Влияние электромагнитных волн на организм человека

Специфика различных видов электромагнитных волн

Оптический диапазон характеризуется слабым взаимодействием света и вещества, а также тем, что в нем выполняются законы геометрической оптики.

Замечание 2

На частоты ниже оптического диапазона законы геометрической оптики уже не распространяются, а высокочастотное электромагнитное поле либо пронизывает вещество насквозь, либо разрушает его.

Видимый свет очень важен для всего живого на Земле, особенно для процессов фотосинтеза. Радиоволны активно применяются в телевидении, радиолокационных процессах, радиосвязи, т.к. это самые длинные волны спектра, которые могут быть легко сгенерированы с помощью колебательного контура (сочетания индуктивности и емкости). Радиоволны могут испускаться атомами и молекулами – это свойство находит применение в радиоастрономии.

Можно сформулировать общее утверждение, согласно которому источником электромагнитных волн являются частицы в атомах и ядрах. Они заряжены и движутся ускоренно.

В 1800 г. В. Гершель изучил на практике инфракрасную область спектра. Он расположил термометр ближе к красному краю спектра и увидел, что температура начала расти, значит, термометр нагрелся излучением, невидимым глазу. Инфракрасное излучение можно перевести в видимую часть диапазона с помощью специальных приборов (например, на этом свойстве основаны приборы ночного видения). Любое нагретое тело является источником инфракрасного излучения.

Ультрафиолетовое излучение было открыто И. Риттером. Он нашел невидимые глазу лучи за фиолетовой частью спектра и обнаружил, что они могут воздействовать на определенные химические соединения и убивать некоторые виды бактерий. Это свойство нашло широкое применение в медицине. Являясь частью солнечных лучей, ультрафиолет оказывает воздействие на человеческую кожу, способствуя ее потемнению (появлению загара).

В. Рентген в 1895 г. обнаружил еще один вид излучения, который был позже назван в его честь. Рентгеновские лучи не видны глазу и могут проходить через толстые слои непрозрачного вещества без значительного поглощения. Они также могут воздействовать на фотопленку и вызывать свечение некоторых видов кристаллов. Рентгеновские лучи широко применяются в области медицинской диагностики, а их способность воздействовать на живые организмы весьма значительна.

Определение 3

Гамма-излучением называется излучение, возникающее при возбуждении атомных ядер и взаимодействии элементарных частиц.

Гамма-излучение имеет наименьшую длину волны, следовательно, корпускулярные свойства у него наиболее выражены. Его принято рассматривать в качестве потока гамма-квантов. Существует перекрытие рентгеновских и гамма-волн в области длин 10-10-10-14 м.

Пример 1

Условие: объясните, что выступает в качестве излучателя для разных видов электромагнитных волн.

Решение

Электромагнитные волны всегда излучаются движущимися заряженными частицами. Они движутся ускоренно в атомах и ядрах, значит, именно там будет находиться источник волн. Радиоволны испускаются молекулами и атомами (единственный вид излучения, который можно воссоздать искусственным путем). Инфракрасное – за счет колебаний атомов в молекулах (здесь имеют место тепловые колебания, усиливающиеся с ростом температуры). Видимый свет создается отдельными возбужденными атомами. Ультрафиолетовый свет также является атомарным. Рентгеновские лучи создаются за счет взаимодействия электронов с высокой кинетической энергией с ядрами атомов, а также за счет собственного возбуждения ядер. Гамма-лучи образуются за счет возбужденных ядер и взаимном превращении элементарных частиц.

Пример 2

Условие: вычислите частоты волн в видимом диапазоне.

Решение

К видимому диапазону относятся волны, воспринимаемые человеческим глазом. Границы зрения индивидуальны и находятся в пределе λ=,38-,76 мкм.

В оптике используются два основных вида частот. Первая из них – круговая – может быть определена как ω=2πT (Т — период колебания волны). Вторая определяется как ν=1T.

Значит, мы можем связать одну частоту с другой при помощи следующего соотношения:

ω=2πν.

Зная, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна c=3·108 мс, запишем:

λ=сT→T=λc.

В этом случае для границ видимого диапазона получим:

ν=cλ, ω=2πcλ.

Поскольку мы не знаем длины волн видимого света, то:

ν1=3·108,38·10-6=7,9·1014 (Гц); v2=3·108,76·1016=3,9·1014 (Гц);ω1=2·3,14·7,9·1014=5·1015 (с-1); ω2=2·3,14·3,9·1014=2,4·1015 (с-1).

Ответ: 3,9·1014 Гц.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Основные параметры ультразвука

Основными параметрами волны являются длина волны и период. Число циклов совершенных за одну секунду называется частотой и измеряется в Герцах (Гц). Время, требуемое чтобы совершить полный цикл, называется периодом и измеряется в секундах. Взаимосвязь между частотой и периодом волны приведено в формуле:

где f – частота, Гц,
T – период, с

Рисунок 1 – Основные параметры ультразвуковой волны

Скорость звука в идеальном упругом материале при заданной температуре и давлении является постоянной. Связь между скоростью ультразвука и длиной волны следующая:

где λ – длина волны, м,
с – скорость звука, м/с

В твердых веществах для продольных волн скорость звука

где c_l – скорость звука для продольных волн, м/c,
E – модуль упругости, Па,
μ – коэффициент Пуассона,
ρ – плотность, кг/м3

Для поперечных волн она определяется по формуле

где c_t – скорость звука для поперечных волн, м/с,
G – модуль сдвига, Па

Дисперсия звука — зависимость фазовой скорости монохроматических звуковых волн от их частоты. Дисперсия скорости звука может быть обусловлена как физическими свойствами среды, так и присутствием в ней посторонних включений и наличием границ тела, в котором звуковая волна распространяется.

Способы защиты от электромагнитных волн

Полностью оградить себя и окружающую среду от электрических устройств и оборудования, создающего электромагнитное загрязнение, невозможно. Однако существуют меры по снижению вредного воздействия, которые можно применять в бытовой сфере:

не устанавливайте электроприборы в одном месте, чтобы их магнитные поля не усиливали друг друга;
избегайте ситуаций, когда рядом одновременно работают сразу несколько приборов, генерирующих мощное ЭМИ, например микроволновая печь, сотовый, телевизор, компьютер;
включайте такие приборы только в заземленную розетку, не устанавливайте их в спальне, в зонах отдыха, рядом с обеденным и рабочим столом;
старайтесь использовать электрические устройства меньшей потребляемой мощности;
сократите время использования сотового телефона.

ЦЕНТР СВЕТОЛЕЧЕНИЯ

Прайс-лист
АИР (урологические процедуры для мужчин)
ВЛОК (внутривенное лазерное облучение крови)
Ионофорез
Консультативный, диагностический приём
Лечение акне
Лечение алопеции, стимуляция роста волос
Лечение асимметрии, сухости губ
Лечение возрастного увядания кожи
Лечение гипергидоза
Лечение гиперпигментации
Лечение дермальных заломов
Маски
Пилинг
Плазмолифтинг
Плазмотерапия
ПР-расческа (Дермалайт 80)
Светофототерапия (лечение кожных заболеваний)
Удаление бородавок, фибром, папиллом, невусов др. криодиструкцией
Удаление бородавок, фибром, папиллом, невусов др. радионожем
Услуги манипуляционного кабинета
Цифровая видеодерматоскопия (карта родинок)

Шкала электромагнитных волн

На сегодняшний день известно несколько типов электромагнитных волн. Их основные характеристики приведены в таблице:

Название	Граница диапазона по длине волны λ	Граница диапазона по энергии квантов W
гамма — излучение	λ<1,2·10-3 нм	W>1 МэВ
рентгеновское излучение	1,2·10-3 нм<λ<12 нм	100 эВ>W> 1 МэВ
ультрафиолетовое излучение	12 нм<λ<380 нм	3,2 эВ>W>100 эВ
видимый спектр излучения	380 нм<λ<760 нм	1,6 эВ>W>3,2 эВ
инфракрасное излучение	760нм<λ<106 нм	1,2·10-3 эВ>W>1,6 эВ
радиоволны	λ>106 нм	W<1,2·10-3 эВ

Шкала волн указывает на то, что каждый диапазон имеет свои индивидуальные особенности. Чем больше частота, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства излучения.

В разных частях спектра электромагнитных излучений волны генерируются по-разному. Для изучения каждого типа волны существуют особые разделы физики. Различия между участками спектра заключаются не столько в физической природе волн, сколько в способах их приема и получения. Резкого перехода между ними, как правило, нет, возможно и перекрытие участков, поскольку границы условны.

Определение 1

Оптика изучает так называемый оптический диапазон электромагнитных волн – часть спектра с включением фрагментов зон инфракрасного и ультрафиолетового излучения, которая доступна человеческому глазу.

Определение 2

Кванты, которые присутствуют в видимой части излучения, называются фотонами.

Волны всего спектра электромагнитного излучения обладают как волновыми, так и квантовыми свойствами, однако те или иные свойства в зависимости от длины волн могут преобладать. Следовательно, для их изучения нужно пользоваться разными методами. Практическое применение у разных групп волн также различается в зависимости от длины.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Изучение характеристик

Электромагнитные волны распространяются почти во всех средах. В пространстве, которое заполнено веществом, излучения могут в ряде случаев распределяться достаточно хорошо. Но при этом они несколько изменяют свое поведение.

Электромагнитные волны в вакууме определяются без затуханий. Они распределяются на любое, сколь угодно большое расстояние. К основным характеристикам волн относят поляризацию, частоту и длину. Описание свойств осуществляется в рамках электродинамики. Однако характеристиками излучений некоторых областей спектра занимаются более конкретные разделы физики. К ним, например, можно отнести оптику.

Исследованием жесткого электромагнитного излучения коротковолнового спектрального конца занимается раздел высоких энергий. С учетом современных представлений динамика перестает являться самостоятельной дисциплиной и объединяется со слабыми взаимодействиями в одной теории.

Виды электромагнитного излучения

ЭМИ разделено на виды по характеристикам длины и частоты.

Длина волн колеблется в таких диапазонах:

Радиоволны (от 0,1 мм до 10 км и более) делятся на короткие, ультракороткие, средние, длинные и сверхдлинные. Ультракороткие радиоволны относятся к сверхвысокочастотным (СВЧ) волнам.
Инфракрасные лучи (от 1 мм до 780 нм).
Ультрафиолетовые лучи (от 380 мм до 10 нм).
Видимый свет (от 780 мм до 380 нм).
Рентген-излучение (от 10 нм до 5 пм).
Гамма-лучи (до 5 пм).

Частота волн варьируется от 30 кГц (для радиоволн) до 6×10¹9 Гц и более (для гамма-лучей).

Волны разной длины образуются разными способами:

рентгеновские появляются тогда, когда быстро движущиеся электроны переходят в состояние с меньшей энергией вследствие торможения;
ультрафиолетовое излучается вследствие движения ускоренных электронов;
инфракрасное излучение испускается раскаленными предметами;
радиоволны образуются из высокочастотных токов, движущихся по антеннам;
ионизирующее гамма-излучение испускается в процессе ядерных реакций.

Вышеперечисленные виды волн поглощаются веществами неодинаково: рентгеновские и гамма-волны проникают сквозь ткани организма и почти не поглощаются, инфракрасные лучи проходят сквозь ряд непрозрачных объектов, при поглощении происходит нагрев вещества.

https://youtube.com/watch?v=5KEXb1TdfNY

Свойства электромагнитных волн

Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна – распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.

Источник электромагнитного поля – электрические заряды, движущиеся с ускорением.

Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.

Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с, то есть со скоростью света.

В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:

Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).

Электромагнитная волна переносит энергию.

Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Радиоволны – это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Влияние на здоровье

Электромагнитное излучение и электромагнитное поле влияют на здоровье человека, поэтому были установлены допустимые показатели. Отмечено негативное действие волн на нервную систему, работу головного мозга и сердца. У животных и насекомых, обитающих в районах повышенного ЭМП, наблюдают патологии в строении тела.

Согласно исследованиям, влияние волн негативно сказывается на самочувствии человека. Провоцируется головная боль и усталость, нарушается работа внутренних органов. Более старшее поколение может даже потерять сознание в опасной зоне: возле высоковольтных линий или работающего электромагнита.

Источником электромагнитного поля служит:

Сотовая связь, смартфоны, излучатели Wi-Fi, бытовая техника. Сильное ЭМП появляется при работе микроволновой плиты.
Электротранспорт, проводящие магистрали, промышленные объекты.
Радары, рации, излучающие установки.
Сканеры медицинские, металлоискатели, рамки в аэропортах.
Телерадиосвязь, УВЧ-установки.

Что же такое звук?

Звук состоит, если говорить просто, из волн сжатия. При распространении этих колебаний давления через воздух передается звук. Слух человека в состоянии улавливать звук частотой от 20 до 20 000 Герц. Герц – это единица измерения частоты, которая определяется количеством колебаний за секунду. Низкие частоты соответствуют низким тонам, высокие – высоким. Частоты ниже 20 Гц называют инфразвуком. Шум выше звукового диапазона, т.е. выше 20 000 Гц известен как ультразвук. Низкими частотами называют звук, преобладающая часть которого находится в диапазоне ниже 100Гц. Периодические колебания давления воздуха распространяются со скоростью звука, около 340 м/сек. Колебания низких частот имеют большую, а высокочастотные колебания короткую длину волны. Например, длина волны 20-ти герцового тона составляет 17,5 м, а при частоте 20 000 Гц – 1,75 см.

Электромагнитные волны на работе

Иногда работа человека связана с компьютером весь рабочий день

Тем, кто проводит за ним много времени, следует соблюдать меры предосторожности – расстояние между монитором и человеком должно составлять один метр, ближе сидеть долго – вредно

Желательно иметь жидкокристаллический монитор – старые модели с электронно-лучевыми трубками воздействуют на организм мощнее.

Опасности подвергаются и продавцы магазинов электронной техники, так как вынуждены весь рабочий день находиться среди множества включенных приборов – телевизоров, музыкальных центров, кухонной бытовой техники, образцы которой постоянно находятся в рабочем режиме в демонстрационных целях.

Все офисы изобилует источниками электромагнитного излучения – работа там связана с постоянными разговорами по мобильным и радиотелефонам. Человек держит трубку у уха, и ее излучение непосредственно воздействует на мозг.

Но степень вреда сотовых телефонов точно не определена, поскольку мощность их излучения непостоянна, она обратно пропорциональна: все зависит от удаленности аппарата от его базы – чем ближе, то есть, чем лучше сигнал, тем ниже мощность излучения аппарата.

В связи с этим, в качестве меры безопасности, мобильный лучше носить не в кармане и не в руках, а убирать в сумку или, на работе, класть трубку подальше от себя, и пользоваться гарнитурой «hands free» – тем более, когда по службе приходится говорить много.

И если взрослому не избежать тесного общения с телефонным аппаратом, то ребенка можно поберечь. Детям надо приобретать модели с низкой мощностью.

Педиатры рекомендуют не покупать детям до 12 лет собственные мобильные телефоны – во время формирования организма лучше, чтобы ребенок не имел при себе постоянного источника электромагнитных волн.

Установленные нормы ЭМИ для человека

Каждый орган в нашем теле вибрирует. Благодаря вибрации вокруг нас создается электромагнитное поле, содействующее гармоничной работе всего организма. Когда на наше биополе воздействуют другие магнитные поля, это вызывает в нем изменения. Иногда организм справляется с влиянием, иногда – нет. Это становится причиной ухудшения самочувствия.

Даже большое скопление людей создает электрический заряд в атмосфере. Полностью изолироваться от электромагнитного излучения невозможно. Есть допустимый уровень ЭМИ, который лучше не превышать.

Вот безопасные для здоровья нормы:

30-300 кГц, возникающие при напряженности поля 25 Вольт на метр (В/м),
0,3-3 МГц, при напряженности 15 В/м,
3-30 МГц – напряженность 10 В/м,
30-300 МГц – напряженность 3 В/м,
300 МГц-300 ГГц – напряженность 10 мкВт/см2.

При таких частотах работают гаджеты, радио- и телеаппаратура.

Излучатели ультразвука

Излучатели ультразвука — устройства, применяемые для возбуждения ультразвуковых колебаний и волн в газообразных, жидких и твердых средах. Излучатели ультразвука преобразуют в энергию энергию какого-либо другого вида.

Наибольшее распространение в качестве излучателей ультразвука получили электроакустические преобразователи. В подавляющем большинстве излучателей ультразвука этого типа, а именно в пьезоэлектрических преобразователях, магнитострикционных преобразователях, электродинамических излучателях, электромагнитных и электростатических излучателях, электрическая энергия преобразуется в энергию колебаний какого-либо твердого тела (излучающей пластинки, стержня, диафрагмы и т.п.), которое и излучает в окружающую среду акустические волны. Все перечисленные преобразователи, как правило, линейны, и, следовательно, колебания излучающей системы воспроизводят по форме возбуждающий электрический сигнал; лишь при очень больших амплитудах колебаний вблизи верхней границы динамического диапазона излучателя ультразвука могут возникнуть нелинейные искажения.

В преобразователях, предназначенных для излучения монохроматической волны, используется явление резонанса: они работают на одном из собственных колебаний механической колебательной системы, на частоту которого настраивается генератор электрических колебаний, возбуждающий преобразователь. Электроакустические преобразователи, не обладающие твердотельной излучающей системой, применяются в качестве излучателей ультразвука сравнительно редко; к ним относятся, например, излучатели ультразвука, основанные на электрическом разряде в жидкости или на электрострикции жидкости .

Электромагнитная безопасность[править]

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, СВЧ-излучения и др..

Влияние на живые существаправить

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

Оптический диапазонправить

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

Радиоволныправить

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.

Нахождение в зоне с повышенными уровнями ЭМП в течение определённого времени приводит к ряду неблагоприятных последствий: наблюдается усталость, тошнота, головная боль. При значительных превышениях нормативов возможны повреждение сердца, мозга, центральной нервной системы. Излучение может влиять на психику человека, появляется раздражительность, человеку трудно себя контролировать. Возможно развитие трудно поддающиеся лечению заболеваний, вплоть до раковых. В частности, корреляционный анализ показал прямую средней силы корреляцию заболеваемости злокачественными заболеваниями головного мозга с максимальной нагрузкой от ЭМИ даже от использования такого маломощного источника, как мобильные радиотелефоны. Эти данные не должны быть причиной для радиофобии, однако очевидна необходимость в существенном углублении сведений о действии ЭМИ на живые организмы.

В России действует СанПиН 2.2.4.1191—03 Электромагнитные поля в производственных условиях, на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы, а также гигиенические нормативы ГДР(ПДУ) 5803-91 (ДНАОП 0.03-3.22-91) Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 10—60 кГц Промышленное электроснабжение 50 Гц

Допустимые уровни излучения базовых станций мобильной связи (900 и 1800 МГц, суммарный уровень от всех источников) в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:

Украина: 2,5 мкВт/кв.см. (самая жёсткая санитарная норма в Европе)

Россия, Венгрия: 10 мкВт/кв.см.

США, Скандинавские страны: 100 мкВт/кв.см.

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 еденицах 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.»

Проникающая неионизирующая радиацияправить

Допустимые нормативы регулируются нормами радиационной безопасности — НРБ-99.

Рентгеновское излучение — длина волны 10−8 м до 10−13 м; частоты 3 * 1016 Гц до 3 * 1030 Гц. Доказано, что при превышении допустимых норм облучения излучение губительно действует на живые клетки.

Существует административные и контролирующие органы — инспекция по радиосвязи (на Украине, например, Укрчастотнадзор), которая регулирует распределение частотных диапазонов для различных пользователей, соблюдение выделенных диапазонов, отслеживает незаконное пользование радиоэфиром.

Влияние электромагнитных волн на человека