Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.
Характеристики электромагнитного излучения[]
Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту и длину волны. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. Скорость распространения электромагнитного излучения (фазовая) в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше.
Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения занимается наука — электродинамика.
Существуют различные теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения, например, «Квантовая теория поля» (для электромагнитного излучения, как правило, не применяется, а используется для моделирования «поведения» элементарных частиц), для описания свойств излучения используют, как правило, «Уравнения Максвелла», причём существуют упрощения в прикладных применениях, например для оптического излучения достаточно знания основных понятий оптики, а гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии.
Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:
- наличие трёх взаимноперпендикулярных векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.
- Электромагнитные волны — это поперечные волны (волны сдвига), в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.
Диапазоны электромагнитного излучения[]
Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.
Название диапазона | Длины волн, λ | Частоты, ν | Источники | |
---|---|---|---|---|
Радиоволны | Сверхдлинные | 100 — 10 км | 3 — 30 кГц | Атмосферные явления. Переменные токи в проводниках и электронных потоках (колебательные контуры). |
Длинные | 10 км — 1 км | 30 кГц — 300 кГц | ||
Средние | 1 км — 100 м | 300 кГц — 3 МГц | ||
Короткие | 100 м — 10 м | 3 МГц — 30 МГц | ||
Ультракороткие | 10 м — 2 мм | 30 МГц — 1,5×1011 Гц | ||
Оптическое излучение | Инфракрасное излучение | 2 мм — 760 нм| 1,5×1011 Гц — 6 ТГц (11 октав) | Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. | |
Видимое излучение | 760 — 400 нм | (1 октава) | ||
Ультрафиолетовое | 400 — 10 нм | < 3×1016 Гц (5 октав) | Излучение атомов под воздействием ускоренных электронов. | |
Жёсткие лучи | Рентгеновские | 10 — 5×10−3 нм | 3×1016 — 6×1019 Гц | Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц. |
Гамма | < 5×10−3 нм | > 6×1019 Гц | Ядерные и космические процессы, радиоактивный распад. |
Радиоволны. Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые или микрометровые. Волны с длиной λ < 1 м (ν > 300 МГц) принято также называть микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ).
Жёсткие лучи. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ.
Радиоволны[]
Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения.
Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.
Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.
Микроволновое излучение[]
Инфракрасное излучение (Тепловое)[]
Видимое излучение (Оптическое)[]
Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).
Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.
Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 градусов и светит ярко-жёлтым светом. Именно потому, что мы родились возле такой звезды, этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.
Излучение оптического диапазона возникает при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота его излучения. При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие.
Кроме теплового излучения источником и приёмником оптического излучения могут служить химические и биологические реакции. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии.
Ультрафиолетовое излучение[]
Жёсткое излучение[]
В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения. Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц. Оно появляется и при торможении быстрых заряженных частиц.
Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов[]
Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического и магнитного полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.
Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн можно описать с помощью соотношений электродинамики; а вот для волн оптического диапазона и, тем более, жестких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.
История исследований[]
В 1800 году английский учёный У. Гершель открыл инфракрасное излучение.
Существование электромагнитного излучения теоретически предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.
В 1865 году английский физик Дж. Максвелл расчитал теоретически скорость электромагнитных волн в вакууме.
В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём. Интересно, что Герц не верил в существование этих волн и проводил опыт, с целью опровергнуть выводы Максвелла.
Электромагнитная безопасность[]
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 существа[]
Существуют национальные и международные гигиенические нормативы уровней ЭМП, в зависимости от диапазона, для селитебной зоны и на рабочих местах.
Оптический диапазон[]
Существуют гигиенические нормы освещённости; также разработаны нормативы безопасности при работе с лазерным излучением.
Радиоволны[]
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.[1] 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 [2] [3]
- 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.»[4][5]
Проникающая неионизирующая радиация[]
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.
Влияние на радиотехнические устройства[]
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.
См. также[]
- Волна
- Радиобиология неионизирующих излучений
- Фотоэффект
- Электромагнитные колебания
- Эффект Комптона
- Внутреннее отражение электромагнитных волн
Литература[]
- Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 874 — 876. ISBN 5-85270-306-0 (БРЭ)
- Кудряшов Ю.Б., Перов Ю.Ф. Рубин А.Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. Учебник для ВУЗов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 184 с. - ISBN 978-5-9221-0848-5
Примечания[]
- ↑ В. Н. Дунаев «Электромагнитные излучения и риск популяционному здоровью при использовании средств сотовой связи» //Гигиена и санитария, № 6, 2007, с. 56—57
- ↑ ПДУ магнитных полей частот 50 Гц. Харьков, 1986, СН-3206-85.2
- ↑ Методические указания но гигиенической оценке основных параметров полей частотой 50Гц. Харьков, 1986. СН 3207-85
- ↑ Ю. Г. Григорьев //Гигиена и санитария, № 3, 2003, с. 14—16
- ↑ В. Н. Дунаев "Электромагнитные излучения и риск популяционному здоровью при использовании средств сотовой связи" //Гигиена и санитария, № 6, 2007, с. 56—57
an:Radiazión eletromannetica ar:موجة كهرومغناطيسية bg:Електромагнитно излъчване bs:Elektromagnetno zračenje ca:Radiació electromagnètica cs:Elektromagnetické záření da:Elektromagnetisk stråling de:Elektromagnetische Welle el:Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία en:Electromagnetic radiation eo:Elektromagneta ondo es:Radiación electromagnética et:Elektromagnetlaine eu:Erradiazio elektromagnetiko fi:Sähkömagneettinen säteily fr:Rayonnement électromagnétique gl:Radiación electromagnética gu:વિદ્યુત-ચુંબકીય તરંગો he:קרינה אלקטרומגנטית hi:विद्युतचुंबकीय विकिरण hr:Elektromagnetsko zračenje hu:Elektromágneses hullám id:Radiasi elektromagnetik is:Rafsegulgeislun it:Radiazione elettromagnetica ja:電磁波 jbo:dicmakseldi'e ko:전자기파 li:Elektromagnetische straoling lt:Elektromagnetinė banga ms:Sinaran elektromagnet nl:Elektromagnetische straling nn:Elektromagnetisk stråling no:Elektromagnetisk stråling om:Electromagnetic radiation pl:Promieniowanie elektromagnetyczne pt:Radiação electromagnética qu:Iliktrumaqnitiku illanchay ro:Radiaţie electromagnetică sh:Elektromagnetsko zračenje simple:Electromagnetic radiation sk:Elektromagnetické žiarenie sl:Elektromagnetno valovanje sr:Електромагнетно зрачење su:Gelombang éléktromagnétik sv:Elektromagnetisk strålning ta:மின்காந்த அலைகள் th:คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า tr:Elektromanyetik ışın uk:Електромагнітна хвиля vi:Bức xạ điện từ zh:电磁波 zh-min-nan:Tiān-chû-pho zh-yue:電磁波