Unde electromagnetice / radiații electromagnetice (EMR) - o perturbare (schimbare de stare) a câmpului electromagnetic care se propagă în spațiu .
Dintre câmpurile electromagnetice generate de sarcinile electrice și de mișcarea acestora, se obișnuiește să se atribuie radiațiilor acea parte din câmpurile electromagnetice alternative care este capabilă să se propagă cel mai departe de sursele sale - sarcinile în mișcare, care se estompează cel mai lent cu distanța.
Spectrul electromagnetic este împărțit în:
Radiația electromagnetică se poate propaga în aproape toate mediile. În vid (un spațiu liber de materie și corpuri care absorb sau emit unde electromagnetice), radiația electromagnetică se propagă fără atenuare pe distanțe arbitrar de mari, dar în unele cazuri se propagă destul de bine într-un spațiu plin de materie (deși schimbându-și oarecum comportamentul) .
Principalele caracteristici ale radiației electromagnetice sunt considerate a fi frecvența , lungimea de undă și polarizarea .
Lungimea de undă este direct legată de frecvență prin viteza (de grup) a radiației. Viteza grupului de propagare a radiației electromagnetice în vid este egală cu viteza luminii , în alte medii această viteză este mai mică. Viteza de fază a radiației electromagnetice în vid este, de asemenea, egală cu viteza luminii, în diferite medii poate fi fie mai mică, fie mai mare decât viteza luminii [1] .
Descrierea proprietăților și parametrilor radiației electromagnetice în ansamblu este tratată de electrodinamică , deși anumite secțiuni mai specializate ale fizicii sunt implicate în proprietățile radiației regiunilor individuale ale spectrului (parțial s-a întâmplat istoric, parțial din cauza semnificative). specificul specific, în special în ceea ce privește interacțiunea radiațiilor din diferite game cu materia , parțial și specificul problemelor aplicate). Astfel de secțiuni mai specializate includ optica (și secțiunile sale) și radiofizica . Fizica energiei înalte se ocupă de radiația electromagnetică dură de la capătul undei scurte a spectrului [2] ; în conformitate cu ideile moderne (vezi Modelul Standard ), la energii înalte, electrodinamica încetează să mai fie independentă, unindu-se într-o singură teorie cu interacțiuni slabe și apoi - la energii și mai mari - așa cum era de așteptat, cu toate celelalte câmpuri gauge.
Există teorii care diferă în detalii și grade de generalitate, care fac posibilă modelarea și investigarea proprietăților și manifestărilor radiațiilor electromagnetice. Cea mai fundamentală [3] dintre teoriile de acest fel finalizate și testate este electrodinamica cuantică , din care, prin anumite simplificări, se pot obține în principiu toate teoriile enumerate mai jos, care sunt utilizate pe scară largă în domeniile lor. Pentru a descrie radiația electromagnetică de frecvență relativ joasă în regiunea macroscopică, de regulă, se utilizează electrodinamica clasică , bazată pe ecuațiile lui Maxwell , și există simplificări în aplicațiile aplicate. Optica este utilizată pentru radiații optice (până la intervalul de raze X) (în special, optica undelor , când dimensiunile unor părți ale sistemului optic sunt apropiate de lungimile de undă; optica cuantică , când procesele de absorbție, emisie și împrăștiere a fotonii sunt semnificativi ; optica geometrică - cazul limitativ al opticii ondulatorii, când lungimea de undă a radiației poate fi neglijată). Radiațiile gamma sunt cel mai adesea subiectul fizicii nucleare , din alte poziții medicale și biologice, se studiază efectul radiațiilor electromagnetice în radiologie .
Există, de asemenea, o serie de domenii - fundamentale și aplicate - precum astrofizica , fotochimia , biologia fotosintezei și a percepției vizuale, o serie de domenii de analiză spectrală , pentru care radiația electromagnetică (cel mai adesea dintr-un anumit interval) și interacțiunea acesteia cu materia joacă un rol cheie. Toate aceste zone se învecinează și chiar se intersectează cu secțiunile de fizică descrise mai sus.
Câteva caracteristici ale undelor electromagnetice din punctul de vedere al teoriei oscilațiilor și al conceptelor de electrodinamică :
Radiația electromagnetică este de obicei împărțită în intervale de frecvență (vezi tabelul). Nu există tranziții ascuțite între intervale, uneori se suprapun, iar granițele dintre ele sunt condiționate. Deoarece viteza de propagare a radiației (în vid) este constantă, frecvența oscilațiilor sale este legată rigid de lungimea de undă în vid.
Numele intervalului | Lungimi de undă, λ | Frecvențe, f | Surse | |
---|---|---|---|---|
unde radio | Extra lung | mai mult de 10 km | mai puțin de 30 kHz | Fenomene atmosferice și magnetosferice . Comunicare radio. |
Lung | 10 km - 1 km | 30 kHz - 300 kHz | ||
Mediu | 1 km - 100 m | 300 kHz - 3 MHz | ||
Mic de statura | 100 m - 10 m | 3 MHz - 30 MHz | ||
Ultrascurt | 10 m - 1 mm | 30 MHz - 300 GHz [4] | ||
Radiatii infrarosii | 1 mm - 780 nm | 300 GHz - 429 THz | Radiația moleculelor și atomilor sub influențe termice și electrice. | |
Radiații vizibile | 780 nm - 380 nm | 429 THz - 750 THz | ||
ultraviolet | 380 nm - 10 nm | 7,5⋅10 14 Hz - 3⋅10 16 Hz | Radiația atomilor sub influența electronilor accelerați. | |
raze X | 10 nm - 5 pm | 3⋅10 16 Hz — 6⋅10 19 Hz | Procese atomice sub influența particulelor încărcate accelerate. | |
Gamma | mai puțin de ora 17 | mai mult de 6⋅10 19 Hz | Procese nucleare și spațiale, dezintegrare radioactivă. |
Undele radio ultrascurte sunt de obicei împărțite în unde metru , decimetru , centimetru , milimetru și decimilimetru (frecvențe hiper-înalte, HHF, 300-3000 GHz) - benzi standard de unde radio conform clasificării general acceptate [4] . Conform unei alte clasificări, aceste game standard de unde radio, cu excepția undelor metrice , sunt numite microunde sau microunde (MW) [5] .
Radiații electromagnetice ionizante . Acest grup include în mod tradițional razele X și radiațiile gamma, deși, strict vorbind, radiațiile ultraviolete și chiar lumina vizibilă pot ioniza atomii. Limitele regiunilor de raze X și radiații gamma pot fi determinate doar foarte condiționat. Pentru o orientare generală, se poate presupune că energia cuantelor de raze X se află în intervalul 20 eV - 0,1 MeV , iar energia cuantelor gamma este mai mare de 0,1 MeV . Într-un sens restrâns, radiația gamma este emisă de nucleu, iar radiația de raze X este emisă de învelișul atomic de electroni atunci când un electron este scos din orbite joase, deși această clasificare nu este aplicabilă radiațiilor dure generate fără participarea. de atomi și nuclee (de exemplu, sincrotron sau bremsstrahlung ).
Datorită valorilor mari ale lui λ, propagarea undelor radio poate fi luată în considerare fără a ține cont de structura atomistică a mediului. Singurele excepții sunt cele mai scurte unde radio adiacente părții infraroșii a spectrului. În domeniul radio, proprietățile cuantice ale radiațiilor au, de asemenea, un efect redus, deși ele trebuie încă luate în considerare, în special, atunci când se descriu generatoare și amplificatoare cuantice în intervalele de centimetri și milimetri, precum și frecvența moleculară și standardele de timp, când echipamentul este răcit la temperaturi de câțiva kelvin.
Undele radio sunt generate atunci când un curent alternativ cu frecvența corespunzătoare trece prin conductori . Dimpotrivă, o undă electromagnetică care trece prin spațiu excită un curent alternativ corespunzător acestuia în conductor. Această proprietate este utilizată în inginerie radio la proiectarea antenelor .
Furtunile sunt o sursă naturală de valuri în acest interval . Se crede că acestea sunt, de asemenea, sursa undelor electromagnetice staționare ale lui Schumann .
Radiația cu microundeLa fel ca radioul și microundele, radiația infraroșu (IR) se reflectă pe metale (precum și majoritatea interferențelor electromagnetice în domeniul ultraviolet ). Cu toate acestea, spre deosebire de radioul de joasă frecvență și radiațiile cu microunde, radiația infraroșie interacționează de obicei cu dipolii prezenți în moleculele individuale, care se modifică pe măsură ce atomii vibrează la capetele unei singure legături chimice.
În consecință, este absorbit de o gamă largă de substanțe, ceea ce duce la creșterea temperaturii acestora atunci când vibrațiile sunt disipate sub formă de căldură. Același proces invers determină emisia spontană de substanțe masive în infraroșu.
Radiația infraroșie este împărțită în subdomenii spectrale. Deși există diferite scheme de diviziune, spectrul este de obicei împărțit în infraroșu apropiat (0,75-1,4 µm), infraroșu cu unde scurte (1,4-3 µm), infraroșu cu undă medie (3-8 µm), infraroșu cu undă lungă (8-15). um) și infraroșu îndepărtat (15-1000 um).
Radiațiile vizibile, infraroșii și ultraviolete alcătuiesc așa-numita regiune optică a spectrului în cel mai larg sens al cuvântului. Selectarea unei astfel de regiuni se datorează nu numai apropierii părților corespunzătoare ale spectrului , ci și asemănării instrumentelor folosite pentru a o studia și dezvoltate istoric în special în studiul luminii vizibile ( lentile și oglinzi pentru focalizarea radiațiilor ). , prisme , rețele de difracție , dispozitive de interferență pentru studiul compoziției spectrale a radiațiilor etc.).
Frecvențele undelor din regiunea optică a spectrului sunt deja comparabile cu frecvențele naturale ale atomilor și moleculelor , iar lungimile lor sunt comparabile cu dimensiunile moleculare și distanțele intermoleculare. Din această cauză, fenomenele datorate structurii atomiste a materiei devin semnificative în această zonă. Din același motiv, alături de proprietățile undei , apar și proprietățile cuantice ale luminii.
Cea mai cunoscută sursă de radiație optică este Soarele . Suprafața sa ( fotosfera ) este încălzită la o temperatură de 6000 K și strălucește cu lumină albă strălucitoare (maximul spectrului continuu al radiației solare - 550 nm - este situat în regiunea "verde", unde sensibilitatea maximă a ochiului este situat). Tocmai pentru că ne -am născut lângă o astfel de stea , această parte a spectrului de radiații electromagnetice este percepută direct de simțurile noastre .
Radiația în domeniul optic apare, în special, atunci când corpurile sunt încălzite (radiația infraroșie este numită și radiație termică) din cauza mișcării termice a atomilor și moleculelor. Cu cât corpul este mai încălzit, cu atât este mai mare frecvența la care este situat maximul spectrului său de radiații (vezi: Legea deplasării lui Wien ). Cu o anumită încălzire, corpul începe să strălucească în intervalul vizibil ( incandescență ), mai întâi roșu, apoi galben și așa mai departe. În schimb, radiația spectrului optic are un efect termic asupra corpurilor (vezi: Bolometrie ).
Radiația optică poate fi creată și înregistrată în reacții chimice și biologice. Una dintre cele mai cunoscute reacții chimice , care este un receptor de radiație optică, este folosită în fotografie . Sursa de energie pentru majoritatea ființelor vii de pe Pământ este fotosinteza - o reacție biologică care are loc la plante sub influența radiației optice de la Soare.
În domeniul razelor X și al radiațiilor gamma, proprietățile cuantice ale radiației ies în prim-plan .
Radiația de raze X apare în timpul decelerației particulelor încărcate rapid ( electroni , protoni etc.), precum și ca rezultat al proceselor care au loc în interiorul învelișului de electroni a atomilor. Radiația gamma apare ca rezultat al proceselor care au loc în interiorul nucleelor atomice , precum și ca rezultat al transformării particulelor elementare .
Propagarea undelor electromagnetice, dependențele de timp ale câmpurilor electrice și magnetice , care determină tipul undelor (plane, sferice etc.), tipul de polarizare și alte caracteristici depind de sursa de radiație și de proprietățile mediului. .
Radiația electromagnetică de diferite frecvențe interacționează, de asemenea, cu materia în moduri diferite. Procesele de emisie și absorbție a undelor radio pot fi descrise de obicei folosind relațiile electrodinamicii clasice ; dar pentru undele domeniului optic și, în special, razele dure , este necesar să se țină cont de natura lor cuantică.
Radiația domeniului electromagnetic la anumite niveluri poate avea un efect negativ asupra corpului uman, altor animale și ființe vii, precum și poate afecta negativ funcționarea aparatelor electrice. Diferite tipuri de radiații neionizante ( câmpuri electromagnetice , EMF) au efecte fiziologice diferite. În practică, se disting intervalele câmpului magnetic (constant și cvasi-constant, pulsat), radiație HF și microunde , radiație laser, câmpuri electrice și magnetice de frecvență industrială de la echipamente de înaltă tensiune etc.
Există standarde de igienă naționale și internaționale pentru nivelurile EMF, în funcție de gamă, pentru zonele rezidențiale și locurile de muncă.
Gama opticăExistă standarde de igienă pentru iluminat; Au fost dezvoltate și standarde de siguranță pentru lucrul cu radiații laser.
Unde radioNivelurile admise de radiație electromagnetică (densitatea fluxului de energie electromagnetică) sunt reflectate în standardele stabilite de autoritățile competente ale statului , în funcție de domeniul EMF . Aceste standarde pot varia semnificativ de la o țară la alta.
Au fost stabilite consecințele biologice ale unei expuneri puternice la câmpuri de niveluri ridicate (cu mult peste 100 µT), care se explică prin acțiunea unor mecanisme biofizice recunoscute. Câmpurile magnetice externe de frecvență extrem de joasă (ELF) induc câmpuri electrice și curenți în corpul uman, care, la o intensitate foarte mare a câmpului, au un efect stimulator asupra nervilor și mușchilor și provoacă o modificare a excitabilității celulelor nervoase din sistemul nervos central. sistem.
În ceea ce privește efectele pe termen lung, din cauza lipsei de dovezi care susțin o asociere între expunerea la câmpurile magnetice ELF și leucemia infantilă, beneficiile pentru sănătate ale nivelurilor reduse de expunere sunt neclare. [opt]
O serie de studii au examinat efectele câmpurilor RF asupra activității electrice a creierului, cogniției, somnului, ritmului cardiac și tensiunii arteriale la voluntari. Până în prezent, studiile nu sugerează nicio dovadă consistentă a efectelor adverse asupra sănătății cauzate de expunerea la câmpuri RF la niveluri sub nivelurile care provoacă încălzirea țesuturilor. În plus, cercetările nu au reușit să găsească o relație cauzală între expunerea la câmpuri electromagnetice și „simptomele stimei de sine” sau „ hipersensibilitatea electromagnetică ”. Studiile epidemiologice care examinează riscurile potențiale pe termen lung ale expunerii la radiofrecvență au urmărit în principal să găsească o legătură între tumorile cerebrale și utilizarea telefonului mobil. Rezultatele studiilor pe animale de laborator nu arată un risc crescut de cancer în urma expunerii pe termen lung la câmpurile RF. [9]
Aceste date nu ar trebui să fie un motiv pentru radiofobie , cu toate acestea, există o nevoie evidentă pentru o aprofundare semnificativă a informațiilor despre efectul radiațiilor electromagnetice asupra organismelor vii.
În Rusia, documentele de reglementare care reglementează nivelurile maxime admisibile (MPL) de expunere la radiații electromagnetice sunt:
Nivelurile permise de radiație ale diferitelor echipamente radio de transmisie la frecvențe > 300 MHz în zona sanitar-rezidențială din unele țări diferă semnificativ:
Dezvoltarea paralelă a științei igienice în URSS și în țările occidentale a condus la formarea unor abordări diferite pentru evaluarea efectului EMR. Pentru unele țări din spațiul post-sovietic, raționalizarea în unități de densitate a fluxului energetic (PET) rămâne predominantă, în timp ce pentru SUA și țările UE , evaluarea puterii specifice de absorbție ( SAR ) este tipică.
„Ideile moderne despre efectul biologic al EMR de la radiotelefoanele mobile (RMN) nu permit prezicerea tuturor efectelor adverse, multe aspecte ale problemei nu sunt acoperite în literatura modernă și necesită cercetări suplimentare. În acest sens, conform recomandărilor OMS , este recomandabil să adere la o politică preventivă, adică să se minimizeze timpul de utilizare a comunicațiilor celulare.”
Radiații ionizanteStandardele permise sunt reglementate de standardele de siguranță împotriva radiațiilor - NRB-99 .
Există organisme administrative și de reglementare - Inspectoratul de Comunicații Radio (în Ucraina, de exemplu, Supravegherea Frecvenței din Ucraina, care reglementează distribuția gamelor de frecvență pentru diferiți utilizatori, respectarea intervalelor alocate, monitorizează utilizarea ilegală a aerului radio).
![]() | |
---|---|
În cataloagele bibliografice |
|