Электромагнитное излучение. Шкала электромагнитных волн

Что такое электромагнитное излучение?

Термином обозначаются волны, возникающие при возмущении электрического и магнитного полей, распространяемых в пространстве.

Классификация электромагнитного излучения базируется на спектре частот, длине волн и поляризации. К поляризованному ЭМИ относится то, где колебания волн осуществляются в одной плоскости. Длина волн может колебаться от 5 пикометров (пм) до десятков километров.

Электрические заряды, находящиеся в движении с ускорением, формируют излучение. Распространение волн происходит как в плотной среде, так и в вакуумной, но скорость распространения ЭМИ в веществе ниже.

Источники электромагнитных излучений

Степень напряженности излучения электромагнитного поля определяется уровнем ЭМИ неприродного происхождения. Высокоуровневые источники:

• линии электропередач;
• электротранспорт;
• лифты;
• мобильные, телевизионные и радиовышки;
• трансформаторы.

Низкий уровень излучений характерен для компьютерных дисплеев, бытовых приборов, систем снабжения электроэнергией. Жесткие ионизирующие волны излучает медицинская диагностическая техника (рентген, компьютерная томография). Излучение обладает свойствами волн и частиц, которые хорошо демонстрируют явление фотоэффекта, где энергия каждого электрона определяется частотой, а не интенсивностью падающего света.

Электромагнитное поле производится движущимися зарядами и токами. Теория электромагнитного поля, созданная Максвеллом, поясняет электромагнитную индукцию: изменение магнитного поля в одной точке пространства влечет образование электрического поля и наоборот. Эти порождающие друг друга поля сливаются в единое электромагнитное поле (ЭМП).

Наличие в поле замкнутого проводника приводит к появлению индукционного тока. При максимальной амплитуде тока и направленном вверх векторе скорости положительных зарядов во всех точках антенны заряд, приходящийся на единицу ее длины, равен нулю.

Электромагнитный спектр

Прежде чем переходить к примерам излучения в физике, необходимо отметить, что каждый атом испускает определенные порции энергии. Это происходит потому, что состояния, в которых может находиться электрон в атоме, являются не произвольными, а строго определенными. Соответственно переход между этими состояниями сопровождается излучением определенного количества энергии.

Из атомной физики известно, что фотоны, порождаемые в результате электронных переходов в атоме, обладают энергией, которая прямо пропорциональна их частоте колебаний и обратно пропорциональна длине волны (фотон – это электромагнитная волна, которая характеризуется скоростью распространения, длиной и частотой).

Поскольку атом вещества может испускать только определенный набор энергий, значит, длины волн испущенных фотонов тоже являются конкретными. Набор всех этих длин называется электромагнитным спектром.

Если длина волны фотона лежит между 390 нм и 750 нм, то говорят о видимом свете, поскольку его способен воспринимать человек своими глазами, если длина волны меньше 390 нм, то такие электромагнитные волны обладают большой энергией и называются ультрафиолетовым, рентгеновским или гамма-излучением. Для длин больше 750 нм характерна небольшая энергия фотонов, они носят название инфракрасного, микро- или радиоизлучения.

Диапазоны электромагнитного излучения[ | ]

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и децимиллиметровые волны (гипервысокие частоты, ГВЧ, 300—3000 ГГц) — стандартные диапазоны радиоволн по общепринятой классификации[5]. По другой классификации указанные стандартные диапазоны радиоволн, исключая метровые волны, называют микроволнами

или волнами сверхвысоких частот (СВЧ)[6].

Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ. В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению).

Радиоволны[ | ]

Основная статья: Радиоизлучение

Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения, хотя их всё же приходится учитывать, в частности, при описании квантовых генераторов и усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов, а также молекулярных стандартов частоты и времени, при охлаждении аппаратуры до температур в несколько кельвинов.

Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.

Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.

Микроволновое излучение[ | ]

Основная статья: Микроволновое излучение

Инфракрасное излучение (тепловое)[ | ]

Основные статьи: Инфракрасное излучение

и
Тепловое излучение
Как и радио- и микроволны, инфракрасное излучение (ИК) отражается от металлов (а также от большинства электромагнитных помех, находящихся в ультрафиолетовом диапазоне). Однако, в отличие от низкочастотного радио- и микроволнового излучения, инфракрасное ЭМИ обычно взаимодействует с диполями, присутствующими в отдельных молекулах, которые изменяются при колебании атомов на концах одной химической связи.

Следовательно, он поглощается широким спектром веществ, что приводит к повышению их температуры при рассеивании вибраций в виде тепла. Тот же самый процесс, происходящий в обратном порядке, вызывает спонтанное излучение массивных веществ в инфракрасном диапазоне (см. Раздел «Тепловое излучение» ниже).

Инфракрасное излучение делится на спектральные субрегионы.

Хотя существуют различные схемы деления, спектр обычно делится на ближний инфракрасный (0,75–1,4 мкм), коротковолновый инфракрасный (1,4–3 мкм), средневолновый инфракрасный (3–8 мкм), длинноволновый инфракрасный (8–15 мкм) и дальний инфракрасный (15–1000 мкм).

Видимое излучение (оптическое)[ | ]

Основная статья: Видимое излучение

Прозрачная призма разлагает луч белого цвета на составляющие его лучи[7]

Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения составляют так называемую оптическую область спектра

в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).

Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.

Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 K и светит ярко-белым светом (максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм, где находится и максимум чувствительности глаза). Именно потому, что мы родились возле такой звезды, этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.

Излучение оптического диапазона возникает, в частности, при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота, на которой находится максимум спектра его излучения (см.: Закон смещения Вина). При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие (см.: Болометрия).

Оптическое излучение может создаваться и регистрироваться в химических и биологических реакциях. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии. Источником энергии для большинства живых существ на Земле является фотосинтез — биологическая реакция, протекающая в растениях под действием оптического излучения Солнца.

Ультрафиолетовое излучение[ | ]

Основная статья: Ультрафиолетовое излучение

Жёсткое излучение[ | ]

Основные статьи: Рентгеновское излучение

и
Гамма-излучение
В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения.

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц.

Виды электромагнитного излучения

ЭМИ разделено на виды по характеристикам длины и частоты.

Длина волн колеблется в таких диапазонах:

Диапазоны электромагнитного излучения

1. Радиоволны (от 0,1 мм до 10 км и более) делятся на короткие, ультракороткие, средние, длинные и сверхдлинные. Ультракороткие радиоволны относятся к сверхвысокочастотным (СВЧ) волнам.
2. Инфракрасные лучи (от 1 мм до 780 нм).
3. Ультрафиолетовые лучи (от 380 мм до 10 нм).
4. Видимый свет (от 780 мм до 380 нм).
5. Рентген-излучение (от 10 нм до 5 пм).
6. Гамма-лучи (до 5 пм).

Частота волн варьируется от 30 кГц (для радиоволн) до 6×10¹9 Гц и более (для гамма-лучей).

Волны разной длины образуются разными способами:

• рентгеновские появляются тогда, когда быстро движущиеся электроны переходят в состояние с меньшей энергией вследствие торможения;
• ультрафиолетовое излучается вследствие движения ускоренных электронов;
• инфракрасное излучение испускается раскаленными предметами;
• радиоволны образуются из высокочастотных токов, движущихся по антеннам;
• ионизирующее гамма-излучение испускается в процессе ядерных реакций.

Вышеперечисленные виды волн поглощаются веществами неодинаково: рентгеновские и гамма-волны проникают сквозь ткани организма и почти не поглощаются, инфракрасные лучи проходят сквозь ряд непрозрачных объектов, при поглощении происходит нагрев вещества.

Свойства электромагнитных волн

Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна

– распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.

Источник электромагнитного поля – электрические заряды, движущиеся с ускорением.

Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.

Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с

, то есть со скоростью света.

В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:

Колебания вектора напряженности E

и вектора магнитной индукции
B
происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).

Электромагнитная волна переносит энергию.

Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Радиоволны

– это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением

. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету

относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением.

Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение

невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучением

называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Шкала электромагнитных волн

По современным представлениям, свет это поток частиц электромагнитного поля, называемых фотонами и имеющих двойственные корпускулярно-волновые свойства (т.е. свет обладает свойствами потока частиц и волн). Основной характеристикой световых волн является частота колебаний ν (частота колебаний векторов напряженностей Е и Н электромагнитного поля). Чаще используется связанная с ней длина волны в вакууме λ = сТ = c/ν, где с — скорость света в вакууме округленно принимается с = 3•108 м/с, Т – период колебания.

В соответствии с условиями возбуждения и свойствами излучения электромагнитные волны делятся по частоте (или длине волны) на несколько диапазонов, составляющих шкалу электромагнитных волн: радиоволны, оптическое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение. Границы этих диапазонов условны, так как они в значительной мере определяются источниками излучения и поэтому могут взаимно перекрываться (рис.1).

Рис.1

Электромагнитное излучение с длинами волн в пределах от 400 мкм до 10 нм называется оптическим излучением. Оптическое излучение в пределах длин волн от 760 до 380 нм, действуя на глаз, вызывает ощущение света. Оно называется видимым излучением. В сторону более длинных волн от него в спектре расположено невидимое инфракрасное излучение, в сторону более коротких волн — невидимое ультрафиолетовое.

Излучение может быть простым (или монохроматическим) и сложным. Монохроматическим называется излучение какой-либо одной длины волны. Это идеализированное представление; практически монохроматическим считают такое излучение, в котором длины составляющих его волн различаются не больше чем на десятые доли нанометра. Монохроматическое излучение в видимой части спектра определенной длины волны, действуя на глаз, вызывает ощущение соответствующего цвета. Излучение, состоящее из волн различной длины, называется сложным. В зависимости от его спектрального состава оно может вызывать различные цветовые ощущения,

Среди множества возможных видов сложного излучения выделяют белый свет. Белым светом называют видимую часть излучения Солнца (рис.2), а также излучения нагретых до высокой температуры (несколько тысяч градусов) непрозрачных твердых и жидких тел. Это излучение содержит все волны видимого диапазона в определенном соотношении по интенсивности.

Спектр.

Спектр электромагнитного излучения это упорядоченная по длинам совокупность монохроматических волн, на которую разлагается свет или иное электромагнитное излучение. Типичный пример спектра – хорошо известная всем радуга. Возможность разложения солнечного света на непрерывную последовательность лучей разных цветов впервые экспериментально показал И.Ньютон в 1666. Направив на трехгранную призму узкий пучок света (рис.3), проникавший в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне окна, он получил на противоположной стене изображение окрашенной полоски с радужным чередованием цветов, которая была названа им латинским словом spectrum. Проводя опыты с призмами, Ньютон пришел к следующим важным выводам: 1) обычный «белый» свет является смесью лучей, каждый из которых имеет свой собственный цвет; 2) лучи разных цветов, преломляясь в призме, отклоняются на различные углы, вследствие чего «белый» свет разлагается на цветные составляющие.

Исследование спектров. Спектральные приборы.

На дисперсии сложного излучения в трехгранной призме из прозрачного вещества (для видимого света — тяжелое стекло-флинт, для ультрафиолетового излучения — кварц и для инфракрасного — каменная соль или сильвин) основано устройство приборов для исследования спектра и измерения длины волн сложного излучения (спектроскопов и спектрографов).

Простейший призменный спектроскоп (рис. 4, б) состоит из штатива О, на котором укреплен горизонтальный диск Д с делениями. В центре диска устанавливается призма П, по краям диска расположены две трубы: коллиматор К и зрительная 3, которая с помощью винта В может устанавливаться под необходимым углом. Коллиматор (рис. 4, а) имеет на конце щель, перед которой помещается источник света; линза О, образует пучок параллельных лучей, что необходимо для того, чтобы лучи, прошедшие через призму, состояли также из параллельных пучков. Эти пучки объективом О2 зрительной трубы фокусируются в его фокальной плоскости FF и образуют каждый изображение щели соответствующего цвета, которое называется спектральной линией. Совокупность этих линий образует исследуемый спектр, который в увеличенном виде наблюдается через окуляр Ок. Спектрограф (рис. 5: а -общий вид и б — схема устройства) — более сложный прибор, приспособленный для фотографирования спектров. Свет через щель Д и линзу Л1 направляется на дисперсионную призму П, пучки спектрально разложенного света фокусируются линзой Л2 на фотопластинке Ф.

Пользуясь спектральным прибором, можно получить монохроматический свет необходимой длины волны. Для этого в фокальной плоскости второй линзы Л2 помещают щелевую диафрагму, с помощью которой и выделяют из спектра желаемую линию. Такой прибор называется монохроматором.

Классификация спектров.

Все спектры делятся на два основных класса: спектры испускания (или эмиссионные) и спектры поглощения. Каждый класс, в свою очередь, подразделяется на непрерывные (сплошные), полосатые и линейчатые спектры.

Спектры, состоящие из ярких линий или полос на темном фоне, называются спектрами испускания. Они возникают, когда вещество сильно нагревается или подвергается бомбардировке электронами. Спектры поглощения, состоящие из темных участков на ярком фоне, получаются, когда белый свет проходит сквозь полупрозрачную среду, которая поглощает некоторые частоты.

Рис.6. Спектр испускания железа Fe

Линейчатый спектр является спектром, в котором появляются только определенные длины волн, или «линии». Полосатый спектр состоит из линий, сгруппированных в полосы. Спектры испускания и поглощения индивидуальны для каждого вещества, поэтому их применяют для идентификации веществ в науке спектроскопии. Спектры являются результатом переходов электронов между различными энергетическими уровнями в атомах или молекулах вещества, что приводит к испусканию или поглощению электромагнитного излучения.

Эмиссионные спектры (спектры испускания) возбуждаются для паров и газов путем электрического разряда, для жидких и твердых тел — путем нагревания до высокой температуры, например в бесцветном пламени газовой горелки. Для органических веществ, разрушающихся под действием высокой температуры, обычно исследуются абсорбционные спектры, или спектры поглощения. Спектром поглощения называется совокупность темных линий или полос, образующихся в сплошном спектре белого света при прохождении его сквозь данную прозрачную среду. Для получения спектра поглощения в спектральном приборе между источником белого света (например, электрической дугой и щелью коллиматора или между коллиматором и призмой) по метается исследуемое вещество, например плоскопараллельная кювета с исследуемым раствором.

Теория Бopa. Спектр атома водорода

В 1913 г. Н. Бор предложил теорию механизма излучения света атомами, учитывающую квантовую природу света. Теория основывается на двух постулатах:

1. Внутренняя энергия атома дискретна; она может принимать только определенные дозволенные значения (или уровни), характерные для данного атома. Состояния атома, соответствующие этим уровням энергии, являются стационарными: в таком состоянии атом не излучает электромагнитных волн, несмотря на происходящее в нем движение электронов.

2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается (или поглощается) монохроматическое электромагнитное излучение, частота которого обусловлена энергией, равной разности энергетических уровней Е2 и E1, соответствующих этим состояниям:

где h — постоянная Планка.

Используя ядерную модель атома, Бор предложит считать, что стационарным состояниям, или дозволенным энергетическим уровням, атома соответствует движение электронов по орбитам определенного радиуса.

Исходя из условия квантования, Бор рассчитал энергетические уровни для атома водорода. В атоме электрон удерживается на орбите силой кулоновского притяжения к ядру, обусловливающей центростремительное ускорение.

Для первой, основной, орбиты радиус r1 = 0,53•10-8 см, что согласуется с расчетами на основании кинетической теории газов. Скорость движения электрона по стационарной орбите для основной орбиты атома водорода v1= 2,3•108 см/с. Таков порядок скорости движения электронов по орбите.

Полная энергия электрона Ев = Ек + Еп, причем потенциальная энергия зависит от радиуса орбиты. Энергетические уровни обратно пропорциональны квадрату квантового числа и их значения представлены в таблице1.

Поскольку с увеличением радиуса орбиты отрицательные значения энергии электрона убывают по абсолютной величине, можно считать, что энергетические уровни при этом повышаются.

Таким образом, по мере удаления от ядра энергетические уровни атома возрастают:

Е1 < E2 < …

С возрастанием числа n разность между каждыми двумя соседними уровнями по абсолютной величине уменьшается:

ΔE’> ΔE’’ > ΔE’’’ > …

где ΔE’=E2-E1; ΔE’’=E3–E2; ΔE’’’=E3–E2. Стационарный уровень с наименьшей энергией называется основным, он соответствуем состоянию атома, не подвергающегося никаким внешним воздействиям. Остальные стационарные уровни называются возбужденными. Возбуждение атома, т. е. переход электрона на орбиту большего радиуса, требует сообщения дополнительной энергии и, следовательно, происходит в результате каких-либо внешних воздействий: при соударении частиц в процессе интенсивного теплового движения, электрическом разряде в газах, поглощении электромагнитного излучения, в результате рекомбинации ионов в газе или электронов и дырок в полупроводнике, при действии на атом радиоактивного излучения и некоторых других воздействиях.

Возбужденное состояние атома неустойчиво, примерно через 10-8 с электрон возвращается на основную орбиту, при этом излучается один фотон с энергией hv, равной энергии, полученной при возбуждении (рис.8, а), и атом переходит в основное состояние. Электрон может возвращаться на основную орбиту не только единым переходом, но и через промежуточные уровни. В этом случае при переходе будут излучаться несколько фотонов с энергиями hv’ и hv», равными разности энергий этих уровней (рис.8, б).

Теория Бора объяснила не только происхождение линейчатых спектров, но и структуру спектра излучения атомов водорода. В зависимости от энергии, полученной при возбуждении атома, электрон переходит на различные возбужденные уровни. При возвращении его на основной уровень (особенно если этот переход совершается ступенчато) излучаются кванты различной энергии. Поэтому в спектре излучения атома водорода должно быть значительное число линий, расположение которых соответствует энергетическим уровням атома и возможным переходам электрона.

Еще до создания теории Бора было установлено, что в спектра водорода имеются группы, или серии, линий, частоты которых находятся между собой в определенных соотношениях, например, серия Лаймана (в ультрафиолетовой части спектра), Бальмера (в видимой части спектра), Пашенна (в инфракрасной области) и др.

Рис.9. Спектральные серии атома водорода. а- переход электрона, б- энергетические уровни, в- расположение линий в спектре излучения (видимая область спектра см. рис 7).

Теория Бора объяснила происхождение этих серий (риc. 9). Энергия излучаемых -фотонов равна разности энергетических уровней Еп и Ет перехода электрона: hv = Еn — Еn0, откуда v = (Еn — En0)/h. Таким образом, по теории Бора, к серии Лаймана, например, относятся все переходы электронов с возбужденных уровней (n = 2, 3, 4, …) на основной (n0 = 1), к серии Бальмера — переходы с более высоких (n — 3, 4, 5, …) на первый возбужденный уровень (n0 = 2) и т. д.

Теория Бора получила подтверждение в спектральных закономерностях атома водорода. Однако попытка применить ее к спектрам более сложных атомов встретила значительные затруднения.

Молекулярные спектры

Если энергия, сообщенная атому, незначительна, то на возбужденные уровни в основном переходят валентные электроны. Частота излучения при этом соответствует оптической части спектра (видимое и близкие к нему части инфракрасного и ультрафиолетового излучений). У атомов с высоким порядковым номером более значительная энергия возбуждения обусловливает переходы электронов между уровнями, соответствующими внутренним слоям. Излучение при переходах электронов между этими уровнями имеет значительно более высокую частоту и относится к дальнему ультрафиолетовому и рентгеновскому.

Молекулы имеют более сложные спектры излучения (или поглощения), чем атомы того же вещества. При соединении атомов в молекулу изменяется конфигурация оболочки с валентными электронами, в твердых телах образуются энергетические зоны, в связи с чем число возможных переходов электронов и соответствующих им спектральных линии значительно возрастает.

Кроме уровней (Еe), связанных о переходами электронов, у молекул появляются энергетические уровни (Ем), обусловленные, во-первых, колебательным движением ядер атомов, образующих молекулу около положения равновесия (Екол), и, во-вторых, вращательным движением самой молекулы (Евр). Энергия этих видов движения также квантуется, т. е. имеет свои дозволенные (квантованные) энергетические уровни Таким образом, молекулярные спектры состоят из трех компонентов — электронного, колебательного и вращательного. Внешние воздействия усиливают интенсивность этих видов молекулярного движения, т. е. возбуждают молекулу, которая затем возвращается в основное состояние, излучая фотон с энергией, равной разности энергетических уровней перехода.

Все эти компоненты дают в спектре множество близко расположенных линий, которые в совокупности образуют полосатые (преимущественно у паров и газов) или сплошные (у твердых и жидких тел) спектры.

Как показывают теория и опыт, Евр <кол <<�Ее, поэтому молекулярные спектры занимают широкие диапазоны электромагнитного излучения, причем вращательная и колебательная составляющие относятся преимущественно к инфракрасному излучению, а электронная — к видимому и ультрафиолетовому.

Анализ молекулярных спектров, особенно в инфракрасной области широко используется при изучении строения молекул.

Вращательная составляющая молекулярных спектров может занимать также область коротких радиоволн. Исследование спектров излучения и поглощения в этом диапазоне называют радиоспектроскопией. Эти данные дополняют сведения о строении молекул, полученные с помощью оптической спектроскопии.

Наиболее распространенным методом радиоспектроскопии является метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В случае непарамагнитных тел для аналогичных целей используется явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Возбужденное состояние атома или молекулы может разрешаться не только путем излучения фотона. Оно может вызвать фотохимическую реакцию, перестройку структуры сложной молекулы, а полученная при возбуждении энергия может быть передана другим частицам в процессе теплового движения. Эти явления носят название безызлучательных энергетических переходов.

Рассеяние и поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

При прохождении через вещественную среду световая волна постепенно ослабляется. Это происходит в связи с рассеянием и поглощением света.

Рассеяние света происходит в неоднородных средах при условии, что размеры неоднородностей соизмеримы с длиной волны света. Если неоднородность среды образована посторонними частицами, беспорядочно распределенными в массе среды, то рассеяние света называют явлением Тиндаля, а среды — мутными, например мелкий туман, дым, различные взвеси и эмульсии и т. п. Это явление можно наблюдать, например, когда узкий пучок солнечных лучей проходит сквозь запыленную атмосферу: свет рассеивается на пылинках н весь пучок становится видимым при наблюдении с любой стороны.

Длина волны света при рассеянии не изменяется, а интенсивность рассеянного света тем выше, чем меньше размеры этих неоднородностей сравнительно с длиной волны. Интенсивность рассеяния зависит также от длины волны света: короткие волны рассеиваются значительно сильнее, чем длинные. Можно считать, что интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна примерно второй степени длины волны для более крупных и третьей степени — для более мелких частиц. Поэтому, например, мелкодисперсный туман имеет синий цвет, а состоящий из более крупных капелек — белый

Рассеяние света может происходить также и в однородной среде на мгновенных неоднородностях (флуктуациях) плотности вещества, образующихся в связи с тепловым движением атомов и молекул, например в чистом газе в процессе теплового движения молекулы в различные моменты сближаются в одних точках объема газа и разреживаются в других. Этот вид рассеяния называется молекулярным рассеянием. Интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны падающего света (закон Рэлея). В связи с этим, например, свечение неба наблюдается сине-голубым, а прямое солнечное излучение приобретает желто-красный оттенок, особенно при восходе и заходе Солнца, когда это излучение проходит более длинный путь в атмосфере.

При рассеянии света в однородных жидкостях и кристаллах в рассеянном свете кроме падающей волны частотой ω0 появляются волны с частотой ωм, отличающейся от нее на определенную величину Δω, характерную для молекулярной структуры данного вещества. Этот вид молекулярного рассеяния называется комбинационным рассеянием света и имеет значение для изучения структуры вещества.

При рассеянии света энергия сохраняет свою электромагнитную природу. При поглощении света она переходит в другие виды внутренней энергии, при этом в веществе могут происходить различные явления: повышение интенсивности теплового движения (тепловой эффект), возбуждение и ионизация атомов и молекул, активация молекул (фотохимический эффект) и т. п.

Закон поглощения в однородной среде для параллельного пучка монохроматического света был установлен Н. Бугером: в каждом последующем слое среды одинаковой толщины поглощается одинаковая часть потока энергии падающей на него световой волны, независимо от его абсолютной величины.

Определим на основании этого закона интенсивность Id световой волны, прошедшей слой среды толщиной d, если падающая на поверхность среды волна имеет интенсивность I0. Для этого выделим на расстоянии х от поверхности слой среды толщиной dx (рис. 10, а). Убывание dIx интенсивности Ix волны вследствие поглощения света этим слоем по закону Бугера пропорционально величине Ix и толщине слоя dx:

где α — коэффициент пропорциональности. Уравнению можно придать вид dIx/Ix = — α dx.

Решая это уравнение, получим для слоя толщиной х = d

График изменения интенсивности света Ix в зависимости от толщины слоя среды, который проходит свет, показан на рис. 10, б (экспоненциальная кривая).

Коэффициент пропорциональности α называется показателем поглощения и характеризует поглощательную способность вещества.

Он зависит от его природы и состояния, а также от частоты (длины волны λ0) света. У металлов показатель поглощения весьма высок (порядка 103-108 см-1) Это объясняется наличием в металлах свободных электронов, вынужденные колебания которых легко возбуждаются и имеют значительную амплитуду. Падающая на поверхность металла световая волна быстро расходует свою энергию и потому проникает на самую малую глубину.

У диэлектриков показатель поглощения в общем невелик (порядка 10-3 – 10-5 см-1), однако у них наблюдается селективное поглощение света в определенных интервалах длин волны, в которых показатель поглощения резко возрастает. Это связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов и значительное поглощение света происходит только при резонансных колебаниях, т. е. при частотах световой волны, близких к собственным (или кратным им) частотам колебаний электронов диэлектрика. Это явление объясняет, например, линейчатые спектры поглощения газов в атомарном состоянии.

Примерный характер зависимости показателя поглощения от длины волны к показан на рис. 11. На рис. 11, а — график 1 для тел, равномерно поглощающих свет любой длины волны (черные и серые тела), 2 — для тел, поглощающих свет любых длин волн начиная с некоторой граничной λгр, 3 — для тел, имеющих широкую полосу поглощения в пределах длин волн от λ1 до λ2. На рис. 11 б — для тел с селективным (резонансным) поглощением при определенных длинах волн λ1, λ2 и λ3.

Постепенное убывание интенсивности света при прохождении через среду вследствие рассеяния также подчиняется закону Бугера, формула которого с учетом как поглощения, так и рассеяния принимает вид

где σ — показатель ослабления света вследствие рассеяния.

Исследуя поглощение монохроматического света растворами окрашенных веществ (при условии, что растворитель не поглощает света данной длины волны и раствор имеет невысокую концентрацию), А. Бер показал, что оно подчиняется закону Бугера, причем показатель поглощения α прямо пропорционален концентрации вещества в растворе (закон Бера): α = χС, где χ — показатель поглощения для раствора единичной концентрации. Тогда формула закона Бугера-Ламберта-Бера примет вид

или в системе десятичных логарифмов , где

Отношение Id/I0 = τ называют коэффициентом пропускания или прозрачностью раствора, а величину D = lg (Id/I0) = -lg τ — оптической плотностью. В соответствии с приведенной выше формулой оптическая плотность раствора D = χ’Cd.

На законе Бугера-Бера основан метод определения концентрации растворов путем сравнения толщин d1 и d2 слоев двух растворов одного и того же вещества, исследуемого с концентрацией С1 и стандартного С2, в которых имеет место одинаковое поглощение света. В приборе, называемом концентрационным колориметром, свет от одного и того же источника проходит через слои d1 и d2 растворов; изменением толщины слоев уравнивается яркость двух половин поля зрения, освещенного светом, прошедшим через эти растворы (рис. 13). При этом уравниваются и оптические плотности растворов: D1 = D2, или C1d1 = C2d2, откуда C1/C2 = d1/d2, т. е. концентрации С1 и С2 обратно пропорциональны толщинам слоев d1 и d2.

Аналогичный метод определения концентрации вещества в коллоидном растворе называется нефелометрией. При этом сравниваются интенсивности света, рассеянного частицами в стандартном и исследуемом растворах: при относительно невысоких концентрациях они пропорциональны концентрации взвешенных частиц и высоте столба раствора. Растворы освещаются боковым светом.

Спектральный анализ

Спектры (как эмиссионный, так и абсорбционный) тесно связаны со строением атомов и молекул вещества. Поэтому по их характеру можно судить о природе и составе как простых, так и сложных веществ. Метод качественного или количественного определения состава вещества по его спектру называется спектральным анализом Основное преимущество его в том, что для анализа требуется исключительно малое количество вещества Путем спектрального анализа может быть обнаружено присутствие вещества в количестве до 10-8 г. С помощью спектрального анализа, например, было установлено, что живые организмы содержат в крайне незначительных количествах многие металлы — кобальт, хром, титан и др. Спектральный анализ позволяет установить следы крови (судебная медицина), микропримеси металлов в консервированных продуктах (пищевая гигиена и т. п.).

Абсорбционная спектрофотометрия.

Для исследования молекулярного состава органических веществ применяют абсорбционную спектроскопию, обычно при этом исследуемое вещество растворяют в воде, которая сама не дает спектра поглощения в области видимого света. С помощью абсорбционной спектроскопии, например, был установлен молекулярный состав многих витаминов, гормонов и т. п.

Применение абсорбционной спектрофотометрии в видимой и ультрафиолетовой областях спектра для методик количественного определения основано на том факте, что поглощаемость вещества обычно является константой, независимой от интенсивности падающего излучения, длины кюветы и концентрации, вследствие чего концентрация может быть определена фотометрически. Отклонения от приведенных выше величин могут быть обусловлены физическими, химическими или инструментальными переменными. Отклонения вследствие инструментальной ошибки могут быть вызваны влиянием ширины щели, рассеянием света или полихроматическим излучением. Очевидные ошибки могут также появиться в результате изменения концентрации растворенных молекул вследствие ассоциации между молекулами растворенного вещества, между молекулами растворенного вещества и растворителя, а также вследствие диссоциации или ионизации

Свойство атомов и молекул поглощать свет с определенной длиной волны, характерной для данного вещества, широко используется в медицине и фармации для качественных и количественных исследований. Измерение спектров поглощения позволяет судить о химическом составе вещества и его состоянии в биологических структурах. Для регистрации спектров поглощения используются приборы спектрофотометры.

Спектр поглощения — часто выражаемое графически отношение поглощения или любой функции поглощения к длине волны или любой функции длины волны (см. рис.7, 11). Спектры поглощения веществ определяются разностью энергий между энергетическими уровнями молекул, составляющими вещество, а также вероятностями перехода между ними. Разность энергий определяет длину волны, на которой происходит поглощение света, вероятность перехода — коэффициент поглощения вещества. Для биологически важных молекул характерны широкие полосы поглощения, обусловленные электронными, колебательными и вращательными уровнями. Молекулярные группы, поглощающие свет, называют хромофорами.

Стандартный диапазон измерений в абсорбционной спектрофотометрии: 180-1100 нм. Он включает в себя три области спектра: ближнюю ультрафиолетовую область (УФ) -180-380 нм; видимую (ВИД) — 380-760 нм и ближнюю инфракрасную (ИК) — 760-1100 нм.

Нуклеиновые кислоты поглощают только в УФ области (180-220 и 240-280 нм). Их хромофорами являются, в основном, пуриновые и пиримидиновые основания.

Белки имеют три типа хромофорных групп: собственно пептидные группы, боковые группы аминокислотных остатков и простетические группы. Первые две поглощают в УФ области и не поглощают в видимой области. Пептидные группы -CO-NH- поглощают в районе 190 нм. Боковые группы трех ароматических кислот — триптофана, тирозина и фенилаланина — также поглощают на этих длинах волн, причем значительно сильнее, чем пептидные группы. Кроме того они имеют полосу поглощения в диапазоне 260-280 нм.

Простетические группы (гем в гемоглобине и др. хромофоры) поглощают в УФ и в видимой области. Именно они придают белку цвет (например, красный цвет гемоглобину). Спектр поглощения гемоглобина (рис. 15) имеет характерные максимумы в видимой области (~400 нм и 525-580 нм), а также в ближней ИК-области (900 нм). Спектры поглощения гемоглобина, связавшего кислород (оксигемоглобин) – красная линия и свободного гемоглобина (деоксигемоглобин) – синяя иния отличаются. Поэтому с помощью спектров поглощения можно измерить содержание кислорода в крови человека.

Рис.15. Спектры поглощения гемоглобина и оксигемоглобина в оптической области излучения

Примеры использования спектрофотометрии в биологии, медицине и фармации.

· Измерение концентрации белков и нуклеиновых кислот.

· Оценка кровоснабжения тканей на основе измерений степени оксигенации гемоглобина.

· Измерение рН среды с помощью красителей, изменяющих спектр поглощения с изменением рН.

· Определение концентрации различных лекарственных средств, имеющих характерные спектры поглощения (рутин, берберин).

· Отслеживание динамики размножения микроорганизмов по изменению оптической плотности среды, в которой они находятся.

Принципиальная схема спектрофотометра.

Спектрофотометр состоит из следующих основных блоков (рис.16): источника света (И), монохроматора (М), измерительной кюветы (К1) и кюветы сравнения (К2), фотоприемника (Ф) и регистратора (индикатора) (Р).

Источник (И) испускает свет, монохроматор (М) выделяет из него нужный участок спектра. Этот свет далее проходит либо через измерительную кювету (К1), в которую, помещают исследуемый раствор, либо через кювету сравнения (К2), заполненную растворителем (в этом случае кювету К2 помещают вместо кюветы К1). Свет, прошедший через кювету, регистрируют фотоприемником (Ф), и его интенсивность либо записывают каким-либо регистратором, либо отображают на индикаторе. В качестве индикатора можно использовать стрелочный прибор. Две кюветы используют для того, чтобы исключить паразитные эффекты, связанные с поглощением света в растворителе и его отражениями от стенок кюветы.

Источники излучения

По природе возникновения источники ЭМИ бывают искусственными (электроприборы и механизмы) и природными (поле Земли, атмосферные явления, ядерный синтез).

Излучение передвигается от источника к приемнику на большой скорости. Согласно большинству теорий, если они разделены вакуумным пространством или разреженным газом, скорость передвижения волн равна скорости света (300 тыс. км/с).

Все виды излучений движутся в свободном пространстве одинаково быстро, различной будет только частота колебаний в секунду.

Источники электромагнитных излучений в быту

Источники электромагнитных излучений:

• нагретые тела (лампы накаливания, радиаторы);
• радиоактивные элементы;
• линии электропередач;
• радио- и телепередатчики;
• лазерные установки;
• станции сотовой связи;
• радиолокационные и релейные станции;
• ядерные и космические процессы;
• железнодорожный и электротранспорт;
• бытовая электротехника.

Источники электромагнитных волн есть в каждой квартире (телевизоры, холодильники, микроволновые печи, Wi-Fi-роутеры, мобильные телефоны). Аэрогрили, холодильники с системой размораживания, микроволновые печи, мобильные телефоны и компьютеры представляют наибольшую электромагнитную опасность. Чем ближе человек находится к источнику и чем выше его мощность, тем большее воздействие на организм оказывает ЭМИ.

Линии электропередачи

Провода работающей линии электропередачи (ЛЭП) создают в прилегающем пространстве электромагнитные поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает десятков метров.
Дальность, распространение и величина поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии – например, ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение – тем больше зона повышенного уровня электромагнитного поля, при этом размеры зоны не изменяются в течение времени работы линии электропередачи.

Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются. Границы санитарно-защитных зон для линий электропередачи на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля – 1 кВ/м. К размещению воздушных линий ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых воздушных линий электропередачи 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.

Бытовые электроприборы

Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой “без инея”, электроплиты, телевизоры, компьютеры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа. Значения электромагнитного поля тесно связаны с мощностью прибора. Причем степень загрязнения увеличивается в геометрической прогрессии с увеличением мощности.

Функциональные передатчики

Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения.

Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин – излучение, 30 мин – пауза, суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно.

Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд. Радары метеорологические могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м2 на расстоянии 60 м.

Морское радиолокационное оборудование устанавливается на всех кораблях, обычно оно имеет мощность передатчика на порядок меньшую, чем у аэродромных радаров, поэтому в обычном режиме сканирования ППЭ, создаваемое на расстоянии нескольких метров, не превышает 10 Вт/м2. Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты.

Сотовая связь

Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения.

Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов.

В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или “соты”, радиусом обычно 0,5-10 километров. Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц.[20] БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки.

Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю.

Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 – 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи “мобильный радиотелефон – базовая станция”, т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ.

Максимальная мощность находится в границах 0,125-1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт.

Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека “откликается” на наличие излучения сотового телефона.

Теле- и радиостанции

Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт.

В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га).

По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком.

Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части. Первая часть зоны – это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС.

Вторая часть зоны – это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны. Расположение ПРЦ может быть различным, например, в Москве и Санкт- Петербурге характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки.

Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду электромагнитные волны ВЧ и УВЧ-диапазонов.

Применение

Инфракрасные лучи для лечения болезней начали использоваться с античных времен, когда врачи применяли горящие угли, очаги, нагретое железо, песок, соль, глину и т.п. для излечения обмораживания, язв, карбункулов, ушибов, кровоподтеков и т.д. Гиппократ описывал способ их применения для обработки ран, язв, повреждений от холода и т.д. В 1894 г. Келлог ввел в терапию электрические лампы накаливания, после чего инфракрасные лучи были с успехом применены при заболеваниях лимфатической системы, суставов, грудной клетки (плевриты), органов брюшной полости (энтериты, рези и т.п.), печени и желчного пузыря.
В инфракрасном спектре есть область с длинами волн примерно от 7 до 14 мкм(так называемая длинноволновая часть инфракрасного диапазона), оказывающая на организм человека по — настоящему уникальное полезное действие. Эта часть инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела с максимумом на длине волны около 10 мкм. Поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё».Самый известный естественный источник инфракрасных лучей на нашей Земле — это Солнце, а самый известный на Руси искусственный источник длинноволновых инфракрасных лучей — это русская печь, и каждый человек обязательно испытывал на себе их благотворное влияние.

Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления, системах автоматики, охранных системах, некоторых мобильных телефонах и т. п. Инфракрасные лучи не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости.

Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке меньше тех же показателей при традиционных методах.

Детекторы инфракрасных лучей широко используются спасательными службами, например, для обнаружения живых людей под завалами после землетрясений или иных стихийных бедствий и техногенных катастроф.

Положительным побочным эффектом так же является стерилизация пищевых продуктов, увеличение стойкости к коррозии покрываемых красками поверхностей.

Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т. п. на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал, белок, липиды)

Влияние ЭМИ на человека

Считается, что электромагнитное излучение оказывает негативное влияние как на здоровье человека, так и на его поведение, жизненный тонус, физиологические функции и даже мысли. Сам человек также является источником такого излучения, и если на наше электромагнитное поле начинают воздействовать другие, более интенсивные источники, то в человеческом организме может наступить полный хаос, который приведёт к различным заболеваниям.

Учёные установили, что вредны не сами волны, а их торсионная (информационная) составляющая, которая имеется в любом электромагнитном излучении, то есть именно торсионные поля оказывают неправильное воздействие на здоровье, передавая человеку негативную информацию.

Опасность излучения состоит и в том, что оно способно накапливаться в организме человека, и если длительно пользоваться, например, компьютером, мобильным телефоном и т. п., то возможны головная боль, высокая утомляемость, постоянные стрессы, снижение иммунитета, а также возрастает вероятность заболеваний нервной системы и головного мозга. Даже слабые поля, особенно такие, которые совпадают по частоте с ЭМИ человека, способны нанести вред здоровью, искажая наше собственное излучение, и, тем самым, вызывая различные болезни.

Огромное влияние на здоровье человека играют такие факторы электромагнитного излучения, как:

• мощность источника и характер излучения;
• его интенсивность;
• длительность воздействия.

Также стоит отметить, что воздействие излучения может быть общим или местным. То есть, если взять мобильный телефон, то он оказывает влияние только на отдельный орган человека — головной мозг, а от радиолокатора происходит облучение всего организма.

Какое излучение возникает от тех или иных бытовых приборов, и их диапазон, видно из рисунка.

Глядя на эту таблицу, можно для себя уяснить, что чем дальше от человека располагается источник излучения, тем меньше его вредоносное влияние на организм. Если фен находится в непосредственной близости от головы, и его воздействие наносит ощутимый вред человеку, то холодильник практически никак не влияет на наше здоровье.

Воздействие метровых волн

Метровые волны большой интенсивности, излучаемые импульсными генераторами метровых радиолокационных станций (РЛС), имеющих импульсную мощность более мегаватта (таких, например, как станция дальнего обнаружения П-16) и соизмеримые с протяженностью спинного мозга человека и животных, а таже длиной аксонов, нарушают проводимость этих структур, вызывая диэнцефальный синдром (СВЧ-болезнь).

Последняя приводит к быстрому развитию (в течение от нескольких месяцев до нескольких лет) полному или частичному (в зависимости от полученной импульсной дозы излучения) необратимому параличу конечностей человека, а также нарушению иннервации кишечника и других внутренних органов.

Воздействие дециметровых волн

Дециметровые волны соизмеримы по длине волны с кровеносными сосудами, охватывающими такие органы человека и животных, как легкие, печень и почки. Это одна из причин, почему они вызывают развитие “доброкачественных” опухолей (кист) в этих органах. Развиваясь на поверхности кровеносных сосудов, эти опухоли приводят к остановке нормального кровообращения и нарушению работы органов.

Если вовремя не удалить такие опухоли оперативным путем, то наступает гибель организма. Дециметровые волны опасных уровней интенсивности излучают магнетроны таких РЛС, как мобильная РЛС ПВО П-15, а также РЛС некоторых воздушных судов.

Воздействие сантиметровых волн

Мощные сантиметровые волны вызывают такое заболевание, как лейкемию – “белокровие”, а также другие формы злокачественных опухолей человека и животных. Волны достаточной для возникновения этих заболеваний интенсивности генерируют РЛС сантиметрового диапазона П-35, П-37 и практически все РЛС воздушных судов.

Приборы для измерения электромагнитного излучения (ЭМИ)

На сегодняшний день существует множество различных приборов для измерения электромагнитного излучения. Среди них есть как очень дорогие универсальные модели, так и довольно бюджетные, упрощенные модификации. На тематических форумах распространено мнение, что последними целесообразно пользоваться для самостоятельного измерения магнитного поля. Это довольно серьёзное заблуждение, и вот почему:

• для получения корректных результатов измерения необходимо в точности соблюсти все соответствующие требования СанПин. В зависимости от метода исследования и локации они существенно разнятся.
• подобрать оптимальный метод исследования можно на основе данных по уровню концентрации энергии, интенсивности магнитного поля и частотному диапазону волн. Для этого необходимо обладать специальными знаниями. В противном случае результаты измерения окажутся довольно приблизительными.
• у каждого прибора особый алгоритм работы. Для правильного и эффективного использования устройства также необходимо обладать специальными знаниями и опытом.
• любой прибор для измерения ЭМИ обязательно должен быть сертифицирован, а лицо, проводящее исследование, — иметь лицензию на данную сферу деятельности.

Поэтому измерение ЭМП следует доверить специалистам.

Как защититься от электромагнитного излучения

Опасность ЭМИ состоит в том, что человек никак не ощущает на себе его влияния, а оно существует и сильно вредит нашему здоровью. Если на рабочих местах имеется специальное защитное оборудование, то дома дела обстоят намного хуже.

Но защитить себя и своих близких от вредоносного влияния бытовых приборов всё же возможно, если следовать простым рекомендациям:

• приобрести дозиметр, определяющий интенсивность излучения и замерять фон от различных бытовых приборов;
• не включать сразу несколько электроприборов одновременно;
• держаться от них, по возможности, на расстоянии;
• располагать приборы так, чтобы они как можно дальше находились от мест длительного пребывания человека, например, обеденного стола или зоны отдыха;
• в детских комнатах должно находиться как можно меньше источников излучения;
• не нужно электроприборы группировать в одном месте;
• мобильный телефон не стоит подносить к уху ближе, чем на 2,5 см;
• телефонную базу держать подальше от спальни или рабочего стола:
• не располагаться близко от телевизора или монитора компьютера;
• выключать ненужные вам приборы. Если в данное время вы не пользуетесь компьютером или телевизором, не нужно держать их включёнными;
• стараться сокращать время пользования прибором, не находиться около него постоянно.

Современная техника прочно вошла в наш быт. Мы не мыслим жизни без мобильного телефона или компьютера, а также микроволновой печи, которая у многих имеется не только дома, но и на рабочем месте. Отказаться от них вряд ли кто захочет, а вот использовать их разумно — в наших силах.

К каким нарушениям приводит электромагнитное излучение

Под влиянием вредного для организма излучения у людей часто развиваются нарушения со стороны центральной нервной системы. Типичные жертвы ЭМП страдают:

• бессонницей;
• неврастенией;
• депрессивными расстройствами;
• повышенной тревожность;
• головными болями;
• быстрой утомляемостью;
• астеническим синдромом.

У тех, чьи дома напичканы электронными и электроприборами, ухудшается память, снижается стрессоустойчивость, часто возникают перепады настроения, апатия или состояния ажитации.

Характерные нарушения со стороны сосудистой системы:

• брадикардия или тахикардия;
• регулярное учащение пульса;
• одышка;
• давящие тупые боли в области сердца;
• повышенная потливость;
• ощущение жара в теле;
• скачки артериального давления.

У гипотоников и страдающих гипертензией обострения патологических состояний вблизи источников излучения возникают чаще, чем на «чистой» территории. Иногда отмечается лейкоцитоз и снижение количества эритроцитов в крови.

Из-за снижения функции гипофиза вероятно ухудшение состояния эндокринной системы. Под воздействием ЭМП активнее выделяются адреналин и кортизол, снижается синтез половых гормонов. Установлено, что агрессивное электромагнитное излучение усугубляет инфекционные и воспалительные процессы, угнетает клеточный иммунитет, снижая сопротивляемость различным внешним патогенам.

Есть сведения, что некоторые виды облучения способны проявлять тератогенное свойство. Беременным это грозит преждевременным прерыванием, критичными нарушениями в развитии плода, формированием врожденных уродств или серьезных заболеваний у ребенка. У мужчин плотная работа с электромагнитными оборудованием чревата нарушением сперматогенеза, снижением либидо.

Практическое применения методов защиты

Решение домашних проблем, связанных с воздействием электромагнитного поля, нужно начинать решать с банальной проверки. Для этого необходимо определить уровень напряжённости магнитного и электрического поля в квартире или доме. Если показатели не выходят за предельно допустимые уровни, о которых говорили, то не стоит переживать, они рассчитаны с многократным запасом.

Если же проблема имеется, то для уменьшения воздействия электромагнитных волн используют проверенные способы:

1. Проверьте наличие и подключение розеток к заземляющим контурам. Рекомендуется применение этих элементов со специальными контактами РЕ проводника.
2. Микроволновки и другие потенциально опасные бытовые устройства комплектуются корпусами с защитным экранированием. Не допускается эксплуатация даже в частично разобранном состоянии.
3. Стационарное оборудование должно быть заземлено, по этой причине и важно наличие розеток с соответствующими контактами.

Среди других общеизвестных методов защиты от излучения порекомендуем располагать возможные источники на максимально возможном удалении. Не стоит спать рядом с микроволновкой, да и мобильным телефоном лучше пользоваться с применением гарнитуры. Но это прописные истины, поэтому на них останавливаться не будем.

Ещё раз напомним — переживать о воздействии электромагнитного излучения стоит только в том случае, если инструментальная проверка выявила повышенный уровень напряжённости поля. Насыщенная электроприборами квартира не причина для паники, при допустимых нормах никакой угрозы здоровью нет. А шапочку из фольги можно использовать только в качестве экстравагантного аксессуара.

Источники

• https://ObOtravlenii.ru/izluchenie/elektromagnitnoe/elektromagnitnoe-izluchenie.html
• https://autogear.ru/article/417/078/fizika-protsessa-izlucheniya-primeryi-izlucheniya-v-byitu-i-prirode/
• https://fizmat.by/kursy/jelektromagnt/jelmagn_volny
• https://alfapol.ru/istochniki-elektromagnitnogo-izlucheniya-vokrug-nas/
• https://electricity-help.ru/dolzhen-znat-kazhdyy/yelektromagnitnoe-izluchenie/
• https://bourabai.ru/toe/em-scale.htm
• https://OFaze.ru/teoriya/zashhita-ot-elektromagnitnogo-izlucheniya

[свернуть]