Основные характеристики и классификация электромагнитных полей

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

F = 1 / Т.

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= 10⁹Гц).

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

ω = 2πf = 2π/ Т.

Угловая частота имеет размерность радиан в секунду.

Электромагнитные поля с частотой, равной нулю, называются статическими (электростатическими и магнитостатическими). В настоящее время используются три шкалы частот ЭМП:

- «радиотехническая» (принятая Международным консульта­тивным комитетом по радиосвязи (МККР) и отраженная в Регла­менте радиосвязи);

- «медицинская» (изложенная в документах Всемирной орга­низации здравоохранения (ВОЗ);

- «электротехническая» (предложенная Международной элек­тротехнической комиссией (МЭК)).

Использование трех шкал частот вызывает определенные раз­ночтения в терминологии. При дальнейшем изложении будет ис­пользована в силу ее простоты «электротехническая» шкала ис­точников ЭМП:

- низкочастотные (НЧ) от 0 до 60 Гц;

- среднечастотные (СЧ) от 60 Гц до 10 кГц;

- высокочастотные (ВЧ) от 10 кГц до 300 МГц;

- сверхвысокочастотные (СВЧ) от 300 МГц до 300 ГГц.

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

ν = 1 / εμ, м/с,

где ε- абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, имеющая размерность фарад на метр (Ф/м); μ - абсолютная маг­нитная проницаемость среды, имеющая размерность генри на метр (Гн/м). В вакууме ε = ε₀, μ = μ₀, где ε₀ = 8,85*10^-12 Ф/м - электрическая постоянная; μ₀ =1,257-10^-6 Гн/м - магнитная по­стоянная.

В вакууме скорость волны:

ν = 1 / ε₀μ₀ = c = 2,998*10⁸, м/с.

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

λ = ν / f, м.

Зоны воздействия. У переменных ЭМП различают ближнюю и дальнюю зоны воздействия. Границы раздела ближней зоны (зо­ны индукции), где электромагнитная волна еще не сформирова­лась, и дальней зоны (зоны излучения) определяются следующи­ми простыми соотношениями:

- для ненаправленных излучателей и антенн

R = λ / 2π;

- для направленных апертурных антенн (зеркальной, линзо­вой и др.)

R = d² / 2λ;

где d – диаметр апертуры, м;

- для антенн других типов

R = L₁L₂ / 2λ;

где L₁, L₂ – горизонтальный и вертикальный размеры антенны, м.

Интенсивность. В гигиенической практике интенсивность ЭМП характеризуется следующими величинами в диапазоне час­тот 0... 300 МГц:

Е – среднеквадратическим значением напряженности электрического поля, выражаемой в вольтах на метр (В/м);

Н – среднеквадратическим значением напряженности маг­нитного поля, имеющей размерность ампер на метр (А/м), либо В – магнитной индукцией, выраженной в тесла (Т).

Для поля в вакууме справедливо соотношение

B = μ₀ Н.

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

Е / Н = Z₀ ,

где Z₀ - волновое сопротивление свободного пространства, рав­ное 377 Ом.

В диапазоне частот 300 МГц...300 ГГц интенсивность ЭМП ха­рактеризуется S - плотностью потока энергии, выраженной в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Для дальней зоны справедлива формула

S = E² / 377 = 377 H².

Классификация ЭМП.

По энергетическому спектру различают ЭМП:

- синусоидальные (монохроматические);

- модулированные;

- импульсные;

- флуктуационные (шумовые).

По виду источника принято разделять ЭМП от естественных источников земных и внеземных и ЭМП от искусственных (антро­погенных) источников.

По видам воздействия различают ЭМП:

- изолированное (от одного источника);

- сочетанное (от двух и более источников одного частотного диапазона);

- смешанное (от двух и более источников различных частот­ных диапазонов);

- комбинированное (в случае одновременного действия ка­кого-либо другого неблагоприятного фактора).

Отношение облучаемого лица к источнику облучения может быть профессиональным, т.е. связанным с выполнением производст­венных операций, и непрофессиональным (прочее население).

Отдельную группу составляют люди с имплантированными электронными кардиостимуляторами; в некоторых странах (на­пример, в Германии) разработаны специальные гигиенические стандарты для этой категории населения.

При облучении тела различают общее облучение, когда воздей­ствию электромагнитного поля подвергается все тело, и локаль­ное (местное), когда электромагнитное поле воздействует пре­имущественно на какие-либо части тела.

По времени облучение может быть постоянным и прерывистым.