Определение и виды электромагнитного поля

Федеральное агентство по образованию

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

 

 

А.Г. Овчаренко, А.Ю. Козлюк

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ЧЕЛОВЕКА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЯХ

Методические рекомендации к выполнению
практической работы по курсу «Безопасность
жизнедеятельности» для студентов
всех специальностей и форм обучения

 

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического

университета им. И.И. Ползунова

УДК 621.31

 

Рецензент: к.т.н., профессор Абанин В.А.

 

Работа подготовлена на кафедре производственной безопасности

и управления качеством

 

Овчаренко, А.Г. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях: методические рекомендации к выполнению практических работ по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей и форм обучения / А.Г. Овчаренко, А.Ю. Козлюк; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2008. – 38 с.

 

Методические рекомендации содержат основные сведения о видах и характеристиках электромагнитных полей, способах их классификации. Описаны влияния электромагнитных полей на индивидуальное здоровье человека.

Изложены основные принципы нормирования электромагнитных полей и методы защиты от воздействия электромагнитного поля.

 

 

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры
производственной безопасности и управления качеством

Бийского технологического института

 

 

Протокол № 02/08 от 28.01.08

 

 

УДК 621.31

 

© А.Г. Овчаренко, А.Ю. Козлюк, 2008

© БТИ АлтГТУ, 2008

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.. 6

1.1 Определение и виды электромагнитного поля. 6

1.2 Основные характеристики и классификация электромагнитных полей. 7

1.3 Основные источники электромагнитных полей. 12

1.3.1 Линии электропередач (ЛЭП) 12

1.3.2 Радиостанции и радиоаппаратура. 13

1.3.3 Радиолокационные станции. 14

1.3.4 Средства электронно-вычислительной техники и отображения информации 15

1.3.5 Электропроводка (внутри зданий и сооружений), электроприборы 16

1.3.6 Электротранспорт. 17

1.3.7 Мобильная связь (приборы, ретрансляторы) 18

1.4 Биологическое действие электромагнитного поля. 19

1.4.1 Влияние электромагнитного поля на нервную систему. 22

1.4.2 Влияние электромагнитного поля на иммунную систему. 22

1.4.3 Влияние электромагнитного поля на эндокринно-регулятивную систему 23

1.4.4 Влияние электромагнитного поля на половую систему. 23

1.4.5 Общее влияние электромагнитного поля на организм человека 23

1.5 Методы защиты от электромагнитного
воздействия. 24

1.5.1 Организационные мероприятия по защите населения от электромагнитных полей 26

1.5.2 Защита временем.. 26

1.5.3 Защита расстоянием.. 26

1.5.4 Инженерные мероприятия по защите людей от электромагнитного воздействия 27

1.6 Гигиеническое нормирование электромагнитных полей. 28

1.7 Расчет эффективности экранирования электромагнитных полей…………………………………………………………………….30

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА.. 35

3 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 36

ЛИТЕРАТУРА.. 37

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Методические рекомендации к практическим работам по курсу «Безопасность жизнедеятельности» составлены для студентов высших учебных заведений всех специальностей в соответствии с требованиями учебных программ Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.

Современное состояние биосферы вызывает озабоченность человеческого сообщества в связи с ее значительным электромагнитным «загрязнением». До 20-го столетия жизнь на Земле протекала под влиянием естественных электромагнитных полей (ЭМП). Вторая половина 20-го столетия ознаменовалась бурным развитием радиоэлектроники, систем беспроводной связи, электроэнергетики. Создаются мощные радиопередающие устройства, системы радиосвязи и телевидения, антенны которых преднамеренно излучают в пространство электромагнитную энергию. Биосфера «загрязняется» ЭМП техногенного происхождения. Интенсивность ЭМП, значения электрической и магнитной составляющих ЭМП в ряде случаев возросли во много раз. Возникла глобальная проблема электромагнитной безопасности человека в ЭМП.

В настоящее время локальным и фоновым электромагнитным энергетическим нагрузкам подвергаются люди всех возрастов. Места отдыха детей оснащены электрическими и электронными играми, компьютерами. Компьютеризуется учебный процесс в начальных, средних и высших учебных заведениях. Рабочие места работников промышленности, науки и вооружения, специалистов управленческих и диспетчерских служб, служб испытаний и спасения, летчиков и водителей электротранспорта насыщены электрическими приборами, электрокабелями, электронными средствами оргтехники, пультами управления и средствами связи. Все эти источники ЭМП расположены в зонах нахождения человека. Значительная часть населения планеты систематически облучается ЭМП от сотовых телефонов, антенны которых излучают электромагнитную энергию в области головы.

Действие на человека ЭМП не проходит бесследно. В медицине имеются неоспоримые доказательства негативных последствий (включая отдаленные последствия), вызванных длительными воздействиями как мощных, так и малоинтенсивных ЭМП. Эти поля воздействуют на нервную, эндокринную и сердечно-сосудистую системы, нарушают обмен веществ и морфологический состав крови, вызывают изменения репродуктивной функции и т. д.

Человек «беззащитен» перед ЭМП, «коварство» которых состоит в том, что их действие не ощущается органами чувств. Особенно это относится к магнитным полям (МП), для которых все биологические объекты «прозрачны».

Один из действенных способов защиты человека – установление предельно допустимых значений напряженностей и контроль параметров ЭМП, при которых жизни человека не угрожает электромагнитная опасность.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Определение и виды электромагнитного поля

 

Электромагнитное поле (ЭМП) – совокупность изменяющихся во времени электрического поля и магнитного поля. Поля связаны между собой непрерывным взаимным превращением, которое происходит в процессе движения ЭМП.

Электрическое поле (ЭП) – составляющая электромагнитного поля, которая окружает электрические заряды. ЭП создается как неподвижными заряженными частицами (телами), так и заряженными частицами, двигающимися в пространстве со скоростями, значительно меньшими, чем скорость ЭМП. ЭП неподвижных электрических зарядов называют электростатическим полем.

ЭП обладает массой, энергией, импульсом и с силой воздействует на заряженные частицы. Значение силы пропорционально электрическому заряду частицы и не зависит от ее скорости. Отличительная особенность ЭП состоит в том, что только оно оказывает силовое воздействие на неподвижные заряженные частицы.

Магнитное поле (МП) – составляющая электромагнитного поля, окружающая движущиеся заряды и намагниченные тела. МП не существует без движущихся зарядов и намагниченных тел, а они, в свою очередь, создают вокруг себя МП, которое обладает массой, энергией и импульсом.

МП отличается от других видов полей тем, что оно действует на движущийся электрический заряд с силой, пропорциональной заряду и его скорости. Сила направлена перпендикулярно к вектору скорости.

МП неподвижных намагниченных тел и проводников с постоянным током называют магнитостатическим или постоянным магнитным полем.

Электрическое поле, а также магнитное поле и вещество (включая живую материю) проницаемы друг для друга. Они могут занимать один и тот же объем.

Физической причиной существования электромагнитного поля является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле – вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. Поле неподвижной или равномерно движущейся частицы неразрывно связано с носителем (заряженной частицей). Однако при ускоренном движении носителей электромагнитное поле существует в окружающей среде независимо в виде электромагнитной волны, не исчезая с устранением носителя (например, радиоволны не исчезают при исчезновении тока в излучающей их антенне).

Отличие ЭМП от других видов полей состоит в том, что только ЭМП оказывает давление на поглощающую поверхность. Проявлением ЭМП является также силовое воздействие на заряженные частицы.

1.2 Основные характеристики и классификация
электромагнитных полей

 

Для описания ЭП используют три характеристики: две силовые – напряженность ЭП и электрическая индукция (смещение) и одну энергетическую – электрический потенциал (таблица 1).

Для описания магнитного поля также использую три характеристики: силовые – напряженность МП и индукция МП, энергетическая – скалярный магнитный потенциал (таблица 1).

ЭМП распространяется в пространстве в форме электромагнитной волны (ЭМВ) с постоянной скоростью, близкой к скорости света. ЭМВ характеризуются длиной волны (м) и частотой n (Гц).

ЭМП изменяется с той же частотой, что и ток, его образовавший. Расстояние, на которое распространяется поле за один период, называется длиной волны λ (м).

,

(1)

где с – скорость распространения электромагнитных волн

в воздушной среде (с=3·10⁸ м/с);

f – частота колебаний, Гц.

В ЭМП существует три зоны, которые различаются по расстоянию от источника ЭМП.

Зона индукции имеет радиус, равный

(2)

В этой зоне электромагнитная волна не сформирована и поэтому на человека действуют независимо друг от друга напряженность электрического и магнитного полей.

 

Таблица 1 – Основные характеристики ЭП и МП

Вид поля	Основные характеристики поля
Название	Определение	Примечание
Электрическое поле	Напряженность ЭП		– сила, действующая на точечное тело с зарядом q
Электрическая индукция		– абсолютная диэлектрическая проницаемость
Электрический потенциал	φ, В
Магнитное поле	Напряженность МП		– сила, действующая в вакууме на расположенный перпендикулярно к направлению поля проводник длиной l c током I
Индукция МП		– абсолютная магнитная проницаемость
Скалярный магнитный потенциал	φм, А

Зона интерференции (промежуточная) имеет радиус, определяемый по формуле

(3)

В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряженность ЭП и МП, а также плотность потока энергии (ППЭ, Вт/м²), численно равной их произведению.

Дальняя зона характеризуется тем, что это зона сформировавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человека воздействует только энергетическая составляющая ЭМП – плотность потока энергии. Если источник ЭМП имеет сверхвысокие частоты (СВЧ), то практически он создает вокруг себя зону энергетического воздействия – дальнюю зону, имеющую радиус

(4)

В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей:

E=377H,

где 377 – константа, волновое сопротивление вакуума, Ом.

Наиболее применяемыми являются классификация ЭМП по степени удаленности от источника поля («зональная» классификация) и классификация по частотам.

Согласно «зональной» классификации ЭМП разделяется на три зоны: ближнюю зону (зону индукции), промежуточную зону (зону интерференции) и дальнюю зону.

По частотному разделению ЭМП представляет собой широкий спектр. С учетом свойств ЭМП разделяют на следующие виды: звуковые волны, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, γ-излучение (таблица 2).

По общепринятой классификации международного консультативного комитета по радио спектр частот от 3 Гц до 3 ТГц разделен на 12 диапазонов (таблица 3).

 

Таблица 2 – Спектр частот электромагнитного поля [1]

Вид излучения	Длина волны, м	Частота волны, Гц	Источник излучения
Звуковые волны	Более 1,5·104	До 20·103	Источники электрической энергии, линии электропередачи, преобразователи энергии, электрооборудование, электроинструмент, станки, бытовая техника
Радиоволны	105 – 10-4	3·103 – 3·1011	Антенны и оборудование радио, радиолокационных и телевизионных станций
Инфракрасное излучение	5·10-4 – 8·10-7	3·1011 – 3,75·1014	Лампы, лазеры, нагретые тела

 

Продолжение таблицы 2

Видимое излучение	8·10-7 – 4·10-7	3,75·1014 – 7,5·1014	То же
Ультрафиолетовое излучение	4·10-7 – 10-9	7,5·1014 – 3·1015	То же
Рентгеновское излучение	2·10-9 – 6·10-12	3,0·1015 – 3·1019	Трубки рентгена, высоковольтные электровакуумные приборы
γ-излучение	До 6·10-12	Более 3·10-19	Радиоактивный распад, ядерные процессы, космические процессы

 

Таблица 3 – Классификация частот [1]

Частоты	Диапазон	Волны	Диапазон	Источник излучения, область применения
Ультранизкие, УНЧ	0-3 Гц	-	∞–100 Мм	Источники электроэнергии, электрооборудование
Крайне низкие, КНЧ	3-30 Гц	Декамегаметровые	100–10 Мм	Преобразователи энергии, электрооборудование, источники энергии
Сверхнизкие, СНЧ	30-300 Гц	Мегаметровые	10–1 Мм	Преобразователи энергии, электрооборудование, источники энергии, станки, электроинструмент, бытовая техника

 

Продолжение таблицы 3

Инфранизкие, ИНЧ	0,3–3 кГц	Гектокилометровые	1000–100 км	Источники энергии, станки, электроинструмент, бытовая техника, ламповые генераторы
Очень низкие частоты, ОНЧ	3–30 кГц	Мириаметровые	100–10 км	Радионавигация, радиотелефонная связь, подвижная связь
Низкие частоты, НЧ	30–300 кГц	Километровые (длинные)	10–1 км	Радионавигация, многопрограммное радиовещание, подвижная и фиксированная связь
Средние частоты, СЧ	0,3–3 МГц	Гектометровые (средние)	1–0,1км	Радионавигация, воздушная, морская, сухопутная и железнодорожная связь, радиолокация, космические исследования
Высокие частоты, ВЧ	3–30 МГц	Декаметровые (короткие)	100–10 м	Подвижная связь, метеорология, охранная сигнализация, космические исследования
Очень высокие частоты, ОВЧ	30–300 МГц	Метровые	10–1 м	Телевидение, метеорология, подвижная радиосвязь, радиоастрономия, железнодорожная и сельскохозяйственная радиосвязь, служба космических исследований
Ультравысокие, УВЧ	0,3–3 ГГц	Дециметровые	1–0,1 м	Телевидение, метеорология, радиолокация, сотовая связь, спутниковая связь, космические исследования

 

 

Продолжение таблицы 3

Сверхвысокие частоты, СВЧ	3–30 ГГц	Сантиметровые	10–1 см	Спутниковое телевидение, радиолокация, спутниковая связь, радионавигация, радиоастрономия, космические исследования
Крайне высокие частоты, КВЧ	30–300 ГГц	Миллиметровые	10–1 мм	Радиоастрономия, радиолокация, радионавигация, космические исследования, спутниковая связь
Гипервысокие частоты, ГВЧ	0,3–3 ТГц	Децимиллиметровые	1–0,1 мм	Научные и космические исследования, спутниковая связь