Тема 6. Електромагнітні поля та електромагнітні випромінювання

1 Загальна характеристика електромагнітних випромінювань

2 Класифікація ЕМП

3 Вплив ЕМП на людину

4 Електромагнітні випромінювання портативних комп’ютерів

5 Безпечні рівні випромінювань

6 Нормування електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону

7 Захист від електромагнітних випромінювань

8 Випромінювання оптичного діапазону (інфрачервоне, ультрафіолетове, лазерне випромінювання)

1. Загальна характеристика електромагнітних випромінювань

Біосфера впродовж своєї еволюції знаходилась під впливом електромагнітних полів (КМП), фонового випромінювання, викликаного природними чинниками. Навколо Землі існують електричне та магнітне поля, інтенсивність яких не залишається постійною. Спостерігаються річні, добові коливання цих полів під дією грозових розрядів, опадів, вітрів, а також під дією сонячної активності (магнітні бурі).

У процесі науково-технічного розвитку людство додало до фонового випромінювання цілий ряд факторів, які підсилили це випромінювання в декілька разів (антропогенні ЕМП). У побуті та промисловості набули масового застосування обладнання та прилади, робота яких пов’язана з утворенням електромагнітних випромінювань широкого діапазону частот. Зростання рівня різко підсилилось з початку 30-х років XX століття. В окремих районах їх рівень в сотні разів перевищує рівень полів природного походження. Джерелами випромінювань електромагнітної енергії є потужні радіо та телевізійні станції, ретранслятори, засоби радіозв’язку різного призначення, в тому числі і супутникового, промислові установки високочастотного нагрівання металів, високовольтні лінії електропередач, електротранспорт, вимірювальні прилади, персональні комп’ютери (ПК).

В аеропортах та на військових обۥєктах працюють потужні радіолокатори, які випромінюють в навколишню середовище потоки електромагнітної енергії. Потужність та кількість джерел ЕМП постійно зростає. Відомо, що навколо провідника, по якому протікає електричний струм, виникають електричне та магнітне поля. Якщо струм постійний, то ці поля існують незалежно одне від одного. При змінному електричному струмі електричне та магнітне поля пов’язані між собою, становлячи єдине електромагнітне поле. При появі електричної напруги на струмоведучих частинах з’являється електричне поле (ЕП). Якщо електричне коло замкнуте, тобто по ньому протікає струм, це супроводжується появою магнітної складової поля, і в ньому випадку говорять про існування електромагнітного поля (КМІІ). Для характеристики ЕМП введено поняття напруженості його складових-електричного та магнітного полів.

2 Класифікація електромагнітних полів

Усі електромагнітні поля та випромінювання діляться на природні та антропогенні.

ЕМП природного походження

Навколо Землі існує електричне поле напруженістю у середньому 130 В/м, яке зменшується від середніх широт до полюсів та до екватора, а також за експоненціальним законом з віддаленням від земної поверхні. Спостерігаються річні, добові та інші варіації цього поля, а також випадкові його зміни під впливом грозових розрядів, опадів, завірюх, пилових бур, вітрів.

Рисунок 6.1 – Класифікація ЕМП та випромінювань

Наша планета також має магнітне поле з напруженістю 47,3 А/м на північному, 39,8 А/м − на південному полюсах, 19,9 А/м − на магнітному екваторі. Це магнітне поле коливається з 80-річним та 11-річним циклами змін. Земля постійно знаходиться під впливом ЕМП, які випромінює Сонце, у діапазоні в основному 10 МГц. 10 ГГц. Спектр сонячного; випромінювання досягає і більш короткохвильової області, яка включає в себе інфрачервоне (ІЧ), видиме, ультрафіолетове (УФ), рентгенівське та гамма-випромінювання.

Інтенсивність випромінювання змінюється; періодично, а також швидко та різко збільшується при хромосферних спалахах. Розглянуті ЕМП впливали на біологічні об’єкти та зокрема на людину під час усього її існування. Це дало змогу у процесі еволюції пристосуватися до впливу таких полів та виробити захисні механізми, які захищають людину від можливих ушкоджень за рахунок природних факторів. Однак все ж спостерігається кореляція між змінами сонячної активності (викликаними ними змінами електромагнітного випромінювання) нервовими, психічними, серцево-судинними захворюваннями людей, а також порушенням умовно-рефлекторної діяльності тварин.

Антропогенні випромінювання

Антропогенні випромінювання фактично охоплюють усі діапазони. Розглянемо вплив радіохвильового випромінювання, зокрема випромінювання ВЧ та УВЧ діапазонів (діапазони 30 кГц−500 МГц). Можливості прямого опромінення радіохвилями визначаються умовами їх розповсюдження, які залежать від довжини хвилі. На довгих хвилях (10−1 км) ЕМП створюється хвилею, яка огинає земну поверхню та перешкоди, які на ній знаходяться (будинки, рослинність, нерівності місцевості), і йде між земною поверхнею та нижньою межею іонізаційного шару атмосфери. Вони майже не поглинаються ґрунтом. Сигнали потужних радіомовних станцій в цьому діапазоні фактично у будь-який час доби вільно розповсюджуються на далекі відстані.

Середні хвилі (1000 − 100 м) також достатньо добре огинають земну поверхню, хоча при цьому відхиляються перешкодами, які мають розмір, більший від довжини хвилі, та значно поглинаються ґрунтом. В зв’язку з цим віддаль розповсюдження середніх хвиль становить близько 500 км, а для обслуговування великих територій встановлюється мережа ретрансляційних станцій. У цьому діапазоні працюють радіостанції на суднах та аеродромна радіослужба. Та головну екологічну небезпеку створюють потужні радіомовні станції.

У діапазоні коротких хвиль (100−10 м) радіохвилі дуже сильно поглинаються ґрунтом, але для розповсюдження на велику відстань використовується к віддзеркалення від земної поверхні та від іоносфери. В цьому діапазоні працюють радіомовні станції та станції зв’язку. На ультракоротких хвилях (10−1 м), які дуже поглинаються ґрунтом та майже не віддзеркалюються іоносферою, розповсюдження сигналів відбувається практично лише в межах прямої видимості. Для збільшення цієї зони використовують високо розміщені антени та ретранслятори, причому ЕМП утворюється внаслідок інтерференції прямого та віддзеркаленого променів. У цьому діапазоні працюють зв’язкові, радіомовні та телевізійні станції, розташовані, як правило, у місцях великої концентрації населення.

Випромінювання НВЧ діапазону

Активність впливу ЕМП різних діапазонів частот різна: вона значно зростає з ростом частоти та дуже серйозно впливає у НВЧ діапазоні. У даний діапазон входять дециметрові (100 − 10 см), сантиметрові (10 − 1 см) та міліметрові (10 − 1 мм) хвилі. Ці діапазони об’єднуються терміном «мікрохвильові». Як і УВЧ, НВЧ випромінювання дуже поглинається ґрунтом та не віддзеркалюється іоносферою. Тому розповсюдження НВЧ відбувається в межах прямої видимості.

На дециметрових хвилях працюють радіомовні та телевізійні станції, які забезпечують в зв’язку із зниженням рівня перешкод вищу якість передачі інформації, ніж в УВЧ діапазоні. Усі ділянки НВЧ діапазону використовуються для радіозв’язку в тому числі радіорелейного та супутникового. У цьому

діапазон працюють практично усі радіолокатори.