Характеристики электромагнитного излучения

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света^[1].

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определенные более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и ее разделы) и радиофизика. Жестким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий^[2]; в соответствии с современными представлениями (см. Стандартная модель), при высоких энергиях электродинамика перестает быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при еще более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.

Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной^[3] из завершенных и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других — медицинских и биологических — позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей — фундаментальных и прикладных — таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

· наличие трёх взаимно перпендикулярных (в вакууме) векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.

· электромагнитные волны — это поперечные волны, 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.

431. Воздействие электромагнитных полей (ЭМП) на человека

Человек подвергается воздействию геомагнитного поля, электрического поля, постоянного магнитного поля, электромагнитного поля промышленной частоты (50 Гц), электромагнитных полей диапазона радиочастот (10 кГц – 300 ГГЦ).

Невозможно однозначно определить воздействие ЭМП на человека. Это определяется сложностью реакции человека на любые воздействия, включая ЭМП.

ЭМП слабой интенсивности широко применяются в медицине для лечения различных заболеваний. Это относится к полям разных частотных диапазонов:
для УВЧ-терапии используют волны метрового диапазона;
магнитные поля низких частот (50-300 Гц) применяются для лечения ишемической болезни сердца, заживления трофических язв и т.д.

ЭМП промышленной частоты вызывает повышение плотности тока в организме. Характеризуя действие ЭМП промышленной частоты, выделяют, в первую очередь, влияние на сосудистую и иммунную систему, особенно у людей, страдающих аллергией.

При воздействии на организм человека ЭМП сверхвысокой частоты (СВЧ) диапазона глубина проникновения в ткани составляет единицы сантиметров. Поглощаемая в поверхностном слое тела энергия приводит к повышению температуры. Люди, работающие под воздействием ЭМП СВЧ диапазона, быстро утомляются, жалуются на головные боли, боли в области сердца, у них увеличивается потливость, повышается раздражительность, становится тревожным сон и т.д.

При воздействии ЭМП линий электропередачи у обслуживающего персонала могут наблюдаться симптомы ухудшения здоровья.

Исследования, проводившиеся в Канаде, Германии и других странах, приводят к выводу, что имеется стойкая тенденция к росту риска заболевания раком и лейкемией у детей, проживающих вблизи высоковольтных линий электропередачи.