Какими основными параметрами характеризуется электромагнитное поле

Основные параметры электромагнитных полей (ЭМП)

Для постоянного магнитного (магнитостатического) поля (ПМП) основной характеристикой является напряженность магнитного поля Н, измеряется в А/м.

В постоянном электрическом (электростатическом) поле (ЭСП) основной характеристикой является его напряженность Е, измеряется В/м.

(2.6.9)

где U – напряжение, В; l – расстояние, м.

(2.6.10)

где I – сила тока, А; r – радиус окружности силовых линий, вокруг проводника по которому течет ток, м.

При переменном электрическом поле возникает совокупность магнитного и электрического полей взаимно перпендикулярных по направлению и распространяющихся в пространстве в виде электромагнитных волн.

Электромагнитное излучение характеризуется длиной волны, напряженностью магнитного (Н) и электрического (Е) полей

, (2.6.11)

где с_1- скорость распространения радиоволн, равная скорости распространения света: 300000 км/с = м/с; Т- период колебания, с; f- частота колебания, Гц.

Область распространения ЭМП от источника условно разделяют на три зоны: ближнюю (зону индукции), промежуточную (зону интерференции), и дальнюю (волновую или зону излучения).

Это пространство считается зоной облучения. Если рабочее место расположено в зоне индукции, работающий будет подвергаться воздействию периодически меняющихся электрического и магнитного полей, и их интенсивность будет определяться соответственно величинами Е и Н. В зоне индукции между Е и Н существует произвольное соотношение в зависимости от вида электромагнитного излучения (ЭМИ).

Зона индукции (зона формирования) простирается на расстояние

Очевидно в ближайшей зоне (индукции) находятся рабочая зона установок с НЧ, СЧ, ВЧ и УВЧ. Поэтому в них контроль проводится по измерению параметров Е и Н. (в этой зоне и промежуточной зоне электромагнитная волна еще не сформирована).

Зона излучения (волновая зона) простирается на расстояние R>λ/(2П). В волновой зоне существует соотношение Е=377 Н.

А в дальней зоне (излучения) находятся рабочие места с источниками электромагнитного излучения с длиной волны менее 1м СВЧ. В этой зоне электромагнитная волна уже сформировалась, поэтому ЭМИ оценивается не по величинам Е и Н, а по плотности потока энергии (ППЭ), который проходит в 1 с через 1 м2 поверхности перпендикулярной направлению распространения волн (Вт/ м2).

Влияние электромагнитных полей радиочастот на организм человека.

Степень влияния ЭМП на организм человека зависит от интенсивности поля, характера диапазона частот, продолжительности нахождения человека в опасной зоне облучения. Пренебрежительное отношение людей к опасности облучения обусловлено недооценкой или незнанием опасности облучения, отсутствием быстрого появления отрицательных последствий для организма и неспособностью органов чувств обнаруживать облучение.

Длительное воздействие электромагнитных излучений низкой частоты вызывает функциональное нарушение центральной нервной системы, изменения в составе крови, сердечно- сосудистой системы (особенно при высокой напряженности ЭМИ).

Высокочастотное излучение вызывает в организме изменение условно- рефлекторной деятельности (торможение условных и безусловных рефлексов), падение кровяного давления, снижение пульса. Постоянное воздействие облучения может привести к стойким функциональным изменениям в нервной и сердечно- сосудистой системах.

При попадании человека в зону облучения, энергия магнитного поля частично поглощается его телом. Под действием высокочастотных полей в тканях возникают высокочастотные токи, сопровождающиеся тепловым эффектом. Электромагнитные поля при длительном воздействии могут вызывать повышенную утомляемость, раздражительность, головную боль, нарушение сна, понижение кровяного давления, изменение температуры тела и другие явления, связанные с расстройством центральной нервной и сердечно- сосудистой систем. Поля СВЧ, особенно сантиметрового и миллиметрового диапазонов, кроме того, вызывают изменения в крови, помутнение хрусталика (катаракта), ухудшение обоняния, а в отдельных случаях наблюдаются выпадение волос, ломкость ногтей и т.п.

Функциональные сдвиги, вызванные воздействием электромагнитных полей после прекращения облучения обратимы. При этом следует учитывать, что обратимость функциональных сдвигов не беспредельна. Она определяется интенсивностью облучения, продолжительностью воздействия, а также индивидуальными особенностями организма. Поэтому профилактика профессиональных заболеваний должна включать, наряду с разработкой технических средств защиты, организационные мероприятия. Одной из основных проблем является защита работников на их рабочих местах.

Гигиеническое нормирование электромагнитных излучений.

Гигиеническим критерием безопасного пребывания человека в электромагнитном поле промышленной частоты(50 Гц) с напряжением 400 кВ и более принята напряженность электрического поля (Е). Нормируется, при этом, время пребывания человека в зависимости от напряженности электрического поля. В соответствии с ГОСТ 12.002-84 «Электрические поля промышленной частоты»: предельно допустимый уровень (ПДУ) напряженности Е устанавливается равным 25 кВ/м; пребывание в зоне с напряженностью более 25 кВ/м без средств защиты запрещено. В таблице 2.6.5. приведено время безопасного пребывания людей в электрическом поле.

Источник

Характеристики электромагнитных полей

ЭМП характеризуются следующими параметрами.

Период и частота. Периодом Т электромагнитного колебания называют наименьший промежуток времени, по истечении которого повторяются значения всех величин, характеризующих колебание. Число полных колебаний за единицу времени Т называется частотой f электромагнитных колебаний:

Частота электромагнитного колебания (частота переменного ЭМП) имеет размерность герц (Гц). Кратными единицами являются килогерц (1 кГц = 103 Гц), мегагерц (1 МГц = 106 Гц) и гигагерц (1 ГГц = 109 Гц).

Круговой частотой ω переменного ЭМП называют число колебаний, которые совершаются за 2π единиц времени:

Угловая частота имеет размерность радиан в секунду. Электромагнитные поля частотой, равной нулю, называются статическими (электростатическими и магнитостатическими).

В технике чаше всего используют электротехническую шкалу источников ЭМП:

Скорость и длина волны. Электромагнитной волной называется распространяющееся в пространстве (или среде) переменное электромагнитное поле. Скорость ν, м/с, распространения электромагнитной волны определяется свойствами среды:

(5.13)

Длиной волны λ называется расстояние, на которое распространяется фронт электромагнитной волны за время Г, равное периоду колебаний в источнике (длину волны можно также определять как ближайшее расстояние между точками ЭМП с одинаковыми фазами, м):

Интенсивность. В гигиене труда интенсивность ЭМП характеризуется следующими величинами в диапазоне частот 0. 300 МГц:

Для поля в вакууме справедливо соотношение

В воздухе на расстояниях от источника, больших длины волны (в дальней зоне), напряженности Е и Н связаны простым соотношением

Пространство вокруг источника (излучателя) ЭМП условно делят на ближнюю (индукции) и дальнюю (излучения) зоны воздействия.

Ближняя зона (зона индукции). Под ближней зоной воздействия понимается зона, в которой электромагнитное (волновое) поле еще не сформировано на расстоянии r ≤ λ/6 от излучателя; как следствие этого, одна из составляющих поля намного меньше другой. В ближней зоне одна из составляющих (Е, В) поля слабо выражена. У таких источников ЭМП при воздействии на окружающую среду слабо выражена магнитная состааляющая напряженности. Ближняя зона (зона индукции) ограничена сферой радиусом r = λ/6, в которой излучатель находится в центре. В ближней зоне ЭМП характеризуется электрической составляющей поля Е (В/м). Поэтому в диапазонах 5. 8 частот (см. табл. 5.4) ЭМП оценивается электрической составляющей напряженности поля Е (В/м).

В случае одновременной работы нескольких источников в данной зоне принимается суммарное значение квадратов напряженности поля:

(5.18)

При одновременном воздействии нескольких источников суммарное значение параметров ЭМП определяют по формуле

(5.19)

Суммарная ППЭ_Σ от n источников на прилегающей территории для диапазонов 9. 11 частот равна:

(5.20)

При работе нескольких источников ЭМП различных диапазонов суммарное действие излучателей должно удовлетворять следующему требованию:

(5.21)

где E_0i предельно допустимый уровень напряженности электрического поля для i-го источника на границе санитарно-защитной зоны; — предельно допустимый уровень интенсивности излучения для l-го источника на границе санитарно-защитной зоны; — фактическое значение параметров; i = 1, 2. k; l = 1, 2. m.

Источник

Параметры электромагнитного поля и механизмы его воздействия на человека

Параметры электромагнитного поля

Существуют четыре основные векторные функции координат и времени, определяющие электромагнитное поле:

— напряженность электрического поля;

— напряженность магнитного поля;

— плотность тока проводимости;

Используя последнее соотношение из (1.1), можно вывести формулу:

Наличие связи (1.1) позволяет для характеристики электромагнитного поля в воздухе, а также в вакууме и вообще в любой изотропной среде использовать вместо четырех величин только две: либо или (обычно используют ), либо или (используют как ту, так и другую величину).

Определить электромагнитное поле в некоторой области пространства, например, в воздухе, значит определить векторы и или в каждый момент времени в каждой точке пространства.

Перечисленные выше векторные величины являются силовыми характеристиками электромагнитного поля. Так, является отношением силы, действующей на положительный точечный заряд и направленной вдоль скорости движения, если заряд движется, к заряду. В свою очередь, есть отношение силы, действующей на положительный точечный заряд и направленной перпендикулярно скорости движения, к произведению заряда на модуль скорости движения.

В Международной системе единиц (СИ) величины, связанные с электромагнитным полем, именуются электрическими. В качестве основной электрической величины выбрана сила электрического тока, с единицей измерения ампер, размерность которой (I) входит во все производные единицы измерения электрических величин.

В таблице 1.1 приведены основные величины, характеризующие электромагнитное поле и единицы их измерения.

Величины, характеризующие электромагнитное поле

Напряженность электрического поля

Кулон на квадратный метр

Напряженность магнитного поля

Ампер на квадратный метр

Плотность потока энергии электромагнитного поля

Ватт на квадратный метр

По временной зависимости величины, характеризующие электромагнитное поле, подразделяются на следующие основные виды:

1) постоянные (не зависящие от времени);

2) гармонические колебания;

3) произвольные периодические колебания;

6) модулированные колебания.

В случае произвольных периодических колебаний конец вектора () описывает в пространстве замкнутую кривую, форма которой может быть весьма сложной.

Более сложную структуру имеет система, состоящая из двух равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов (рисунок 1.2).

Наконец, самую простую структуру имеет электрическое поле равномерно заряженной плоскости (рисунок 1.3).

Так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются, то положительные заряды уйдут с заземленного тела в землю, и оно зарядится отрицательно. Поэтому в целом структура электрического поля будет похожа на структуру, изображенную на рисунок 1.2. Вблизи плоских участков обоих тел электрическое поле будет по структуре близко к однородному полю (рисунок 1.3), а вблизи острых кромок похоже на электрическое поле, изображенное на рисунок 1.1. Подобным образом можно проанализировать любую систему заряженных тел.

При этом модули напряженности электрического и магнитного полей убывают обратно пропорционально расстоянию от источника до точки наблюдения. Распространение электромагнитной волны сопровождается переносом энергии электромагнитного поля в направлении распространения волны. Плотность потока энергии электромагнитного поля р определяется по формуле:

Как уже отмечалось выше, напряженность электрического (магнитного) поля является векторной функцией времени и координат, и измерение ее в каждый момент времени и в каждой точке пространства не реально, да в этом и нет необходимости. Поэтому, когда говорят об измерении напряженности переменного электрического (магнитного) поля, то подразумевают, что речь идет об измерении одного или нескольких скалярных параметров напряженности электрического (магнитного) поля или электромагнитной волны.

Для характеристики периодических электромагнитных колебаний используют следующие параметры:

1) среднее квадратическое значение напряженности электрического поля :

2) среднее квадратическое значение проекции напряженности электрического поля на заданное направление

3) средние квадратические значения напряженности магнитного поля и магнитной индукции. Они определяются аналогичным образом. Соответствующие формулы получаются в результате замены Е на Н или В;

4) средняя плотность потока энергии электромагнитного поля в плоской волне.

Источник

Электромагнитные поля, характеристики, нормирование, воздействие на организм человека

Электромагнитные поля невидимы и действие их не обнаруживается органами чувств, что нередко порождает пренебрежительное отношение работающих к опасности электромагнитного облучения, недооценку его вредного действия на организм.

Электромагнитное поле– область распространения электромагнит­ных волн.

Электромагнитное поле характеризуется:

· частотой излучения f, Гц;

· скоростью распространения, км/c.

Электромагнитная волна распространяется в воздухе со скоростью света с = 300 000 км/с. Связь между длиной и частотой электромагнитной волны определяется зависимостью:

В настоящее время практически во всех отраслях промышленности и в быту широко используется электромагнитная энергия. По своему проис­хождению электромагнитное излучение (ЭМИ) и электромагнитный фон, создаваемый им, могут быть:

К природным электромагнитным полямотносятся квазистатиче­ские электрические и магнитные поля Земли, радиоизлучения Солнца и га­лактик, атмосферные разряды.

Техногенное ЭМИ может быть:

Известно, что мировые энергоресурсы удваиваются каждые 10 лет, а доля ЭМП в электроэнергетике за это время возрастает в три раза. Производственными источниками ЭМП являются:

— изделия, специально созданные для излучения электромагнитной энергии: радио- и телевизионные вещательные станции, радиолокацион­ные установки, физиотерапевтические аппараты, системы радиосвязи, тех­нологические установки в промышленности;

— устройства, не предназначенные для излучения электромагнитной энергии в пространство, но в которых при работе протекает электрический ток: системы передачи и распределения электроэнергии (линии электропе­редачи, трансформаторные и распределительные подстанции) и приборы, потребляющие электроэнергию (электродвигатели, электроплиты, холо­дильники, телевизоры и т.п.).

Электростатические полясоздаются в энергетических установках и при электротехнических процессах. В зависимости от источников обра­зования они могут существовать в виде собственно электростатического поля (поля неподвижных зарядов) или стационарного электрического поля (электрическое поле постоянного тока).

В промышленности ЭСП широко используются для электрогазоочи­стки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатическо­го нанесения лакокрасочных и полимерных материалов.

Статическое электричествообразуется при изготовлении, транс­портировке и хранении диэлектрических материалов, в помещениях вы­числительных центров, на участках множительной техники. Электростати­ческие заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возни­кать при движении диэлектрических жидкостей и некоторых сыпучих ма­териалов по трубопроводам.

Магнитные полясоздаются электромагнитами, соленоидами, уста­новками конденсаторного типа, литыми и металлокерамическими магни­тами и другими устройствами.

В ЭМП различаются три зоны, которые формируются на различных расстояниях от источника ЭМИ.

Первая зона – зона индукции (ближняя зона), охватывает промежу­ток от источника излучения до расстояния, равного примерно λ/2π ≈ 1/6 λ. В этой зоне электромагнитная волна еще не сформирована и поэтому элек­трическое и магнитное поля не взаимосвязаны и действуют независимо.

Вторая зона – зона интерференции (промежуточная зона), распола­гается на расстояниях примерно от λ/2π до 2πλ. В этой зоне происходит формирование электромагнитной волны и на человека действует электри­ческое и магнитное поля, а также оказывается энергетическое воздействие.

Третья зона – волновая зона (дальняя зона), располагается на рас­стояниях свыше 2πλ. В этой зоне электромагнитная волна сформирована, электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. На человека в этой зоне воздействует энергия волны.

Биологически значимыми являются электрические поля частотой 50 Гц, создаваемые воздушными линиями электропередачи и подстанция­ми. Напряженность магнитных полей промышленной частоты в местах размещения ЛЭП и подстанций сверхвысокого напряжения на 1 – 3 поряд­ка превышает естественные уровни магнитного поля Земли. Высокие уровни ЭМИ наблюдаются на территориях и за пределами территорий раз­мещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты.

Бытовой электромагнитный фон обусловлен работой бытовых электроприборов, радио- и телеприемников, микроволновых печей, радио­телефонов, компьютеров и т.д.

Оценка опасности воздействия ЭМИ на человекапроизводится по величине электромагнитной энергии, поглощенной телом человека. Реак­ция организма человека на составляющие ЭМП не является одинаковой, поэтому при оценке условий работы необходимо учитывать электриче­скую и магнитную напряженность поля. Неблагоприятные воздействия то­ков промышленной частоты проявляются только при напряженности маг­нитного поля порядка 160 – 300 А/м. Практически при обслуживании даже мощных электроустановок высокого напряжения магнитная напряжен­ность поля не превышает 20 – 25 А/м. Поэтому оценку потенциальной опасности воздействия ЭМП достаточно производить по величине элек­трической напряженности поля.

Электромагнитное полекак совокупность переменных электриче­ского и магнитного полей оценивается векторами напряженностей – элек­трической Е, В/м, и магнитной Н, А/м.

Фазы колебания векторов Е и Н происходят во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

На рис. 1 представлен частотный спектр электромагнитных волн.

Энергия ЭМП определяется плотностью потока энергии, Вт/м 2 :

Переменное магнитное поле частотой 50 Гц(СанПиН 2.2.4.11-25-2003) и постоянное магнитное поле(СН 9-85 РБ 98) характеризу­ются следующими параметрами: . магнитной индукцией В, Тл (тесла); . потоком магнитной индукции Ф, Bб (вебер); . напряженностью Н, А/м (ампер на метр).

Магнитная индукция— величина, чис­ленно равная силе, с которой магнитное поле действует на проводник длиной в 1 м с проте­кающим но нему током в 1 А и определяется:

Поток магнитной индукции— физиче­ская величина, характеризующая количество магнитной индукции, воздействующее на еди­ницу площади поверхности:

Напряженность— физическая величина, характеризующая магнит-

Н = В/ц_а, где ц_а — абсолютная магнитная проницаемость.

Величина абсолютной магнитной проницаемости определяется:

Спектр ЭМИ природного и техногенного происхождения, оказы­вающий влияние на организм человека, имеет диапазон волн от тысячи ки­лометров (переменный ток) до триллионной части миллиметра (космиче­ские энергетические лучи).

Электромагнитные поля классифицируются по частотным диапазо­нам или длине волны. Классификация волн, определяемая длиной (или частотой) волны, представлена в табл. 6.

Источник