Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Как появляются и распространяются электромагнитные волны

Представьте себе неподвижный точечный заряд. Пусть его окружают еще много таких зарядов. Тогда он будет действовать на них с некоторой кулоновской силой (и они на него). А теперь представьте, что заряд сместился. Это приведет к изменению расстояния по отношению к другим зарядам, а, следовательно, и к изменению сил, действующих на них. В результате они тоже сместятся, но с некоторым запаздыванием. При этом начнут смещаться и другие заряды, которые взаимодействовали с ними. Так распространяется электромагнитные взаимодействия.

Теперь представьте, что заряд не просто сместился, а он начал быстро колебаться вдоль одной прямой. Тогда по характеру движения он будет напоминать шарик, подвешенный к пружине. Разница будет только в том, что колебания заряженных частиц происходят с очень высокой частотой.

Вокруг колеблющегося заряда начнет периодически изменяться электрическое поле. Очевидно, что период изменений этого поля, будет равен периоду колебаний заряда. Периодически меняющееся электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле. Это магнитное поле, в свою очередь, будет создавать переменное электрическое поле, но уже на большем расстояние от заряда, и т.д. В результате появления взаимно порождаемых полей в пространстве, окружающем заряд, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически меняющихся электрических и магнитных полей. Так образуется электромагнитная волна, которая распространяется от колеблющегося заряда во все стороны.

Электромагнитная волна не похожа на те возмущения вещественной среды, которые вызывают механические волны. Посмотрите на рисунок. На нем изображены векторы напряженности →E и магнитной индукции →Bв различных точках пространства, лежащих на оси Oz, в фиксированный момент времени. Никаких гребней и впадин среды при этом не появляется.

В каждой точке пространства электрические и магнитные пол меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее ее достигнут колебания полей. Следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами. Колебания векторов →E и →B в любой точке совпадают по фазе.

Определение

Длина электромагнитной волны — расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах.

Длина электромагнитной волны обозначается как λ. Единица измерения — м (метр).

Обратите внимание на рисунок выше. Векторы магнитной индукции и напряженности поля, являющиеся периодически изменяющимися величинами, в любой момент времени перпендикулярны направлению распространения волны

Следовательно, электромагнитная волна — поперечная волна.

Видимый диапазон

Один из наиболее важных для человека диапазонов, связанных с возможностью видеть окружающий мир. Он занимает сравнительно небольшой участок электромагнитного спектра 380 – 730 нм.

• Легко проходят атмосферу.
• Единственные эдектромагнитные волны, которые могут быть обнаружены человеческим глазом.
• Поглощаются за счет возбуждения электронов в молекулах и атомах, межзонных переходов в полупроводниках.
• Естественные источники: солнце, молнии. Искусственные: лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды, лазеры на красителях, газовые ионные, твердотельные и полупроводниковые лазеры.
• Имеют неизмеримое количество приложений.

Волны с разной длиной имеют свой цвет. Цветовая гамма состоит из бесконечного количества цветовых оттенков, но принято именовать 7 основных цветов. Красный (625—740), оранжевый (590—625), желтый (565—590), зеленый (500—565), голубой (485—500), синий (440—485), фиолетовый (380—440).

Среди лазеров и источников с их применением, излучающих в видимом диапазоне, можно назвать следующие: первый запущенный лазер, — рубиновый, с длиной волны 694,3 нм, диодные лазеры, к примеру на основе GaInP и AlGaInP для красного диапазона, и на основе GaN для синего диапазона, титан-сапфировый лазер, He-Ne лазер, лазеры на ионах аргона и криптона, лазер на парах меди, лазеры на красителях, лазеры с удвоением или суммированием частоты в нелинейных средах, рамановские лаэеры. (https://www.rp-photonics.com/visible_lasers.html?s=ak).

Долгое время существовала проблема в создании компактных лазеров в сине-зеленой части спектра. Имелись газовые лазеры, такие как аргоновый ионный лазер (с 1964 года), у которого две основные линии генерации лежат в синей и зеленой части спектра (488 и 514 нм) или гелий кадмиевый лазер. Однако для многих приложений они не годились из-за своей громоздкости и ограниченного количества линий генерации. Создать полупроводниковые лазеры с широкой запрещенной зоной не удавалось из-за огромных технологических трудностей. Однако в конечном итоге были разработаны эффективные методы удвоения и утроения частоты твердотельных лазеров ИК и оптического диапазона в нелинейных кристаллах, полупроводниковые лазеры на основе двойных соединений GaN и лазеров с повышением частоты накачки (upconversion lasers).

Источники света в сине зеленой области позволяют увеличить плотность записи на CD-ROM, качество репрографии, необходимы для создания полноцветных проекторов, для осуществления связи с подводными лодками, для снятия рельефа морского дна, для лазерного охлаждения отдельных атомов и ионов, для контроля за осаждением из газа (vapor deposition), в проточной цитометрии. (взято из “Compact blue-green lasers” by W. P. Risk et al).

Литература:

1. RP Photonics. Encyclopedia. Visible Lasers.
2. Семь основных цветов. Википедиа.
3. Compact Blue-Green Lasers.

Чем опасно электромагнитное излучение для человека?

ЭМИ может существенно влиять на работу практически всех органов и систем. Особенно подвержена негативному воздействию нервная система и головной мозг. Это связано с электрической природой нервных импульсов. При длительном нахождении в областях с повышенным электромагнитным фоном повышается риск развития депрессии и других заболеваний ЦНС.

Некоторые спектры частот способны существенно изменять работу организма на клеточном уровне. Существуют исследования, которые показывают непосредственную связь повышенного воздействия высокочастотного радиоизлучения и риска развития раковых заболеваний.

Механизм такого воздействия основан на том, что молекула ДНК в процессе деления клетки может получить существенный статический заряд, и выступать в качестве мини-антенны поглощающей волны разных длин спектра. Результатом становятся ошибки при ее копировании. Как следствие – возникновение мутаций и преобразование клетки в раковую либо ее гибель.

Не менее сильно воздействие электромагнитного загрязнения на иммунитет и гормональную систему организма. Давно установлено, что при длительном воздействии мощных ЭМП снижается уровень белых клеток в крови. Также регистрируется изменение гормонального баланса. В большинстве случаев уровень выработки гормонов снижается, вплоть до развития серьезной гормональной недостаточности. При этом уровень «гормонов стресса», таких, как кортизол и адреналин наоборот возрастает.

Страдают и другие органы, системы органов. Это связано с тем, что все процессы жизнедеятельности клетки, по сути, имеют электрохимическую природу. Поэтому повышенный фон электромагнитного излучения вреден для всего организма, может существенно нарушить баланс и регуляторные взаимодействия между клетками и органами, приводя к самым различным заболеваниям.

Сети 5G

Миф: сеть 5G распространяет коронавирус и приводит к злокачественным опухолям и другим болезням.

Правда: 5G не связана с коронавирусом и не вызывает другие болезни

5G относится к неионизирующему излучению, которое не может навредить человеку. Опасно только ионизирующее излучение: оно проникает в организм и разрушает клетки, вызывает мутации и злокачественные опухоли. Например, такое излучение появляется при взрыве атомной бомбы.

Гид по 5G: отделяем правду от хайпа

Сеть 5G работает в частотах 6–100 ГГц, а 4G — в пределах 0,8–2,6 ГГц. С этим связаны претензии некоторых исследователей: волны 5G имеют более высокую частоту, чем сети предыдущих поколений, значит, могут быть потенциально опасными. Однако Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) установила безопасную норму до 300 ГГц. Даже если 5G будет распространяться на максимуме в 100 ГГц, это все равно в три раза ниже предельной границы. Исследования международной научной академии SciProof также доказали, что сети пятого поколения безопасны для человека.

Дмитрий Чикрин, директор Института вычислительной математики и информационных технологий Казанского федерального университета (ИВМиИТ-ВМК КФУ):

«Мощность сетей 5G ниже мощности 4G в 10–100 раз. Они работают лучше: 5G не «распыляется» широким фронтом, а ориентирована на тех пользователей, которые на данный момент с этой сетью работают. Предыдущие поколения связи выпускали волны на всю окружающую среду, поэтому были менее эффективны. Из-за того что 5G работает индивидуально с каждым абонентом, она даже по сравнению с четвертым поколением намного безопаснее».

Возможное негативное влияние на человека

Несмотря на свою полезность, сильные источники электромагнитного излучения могут вызывать такие симптомы:

Интересное виде о влиянии ЭМ волн на человека:

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

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.

Как уменьшить опасность избытка излучения в квартире

И всё-таки какое излучение является самым опасным для человека?

Бесспорно, что гамма-излучение весьма «недружественно» относится к человеческому организму. Но и более низкочастотные электромагнитные волны способны причинить вред здоровью. Аварийное или плановое отключение электроэнергии дезорганизует наш быт и привычную работу. Вся электронная «начинка» наших квартир становится бесполезной, а мы, лишившись интернета, сотовой связи, телевидения оказываемся отрезанными от мира.

Весь арсенал электробытовых приборов в той или иной мере является источником электромагнитных излучений, снижающий иммунитет и ухудшающий функционирование эндокринной системы.

Была установлена связь между удалённостью места проживания человека от линий высоковольтных передач и возникновением злокачественных опухолей. В том числе и детской лейкемии. Эти печальные факты можно продолжать до бесконечности. Важнее выработать определённые навыки в их эксплуатации:

• при работе большинства бытовых электроприборов старайтесь выдерживать расстояние от 1 до 1,5 метра;
• располагайте их в разных частях квартиры;
• помните, что электробритва, безобидный блендер, фен, электрическая зубная щётка — создают достаточно сильное электромагнитное поле, опасное своей близостью к голове.

Источники излучения на улице

Любой житель города ежедневно сталкивается с множеством источников электроизлучения выходя на улицу. К наиболее мощным относятся:

• Антенны операторов мобильной связи;
• Трамваи, троллейбусы и питающие их провода;
• Высоковольтные линии электропередач.

Эти и другие источники ЭМП в сочетании друг с другом создают достаточно высокий фон излучения, который может быть опасным для здоровья. Даже расположенное под землей метро является таким источником. Ведь поезда метрополитена работают на электричестве. При этом излучают вдвое больше ЭМИ чем трамваи либо другой электротранспорт.

Космические старты: ЛБВ для спутников связи и исследований Марса

Одним из основных компонентов спутника связи являются передатчики именно на лампах бегущей волны. В 1960-е годы началась разработка малошумящих ЛБВ для спутниковых систем связи. Эти ЛБВ успешно работали на первых отечественных спутниках «Молния» и «Горизонт». Началось создание наземной системы «Орбита», которая к 1967 году позволила охватить аудиторию телезрителей до 30 миллионов человек. Разработанные на «Истоке» ЛБВ использовались и в передатчиках спутников-исследователей Венеры и Марса, а также в других направлениях освоения космоса. Сегодня вокруг Земли вращаются спутники связи с десятками фрязинских ЛБВ.

Сверхчастотные приборы за десятилетия космической эпохи доказали свою сверхвысокую надежность. Но новые космические старты впереди – сегодня «Росэлектроника» продолжает традиции. Холдинг представил на МАКС-2019 первую российскую бортовую лампу бегущей волны с охлаждением за счет инфракрасного излучения в открытый космос. Разработка позволяет снизить тепловую нагрузку на систему обеспечения терморегуляции космического аппарата более чем в два раза, что, в свою очередь, увеличивает стабильность работы спутника. Лампа бегущей волны УВ-А2014, разработанная «Росэлектроникой», может использоваться как в гражданских, так и в специальных спутниках связи. Ее выходная мощность составляет до 130 Вт, а коэффициент усиления – 50 дБ.

Новинка позволит отказаться от импортных ЛБВ, в настоящее время все еще используемых в российских космических аппаратах. Оригинальные идеи наших ученых, исследователей и конструкторов, которые уже на протяжении семи десятилетий ведут непрерывную работу в этой сфере, создают конкуренцию ведущим мировым производителям.

Компьютеры

Компьютеры последних поколений продуцируют поля двух видов:

Устаревшие мониторы с электронно-лучевой трубкой излучали рентгеновские волны. Модели LCD или LED лишены этого недостатка. Однако работающий компьютер генерирует ЭМИ в диапазоне частот от 20 до 300 МГц. Это достаточно интенсивное силовое поле, которое при систематическом воздействии способно вызывать негативные изменения в работе некоторых органов и систем организма. Это может выражаться в возникновении следующих симптомов:

• головные боли;
• слезоточивость;
• покраснение глазного яблока;
• расстройства сна и психики;
• повышение утомляемости;
• ухудшение мозговой деятельности.

Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение — это распространяющаяся в пространстве структура вихревого электрического и магнитного поля:

Рис. 1. Электромагнитная волна в пространстве.

Основными характеристиками электромагнитного излучения являются его амплитуда и частота. Интенсивность электромагнитного поля монотонно падает с расстоянием. Влияние же частоты на распространение электромагнитного излучения значительно сложнее. Поэтому основанием для выделения видов электромагнитного излучения является именно его частота.

Рис. 2. Частота электромагнитных колебаний.

Можно выделить следующие виды электромагнитного излучения.

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.

Видимая часть спектра

Д. К. Максвелл сделал вывод, что видимый свет — один из видов электромагнитных излучений, спектр видимого солнечного света состоит из семи цветов. Человек может увидеть, как в призме, преломляясь, свет распадается на семь цветов, может любоваться преломленным в каплях дождя светом, глядя на радугу.

Цвета распределены на шкале в соответствии с частотой и на шкале занимают маленький отрезок, умещаются в сравнительно небольшом диапазоне, но это все, что можно увидеть глазами. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, с меньшими и большими значениями, уже недоступны человеческому зрению.

Радуга

В радуге один цвет постепенно переходит в другой согласно определенной последовательности, отображающей распределение цветов при разделении луча видимого света белого цвета. Свойства цвета (красного, синего, желтого) определяются свойствами длины соответствующих волн.

Видимая часть солнечного спектра — часть спектра, которая при воздействии на орган зрения вызывает зрительные ощущения. Наиболее сильные отзывы в человеческом глазу вызывает желто-зеленый луч, остальные менее чувствительны. Лучи, видимые глазу, обладают длиной волны в пределах 400–760 нм. Глазу доступны некоторые более длинноволновые и более коротковолновые лучи при их достаточной интенсивности.

Свет важен для человека. Раздражая орган зрения, свет активизирует обмен веществ, улучшает самочувствие, вдохновляет, способствует повышению работоспособности. Можно заметить, что недостаточное освещение приводит к снижению активности, на предприятиях приводит к ошибкам, производственным травмам.

https://youtube.com/watch?v=3HFgTQbGXgU

Электромагнитная природа света

На заре изучения природы света до открытия электромагнитных световых волн существовали различные мнения. Так, история открытия гласит, что из рассуждений И. Ньютона развилась теория о свете как о потоке частиц, квантов, об электрических колебаниях, а из рассуждений Х. Гюйгенса — волновая теория света.Согласно квантовой теории, от источников энергии атомов последняя передается веществу, то же происходит и с энергией квантов. Волны светового спектра излучений обладают квантовыми свойствами.

Электромагнитная природа света была доказана и описана при помощи формул Д. К. Максвеллом.

Теоретическое исследование природы электромагнитных излучений принесло несомненную пользу человечеству. Явление стало применяться в медицине, быту, радиовещании и многих других областях.

https://youtube.com/watch?v=9ro3GqgA8NE

Автор статьи: Беспалова Ирина Леонидовна

Врач-пульмонолог, Терапевт, Кардиолог, Врач функциональной диагностики. Врач высшей категории. Опыт работы: 9 лет. Закончила Хабаровский государственный мединститут, клиническая ординатура по специальности «терапия». Занимаюсь диагностикой, лечением и профилактикой заболеваний внутренних органов, также провожу профосмотры. Лечу заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы.
Беспалова Ирина Леонидовна опубликовала статей: 515

Нейтронное излучение

• излучаются: нейтроны
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: километры
• скорость излучения: 40 000 км/с
• ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: высокое

Нейтронное излучение — это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Как действуют электромагнитные волны?

Ученые до середины 20-го века не принимали во внимание электромагнитное облучение, считая, что его кванты излучают меньше энергии, чем тепловое движение молекул, и совершенно безопасны для животного и растительного мира. Сегодня электромагнитные волны (ЭМВ) стали проблемой всего человечества, поскольку их неблагоприятное воздействие проявляется как на клеточном, так на организменном уровне. Механизм их воздействия до сих пор не изучен до конца, особенно это касается малоинтенсивных излучений

Считается, что проходя через тело, ЭМВ возбуждают электроны в веществах и активизируют биохимические процессы в организме человека. Например, волны частотой 850 МГц увеличивают активность молекул воды в 11 раз!

Механизм их воздействия до сих пор не изучен до конца, особенно это касается малоинтенсивных излучений. Считается, что проходя через тело, ЭМВ возбуждают электроны в веществах и активизируют биохимические процессы в организме человека. Например, волны частотой 850 МГц увеличивают активность молекул воды в 11 раз!

Из-за этого повышается температура тела, молекулы ионизируются и вызывают вторичные, более слабые электромагнитные излучения в живых тканях. Поскольку каждый орган работает на определенной частоте: сердце – 700 Гц, мозг во сне – 10 Гц, во время бодрствования – 50 Гц, источник электромагнитных волн, работающий на другой или аналогичной частоте, может нарушить нормальное функционирование органа и привести к развитию заболевания.

Похожие записи:

Распиновка витой пары или как обжать разъём сетевого интернет кабеля? Программа расчета сечения провода по мощности 6 способов найти скрытую проводку под штукатуркой Разбираемся с типовыми неисправностями блоков питания телевизоров Как сделать заземление в частном доме, на даче Как сделать подсветку в ванной комнате: как совместить дизайн и безопасность