Основные характеристики и классификация электромагнитных полей
Для описания ЭП используют три характеристики: две силовые – напряженность ЭП и электрическая индукция (смещение) и одну энергетическую – электрический потенциал (таблица 1).
Для описания магнитного поля также использую три характеристики: силовые – напряженность МП и индукция МП, энергетическая – скалярный магнитный потенциал (таблица 1).
ЭМП распространяется
в пространстве в форме электромагнитной
волны (ЭМВ) с постоянной скоростью,
близкой к скорости света. ЭМВ характеризуются
длиной волны
(м)
и частотой n
(Гц).
ЭМП изменяется с той же частотой, что и ток, его образовавший. Расстояние, на которое распространяется поле за один период, называется длиной волны λ (м).
|
(1) |
,
где с – скорость распространения электромагнитных волн
в воздушной среде (с=3·108 м/с);
f – частота колебаний, Гц.
В ЭМП существует три зоны, которые различаются по расстоянию от источника ЭМП.
Зона индукции имеет радиус, равный
|
(2) |
В этой зоне электромагнитная волна не сформирована и поэтому на человека действуют независимо друг от друга напряженность электрического и магнитного полей.
Таблица 1 – Основные характеристики ЭП и МП
Вид поля |
Основные характеристики поля |
||
Название |
Определение |
Примечание |
|
Электрическое поле |
Напряженность ЭП |
|
|
Электрическая индукция |
|
|
|
Электрический потенциал |
|
|
|
Магнитное поле |
Напряженность МП |
|
– сила, действующая в вакууме на расположенный перпендикулярно к направлению поля проводник длиной l c током I |
Индукция МП |
|
|
|
Скалярный магнитный потенциал |
φм, А |
|
|
– сила,
действующая на точечное тело с зарядом
q
– абсолютная
диэлектрическая проницаемость
φ,
В
– абсолютная
магнитная проницаемость
Зона интерференции (промежуточная) имеет радиус, определяемый по формуле
|
(3) |
В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряженность ЭП и МП, а также плотность потока энергии (ППЭ, Вт/м2), численно равной их произведению.
Дальняя зона характеризуется тем, что это зона сформировавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человека воздействует только энергетическая составляющая ЭМП – плотность потока энергии. Если источник ЭМП имеет сверхвысокие частоты (СВЧ), то практически он создает вокруг себя зону энергетического воздействия – дальнюю зону, имеющую радиус
|
(4) |
В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей:
E=377H,
где 377 – константа, волновое сопротивление вакуума, Ом.
Наиболее применяемыми являются классификация ЭМП по степени удаленности от источника поля («зональная» классификация) и классификация по частотам.
Согласно «зональной» классификации ЭМП разделяется на три зоны: ближнюю зону (зону индукции), промежуточную зону (зону интерференции) и дальнюю зону.
По частотному разделению ЭМП представляет собой широкий спектр. С учетом свойств ЭМП разделяют на следующие виды: звуковые волны, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, γ-излучение (таблица 2).
По общепринятой классификации международного консультативного комитета по радио спектр частот от 3 Гц до 3 ТГц разделен на 12 диапазонов (таблица 3).
Таблица 2 – Спектр частот электромагнитного поля [1]
Вид излучения |
Длина волны, м |
Частота волны, Гц |
Источник излучения |
Звуковые волны |
Более 1,5·104 |
До 20·103 |
Источники электрической энергии, линии электропередачи, преобразователи энергии, электрооборудование, электроинструмент, станки, бытовая техника |
Радиоволны |
105 – 10-4 |
3·103 – 3·1011 |
Антенны и оборудование радио, радиолокационных и телевизионных станций |
Инфракрасное излучение |
5·10-4 – 8·10-7 |
3·1011 – 3,75·1014 |
Лампы, лазеры, нагретые тела |
Продолжение таблицы 2
1 |
2 |
3 |
4 |
Видимое излучение |
8·10-7 – 4·10-7 |
3,75·1014 – 7,5·1014 |
То же |
Ультрафиолетовое излучение |
4·10-7 – 10-9 |
7,5·1014 – 3·1015 |
То же |
Рентгеновское излучение |
2·10-9 – 6·10-12 |
3,0·1015 – 3·1019 |
Трубки рентгена, высоковольтные электровакуумные приборы |
γ-излучение |
До 6·10-12 |
Более 3·10-19 |
Радиоактивный распад, ядерные процессы, космические процессы |
Таблица 3 – Классификация частот [1]
Частоты |
Диапазон |
Волны |
Диапазон |
Источник излучения, область применения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Ультранизкие, УНЧ |
0-3 Гц |
- |
∞–100 Мм |
Источники электроэнергии, электрооборудование |
Крайне низкие, КНЧ |
3-30 Гц |
Декамегаметровые |
100–10 Мм |
Преобразователи энергии, электрооборудование, источники энергии |
Сверхнизкие, СНЧ |
30-300 Гц |
Мегаметровые |
10–1 Мм |
Преобразователи энергии, электрооборудование, источники энергии, станки, электроинструмент, бытовая техника |
Продолжение таблицы 3
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Инфранизкие, ИНЧ |
0,3–3 кГц |
Гектокилометровые |
1000–100 км |
Источники энергии, станки, электроинструмент, бытовая техника, ламповые генераторы |
Очень низкие частоты, ОНЧ |
3–30 кГц |
Мириаметровые |
100–10 км |
Радионавигация, радиотелефонная связь, подвижная связь |
Низкие частоты, НЧ |
30–300 кГц |
Километровые (длинные) |
10–1 км |
Радионавигация, многопрограммное радиовещание, подвижная и фиксированная связь |
Средние частоты, СЧ |
0,3–3 МГц |
Гектометровые (средние) |
1–0,1км |
Радионавигация, воздушная, морская, сухопутная и железнодорожная связь, радиолокация, космические исследования |
Высокие частоты, ВЧ |
3–30 МГц |
Декаметровые (короткие) |
100–10 м |
Подвижная связь, метеорология, охранная сигнализация, космические исследования |
Очень высокие частоты, ОВЧ |
30–300 МГц |
Метровые |
10–1 м |
Телевидение, метеорология, подвижная радиосвязь, радиоастрономия, железнодорожная и сельскохозяйственная радиосвязь, служба космических исследований |
Ультравысокие, УВЧ |
0,3–3 ГГц |
Дециметровые |
1–0,1 м |
Телевидение, метеорология, радиолокация, сотовая связь, спутниковая связь, космические исследования |
Продолжение таблицы 3
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Сверхвысокие частоты, СВЧ |
3–30 ГГц |
Сантиметровые |
10–1 см |
Спутниковое телевидение, радиолокация, спутниковая связь, радионавигация, радиоастрономия, космические исследования |
Крайне высокие частоты, КВЧ |
30–300 ГГц |
Миллиметровые |
10–1 мм |
Радиоастрономия, радиолокация, радионавигация, космические исследования, спутниковая связь |
Гипервысокие частоты, ГВЧ |
0,3–3 ТГц |
Децимиллиметровые |
1–0,1 мм |
Научные и космические исследования, спутниковая связь |