Виды и источники электромагнитных полей

Электромагнитные волны – это взаимосвязанное распространение в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей. Совокупность этих полей, неразрывно связанных друг с другом, называется электромагнитным полем (ЭМП).

Электромагнитное поле – это особый вид материи, характеризующийся непрерывным распределением в пространстве, способностью распространяться со скоростью света, способностью силового воздействия на заряженные частицы и токи, в процессе которого энергия поля преобразуется в другие виды энергии.

Электромагнитные поля бывают как переменные, так и постоянные.

Переменное ЭМП характеризуется векторами напряженности электрического Е (В/м) и магнитного Н (А/м) полей, фазы колебаний которых лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Длина электромагнитной волны составляет от долей мм до км. При распространении в вакууме или в воздухе Е = 377 Н.

Распространение электромагнитных волн связано с переносом энергии в поле. Вектор плотности потока энергии (мощности) электромагнитных волн, , Вт/м², определяется по формуле

. (8.1)

показывает, какое количество энергии протекает за 1 с сквозь площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно движению волны.

Согласно теории ЭМП пространство около источника переменного ЭМП делится на две зоны.

Ближняя зона (индукции) находится на расстоянии r = λ/6.

Здесь λ – длина волны, определяемая соотношением λ = с/f, а с – скорость распространения ЭМП (для вакуума она равна скорости света, для воздуха может считаться равной скорости света); f – частота электромагнитных колебаний, Гц.

Дальняя зона (излучения) находится на расстоянии r > λ/6.

В зоне индукции (ближняя зона) бегущая электромагнитная волна еще не сформировалась. Электрическое и магнитное поля считаются не зависящими одно от другого. В зоне излучения (дальняя зона) поле характеризуется бегущей электромагнитной волной, которая несет энергию, определяемую вектором ППЭ.

Исследованный в настоящее время диапазон электромагнитных волн включает:

- радиоволны λ > 10-2 см;

- инфракрасное излучение λ = 5 . 10-2 – 7,4 . 10-5 см;

- видимый свет λ = 7,4 . 10-5 – 4 . 10-5 см;

- ультрафиолетовое излучение λ = 4 . 10-5 – 10-7 см;

- рентгеновское излучение λ = 2 . 10-5 – 6 . 10-8 см;

- гамма-излучение λ < 2 ^. 10^-12 см.

Несмотря на то что длина электромагнитных волн и их свойства различны, все они, начиная от радиоволн и заканчивая гамма-излучением, – одной физической природы. Весь спектр электромагнитных полей (от 10³ до 10²⁴ Гц) разделен на частотные диапазоны:

- постоянные – электростатические поля, обусловленные образованием электрических зарядов;

- электромагнитные поля промышленной частоты (50 Гц);

- электромагнитные поля радиочастот (30 Гц – 300 МГц);

- электромагнитные поля сверхвысоких (СВЧ) радиочастот (300 МГц – 300 ГГц).

Источники электромагнитных полей могут быть естественные и искусственные (антропогенные).

ЭМП естественного происхождения создается электрическими и магнитными полями Земли, атмосферным электричеством и радиоизлучением Солнца и Галактики.

ЭМП Земли состоит из электрической и магнитной составляющих. Электрическая составляющая перпендикулярна поверхности Земли и убывает с высотой. Так, если у поверхности Земли Е = 130 В/м, то на расстоянии 9 км – 5 В/м.

Магнитная составляющая состоит из вертикальной и горизонтальной составляющих. Горизонтальная имеет максимум на экваторе (Н = 30 А/м), вертикальная – максимум на полюсах (Н = 60 А/м) и убывает до малых величин к экватору.

Атмосферное электричество обладает интенсивностью, зависящей от грозовой деятельности. Максимум грозовой деятельности отмечается на экваторе.

Радиоизлучение Солнца и Галактик характеризуется интенсивностью, зависящей от активности Солнца, и лежит в высокочастотном диапазоне.

Искусственные (антропогенные) ЭМП создаются источниками, широко распространенными в различных отраслях народного хозяйства, в быту, радиосвязи, медицине и т. п.

Сюда относятся антенные системы, генераторы СВЧ – энергии, высокочастотные трансформаторы, конденсаторы, линии электропередач высокого напряжения, лазерные установки, микроволновые печи, мониторы, компьютеры и др.

Электростатические поля

Электростатические поля (ЭСП) возникают в различных технологических процессах, а также в быту.

Статическое электричество – это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов изделий или на изолированных проводниках.

В основе процесса электризации лежит контакт между двумя телами и его последующее нарушение. Статическое электричество зачастую становится причиной нарушения технологии и повышает опасность возникновения пожаров.

Искровой разряд статического электричества может явиться причиной пожара и взрывов горюче-взрывчатых смесей.

Величина электрического заряда зависит от строения веществ, находящихся в контакте, состояния поверхностей, от площади соприкосновения тел и от величины давления одного тела на другое, от скорости отрыва.

ЭСП характеризуется энергией и напряженностью, измеряемой в киловольтах на метр (кВ/м). Разряды между человеком и оборудованием в случае возникновения ЭСП могут вызывать у человека болезненные ощущения, что может привести к резким движениям, потере ориентации при работе на высоте и к травме.

Предельно допустимое воздействие на человека зарядов статического электричества установлено в ГОСТ 12.1.045-84 «Электрические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля».

Регламентируется время нахождения в зоне в зависимости от напряженности электростатического поля:

- при напряженности 60 кВ/м время нахождения людей – не более 1 часа;

- при напряженности до 20 кВ/м – время не регламентируется.

При работе от 1 до 9 часов напряженность вычисляется по формуле

Е_ПДУ = 60/ , (8.2)

где t – время в часах.

Методы и средства защиты от электростатических полей. Различают две группы методов и средств, направленных на защиту от ЭСП.

Первая группа – профилактические мероприятия, позволяющие исключить или резко сократить появление зарядов СЭ. К этой группе относятся применение специальных материалов для трущихся поверхностей, имеющих низкий коэффициент трения; повышение относительной влажности воздуха; заземление металлических частей оборудования; применение антистатиков, антистатических присадок (увеличивающих электропроводность нефтепродуктов); использование СИЗ.

Вторая группа – активные мероприятия, направленные на устранение или нейтрализацию СЭ. К этой группе относятся применение индукционных, высоковольтных и радиоактивных нейтрализаторов, осуществляющих различными способами увеличение электропроводности.