Физика. 11 класс

Несмотря на то что все электромагнитные волны имеют одинаковую природу, их свойства, в зависимости от длины волны, существенно изменяются. Достаточно заметить, что благодаря видимому излучению мы можем наслаждаться всеми красками окружающего нас мира. Иными словами, процесс зрения становится возможным благодаря существованию электромагнитных волн определенного диапазона. Эти же волны из другого диапазона могут согреть, а могут и таить смертельную опасность. От чего зависят свойства электромагнитных волн? Как человек использует их особенности? Следует ли опасаться электромагнитного излучения?

Все окружающее нас пространство пронизано различными электромагнитными излучениями и полями.

Существуют естественные и техногенные источники электромагнитных полей. Естественными источниками электромагнитного поля являются: радиоизлучение Солнца и галактик, электрическое и магнитное поля Земли, атмосферное электричество.

Бурное развитие науки и техники в XX в. привело к созданию источников техногенных электромагнитных полей. Были разработаны генераторы электромагнитных полей, которые широко используются в промышленности, связи, военной технике, радионавигации, здравоохранении, быту. Основными источниками электромагнитного излучения являются линии электропередач, сеть электроснабжения, теле- и радиостанции, спутниковая и сотовая связь, радары, персональные компьютеры (рис. 77).

Электромагнитные излучения можно разделить также по способу генерации: область электромагнитных волн, создаваемых аппаратурой, и область волн, излучаемых молекулами, атомами и их ядрами. Эти две области подразделяются еще на диапазоны. Первая — на низкочастотное излучение и радиоизлучение, вторая — на инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение, тормозное излучение.

Принадлежность излучения к тому или иному диапазону определяется по способу генерации и приема. В тоже время физические свойства электромагнитных волн определяются только длиной волны, а не методом их возбуждения.

В таблице 7 (§ 12) показаны типы электромагнитного излучения, соответствующий им диапазон длин волн (частот), устройства, генерирующие эти типы излучения, и индикаторы, обнаруживающие излучение, а также области их применения.

Изначально для трансатлантической связи использовались сверхдлинные и длинные волны (частоты 15-50 кГц). Эта связь устойчива к возмущениям ионосферы, область ее действия охватывает обширные территории. Такие волны проникают глубоко в водный слой (сообщение с подводными лодками). Но радиолинии на этих частотах характеризуются высоким уровнем атмосферных (грозовых) помех, антенные конструкции огромны и очень дороги; направление излучения небольшое, полоса частот узкая. Эти волны согласно международным соглашениям используются в основном для радионавигации и радиовещания.

Для средних волн (частота 300-3000 кГц) связь возможна на расстояниях не более 1000 км. Ночью расстояние связи увеличивается. Это связано с особенностями строения ионосферы Земли. Средние волны широко используются в радиовещании, а также в радионавигации.

В коротковолновом диапазоне (частоты 3-30 МГц) впервые реализованы направленные антенны, позволяющие использовать энергосберегающие передатчики для двусторонней связи. Поэтому такие волны подходят для дальней радиосвязи.

Диапазон ультракоротких волн (частота 30-300 000 МГц) с поддиапазонами - миллиметровыми, сантиметровыми, дециметровыми и метровыми волнами - используется в системах космической связи из-за прозрачности ионосферы для этих волн.

Рассмотрим сначала положительное воздействие различных диапазонов электромагнитного излучения.

Инфракрасное (тепловое) излучение играет определяющую роль в поддержании жизни на Земле, поскольку люди, животные и растения могут существовать и нормально функционировать только при определенных температурах. Данное излучение широко используется сотрудниками МЧС для нахождения людей в задымленных помещениях с помощью специальных инфракрасных приборов. Так же оно помогает ученым изучать происхождение и эволюцию нашей Вселенной.

Видимый свет дает информацию людям об окружающем мире и возможность ориентироваться в пространстве. Он необходим также для протекания процесса фотосинтеза в растениях, в результате чего поглощается углекислый газ и выделяется кислород, необходимый для дыхания живых организмов.

Применение ультрафиолетового излучения обусловлено его главными свойствами: высокой химической активностью, бактерицидным действием. Так, например, ультрафиолетовые лампы способны убивать бактерии и микроорганизмы, поэтому «кварцевые» лампы широко применяют для дезинфекции воздуха в местах массового скопления людей: больницах, учебных заведениях, вокзалах, метро.
Умеренные дозы ультрафиолетового излучения (Солнца или специальных ламп, например в соляриях) способствуют образованию в нашей коже витамина D, а также других веществ, влияющих на тонус и жизнедеятельность организма.

Рентгеновское излучение находит широкое применение в медицине  — флюорографическое обследование или рентгеновский снимок наверняка делали каждому из вас. При прохождении рентгеновского излучения через ткани и органы человека или животных на фотопленке или светящемся экране наблюдаются различные (по степени затемнения) тени в зависимости от плотности тканей. Применение рентгеновского излучения при лечении рака основано на том, что оно убивает раковые клетки.

Гамма—излучение представляет собой самый широкий диапазон электромагнитного спектра, поскольку он не ограничен со стороны высоких энергий. Это излучение легко разрушает молекулы, в том числе и биологические, но, к счастью, оно не проходит через атмосферу.
Широкое применение электромагнитных приборов сопровождается прогрессирующим электромагнитным загрязнением окружающей среды, создающим угрозу здоровью человека.

Основное влияние на здоровье людей оказывают такие факторы электромагнитного излучения, как:
• интенсивность;
• частота;
• режим облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный);
• продолжительность воздействия;
• местное или общее воздействие.

Проявляться это воздействие может в различной форме — от незначительных изменений в некоторых системах организма до серьезных нарушений.
Раньше других на электромагнитные волны реагирует нервная система. Обследование большого числа пациентов позволило выявить зависимость функционального расстройства центральной нервной системы (магнитной, или радиоволновой болезни) от дозы электромагнитного излучения.
В бытовых приборах, в промышленности, в радиолокации широко используется микроволновое излучение (длины волн от 1 мм до 1 м)(табл. 8).

Таблица 8. Превышение допустимых норм электромагнитного излучения в различных бытовых приборах

Источник ЭМИ	Показатели излучения, мкТл	Превышение раз
Компьютер	1 - 100	5 - 500
Холодильник	1	5
Кофеварка	10	50
Печь СВЧ	8 - 100	40 - 500
Фен и электробритва	15 - 17	75 - 85
Провод от лампы	0,7	3,5
Трамвай, троллейбус	150	750
Метро	300	1500
Сотовый телефон	40	200

Различают его тепловое и биологическое воздействие.
Тепловое воздействие является следствием поглощения энергии излучения. Чем выше напряженность поля и больше время его воздействия, тем сильнее проявляется тепловое воздействие. При интенсивности энергии более теплового порога
(I = 10 Вт/м²) в организме начинаются необратимые процессы, так как он не справляется с отводом теплоты и температура тела повышается.

Биологическое воздействие проявляется в ослаблении биологической активности белковых структур, нарушении сердечно-сосудистой системы и обмена веществ (рис. 78). Это воздействие проявляется при интенсивности электромагнитного поля менее теплового порога.
Воздействие микроволнового излучения особенно вредно для глаз, мозга, почек, желудка, желчного и мочевого пузыря — органов, у которых ткани имеют слаборазвитую сосудистую систему или недостаточное кровообращение. Например, облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте) и ожогам роговицы.
Инфракрасное (тепловое) излучение, поглощаясь тканями, вызывает тепловой эффект. Это излучение наиболее поражает кожные покровы и глаза. При остром повреждении кожи возможны ожоги, резкое расширение капилляров, усиление пигментации кожи. При хроническом облучении появляется стойкое изменение пигментации, красный цвет лица, например у стеклодувов, сталеваров. Повышение температуры тела ухудшает самочувствие человека, снижает его работоспособность.
Световое излучение при высоких энергиях также представляет опасность для кожи и глаз. Пульсации яркого света ухудшают зрение, снижают работоспособность, воздействуют на нервную систему.

Ультрафиолетовое излучение в большом количестве может привести к ожогам глаз вплоть до временной или полной потери зрения, острому воспалению кожи с покраснением, иногда с отеком и образованием пузырей. При этом может наблюдаться также повышение температуры, озноб, головная боль.
Воздействие лазерного излучения на человека зависит от интенсивности излучения, длины волны (инфракрасного, видимого или ультрафиолетового диапазона), характера излучения (непрерывное или импульсное), времени воздействия.
Слишком большие дозы или частые обследования
с помощью рентгеновских лучей могут вызвать серьезные заболевания.