Магнитное поле и электромагнитное поле в чем разница

На улице, в офисах, дома и на рабочих местах окружающая нас естественная и искусственная среда генерирует электрические и магнитные силы разной величины. В связи с этим возникает два важных вопроса: (1) вызывает ли воздействие этих сил на человека какие-либо вредные последствия для здоровья, и (2) какие ограничения могут быть установлены, при попытке определить пределы (лимиты) «безопасной» экспозиции такого рода?

В этой статье рассматриваются статические электрические и магнитные поля. Описываются исследования, проведенные на работниках различных отраслей, а также на животных. Эти исследования не смогли продемонстрировать каких-либо ясно выраженных вредных биологических эффектов при тех уровнях экспозиции электрическим и магнитным полям, с которыми мы, обычно, сталкиваемся в повседневной деятельности. Тем не менее, в статье предпринята попытка обсудить усилия ряда международных организаций по выработке директив по защите рабочих и населения от любого потенциально опасного уровня экспозиции.

Определение терминов
Когда на объект, например электрический проводник, воздействует напряжение или электрический ток, то он (проводник) заряжается. При этом возникают силы, которые начинают воздействовать на заряды, расположенные вблизи от этого проводника. Можно выделить два типа сил: силы, возникающие из-за стационарных электрических зарядов и известные как электростатические силы, и силы, возникающие только при движении зарядов (электрического тока в проводнике) и известные как магнитная сила. Для описания существования и пространственного распределения этих сил физики и математики создали концепцию поля. Таким образом, говорят о поле силы, или просто об электрических и магнитных полях.

Термин » статический» описывает ситуацию, когда все заряды неподвижны в пространстве, или движутся как непрерывный поток. В результате, как заряд, так и плотность тока постоянны во времени. В случае с неподвижным зарядом, мы имеем электрическое поле, напряженность которого в любой точке пространства зависит от величины и геометрии всех зарядов. В случае с непрерывным током в контуре, мы имеем постоянные во времени электрическое и магнитное поля (статические поля), поскольку плотность заряда в любой точке контура не изменяется.

Электричество и магнетизм, это — явления, отличающиеся друг от друга до тех пор, пока заряды и ток статичны. В ситуации такой статики исчезает любая взаимосвязь между электрическими и магнитными полями, и поэтому их можно рассматривать по отдельности (в отличие от ситуации с изменяющимися во времени полями). Статические электрические и магнитные поля четко характеризуются непрерывной, независимой от времени напряженностью и соответствуют пределу нулевой частоты в диапазоне сверхнизких частот (ELF).

Статические электрические поля

Естественная и профессиональная экспозиция
Статические электрические поля создаются электрически заряженными телами, в которых электрический заряд индуцируется на поверхности объекта, находящегося внутри статического электрического поля. Как следствие, электрическое поле на поверхности объекта, особенно с малым радиусом (например, в точке) может быть больше, чем невозмущенное электрическое поле (то есть, поле, без присутствия в нем объекта). Поле внутри объекта может быть очень маленьким или нулевым. Электрические поля воспринимаются электрически заряженными объектами как сила. Например, на волосяной покров тела воздействует сила, которую человек может ощущать.

В среднем, поверхностный заряд Земли отрицателен, хотя верхние слои атмосферы несут в себе положительный заряд. Результирующее статическое электрическое поле около поверхности Земли имеет напряженность приблизительно 130 V/m. Это поле уменьшается по мере увеличения высоты, и его величина составляет приблизительно 100 V/m на высоте над уровнем моря 100 m, 45 V/m — на высоте 1 km, и менее 1 V/m — на 20 km. Реальные величины широко варьируются в зависимости от локального профиля температуры и влажности, и присутствия ионизированных примесей. Например, под грозовыми облаками, и по мере их приближения, происходят большие изменения поля на уровне Земли, поскольку, обычно, нижняя часть облака заряжена отрицательно, в то время как верхняя его часть содержит положительный заряд. Кроме того, между облаком и Землей существует свободное пространство. По мере приближения облака, поле на уровне Земли может сначала увеличиваться, а затем уменьшаться. При этом Земля становится заряженной положительно. Во время этого процесса, даже при отсутствии в этом месте молний, можно наблюдать поля от 100 V/m до 3 kV/ m. Полное изменение полей происходит очень быстро, в течение одной минуты, и большая напряженность поля может сохраняться на протяжении всей грозы. Обычные облака, так же, как и грозовые, содержат электрические заряды и, поэтому, сильно влияют на электрическое поле на уровне Земли. Большие, до 200%, отклонения от величины поля при ясной погоде могут возникать в случае тумана, дождя и естественно возникающих крупных и мелких ионов. Изменения электрического поля во время дневного цикла могут ожидаться даже при абсолютно ясной погоде. За эти суточные вариации, возможно, несут ответственность довольно регулярные изменения локальной ионизации, температуры или влажности, возникающие вследствие этого изменения в электрической проводимости атмосферы около Земли, а также механический перенос заряда локальным движением воздуха.

Стандартные уровни созданных человеком в офисах и домах электростатических полей колеблются в диапазоне от 1 до 20 kV/m. Эти поля часто возникают вокруг высоковольтного оборудования, например, телевизоров и мониторов (VDUs) или создаются трением. Линии передачи постоянного тока создают как статическое электрическое, так и магнитное поле и являются экономичным средством распределения энергии в условиях больших расстояний.

Статические электрические поля широко используются в таких отраслях промышленности, как химическая, текстильная, авиационная, бумажная, резиновая и транспорт.

Биологические эффекты
Экспериментальные исследования дают слишком незначительные биологические доказательства того, чтобы говорить о каких-либо вредных эффектах воздействия статических электрических полей на здоровье человека. Несколько проведенных на животных исследований также не добыли никаких данных, свидетельствующих о вредных генетических эффектах, росте опухолей, или воздействии полей на эндокринную или сердечно-сосудистую систему. (В таблице 49.9 дан обзор этих исследований на животных).

Таблица 49.9 Исследования на животных, подвергавшихся экспозиции статическим электрическим полям

Биологические объекты воздействия

Отмеченные эффекты

Условия экспозиции

Гематология и иммунология

Изменения во фракциях альбумина и глобулина в белках сыворотки у крыс.
Реакции неустойчивы

Нет существенных отличий в количестве клеток крови, белках крови или химии крови у мышей.

Непрерывная экспозиция полям от 2.8 до kV/m
В возрасте с 22 до 52 дней

Экспозиция полю 340 kV/m в течение 22 ч/день, всего 5,000 часов

Нервная система

Стимуляция существенных изменений, наблюдаемых на ЭЭГ крыс.
Однако нет ясных признаков устойчивых реакций

Нет существенных изменений в концентрации и степени использования различных нейротрансмиттеров в мозгу мужских особей крыс

Экспозиция электрическому полю с напряженностью до 10 kV/m

Экспозиция полю 3 kV/m в период до 66 часов

Поведение

Недавние, тщательно проведенные исследования предполагают отсутствие эффектов воздействия на поведение грызунов

Вызывание поведения дозо-зависимого избегания у мужских особей без влияния на ионы воздуха

Экспозиция полю с напряженностью до 12 kV/m

Экспозиция HVD электрическим полям в диапазоне 55 — 80 kV/m

Репродукция и развитие

Нет существенных различий в общем количестве потомства или проценте выживающих мышей

Экспозиция полю 340 kV/m 22 ч/день перед, во время и после беременности

Для оценки эффекта воздействия статического электрического поля на клетки не проводилось никаких исследований на живых организмах.

Теоретические расчеты предполагают, что статическое электрическое поле индуцирует заряд на поверхности тела людей, подвергающихся экспозиции. Этот заряд может ощущаться при его разрядке на заземленный объект. При достаточно высоком напряжении, воздух ионизируется и становится способным проводить электрический ток, например, между заряженным объектом и заземленным человеком. Пробивное напряжение зависит от ряда факторов, к которым, в частности, относятся форма заряженного объекта и атмосферные условия. Стандартная величина соответствующей напряженности электрического поля находится в диапазоне от 500 до 1200 kV/m.

Отчеты, поступающие из некоторых стран, свидетельствуют о том, что ряд операторов мониторов перенесли кожные расстройства. Однако точная взаимосвязь этих расстройств с работой у монитора непонятна. Было высказано предположение о том, что статические электрические поля на рабочих местах с мониторами могут являться возможной причиной кожных расстройств. Существует также возможность того, что в возникновении кожных расстройств «замешан» электростатический заряд оператора. Однако какая-либо взаимосвязь между электростатическими полями и кожными расстройствами все еще должна рассматриваться только как гипотеза, основанная на доступных результатах исследований.

Измерение, предупреждение и стандарты экспозиции
Измерения напряженности статического электрического поля могут быть ограничены измерениями напряжения или электрических зарядов. Можно приобрести несколько электростатических вольтметров, которые позволяют проводить точные измерения электростатических источников или других источников с высоким импедансом (полным сопротивлением) без физического контакта. Для уменьшения отклонений (low drift) в показаниях приборов можно использовать электростатический прерыватель, а для точности измерений и нечувствительности прибора к расхождению между зондом и поверхностью можно применять отрицательную обратную связь. В некоторых случаях во время измерения электростатический электрод «проверяет» поверхность через маленькое отверстие в основании сборки зонда. Прерванный сигнал переменного тока, индуцированный на этом электроде, пропорционален разности напряжений проверяемой поверхности и сборки зонда. Адаптеры градиента (Gradient adapters) также используются в качестве дополнения к электростатическим вольтметрам и позволяют применять их для измерения напряженности электростатического поля. При этом возможно прямое считывание (в вольтах на метр) разницы
между проверяемой поверхностью и заземленной пластиной адаптера.

Не существует надежных данных, которые могли бы выступить в роли директив для разработки основных лимитов экспозиции человека статическим электрическим полям. В принципе, лимиты экспозиции могут быть выведены из показателя минимального пробойного напряжения в воздухе. Однако напряженность поля, воздействующая на человека в электростатическом поле, изменяется в зависимости от ориентации и формы тела. Это должно приниматься во внимание при попытке создать приемлемый лимит напряженности.

Пороговые значения лимитов (TLVs) были рекомендованы Американской конференцией правительственных промышленных гигиенистов (ACGIH 1995). Эти значения относятся к максимальной напряженности статического электрического поля на незащищенном рабочем месте, которая представляет собой условия, в которых практически все рабочие могут неоднократно подвергаться экспозиции без вредных для здоровья последствий. В соответствии с рекомендациями ACGIH, профессиональная экспозиция не должна превышать напряженности статического электрического поля, равной 25 kV/m. Это значение должно использоваться как руководство в контроле экспозиции и, из-за индивидуальной чувствительности, не должно рассматриваться как четкая граница между безопасными и опасными уровнями. (Этот лимит относится к напряженности полей в воздухе, вдали от поверхности проводников, где искровые разряды и контактные токи могут представлять серьезную опасность, и может использоваться для ограничения как частичной, так и полной экспозиции тела.) Необходимо устранить незаземленные объекты, заземлить их или использовать изолирующие перчатки для обращения с незаземленными объектами. Осторожность диктует использование защитных приспособлений (например, костюмов, перчаток и изоляции) во всех полях, превышающих 15 kV/m.

По мнению ACGIH, существующей информации о реакциях человека и возможных биологических эффектах воздействия статических электрических полей недостаточно для разработки надежных пороговых значений лимитов взвешенной по времени средней экспозиции. Рекомендуется, чтобы, при отсутствии специальной информации по электромагнитной интерференции, предоставляемой производителем, экспозиция пользователей пейсмекеров и других электронных медицинских приборов поддерживалась на уровне не более 1 kV/m.

В Германии, в соответствии со стандартом DIN, профессиональная экспозиция не должна превышать напряженности статического электрического поля 40 kV/m. Для кратковременной экспозиции (до двух часов в день) разрешено использование более высокого лимита, равного 60 kV/m.

В 1993 году Национальный Совет по радиологической защите (NRPB 1993) дал совет по приемлемым ограничениям экспозиции людей электромагнитным полям и излучению. Эти ограничения охватывают как статические электрические, так и магнитные поля. В документе NRPB описаны уровни исследований по сравнению значений измеренных величин поля для определения того, достигнуто ли их соответствие основным лимитам. Если поле, воздействию которого подвергается человек, превышает соответствующий уровень исследования, то необходимо проверить его (поля) соответствие основным ограничениям. Факторы, которые могут учитываться при такой оценке, включают в себя, например, эффективность соединения человека с полем, пространственное распределение поля в объеме, занятом человеком, и длительность экспозиции.

По мнению NRPB, невозможно рекомендовать базовые ограничения для предотвращения возникновения прямых эффектов воздействия статических электрических полей на человека. Дается только рекомендация по предупреждению возникновения раздражающих эффектов прямого восприятия поверхностного электрического заряда и косвенных эффектов, например, электрического шока. Для большинства людей раздражающее восприятие поверхностного электрического заряда, ощущающееся прямо на теле, не возникает во время экспозиции статическому электрическому полю с напряженностью менее чем 25 kV/m, то есть такой же, как напряженность поля, рекомендованная ACGIH. Во избежание искровых разрядов (косвенных эффектов), вызывающих стресс, NRPB рекомендует ограничить контактные постоянные токи силой менее 2 mA. Электрический шок от источника с низким полным сопротивлением может быть предотвращен за счет создания процедур обеспечения электрической безопасности, соответствующих такому оборудованию.

Статические магнитные поля

Естественная и профессиональная экспозиция
Тело относительно прозрачно для статических магнитных полей. Такие поля взаимодействуют непосредственно с магнитно-анизотропными материалами (показывающих свойства с разными значениями при измерении вдоль осей в разных направлениях) и движущимися зарядами.

Естественное магнитное поле является суммой внутреннего поля, связанного с действием Земли как постоянного магнита, и внешнего поля, генерируемого в окружающей среде такими факторами, как солнечная активность или атмосферные помехи. Внутреннее магнитное поле Земли возникает из-за электрического тока, протекающего по верхнему слою земного ядра. Существуют значительные локальные различия в напряженности этого поля, средняя величина которого варьируется от, приблизительно, 28 A/m на экваторе (соответствуя плотности магнитного потока около 35 mT в немагнитном материале типа воздуха) до, примерно, 56 A/m на геомагнитных полюсах (что соответствует примерно 70 mT в воздухе).

Искусственные поля на много порядков сильнее полей естественного происхождения. Искусственные источники статического магнитного поля включают в себя все устройства, имеющие провода, переносящие прямой ток. К ним относятся многие виды промышленных устройств и оборудования.

В линиях передач энергии постоянного тока статические магнитные поля создаются движущимися зарядами (электрическим током) в двухпроводной линии. Для воздушной линии, плотность магнитного потока на уровне земли составляет, примерно, 20 mT при линии

Технологические процессы

Уровни экспозиции

Энергетические технологии

Реакторы термоядерного синтеза

Краевые поля до 50 mT в зонах, доступных персоналу.
Менее 0.1 mT за пределами реакторного участка

Магнитогидродинамические системы

Приблизительно 10 mT на расстоянии примерно 50 m;
100 mT только на расстоянии более 250 m

Сверхпроводящие системы хранения магнитной энергии

Краевые поля до 50 mT в местах, доступных операторам

Сверхпроводящие генераторы и линии передач

Краевые поля проектируются так, чтобы быть меньше 100 mT

Исследовательские сооружения

Пузырьковые камеры

Во время замены кассет с пленкой, поле составляет примерно 0.4-0.5 T на уровне ног и примерно 50 mT на уровне головы

Сверхпроводящие спектрометры

Около 1 T в местах, доступных для операторов

Ускорители частиц

Персонал редко попадает под воздействие поля, поскольку исключен из зоны высокого излучения.
Исключения возникают только во время обслуживания оборудования/ремонта

Блок разделения изотопов

Краткая экспозиция полям до 50 mT
Обычно, уровни поля менее 1 mT

Промышленность

Производство алюминия

Уровни до 100 mT в местах, доступных операторам

Электролитические процессы

Средний и максимальный уровень поля примерно 10 и 50 mT соответственно

Производство магнитов

2-5 mT на руках у рабочего; в диапазоне 300 — 500 mT на уровне грудной клетки и головы

Медицина

Получение изображения методом ядерного магнитного резонанса и спектроскопия

Неэкранированный 1-T магнит создает поле примерно 0.5 mT на расстоянии 10 m, а неэкранированный 2-T магнит создает такую же экспозицию на расстоянии 13 m

Биологические эффекты
Свидетельства, полученные в ходе экспериментов с лабораторными животными, говорят о том, что при плотности статического магнитного потока, равной или меньше 2 T, не наблюдается существенных эффектов воздействия поля на многие факторы развития, поведения или физиологии. Исследования на мышах также не выявили какого-либо ущерба для утробного плода при экспозиции магнитным полям, не превышающим 1 T.

Теоретически, в сильном магнитном поле магнитные эффекты могут задерживать протекание крови и вызывать подъем кровяного давления. Сокращение кровотока, максимально, на несколько процентов может ожидаться при 5 T, но при 1.5 T подобное сокращение у исследовавшихся людей замечены не были.

Некоторые исследования на рабочих, занятых в производстве постоянных магнитов, выявили различные субъективные симптомы и функциональные расстройства: раздражительность, усталость, головную боль, потерю аппетита, брадикардию (замедленное сердцебиение), тахикардию (ускоренное сердцебиение), пониженное кровяное давление, измененную ЭЭГ, зуд, жжение и онемение. Однако недостаточный статистический анализ и оценка влияния физических или химических опасностей в рабочей среде значительно уменьшают достоверность этих отчетов и затрудняют их оценку. Хотя исследования и не дают результата, они все же предполагают, что, если в действительности и возникают долгосрочные эффекты, то они очень незначительны. Также не было отмечено никаких реальных кумулятивных эффектов.

У людей, подвергавшихся воздействию магнитного потока плотностью 4T, отмечалось возникновение сенсорных эффектов, связанных с движением в поле. К таким эффектам относились, например, вертиго (головокружение), чувство тошноты, металлический привкус во рту и магнитные ощущения при движении глаз или головы. Однако два эпидемиологических исследования совокупных данных о состоянии здоровья рабочих, хронически подвергавшихся воздействию статического магнитного поля, не смогли выявить какие-нибудь значительные последствия этой экспозиции для здоровья. Данные о состоянии здоровья 320 рабочих были получены на предприятиях, использующих большие электролитические камеры для процессов химического разделения. Средний уровень статического поля в рабочей среде составлял 7.6 mT, а максимальное поле достигало 14.6 mT. Небольшие, но в пределах нормы, изменения в количестве лейкоцитов были обнаружены у группы, подвергшейся экспозиции, в отличие от 186 человек контрольной группы. Ни одно из наблюдавшихся временных изменений кровяного давления или других показателей крови не было сочтено проявлением серьезного вредного эффекта, связанного с экспозицией магнитному полю. В другом исследовании оценивалась частота случаев заболевания у 729 рабочих, подвергавшихся профессиональной экспозиции статическим магнитным полям. Контрольная группа состояла из 792 не подвергавшихся экспозиции рабочих, которые совпадали по возрасту, расе и социально-экономическому статусу с представителями первой группы. Диапазон экспозиции магнитному полю варьировался от 0.5 mT для продолжительных промежутков времени до 2 T для периодов в несколько часов. Никаких статистически важных изменений в частоте случаев заболевания 19 видами болезней в группе, подвергавшейся экспозиции, по сравнению с контрольной группой, не наблюдалось. Никаких различий в уровне заболеваемости не было выявлено и в подгруппе из 198 рабочих, которые подвергались воздействию поля 0.3 T или больше на один час и долее, по сравнению с остальными участниками группы или соответствующими представителями контрольной группы.

Отчет по обследованию рабочих алюминиевой промышленности описывал возрастание уровня смертности от лейкемии. Хотя это эпидемиологическое исследование выявило повышенный риск рака для людей, непосредственно связанных с производством алюминия, где рабочие подвергаются воздействию больших статических магнитных полей, на сегодняшний день, не существует очевидных свидетельств для определения того, какие точно канцерогенные факторы рабочей среды ответственны за это. Процесс, применяющийся для выделения алюминия из руды, создает жидкие продукты перегонки угля, летучие смолы, фтористые испарения, оксиды серы и углекислый газ. Некоторые из этих соединений могут быть более вероятными кандидатами на создание вызывающих рак эффектов, чем экспозиция магнитному полю.

В исследовании, проведенном среди рабочих алюминиевой промышленности Франции, смертность от рака и совокупная смертность (от всех возможных причин) весьма незначительно отличались от смертности, наблюдавшейся среди всего мужского населения Франции (Мюр (Mur) и др. 1987).

Другой негативный результат, связывающий экспозицию магнитным полям с возможным раковым исходом, получен от изучения группы рабочих хлорощелочной установки, где постоянные токи силой 100 kA DC, применявшиеся для электролитического производства хлорина, вызывали увеличение плотности статических магнитных потоков на рабочих местах с 4 до 29 mT. Полученное в итоге наблюдений число случаев рака у этих рабочих за 25-летний период незначительно отличалось от ожидаемого результата.

Измерение, предупреждение и стандарты экспозиции
В течение последних тридцати лет измерения магнитного поля прошли большой путь развития. Прогресс в технике сделал возможным создание новых методов измерений и совершенствование старых.

Два наиболее популярных вида «зондов» для магнитного поля, это — экранированная катушка и зонд Холла (Hall probe). Большинство коммерчески доступных измерителей магнитного поля используют один из этих зондов. В последнее время, в качестве сенсоров для магнитных полей предлагаются другие полупроводниковые приборы, а именно, биполярные и FET транзисторы. Они предлагают некоторые преимущества по сравнению с зондом Холла: более высокую чувствительность, большее пространственное разрешение и более широкую частотную реакцию.

Основой техники проведения измерений с использованием ядерного магнитного резонанса (NMR) является определение резонансной частоты тестового образца в магнитном поле, которое должно быть измерено. Это — абсолютное измерение, которое может быть выполнено с очень высокой точностью. Измерительный диапазон этого метода колеблется от 10 mT до 10 T без определенных ограничений. При измерениях поля методом протонного магнитного резонанса точность

Характеристики экспозиции

Плотность магнитного потока

Профессиональная

Целый рабочий (средняя взвешенная по времени)

200 mT

Максимальное значение

Конечности

Население

Непрерывная экспозиция

40 mT

Случающийся время от времени доступ населения в специальные сооружения с плотностью магнитного потока, превышающей 40 mT, может быть разрешен только при соответствующим образом контролируемых условиях и гарантиях того, что не будут превышены лимиты профессиональной экспозиции.

Лимиты экспозиции ICNIRP были разработаны для гомогенного (однородного) поля. Для негомогенных (неоднородных) полей (вариации внутри поля) средняя плотность магнитного потока должна измеряться для площади 100

Электромагнитные поля и влияние их на организм человека

Электромагнитное поле (ЭМП) – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

ЭМП состоит из двух составляющих: электрического поля, которое создается электрическими зарядами заряженными частицами в пространстве и магнитного поля, которое создается при движении электрических зарядов по проводнику.

Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля (Е, В/м), магнитное поле – напряженностью магнитного поля (Н, А/м). Физической причиной существования ЭМП является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а магнитное поле – вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. ЭМП характеризуется длиной волны (м) и частотой (Гц).

Электромагнитные волны как правило классифицируются по частотам и длине волны. По частотному и волновому диапазону электромагнитные волны подразделяются: на крайне низкие, КНЧ (3-30Гц) – декамегаметровые (100-10Мм); сверхнизкие, СНЧ (30-300Гц) – мегаметровые (10-1Мм); инфранизкие, ИНЧ (0,3-3Кгц) – гектокилометровые (1000-100км); очень низкие, ОНЧ (3-30Кгц) – мириаметровые (100-10км); низкие частоты, НЧ (30-300Кгц) – километровые (10-1км); средние, СЧ (0,3-3МГц) – гектометровые (1-0,1км); высокие, ВЧ (3-30МГц) – декаметровые (100-10м); очень высокие, ОВЧ (30-300МГц) – метровые (10-1м); ультравысокие, УВЧ (0,3-3ГГц) – дециметровые (1-0,1м); сверхвысокие, СВЧ (3-30ГГц) – сантиметровые (10-1см); крайне высокие, КВЧ (30-300ГГц) – миллиметровые (10-1мм); гипервысокие, ГВЧ (300-3000ГГц) – децимиллиметровые (1-0,1мм).

Электромагнитные поля радиочастот обладают рядом свойств (способностью нагревать материалы, распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела двух сред, взаимодействовать с веществом), благодаря которым ЭМП широко используется в различных отраслях народного хозяйства: промышленности, науке, технике, медицине. Электромагнитные волны диапазона низких, средних, высоких и очень высоких частот применяется для термообработки металлов, полупроводниковых материалов и диэлектриков (поверхностный нагрев металла, закалка и отпуск, напайка твердых сплавов, пайка, плавка металлов и полупроводников, сушка древесины и др.).

ЭМП диапазона ВЧ и ОВЧ часто применяются в радиосвязи, телевидении, медицине, для нагрева диэлектриков в высокочастотном электрическом поле (сварка полимерной пленки, полимеризации клея при склейке деревянных изделий, нагрев пластмасс и пресспорошков и др.).

Электромагнитные волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ используются в радиолокации, радионавигации, для релейной связи, геодезии, дефектоскопии,

физиотерапии. ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработке, стерилизации, пастеризации, вторичного нагрева пищевых продуктов и т.д.

В физиотерапии ЭМП используют как один из терапевтических факторов в комплексном лечении многих заболеваний ( ВЧ-установки для диатермии и индуктотермии, специальные аппараты УВЧ-терапии, СВЧ-аппараты для микроволновой терапии).

Источниками электромагнитного излучения в промышленных условиях являются неэкранированные рабочие элементы высокочастотных установок (индукторы, высокочастотные трансформаторы, батареи конденсаторов, катушки колебательных контуров. При эксплуатации ВЧ-, ДВЧ-, УВЧ-приемников на радио- и телецентрах -высокочастотные генераторы, антенные коммутаторы, коммуникации к антенному устройству, антенны. В физиотерапии источниками ЭМП при работе высокочастотных аппаратов являются электроды и СВЧ-излучатели, а в процессе эксплуатации СВЧ-печей утечки энергии могут возникать в результате нарушения экрана рабочей камеры.

В обычных условиях в качестве основных источников электромагнитного поля можно выделить: линии электропередач (ЛЭП), бытовые электроприборы, персональные компьютеры, теле-радиопередающие станции, спутниковая и сотовая связь (приборы, ретрансляторы), электротранспорт, радарные установки и др.

Таким образом, в повседневной жизни человек постоянно подвергается воздействию электромагнитных полей, которые частично или полностью поглощаются тканями биологического объекта и биологическое воздействие зависит от физических параметров ЭМП: длины волны, частоты колебаний, интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), продолжительности и характера облучения организма (постоянное, интермиттирующее), а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани.

Поглощенная энергия ЭМП приводит колебаниям молекул воды и ионов, содержащихся в тканях, которые в свою очередь приводят к преобразованию поглощенной электромагнитной энергии в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, стекловидное тело, семенники и др.). Тепловой эффект зависит от интенсивности облучения, пороговые интенсивности теплового действия ЭМП на организм животных составляют: для диапазона средних частот 8000В/м, высоких – 2250В/м, очень высоких – 150В/м, дециметровых – 40В/м, сантиметровых – 10В/м, миллиметровых – 7мВт/см2. ЭМП ниже указанных величин не оказывает тепловое действие на организм, а определяется своеобразное специфическое действие, выражающееся в явлении возбуждения в блуждающем нерве.

При действии ЭМП, особенно радиоволн, первоначальные проявления возникают в тканях, отдельных органах, в связи непосредственным воздействием на них ЭМП энергии, далее изменения функционального состояния центральной нервной системы с нарушением нейрогуморальной регуляции, рефлекторные изменения со стороны ряда органов и систем, в т.ч. сердечно-сосудистой.

В клинической картине, в зависимости от интенсивности и продолжительности воздействия ЭМП радиоволн выделяют острые и хронические формы поражения организма.

Острое поражение, как правило, возникает только при авариях или грубом нарушении техники безопасности, когда работающий оказывается в мощном ЭМП.

При этом наблюдается повышение температуры тела (39-40 0 С), появляется одышка, ощущение ломоты в руках и ногах, мышечная слабость, головные боли, сердцебиение, повышение давления.

При хроническом воздействии ведущее место занимают функциональные нарушения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Изменения нервной системы характеризуются проявлением астенических, невротических и вегетативных реакций. При этом больные предъявляют жалобы на общую слабость, быструю утомляемость, снижение работоспособности, расстройства сна, раздражительность, головную боль неопределенной локализации. Некоторых беспокоит боли в области сердца, иногда сжимающего характера с иррадиацией в левую руку и лопатку, одышка.

На фоне функциональных расстройств центральной нервной системы, развиваются нарушения сердечно-сосудистой системы. Как правило, у таких больных отмечаются снижение пульса и артериального давления, которые отличаются неустойчивостью и нередко обнаруживается асимметрия показателей артериального давления. При объективном исследовании выявляется увеличение границ сердца, приглушение тонов, нередко выслушивается систолический шум на верхушке сердца.

Эндокринно-обменные нарушения проявляются также на фоне функциональных расстройств центральной нервной системы. Нередко отмечаются сдвиги в функциональном состоянии щитовидной железы, в сторону повышении активности, при выраженных формах патологии нарушается деятельность половых желез. Могут проявляться нарушения со стороны желудочно-кишечного тракта, печени.

Воздействие ЭМП радиоволн сопровождается изменениями показателей периферической крови, причем нередко отмечаются фазовые изменения количества лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина (чаще лейкоцитоз, повышение эритроцитов и гемоглобина). Есть данные о повышении содержания холестерина и снижении количества хлоридов, о нарушении минерального обмена.

СВЧ-излучения мобильных телефонов воздействуют на головной мозг, зоны вестибулярного слухового анализатора, сетчатку глаза, увеличивает температуру кожи головы в зоне расположения антенны и температуру барабанной перепонки. Экспериментальные исследования на различных видах сотовых телефонов выявили повышение температуры кожи головы от 1,7 до 4,5 0 С.

ЭМП промышленной частоты (50Гц), источники которых широко распространены не только в различных отраслях промышленности, но и в быту, также влияют на здоровье человека. Неоднократные исследования показывают, что существует связь между возникновением болезни Альцгеймера (слабоумие), опухоли головного мозга, рака крови (особенно лейкемии у детей), различной степени неврологических нарушений и воздействием ЭМП (50Гц).

Микроволны при особо неблагоприятных условиях труда оказывают повреждающее действие на глаза, вызывая помутнение хрусталика – СВЧ-катаракту. Катаракта может развиться или в результате однократного мощного облучения глаза или при длительном систематическом воздействии микроволновой энергии порядка сотен милливатт на 1см 2 .

Защитные мероприятия при работе с источниками ЭМП.

Организационные мероприятия: как при проектировании, так и на действующих объектах должны быть предусмотрены меры по предотвращению попадания людей в зоны с высокой напряженностью ЭМП, создание санитарно-защитных зон вокруг антенных сооружений различного назначения.

Инженерно-технические мероприятия: электрогерметизация элементов схем, блоков, узлов установки в целом; защита рабочего места от облучения отражающими экранами (сплошные металлические или металлические сетки), поглощающими (из радиопоглощающих материалов) или удаление его на безопасное расстояние от источника излучения. Использование средств индивидуальной защиты в виде спецодежды, выполненной из металлизированной ткани, и защитных очков.

Лечебно-профилактические мероприятия: одним из важных мероприятий по профилактике заболеваний от воздействия ЭМП является организация и проведение предварительных и периодических медицинских осмотров работников в соответствии с приказом Минздрава России от 12.04 2011г. № 302н.

Врач по гигиене труда

ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии

в Чувашской Республике-Чувашии» В.А.Алексеев

В чем разница между электричеством и магнетизмом

Электричество и магнетизм — два фундаментальных явления природы, которые тесно связаны друг с другом. Оба явления проявляются в различных аспектах нашей жизни, и мы часто используем их в повседневной практике. Однако, несмотря на то, что электричество и магнетизм имеют много общего, они также отличаются друг от друга.

В данной статье мы рассмотрим разницу между электричеством и магнетизмом, их основные свойства и проявления в нашей жизни.

Электрогенератор

Что такое электричество

Электричество — это одна из фундаментальных форм энергии, которая проявляется в виде потока электрических зарядов. Это не только чрезвычайно важное явление в нашей повседневной жизни, но и ключевой элемент в функционировании большинства промышленных технологических процессов.

Электричество можно обнаружить в природе, например, в виде молний, электрических разрядов, или в процессе электролиза. Кроме того, электричество можно создать искусственно с помощью различных устройств, например, генераторов.

Одним из ключевых свойств электричества является его способность к току через проводники. Электрический ток — это движение зарядов, проходящих через проводник под воздействием электрического поля. Это свойство позволяет использовать электричество для передачи энергии на большие расстояния, например, в электрических линиях передачи.

Современная наука описывает электричество с помощью теории электромагнетизма, которая связывает электричество и магнетизм.

Эта теория обобщает законы, которые были открыты учеными в 18-19 веках, такие как закон Кулона, закон Ома и закон Фарадея.

Важными компонентами электромагнетизма являются электрическое поле и магнитное поле, которые взаимодействуют друг с другом и создают электромагнитные волны, такие как свет.

Электрический блок питания с амперметром и вольтметром

Что такое магнетизм

Магнетизм — это физическое явление, связанное с проявлением магнитных свойств веществ. Эти свойства проявляются взаимодействием магнитных полей, которые создают магниты и электрические токи.

Магнетизм является фундаментальной ветвью физики, которая изучает происхождение и свойства магнитных полей, взаимодействие магнитных полей с веществом и применение магнитных явлений в различных областях, включая электротехнику, электронику, медицину, исследование материалов и многое другое.

Магнетизм проявляется в различных формах, одна из которых — это намагниченность. Намагниченность — это способность вещества создавать магнитное поле или быть притянутым или отталкиваться от магнитного поля. Некоторые вещества, такие как железо, никель и кобальт, обладают высокой намагниченностью и могут быть превращены в постоянные магниты.

Существует также электромагнетизм — это взаимодействие между электрическими и магнитными полями. Электромагнетизм включает в себя электрические заряды, создающие электрические поля, а также движение электрических зарядов, которое создает магнитные поля.

Магнетизм играет важную роль в повседневной жизни, и мы используем его во многих устройствах, таких как компасы, магнитные карты, электромагнитные катушки, магнитные железные дороги и многих других.

Одним из самых известных проявлений магнетизма является компас — устройство, которое используется для определения направления на Земле. Компасы используются с древнейших времен и до сегодняшнего дня, и являются необходимым инструментом для навигации на суше и в море.

Грузоподъемный электромагнит

Основные различия между электричеством и магнетизмом

Электричество и магнетизм являются фундаментальными понятиями в физике, описывающими различные явления и процессы. Хотя эти два понятия тесно связаны друг с другом, они имеют ряд существенных различий. Рассмотрим основные отличия между электричеством и магнетизмом.

Первое, что следует отметить, это то, что электричество и магнетизм имеют разную природу. Электричество связано с электрическим зарядом и потоком электронов, в то время как магнетизм проявляется во взаимодействии магнитных полей и магнитных материалов.

Одно из основных отличий между электричеством и магнетизмом заключается в том, что электрические заряды могут быть разных знаков — положительные и отрицательные, в то время как магниты всегда имеют два полюса — северный и южный, которые притягиваются или отталкиваются друг от друга в зависимости от их ориентации.

Кроме того, электрические заряды и магнитные поля взаимодействуют между собой по-разному.

Электрические заряды притягиваются к зарядам с противоположным знаком и отталкиваются от зарядов с тем же знаком. Это происходит из-за того, что заряды создают электрические поля, которые взаимодействуют друг с другом.

Заряды с противоположным знаком создают электрические поля, которые направлены в противоположных направлениях и, следовательно, притягиваются друг к другу. Заряды с тем же знаком создают электрические поля, которые направлены в одном и том же направлении и, следовательно, отталкиваются друг от друга.

С магнитными полями ситуация аналогичная. Магнитные поля создаются магнитными зарядами или токами. Магнитные поля с противоположной ориентацией притягиваются друг к другу, а поля с одинаковой ориентацией отталкиваются.

Это происходит из-за того, что магнитные поля создаются движущимися электрическими зарядами (токами), и их взаимодействие определяется ориентацией магнитных полюсов, которые могут быть северными и южными.

Таким образом, электрические заряды и магнитные поля взаимодействуют между собой по-разному, но в обоих случаях притяжение происходит между объектами с противоположными свойствами, а отталкивание — между объектами с одинаковыми свойствами.

Еще одним отличием между электричеством и магнетизмом является то, что электрические заряды могут быть статическими — то есть они могут быть неподвижными и не изменяться со временем, в то время как магнитные поля всегда являются динамическими — они постоянно меняют свое направление и интенсивность.

Наконец, стоит отметить, что электрические поля могут быть созданы статическими зарядами и токами, а также изменяющимися магнитными полями, в то время как магнитные поля могут быть созданы только изменяющимися магнитными полями. С другой стороны, электрические поля могут быть созданы как изменяющимися электрическими полями, так и зарядами, находящимися в покое.

В отличие от электрических зарядов, магнитные поля являются векторными величинами и имеют направление и ориентацию. Магнитные поля также подчиняются законам сохранения, поэтому изменения в магнитном поле должны иметь источник или причину. Кроме того, магнитные поля могут взаимодействовать с электрическими зарядами, создавая электромагнитные волны, которые играют важную роль в технике.

Кроме того, важным отличием между электричеством и магнетизмом является то, что они проявляют различные эффекты на материалы.

Электрическое поле может оказывать влияние на заряды, токи и поляризацию материалов. Например, при наложении электрического поля на диэлектрический материал, заряды внутри материала могут перемещаться, вызывая поляризацию. Это приводит к образованию электрического диполя внутри материала, что может приводить к изменению его свойств.

С другой стороны, магнитное поле может вызывать магнитные моменты в материалах. Это происходит благодаря спиновому моменту электронов в материалах.

Когда материал находится в магнитном поле, электроны в материале начинают ориентироваться в направлении магнитного поля. Это приводит к образованию магнитных моментов внутри материала, что в свою очередь может приводить к изменению его магнитных свойств.

Электрические поля могут быть созданы источниками, которые постоянно расходуют энергию, такими как батареи или генераторы. С другой стороны, магнитные поля могут быть созданы постоянными магнитами, которые не требуют постоянного расходования энергии.

Это связано с тем, что магнитное поле является результатом движения электрических зарядов, и когда эти заряды установлены в материале, магнитное поле сохраняется без дополнительных источников энергии.

Кроме того, электрические поля распространяются в пространстве с бесконечной скоростью, в то время как магнитные поля распространяются со скоростью света.

Это означает, что изменение электрического поля может вызывать изменение магнитного поля в более отдаленной точке в пространстве сразу же, а изменение магнитного поля потребует некоторого времени для воздействия на дальние точки пространства.

Хотя электричество и магнетизм связаны между собой, они имеют различия в своих проявлениях и свойствах. Электричество проявляется как электрический ток, который вызывается движущимися зарядами, в то время как магнетизм проявляется как магнитное поле, которое создается движущимися зарядами и намагниченными материалами.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

В чем отличия между магнитным полем и электрическим, есть ли разница

Отличи

Магнитное и электрическое поля часто рассматриваются вместе, поскольку их можно назвать двумя сторонами одной медали. Для рассматриваемых понятий характерно много общих черт. К примеру, оба поля создаются электрическими зарядами. К тому же на все заряженные тела оказывает воздействие кулоновская сила. При этом существует и много отличий магнитного поля от электрического. Они затрагивают источники, графическое изображение, единицы измерения.

Что такое электрическое поле?

В физике под этим понятием принято понимать векторное поле, которое формируется вокруг частиц или тел, обладающих определенным зарядом. Электрическое поле считается одной из двух неотъемлемых составляющих электромагнитного поля.

Чтобы лучше разобраться в природе этого явления, нужно вспомнить, что такое кулоновская сила. Закон Кулона служит для определения степени взаимодействия между каждым из пары точечных электрических зарядов. При этом он учитывает сведения об интервале между ними.

Чтобы разобраться в напряженности явления, стоит обратиться к такому примеру:

Есть 2 тела, которые обладают зарядом. При этом одно из них является неподвижным, а второе – перемещается вокруг первого.
Кулоновская сила в этом случае равняется произведению заряда и напряженности.
Напряженность будет включать параметр центрального заряда и квадрат расстояния от центра до второго тела.

Примечательно, что для каждой точки электрического поля параметр кулоновской силы и направление будут отличаться. В силу разницы направлений в разных точках понятие считается векторным.

Что такое магнитное поле?

Под этим термином в физике понимают силовое поле, которое оказывает влияние исключительно на движущиеся тела, частицы или заряды. Каждый из элементов характеризуется магнитным моментом. Сила в таком случае меньше зависит от движения заряда. В качестве заряженных частиц в этом случае выступают электроны. Что касается напряженности этого вида поля, величина будет находиться в прямой пропорции от скорости заряда и его параметров.

В качестве лучшего примера стоит привести планету Земля. Ее центральная часть состоит из раскаленного железа. Как и другие металлические объекты, он может перемещать по себе электроны. Именно поэтому наибольшее магнитное поле на Земле формируется самой планетой, или ее центром, если сказать точнее. Если это поле исчезнет, высока вероятность катастроф и даже гибели живых организмов.

Мнение эксперта
Карнаух Екатерина Владимировна
Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия»

В качестве более стандартного примера такого понятия стоит привести электромагниты. Они, как правило, включают провода, которые обмотаны вокруг ферромагнетиков. Эти элементы представляют собой ряд веществ, которые приобретают магнитные характеристики лишь в том случае, если их температура ниже конкретного уровня. Последний параметр называют в физике температурой Кюре. По сути, ферромагнетики считаются уникальными элементами. Они вступают во взаимодействие с магнитным полем, но при этом не несут движущихся зарядов.

В чем разница между электрическим полем и магнитным полем?

Оба рассматриваемых понятия считаются силовыми. Это означает, что в каждой точке пространства, в которой действует поле, на заряд влияет конкретная сила. В другой точке ее значение будет отличаться. Электромагнитное поле оказывает воздействие на заряженные тела и частицы. При этом оно действует на все заряды, тогда как магнитное поле – исключительно на движущиеся.

Существуют вещества, которые взаимодействуют с магнитным полем, но не включают движущиеся заряды. К ним, в частности, относятся ферромагнетики. Этим понятие отличается от электрического поля, поскольку аналогичных веществ для него не существует. У магнитов, естественных или намагниченных тел существует 2 полюса. Их называют южным и северным.

Обычные электрические заряды считаются сравнительно однородными. Они не включают полюсов. При этом для таких зарядов характерно 2 типа – положительные и отрицательные. Знак оказывает воздействие на направление кулоновской силы. Как следствие, это влияет на взаимодействие двух заряженных частиц. Знак не будет оказывать влияния на взаимодействие других заряженных частиц с магнитным полем. Он только поменяет местами полюса.

Отличается и графическое изображение рассматриваемых физических явлений. Линии напряженности электрического поля обладают началом и концом. Их можно визуализировать. В качестве примера стоит привести кристаллы хинина в масле. Линии индукции замкнуты. Их тоже можно визуализировать. Примером этого служат металлические опилки.

Отдельно стоит упомянуть электромагнитное поле, которое обладает характеристиками как электрического, так и магнитного поля. Это означает, что оно способно в определенных условиях поворачивать стрелку компаса и перемещать электрически заряженные частицы. Обе составляющие имеют тесную взаимосвязь друг с другом. Каждая из них отличается своим энергетическим запасом. Именно он влияет на энергию всего электромагнитного поля.

Возникновение электромагнитного поля возможно при любом, даже небольшом изменении тока в проводниках. При этом оно оказывает влияние на прилегающие зоны пространства, передает им собственную энергию. В результате в этих местах тоже появляется электромагнитное поле.

магнитные и электрические

Сравнительная таблица

Главные особенности и отличия рассматриваемых понятий приведены в таблице:

Критерий	Электрическое поле	Магнитное поле
Источник поля	Электрический заряд.	Магнит, ток.
Обнаружение поля	При взаимодействии заряженных частиц.	При взаимодействии магнитов, проводников с током.
Графическое изображение	Силовые линии или линии напряженности.	Силовые линии или линии магнитной индукции.
Характер линий	Имеют начало и конец. Начало силовых линий находится на положительных зарядах, а конец – на отрицательных.	Являются замкнутыми. Линии выходят из северного полюса и входят в южный. В магните они замыкаются.
Взаимодействие элементов	Разноименные заряженные частицы притягиваются, одноименные – отталкиваются.	Разноименные магнитные полюса притягиваются, одноименные – отталкиваются.
Силовая характеристика	Вектор напряженности, измеряется в ньютонах на кулон.	Вектор магнитной индукции, единицей измерения является тесла.
Индикаторы поля	Мелкие кусочки бумаги

Выводы

Оба рассматриваемых понятия изучаются разделом физики, который называется электромагнетизмом. Они представляют собой отдельные объекты, но имеют тесную взаимосвязь друг с другом. Электрическим полем называют область вокруг перемещающейся электрически заряженной частицы. Она также создает магнитное поле.

Магнитное поле и электромагнитное поле в чем разница