраторе. В момент времени t = 0, когда амплитуда тока достигает максимального значения, а вектор скорости положительных зарядов направлен вверх (отрицательных – вниз), в любой точке антенны заряд, приходящийся на единицу ее длины, равен нулю. По прошествии первой четверти периода (t = T /4) положительные заряды будут сосредоточены на верхней половине антенны, а отрицательные – на нижней. При этом ток равен нулю (рис. 3,б ). В момент t = T /2 заряд, приходящийся на единицу длины, равен нулю, а вектор скорости положительных зарядов направлен вниз (рис. 3,в ). Затем к концу третьей четверти заряды перераспределяются (рис. 3,г ), а по ее завершении заканчивается полный период колебаний (t = T ) и все снова выглядит так, как на рис. 3,а .
Чтобы сигнал (например, меняющийся во времени ток, приводящий в действие громкоговоритель радиоприемника) можно было передать на расстояние, излучение передатчика нужно промодулировать путем, например, изменения амплитуды тока в передающей антенне в соответствии с сигналом, что повлечет за собой модуляцию амплитуды колебаний электромагнитного поля (рис. 4).
Передающая антенна является той частью передатчика, где электрические заряды и токи совершают колебания, излучая в окружающее пространство электромагнитное поле. Антенна может иметь самые разнообразные конфигурации, в зависимости от того, какую форму электромагнитного поля необходимо получить. Она может быть одиночным симметричным вибратором или же системой симметричных вибраторов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и обеспечивающих необходимое соотношение между амплитудами и фазами токов. Антенна может представлять собой симметричный вибратор, расположенный перед сравнительно большой плоской или изогнутой металлической поверхностью, играющей роль отражателя. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн особенно эффективна антенна в форме рупора, соединенного с металлической трубой-волноводом, который играет роль линии передачи. Токи в короткой антенне на входе волновода индуцируют переменные токи на его внутренней поверхности. Эти токи и связанное с ними электромагнитное поле распространяются по волноводу к рупору.
Меняя конструкцию антенны и ее геометрию, можно добиться такого соотношения амплитуд и фаз колебаний токов в различных ее частях, чтобы излучение усиливалось в одних направлениях и ослаблялось в других (антенны направленного действия).
На больших расстояниях от антенны любого типа электромагнитное поле имеет довольно простой вид: в любой данной точке векторы напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В колеблются в фазе во взаимно перпендикулярных плоскостях, убывая обратно пропорционально расстоянию от источника. При этом волновой фронт имеет форму увеличивающейся в размерах сферы, а вектор потока энергии (вектор Пойнтинга) направлен вовне по ее радиусам. Интеграл от вектора Пойнтинга по всей сфере дает полную, усредненную по времени, излучаемую энергию. При этом волны, распространяющиеся в радиальном направлении со скоростью света, переносят от источника не только колебания векторов E и B , но также импульс поля и его энергию.
Если в зоне электромагнитного поля, распространяющегося от удаленного источника, поместить проводящий цилиндр, то индуцированные в нем токи будут пропорциональны напряженности электромагнитного поля и, кроме того, будут зависеть от ориентации цилиндра относительно фронта падающей волны и от направления вектора напряженности электрического поля. Если цилиндр имеет вид проволоки, диаметр которой мал по сравнению с длиной волны, то индуцированный ток будет максимальным, когда проволока параллельна вектору Е падающей волны. Если проволоку разрезать посередине и к образовавшимся выводам присоединить нагрузку, то к ней будет подводиться энергия, как это и имеет место в случае радиоприемника. Токи в этой проволоке ведут себя так же, как и переменные токи в передающей антенне, а потому она тоже излучает поле в окружающее пространство (т.е. происходит рассеяние падающей волны).
Передающую антенну обычно устанавливают высоко над поверхностью земли. Если антенна находится в сухой песчаной или скалистой местности, то грунт ведет себя как изолятор (диэлектрик), и токи, индуцируемые в нем антенной, связаны с внутриатомными колебаниями, поскольку здесь нет свободных носителей заряда, как в проводниках и ионизованных газах. Эти микроскопические колебания создают над поверхностью земли поле отраженной от земной поверхности электромагнитной волны и, кроме того, изменяют направление распространения волны, входящей в грунт. Эта волна движется с меньшей скоростью и под меньшим углом к нормали, чем падающая. Такое явление называется преломлением. Если же волна падает на участок поверхности земли, имеющий, наряду с диэлектрическими, также и проводящие свойства, то общая картина для преломленной волны выглядит намного сложнее. Как и прежде, волна меняет направление движения у границы раздела, но теперь поле в грунте распространяется таким образом, что поверхности равных фаз уже не совпадают с поверхностями равных амплитуд, как это обычно имеет место в случае плоской волны. Кроме того, быстро затухает амплитуда волновых колебаний, поскольку электроны проводимости при столкновениях отдают свою энергию атомам. В результате энергия волновых колебаний переходит в энергию хаотического теплового движения и рассеивается. Поэтому там, где грунт проводит электричество, волны не могут проникнуть в него на большую глубину. То же самое относится и к морской воде, чем затрудняется радиосвязь с подводными лодками.
В верхних слоях земной атмосферы располагается слой ионизованного газа, который называется ионосферой. Он состоит из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Под действием посылаемых с земли электромагнитных волн заряженные частицы ионосферы начинают колебаться и излучать собственное электромагнитное поле. Заряженные ионосферные частицы взаимодействуют с посланной волной примерно так же, как и частицы диэлектрика в рассмотренном выше случае. Однако электроны ионосферы не связаны с атомами, как в диэлектрике. Они реагируют на электрическое поле посланной волны не мгновенно, а с некоторым сдвигом по фазе. В результате волна в ионосфере распространяется не под меньшим, как в диэлектрике, а под бóльшим углом к нормали, чем посланная с земли падающая волна, причем фазовая скорость волны в ионосфере оказывается больше скорости света c . Когда волна падает под некоторым критическим углом, угол между преломленным лучом и нормалью становится близок к прямому, а при дальнейшем увеличении угла падения излучение отражается в сторону Земли. Очевидно, что в этом случае электроны ионосферы создают поле, которым компенсируется поле преломленной волны в вертикальном направлении, а ионосфера действует как зеркало.
В современной физике выбор между теорией электромагнитного поля Максвелла и теорией запаздывающего дальнодействия делается в пользу теории Максвелла. До тех пор, пока нас интересует только взаимодействие источника и приемника, обе теории одинаково хороши. Однако теория дальнодействия не дает никакого ответа на вопрос, где находится энергия, которую уже излучил источник, но еще не принял приемник. Согласно теории Максвелла, источник передает энергию электромагнитной волне, в которой она и находится, пока не будет передана поглотившему волну приемнику. При этом на каждом этапе соблюдается закон сохранения энергии.
Таким образом, электромагнитные волны обладают энергией (а также импульсом), что заставляет считать их столь же реальными, как, например, атомы. Электроны и протоны, находящиеся на Солнце, передают энергию электромагнитному излучению, в основном в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра; примерно через 500 с, достигнув Земли, оно эту энергию отдает: повышается температура, в зеленых листьях растений происходит фотосинтез, и т.д. В 1901 П.Н.Лебедев экспериментально измерил давление света, подтвердив, что свет имеет не только энергию, но и импульс (причем соотношение между ними согласуется с теорией Максвелла).
На рубеже 19 и 20 вв., когда казалось, что исчерпывающая теория электромагнитного излучения, наконец, построена, природа преподнесла очередной сюрприз: оказалось, что помимо волновых свойств, описываемых теорией Максвелла, излучение проявляет также свойства частиц, причем тем сильнее, чем короче длина волны. Особенно ярко эти свойства проявляются в явлении фотоэффекта (выбивания электронов из поверхности металла под действием света), открытого в 1887 Г.Герцем. Оказалось, что энергия каждого выбитого электрона зависит от частоты n падающего света, но не от его интенсивности. Это свидетельствует о том, что энергия, связанная со световой волной, передается дискретными порциями – квантами. Если увеличивать интенсивность падающего света, то растет число выбитых в единицу времени электронов, но не энергия каждого из них. Иными словами, излучение передает энергию определенными минимальными порциями – как бы частицами света, которые были названы фотонами. Фотон не имеет ни массы покоя, ни заряда, но обладает спином, а также импульсом, равным hn /c , и энергией, равной hn ; он перемещается в свободном пространстве с постоянной скоростью c .
Каким же образом электромагнитное излучение может иметь все свойства волн, проявляющиеся в интерференции и дифракции, но вести себя как поток частиц в случае фотоэффекта? В настоящее время наиболее удовлетворительное объяснение этой двойственности можно найти в сложном формализме квантовой электродинамики. Но и эта изощренная теория имеет свои трудности, а ее математическая непротиворечивость вызывает сомнения. ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ; ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ; КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА; ВЕКТОР.
К счастью, в макроскопических задачах излучения и приема миллиметровых и более длинных электромагнитных волн квантовомеханические эффекты обычно не имеют существенного значения. Число фотонов, излучаемых, например, симметричной вибраторной антенной, столь велико, а энергия, переносимая каждым из них, столь мала, что можно забыть о дискретных квантах и считать, что испускание излучения – непрерывный процесс.
Электромагнитное излучение (ЭМИ) сопровождает современного человека повсюду. Любая техника, чье действие основано на электричестве испускает волны энергии. О некоторых разновидностях такого излучения говорят постоянно – это радиация, ультрафиолет и , опасность которых всем давно известна. Но про воздействие электромагнитных полей на организм человека, если оно происходит из-за работающего телевизора или смартфона, люди стараются не задумываться.
Прежде чем описывать опасность того или иного вида излучения, необходимо разобраться о чем вообще идет речь. Школьный курс физики рассказывает о том, что энергия распространяется в виде волн. В зависимости от их частоты и длины различают большое количество видов излучения. Так к электромагнитным волнам относятся:
Чтобы объяснить влияние электромагнитного излучения на организм человека все эти виды подразделяют на 2 большие категории – ионизирующее и неионизирующее излучение. Отличие между ними достаточно простое:
Неионизирующие электромагнитные поля и излучения окружают человека повсюду. Их излучает любая электронная техника. Кроме того, нельзя забывать про линии электропередач, по которым проходят мощнейшие заряды электричества. Также ЭМИ излучают трансформаторы, лифты и прочие технические приспособления, обеспечивающие комфортные условия жизни.
Таким образом, достаточно включить телевизор или поговорить по телефону, чтобы источники электромагнитного излучения начали воздействовать на организм. Даже такая, вроде бы безопасная вещь, как электронный будильник может со временем влиять на здоровье.
Чтобы определить, насколько сильно воздействует на организм тот или иной источник ЭМИ, используются приборы для измерения электромагнитных полей. Самый простой и широко известный – индикаторная отвертка. Светодиод на ее конце горит ярче при мощном источнике излучения.
Есть также и профессиональные устройства – флюксметры. Такой детектор электромагнитного излучения способен определить мощность источника и выдать его числовые характеристики. Затем их можно записать на компьютер и обработать, используя различные примеры измеряемых величин и частот.
Для человека по нормам РФ безопасной считается доза ЭМИ в 0,2 мкТл.
Более точные и развернутые таблицы представлены в ГОСТах и СанПиНах. В них можно найти формулы, благодаря которым можно рассчитать насколько опасен источник ЭМИ и как измерить электромагнитное излучение в зависимости от расположения техники и размеров помещения.
Если радиация измеряется в Р/ч (количество рентген в час), то ЭМИ – в В/м 2 (вольтах на метр квадратный площади). Безопасной нормой для человека, в зависимости от частоты волны, измеряемой в герцах, считаются следующие показатели:
Именно благодаря замерам этих показателей и определяется безопасность для человека того или иного источника ЭМИ.
Учитывая, что многие люди с детства постоянно контактируют с электрическими приборами, возникает закономерный вопрос: а настолько ли опасно ЭМИ? В отличие от радиации оно не приводит к лучевой болезни и его влияние незаметно. И стоит ли соблюдать нормы электромагнитного излучения?
Ученые также задались этим вопросом еще в 60-х годах 20-го века. Более 50 лет исследований показали, что электромагнитное поле человека видоизменяется под действием других излучений. Это приводит к развитию, так называемой, «радиоволновой болезни».
Побочные электромагнитные излучения и наводки нарушают работу многих систем органов. Но наиболее чувствительными к их воздействию оказываются нервная и сердечно-сосудистая.
Согласно статистике последних лет, около трети населения подвержено радиоволновой болезни. Она проявляется через симптомы, знакомые многим:
При этом негативное влияние электромагнитного излучения на здоровье человека наиболее опасно тем, что врачи до сих пор не могут его диагностировать. После осмотра и сдачи анализов пациент отправляется домой с диагнозом: «Здоров!». В то же время, если ничего не предпринимать, то болезнь разовьется и перейдет в хроническую стадию.
Каждая из систем органов отреагирует на электромагнитное воздействие по-разному. Наиболее чувствительна к воздействию электромагнитных полей на человека центральная нервная система.
ЭМИ ухудшает проходимость сигнала по нейронам головного мозга. Как результат, это затрагивает деятельность организма в целом.
Также со временем проявляются негативные последствия для психики – нарушается внимание и память, а в худших случаях проблемы трансформируются в бред, галлюцинации и суицидальные наклонности.
Влияние электромагнитных волн на живые организмы оказывает масштабное воздействие и через кровеносную систему.
Эритроциты, тромбоциты и прочие тельца имеют собственные потенциалы. Под воздействием электромагнитного излучения на человека они могут слипаться. Как результат, происходит закупорка сосудов и ухудшается выполнение транспортной функции крови.
Также ЭМИ снижает проницаемость клеточных мембран. Как результат все ткани, попадающие под излучение, недополучают необходимые кислород и питательные вещества. Кроме того снижается эффективность кроветворных функций. Сердце в свою очередь реагирует на данную проблему аритмией и падением проводимости миокарда.
Влияние электромагнитных волн на организм человека уничтожает иммунитет. Из-за слипания кровяных телец лимфоциты и лейкоциты оказываются заблокированными. Соответственно инфекция просто не встречает противодействия защитных систем. Как результат, не только увеличивается частота простудных заболеваний, но и происходит обострение хронических недугов.
Еще одно последствие вреда от электромагнитного излучения – нарушение выработки гормонов. Воздействие на головной мозг и кровеносную систему стимулирует работу гипофиза, надпочечников и других желез.
Половая система также чувствительна к электромагнитному излучению, влияние на человека может при этом быть катастрофическим. Учитывая нарушения выработки гормонов, у мужчин падает потенция. Но для женщин последствия серьезней – во время первого триместра беременности сильная доза облучения способна привести к выкидышу. А если этого и не случится, то возмущение электромагнитного поля может нарушить нормальный процесс деления клеток, повреждая ДНК. Результат – патологии развития детей.
Действие на организм человека электромагнитных полей разрушительно, что подтверждено многочисленными исследованиями.
Учитывая, что современная медицина практически ничего не может противопоставить радиоволновой болезни, необходимо стараться обезопасить себя самостоятельно.
Учитывая весь возможный вред, который приносит влияние электромагнитного поля на живые организмы, были разработаны простые и надежные правила безопасности. На предприятиях, в которых человек постоянно сталкивается с высокими уровнями ЭМИ, для рабочих предусмотрены специальные защитные экраны и экипировка.
Но в домашних условиях источники электромагнитного поля так не экранировать. Это как минимум будет неудобно. Поэтому следует понять, как себя обезопасить иными способами. Всего есть 3 правила, которые надо соблюдать постоянно, чтобы снизить влияние электромагнитного поля на здоровье человека:
Еще можно провести комплекс профилактических мер, чтобы воздействие электромагнитных волн было минимальным. Например, замерив с помощью дозиметра мощность излучения различных приборов, надо записать показания ЭМП. Затем излучатели можно распределить по комнате, чтобы снизить нагрузку на отдельные участки площади. Также важно учитывать, что стальной корпус хорошо экранирует ЭМИ.
Не стоит забывать, что электромагнитные излучения радиочастотного диапазона от средств связи постоянно оказывают влияние на поля человека, пока эти приборы включены. Поэтому перед сном и во время работы их лучше отложить подальше.
Электричество прочно вошло в нашу жизнь и стало ее неотъемлемой частью. Но технический прогресс связан с увеличением уровня электромагнитного излучения (ЭМИ), оказывающего неблагоприятное влияние на все живые организмы. Электромагнитное излучение — это колебание электрических и магнитных полей, которое распространяется в пространстве со скоростью света . Человек его не видит и не чувствует, поэтому не в состоянии оценить, как оно воздействует на здоровье. А между тем врачи всего мира бьют тревогу о том, что ЭМИ действует на организм подобно радиации. Разберемся, как же влияют электромагнитные волны на человека, существуют ли способы защиты от неблагоприятного воздействия.
В течение всей жизни на человека воздействуют электромагнитные поля (ЭМП). Если влияние электромагнитного излучения от естественных источников (Солнца, магнитного и электрического поля Земли) люди не способны изменить, то уменьшить воздействие от искусственных источников им под силу.
Но активно используя достижения научного прогресса, человек, наоборот, все больше испытывает действие на организм побочных явлений, вызванных работой различных приборов и механизмов — электромагнитных волн от искусственных источников излучения
, которые окружают нас повсюду:
Энергия, исходящая от источников, различается по частоте и длине волны – это основные характеристики ЭМП. Учеными обнаружены и исследованы электромагнитные волны всех возможных диапазонов, которые применяются в науке или технике. Спектр электромагнитного излучения образуется из совокупности всех волн.
Свет, который воспринимается человеческим глазом, является частью спектра электромагнитного излучения, но лишь незначительной. При его изучении были открыты и другие волны. К электромагнитным волнам относятся:
Все электромагнитные волны используются человеком и оказывают воздействие как на живые организмы, так и на окружающую среду. Биологическая активность волн возрастает с уменьшением их длины.
Излучение, исходящее от низкочастотных и среднечастотных источников – неионизирующее. Это значит, что вред для здоровья при допустимом уровне воздействия ЭМИ минимален
.
Сильное биологическое воздействие на организм человека оказывает медицинское оборудование – источники высокочастотного облучения и ионизирующего электромагнитного излучения: рентгеновские аппараты и аппараты компьютерной томографии. МРТ и УЗИ неопасны для организма, потому что при диагностике не используются рентгеновские лучи.
Полный спектр электромагнитного излучения по длине волны подразделяется на диапазоны:
Границы между диапазонами спектра считаются весьма условными .
Исходящее электромагнитное излучение от искусственных источников ЭМП бывает низкоуровневым и высокоуровневым. Уровень мощности источника влияет на степень напряженности электромагнитного излучения .
К источникам высокого уровня относят:
К низкоуровневым источникам относят все виды бытовой техники, устройства с ЭЛТ дисплеем и внутридомовая проводка, розетки и выключатели.
Для определения уровня ЭМИ используется специальный прибор – флюксметр . Он фиксирует значение показателя напряженности электрического поля, в соответствии с которым предпринимаются меры защиты, если нормы будут превышены.
Владимир
61 год
Предельно допустимый уровень облучения населения – значение напряженности ЭМИ, при котором не происходит вредного влияния на организм человека.
Для подсчета дозы излучения в зависимости от источника, расстояния до него и размера существуют специальные таблицы и формулы. Безопасная доза электромагнитного излучения в 0,2 – 0,3 мкТл.
Многочисленные исследования ученых привели к выводу, что воздействие электромагнитных полей на организм человека и животных отрицательно , его последствием являются нарушения работы внутренних органов и развитие различных заболеваний.
Влияние электромагнитных волн на человека зависит от многих факторов:
Источники с высоким уровнем ЭМП оказывают более сильное влияние на здоровье человека. Глубина проникновения в организм зависит от длины волны: длинноволновые поля действуют на внутренние органы, головной и спинной мозг, короткие волны – только на кожу и приводят к тепловому эффекту.
ЭМП увеличивают риск для здоровья детского и ослабленного организма, а также людей, подверженных аллергическим заболеваниям.
Побочные электромагнитные излучения и наводки при постоянном воздействии нарушают деятельность всех систем организма и могут привести к возникновению радиоволновой болезни, симптомы которой наблюдают у себя многие:
Если учесть, что среднестатистический городской житель в течение всей своей жизни подвергается постоянному влиянию электромагнитного поля, то радиоволновую болезнь можно диагностировать почти у каждого горожанина и объяснить возникающие симптомы именно ее развитием. Если не предпринять мер защиты от вредного ЭМП, то возрастает риск развития хронических недугов (сердечной аритмии, сахарного диабета) и постоянных вирусных респираторных заболеваний.
После кратковременного воздействия электромагнитных волн здоровый организм способен полностью восстановиться и устранить изменения, произошедшие во время нахождения в зоне повышенного ЭМИ.
При длительном действии электромагнитных лучей нарушается биоэнергетическое равновесие организма, изменения накапливаются и приобретают стабильный характер.
Вред для здоровья от источников ионизирующего излучения доказан давно, и не найдется, наверное, человека, который бы не знал о негативных последствиях воздействия рентгеновских или гамма-лучей. Влияние на здоровье человека ЭМП от неионизирующих источников еще слабо изучено, но ученые всего мира уже доказали его негативное воздействие.
Основные виды антропогенного электромагнитного излучения:
Электромагнитные поля и излучения представляют угрозу почти для всех систем организма человека
. Под их влиянием:
Особо пагубное воздействие электромагнитное излучение оказывает на плод в утробе матери.
Постоянное превышение допустимой дозы ЭМИ во время беременности приводит негативному влиянию на мать и к патологиям развития ребенка на разных сроках, особенно в первом триместре:
В одном из исследований воздействия электромагнитных волн на беременных женщин была установлена высокая вероятность мертворождения и самопроизвольного аборта при увеличении максимально допустимого уровня ЭМИ. У тех участников эксперимента, которые носили постоянно электромагнитный излучатель, риск выкидыша был вдвое больше. Если ребенок и рождается, у него высока вероятность патологий развития, поскольку ЭМИ воздействую на структуру ДНК, повреждая ее.
Вывод неутешителен – влияние электромагнитного излучения на организм человека отрицательно и негативно отражается на деятельности почти всех его систем. Чтобы избежать его разрушительного воздействия на здоровье, необходимо позаботиться о безопасности жизнедеятельности (БЖД) и методах защиты от электромагнитного излучения.
Электричество пронизывает все уголки нашей жизни: от простой лампы накаливания до сложных промышленных установок. Современный человек уже не представляет, как он будет обходиться без бытовых приборов, средств связи и телекоммуникаций. Полностью отказаться от использования электрического тока и благ цивилизации большинству из нас не представляется возможным, но выполнение некоторых рекомендаций позволит минимизировать разрушительные последствия для здоровья от вредного воздействия ЭМП.
На предприятиях, где человек вынужден постоянно сталкиваться с действием высокоуровневых ЭМИ, обязаны устанавливать защитные экраны и строго соблюдать все санитарно-эпидемиологические требования и правила БЖД.
Важно знать, что уровень напряженности ЭМП снижается при удалении от него на некоторое расстояние. Так, чтобы уберечься от вредного влияния высоковольтных линий на здоровье человека, нужно отойти на безопасное расстояние от ЛЭП или других высокоуровневых источников на 25 метров.
Ни в коем случае не строить жилые здания ближе чем в 30 метрах от источников с высоким уровнем электромагнитного излучения
и не позволять детям играть вблизи с трансформаторными будками или вышками.
Для того чтобы электрическая техника облегчала жизнь человека, а не укорачивала ее, необходимо придерживаться следующих советов и правил.
Следует знать, что стальной корпус электроприборов хорошо экранирует исходящее от них излучение, а электромагнитные волны способны проникать и через стены: электроприборы, находящиеся в соседней комнате или у соседей, также могут оказывать влияние на организм.
Все рекомендации необходимо усиленно соблюдать будущим мамочкам, если они хотят выносить и родить здорового малыша. Чрезмерное увлечение компьютером или разговорами по сотовому телефону во время беременности несут угрозу здоровью еще не родившемуся ребенку.
Технический прогресс значительно облегчил людям жизнь и подарил множество самой разнообразной техники и электроники, медицинские приборы, помогающие нам быть здоровыми, электротранспорт и лифты. Но негативное влияние на человека электромагнитного излучения от электрических приборов и устройств, ЛЭП и вышек связи не может не беспокоить специалистов и ученых.
Многочисленные исследования приводят к неутешительным выводам, что без применения мер защиты от ЭМП здоровью человека грозит опасность. Поэтому, если нет возможности или желания избавиться от всех благ цивилизации и переехать жить в лес, необходимо обезопасить себя и своих близких от вредного влияния ЭМИ, следуя несложным правилам БЖД по работе с электроприборами и выполнять рекомендации, данные выше.
Каждая квартира таит в себе опасность. Мы даже не подозреваем, что живём в окружении электромагнитных полей (ЭМП), которые человек не может ни видеть, ни чувствовать, но это не значит, что их нет.
С самого зарождения жизни на нашей планете существовал стабильный электромагнитный фон (ЭМФ). Долгое время он был практически неизменен. Но, с развитием человечества, интенсивность данного фона стала расти с неимоверной скоростью. Линии электропередач, возрастающее число электроприборов, сотовая связь — все эти новшества стали источниками «электромагнитного загрязнения». Как электромагнитное поле влияет на человеческий организм, и каковы могут быть последствия этого воздействия?
Помимо естественного ЭМФ, создаваемого электромагнитными волнами (ЭМВ) различной частоты, поступающими к нам из космоса, имеется и другое излучение — бытовое, которое возникает при работе разношёрстной электротехники, имеющейся в каждой квартире или офисе. Каждый бытовой прибор, взять хотя бы обыкновенный фен, при работе пропускает через себя электрический ток, образуя вокруг электромагнитное поле. Электромагнитное излучение (ЭМИ) — это и есть та сила, которая проявляется, когда ток проходит через любое электрическое устройство, воздействующая на всё, что находится около него, в том числе и на человека, который также является источником электромагнитного излучения. Чем больше сила тока, проходящего через прибор, тем мощнее излучение.
Чаще всего, человек не испытывает на себе заметного воздействия ЭМИ, но это не значит, что оно не оказывает на нас влияния. ЭМВ проходят через предметы незаметно, но, иногда, наиболее чувствительные люди ощущают некое покалывание или пощипывание.
Все мы по-разному реагируем на ЭМИ. Организм одних может нейтрализовать его воздействие, а есть индивиды, максимально подверженные этому влиянию, которое способно вызвать у них различные патологии. Особенно опасно для человека длительное воздействие ЭМИ. Например, если дом его находится вблизи линии высоковольтных передач.
В зависимости от длины волны, ЭМИ можно разделить на:
На картинке ниже показан весь спектр электромагнитного излучения.
Вокруг нас находится множество источников ЭМИ, которые излучают в пространство электромагнитные волны, не безопасные для организма человека. Все их перечислить нереально.
Хотелось бы заострить внимание на более глобальных, таких, как:
И на простых:
Какие-то из этих источников имеют мощное воздействие на человека, какие-то — не очень. Всё равно, мы как пользовались, так и будем пользоваться этими приборами. Важно быть предельно осторожными при их использовании и уметь защитить себя от негативного воздействия, чтобы снизить до минимума причиняемый ими вред.
Примеры источников электромагнитного излучения приведены на рисунке.
Считается, что электромагнитное излучение оказывает негативное влияние как на здоровье человека, так и на его поведение, жизненный тонус, физиологические функции и даже мысли. Сам человек также является источником такого излучения, и если на наше электромагнитное поле начинают воздействовать другие, более интенсивные источники, то в человеческом организме может наступить полный хаос, который приведёт к различным заболеваниям.
Учёные установили, что вредны не сами волны, а их торсионная (информационная) составляющая, которая имеется в любом электромагнитном излучении, то есть именно торсионные поля оказывают неправильное воздействие на здоровье, передавая человеку негативную информацию.
Опасность излучения состоит и в том, что оно способно накапливаться в организме человека, и если длительно пользоваться, например, компьютером, мобильным телефоном и т. п., то возможны головная боль, высокая утомляемость, постоянные стрессы, снижение иммунитета, а также возрастает вероятность заболеваний нервной системы и головного мозга. Даже слабые поля, особенно такие, которые совпадают по частоте с ЭМИ человека, способны нанести вред здоровью, искажая наше собственное излучение, и, тем самым, вызывая различные болезни.
Огромное влияние на здоровье человека играют такие факторы электромагнитного излучения, как:
Также стоит отметить, что воздействие излучения может быть общим или местным. То есть, если взять мобильный телефон, то он оказывает влияние только на отдельный орган человека — головной мозг, а от радиолокатора происходит облучение всего организма.
Какое излучение возникает от тех или иных бытовых приборов, и их диапазон, видно из рисунка.
Глядя на эту таблицу, можно для себя уяснить, что чем дальше от человека располагается источник излучения, тем меньше его вредоносное влияние на организм. Если фен находится в непосредственной близости от головы, и его воздействие наносит ощутимый вред человеку, то холодильник практически никак не влияет на наше здоровье.
Опасность ЭМИ состоит в том, что человек никак не ощущает на себе его влияния, а оно существует и сильно вредит нашему здоровью. Если на рабочих местах имеется специальное защитное оборудование, то дома дела обстоят намного хуже.
Но защитить себя и своих близких от вредоносного влияния бытовых приборов всё же возможно, если следовать простым рекомендациям:
Современная техника прочно вошла в наш быт. Мы не мыслим жизни без мобильного телефона или компьютера, а также микроволновой печи, которая у многих имеется не только дома, но и на рабочем месте. Отказаться от них вряд ли кто захочет, а вот использовать их разумно — в наших силах.
Электромагнитное излучение существует ровно столько, сколько живет наша Вселенная. Оно сыграло ключевую роль в процессе эволюции жизни на Земле. По факту, это возмущение состояние электромагнитное поля, распространяемого в пространстве.
Любую электромагнитную волну описывают с помощью трех характеристик.
1. Частота.
2. Поляризация.
Поляризация – одна из основных волновых атрибутов. Описывает поперечную анизотропию электромагнитных волн. Излучение считается поляризованным тогда, когда все волновые колебания происходят в одной плоскости.
Это явление активно используют на практике. Например, в кино при показе 3D фильмов.
С помощью поляризации очки IMAX разделяют изображение, которое предназначено для разных глаз. 
Частота – число гребней волны, которые проходят мимо наблюдателя (в данном случае – детектора) за одну секунду. Измеряется в герцах.
Длина волны – конкретное расстояние между ближайшими точками электромагнитного излучения, колебания которых происходят в одной фазе.
Электромагнитное излучение может распространяться практически в любой среде: от плотного вещества до вакуума.
Скорость распространения в вакууме равна 300 тыс. км за секунду.
Интересное видео о природе и свойствах ЭМ волн смотрите в видео ниже:
Все электромагнитное излучение делят по частоте. 
1. Радиоволны. Бывают короткими, ультракороткими, сверхдлинными, длинными, средними.
Длина радиоволн колеблется от 10 км до 1 мм, а от 30 кГц до 300 ГГц.
Их источниками может быть как деятельность человека, так и различные естественные атмосферные явления.
2. . Длина волны лежит в пределах 1мм — 780нм, а может доходить до 429 ТГц. Инфракрасное излучение еще называют тепловым. Основа всей жизни на нашей планете.
3. Видимый свет. Длина 400 — 760/780нм. Соответственно колеблется в пределах 790-385 ТГц. Сюда относят весь спектр излучения, которое можно увидеть человеческим глазом.
4. . Длина волны меньше, чем в инфракрасного излучения.
Может доходить до 10 нм. таких волн очень большая – порядка 3х10^16 Гц.
5. Рентгеновские лучи . волны 6х10^19 Гц, а длина порядка 10нм — 5пм.
6. Гамма волны. Сюда относят любое излучение, которого больше, чем в рентгеновских лучах, а длина – меньше. Источником таких электромагнитных волн являются космические, ядерные процессы.
Где-то начиная с конца XIX столетия, весь человеческий прогресс был связан с практическим применением электромагнитных волн.
Первое о чем стоит упомянуть – радиосвязь. Она дала возможность людям общаться, даже если они находились далеко друг от друга.
Спутниковое вещание, телекоммуникации – являются дальнейшим развитием примитивной радиосвязи.
Именно эти технологии сформировали информационный облик современного общества.
Источниками электромагнитного излучения следует рассматривать как крупные промышленные объекты, так и различные линии электропередач.
Электромагнитные волны активно используются в военном деле (радары, сложные электрические устройства). Также без их применения не обошлась и медицина. Для лечения многих болезней могут использовать инфракрасное излучение.
Рентгеновские снимки помогают определить повреждения внутренних тканей человека.
С помощью лазеров проводят ряд операций, требующих ювелирной точности. 
Важность электромагнитного излучения в практической жизни человека сложно переоценить.
Советское видео о электромагнитном поле:
Несмотря на свою полезность, сильные источники электромагнитного излучения могут вызывать такие симптомы:
Усталость;
Тошноту.
Чрезмерное воздействие некоторых видов волн вызывают повреждения внутренних органов, центральной нервной системы, мозга. Возможны изменения в психике человека.
Интересное виде о влиянии ЭМ волн на человека:
Чтобы избежать таких последствий практически во всех странах мира действуют стандарты, регулирующие электромагнитную безопасность. Для каждого типа излучений существуют свои регулирующие документы (гигиенические нормы, нормы радиационной безопасности). Влияние электромагнитных волн на человека до конца не изучено, поэтому ВОЗ рекомендует минимизировать их воздействие.
