Фізіка. 11 клас

Нягледзячы на ​тое, што ўсе электрамагнітныя хвалі маюць аднолькавую прыроду, іх уласцівасці ў залежнасці ад даўжыні хвалі істотна змяняюцца. Дастаткова заўважыць, што дзякуючы бачнаму выпраменьванню мы можам атрымліваць асалоду ад усіх фарбаў навакольнага свету. Іншымі словамі, працэс гледжання становіцца магчымым дзякуючы існаванню электрамагнітных хваль пэўнага дыяпазону. Гэтыя ж хвалі з іншага дыяпазону могуць сагрэць, а могуць і таіць смяротную небяспеку. Ад чаго залежаць уласцівасці электрамагнітных хваль? Як чалавек выкарыстоўвае іх асаблівасці? Ці трэба асцерагацца электрамагнітнага выпраменьвання?

Уся навакольная прастора прасякнута рознымі электрамагнітнымі выпраменьваннямі і палямі. Існуюць натуральныя і тэхнагенныя крыніцы электрамагнітных палёў. Натуральнымі крыніцамі электрамагнітных палёў з’яў­ляюцца: радыёвыпрамень­ван­не Сонца і галактык, элект­рычнае і магнітнае палі Зямлі, атмасферная электрычнасць. 

Бурнае развіццё навукі і тэх­нікі ў XX ст. прывяло да стварэння крыніц тэхнагенных электрамагнітных палёў. Былі распрацаваны генератары электрамагнітных палёў, якія шы­ро­ка выкарыстоўваюцца ў прамысловасці, сувязі, ваеннай тэхніцы, радыёнавігацыі, ахове здароўя, быце. Асноўнымі крыніцамі электра­магнітнага выпраменьвання з’яўляюцца лініі электраперадач, сетка электразабеспячэння, тэле- і радыёстанцыі, спадарожнікавая і сотавая сувязь, радары, персанальныя камп’ютары (мал. 77).

Электрамагнітныя выпраменьванні можна падзяліць таксама па спосабе генерацыі: абсяг электрамагнітных хваль, якiя ствараюцца апаратурай, і абсяг хваль, якія выпраменьваюцца малекуламі, атамамі і іх ядрамі.

Гэтыя два абсягі падзяляюцца яшчэ на дыяпазоны. Першы — на нізкачастотнае выпраменьванне і радыёвыпраменьванне, другі — на інфрачырвонае, бачнае, ультрафіялетавае, рэнтгенаўскае, гама-выпраменьванне, тармазное выпраменьванне.

Прыналежнасць выпраменьвання да таго ці іншага дыяпазону вызначаецца па спосабе генерацыі і прыёму. У той жа час фізічныя ўласцівасці электрамагнітных хваль вызначаюцца толькі даўжынёй хвалі, а не метадам іх узбуджэння.

У табліцы 7 (§ 12) прыведзены віды электрамагнітнага выпраменьвання, дыяпазон даўжынь хваль (частот), які ім адпавядае, прылады, генерыруючыя гэтыя віды выпраменьванняў, і індыкатары, што выяўляюць выпраменьванні, а таксама галіны іх прымянення.

Першапачаткова для трансатлантычнай сувязі (частоты 15—50 кГц) выкарыстоўваліся звышдоўгія і доўгія хвалі. Гэта сувязь устойлівая ў адносінах да іанасферных узбурэнняў, яе зона дзеяння ахоплівае велізарныя прасторы. Такія хвалі глыбока пранікаюць у слаі вады (сувязь з падводнымі лодкамі). Але радыёлініі на гэтых частотах характарызуюцца высокім узроўнем атмасферных (навальнічных) перашкод, антэнныя збудаванні маюць вялізныя памеры і вельмі дорага каштуюць; накіраванасць выпраменьвання невялікая, паласа частот вузкая. Гэтыя хвалі згодна з міжнароднымі дамовамі прымяняюцца галоўным чынам для радыёнавігацыі і радыёвяшчання.

Для сярэдніх хваль (частоты 300—3000 кГц) сувязь аказваецца магчымай на адлегласцях не больш за 1000 км. Ноччу далёкасць сувязі ўзрастае. Гэта звязана з асаблівасцю будовы іанасферы Зямлі. Сярэднія хвалі інтэнсіўна выкарыстоўваюцца ў радыёвяшчанні, а таксама ў радыёнавігацыі.

У дыяпазоне кароткіх хваль (частоты 3—30 Мгц) упершыню былі рэалізаваны востранакіраваныя антэны, якія дазваляюць эканомна расходаваць энергію перадатчыка для двухбаковай сувязі. Таму такія хвалі прыдатныя для далёкай радыёсувязі.

Дыяпазон ультракароткіх хваль (частоты 30—300 000 МГц) з паддыяпазонамі — міліметровых, сантыметровых, дэцыметровых і метровых хваль — выкарыстоўваецца ў сістэмах касмічнай сувязі з прычыны празрыстасці іанасферы для гэтых хваль

Электрамагнітныя выпраменьванні могуць аказваць як дадатны, так і адмоўны ўплыў на жывыя арганізмы.
Разгледзім спачатку дадатнае ўздзеянне розных дыяпазонаў электра­магнітнага выпраменьвання.
Інфрачырвонае (цеплавое) выпраменьванне адыгрывае галоўную ролю ў падтрыманні жыцця на Зямлі, паколькі людзі, жывёлы і расліны могуць існаваць і нармальна функцыянаваць толькі пры пэўных тэмпературах. Гэта выпраменьванне шырока выкарыстоўваецца супрацоўнікамі МНС для знаходжання людзей у задымленых памяшканнях з дапамогай адмысловых інфрачырвоных прыбораў. Яно таксама дапамагае вучоным вывучаць паходжанне і эвалюцыю нашага Сусвету.

Бачнае святло дае людзям інфармацыю аб навакольным свеце і магчымасць арыентавацца ў прасторы. Яно неабходна таксама для ажыццяўлення працэсу фотасінтэзу ў раслінах, у выніку чаго паглынаецца вуглякіслы газ і вылучаецца кісларод, патрэбны для дыхання жывых арганізмаў.

Прымяненне ультрафіялетавага выпраменьвання абумоўлена яго галоўнымі ўласцівасцямі: высокай хімічнай актыўнасцю, бактэрыцыдным дзеяннем. Так, напрыклад, ультрафіялетавыя лямпы здольны забіваць бактэрыі і мікраарганізмы, таму «кварцавыя» лямпы шырока выкарыстоўваюцца для дэзінфекцыі паветра ў месцах масавага збору людзей: бальніцах, навучальных установах, вакзалах, метро.

Умераныя дозы ультрафіялетавага выпраменьвання (Сонца ці адмысловых лямпаў, напрыклад, у салярыях) спрыяюць утварэнню ў нашай скуры вітаміна D, а таксама іншых рэчываў, якія ўплываюць на тонус і жыццядзейнасць арганізма.

Рэнтгенаўскае выпраменьванне знаходзіць шырокае прымяненне ў медыцыне — флюараграфічнае абследаванне ці рэнтгенаўскі здымак, напэўна, рабілі кожнаму з вас. Пры праходжанні рэнтгенаўскага выпраменьвання праз тканкі і органы чалавека ці жывёл на фотастужцы або экране фіксуюцца розныя (па ступені зацямнення) цені ў залежнасці ад шчыльнасці тканак. Выкарыстанне рэнтгенаўскага выпраменьвання пры лячэнні рака заснавана на тым, што яно забівае ракавыя клеткі.

Гама-выпраменьванне ўяўляе сабой самы шырокі дыяпазон электра­магнітнага спектру, паколькі ён не абмежаваны з боку высокіх энергій. Гэта выпраменьванне лёгка разбурае малекулы, у тым ліку і біялагічныя, але, на шчасце, не праходзіць праз атмасферу.

Шырокае выкарыстанне электрамагнітных прыбораў суправаджаецца нарастальным электрамагнітным забруджваннем навакольнага асяроддзя, што стварае пагрозу здароўю насельніцтва.
Асноўны ўплыў на здароўе чалавека аказваюць такія фактары электрамагнітнага выпраменьвання, як:

• інтэнсіўнасць;
• частата;
• рэжым апраменьвання (бесперапынны, перарывісты, імпульсны);
• працягласць уздзеяння;
• плошча ўздзеяння (мясцовае ці агульнае).

Праяўляцца гэта ўздзеянне можа ў рознай форме — ад малаважных змен у некаторых сістэмах арганізма да сур’ёзных парушэнняў.

Раней за іншых на электрамагнітныя хвалі рэагуе нервовая сістэма. Абследаванне вялікай колькасці пацыентаў дазволіла выявіць залежнасць функцыянальнага расстройства цэнтральнай нервовай сістэмы (магнітнай, або радыёхвалевай хваробы) ад дозы электрамагнітнага выпраменьвання.
У бытавых прыборах, прамысловасці, радыёлакацыі шырока выка­рыстоўваецца мікрахвалевае выпраменьванне (даўжыні хваль ад 1 мм да 1 м) (табл. 8).

Табліца 8. Перавышэнне дапушчальных норм
электрамагнітнага выпраменьвання ў розных бытавых прыборах

Крыніца ЭМВ	Паказчыкі выпраменьвання, мкТл	Перавышэнне, разоў
Камп’ютар	1 - 100	5 - 500
Халадзільнік	1	5
Кававарка	10	50
Печка ЗВЧ	8 - 100	40 - 500
Фен і электрабрытва	15 - 17	75 - 85
Провад ад лямпы	0,7	3,5
Трамвай, тралейбус	150	750
Метро	300	1500
Сотавы тэлефон	40	200

Адрозніваюць яго цеплавое і біялагічнае ўздзеянне.

Цеплавое ўздзеянне з’яўляецца вынікам паглынання энергіі выпраменьвання. Чым вышэйшая напружанасць поля і большы час яго ўздзеяння, тым мацней праяўляецца цеплавое ўздзеянне. Пры інтэнсіўнасці энергіі, большай за цеплавы парог
(I = 10 Вт/м2), у арганізме пачынаюцца неабарачальныя працэсы, паколькі ён не спраўляецца з адводам цеплаты і тэмпература цела павялічваецца.

Біялагічнае дзеянне праяў­ляецца ў аслабленні біялагічнай актыўнасці бялковых структур,
парушэнні сардэчна-судзістай сістэмы і абмену рэчываў (мал. 78). Гэта ўздзеянне праяў­ляецца пры інтэнсіўнасці электрамагнітнага поля, меншай за цеплавы парог.

Уздзеянне мікрахвалевага выпраменьвання асабліва шкоднае для вачэй, мозга, нырак, страўніка, жоўцевага і мачавога пузыроў — органаў, у якіх тканкі маюць слабаразвітую сасудзістую сістэму ці недастатковы кровазварот. Напрыклад, апраменьванне вачэй можа прывесці да памутнення хрусталіка (катаракты) і апёку рагавіцы.

Інфрачырвонае (цеплавое) выпраменьванне, паглынаючыся ткан­камі, выклікае цеплавы эфект. Гэта выпраменьванне найбольш па­шко­джвае скурныя пакровы і вочы. Пры вострым пашкоджанні скуры магчымы апёкі, рэзкае расшырэнне капіляраў, узмацненне пігментацыі скуры. Пры хранічным апраменьванні з’яўляецца ўстойлівае змяненне пігментацыі, чырвоны колер твару, напрыклад у шкловыдзімальнікаў, сталявараў. Павышэнне тэмпературы цела пагаршае самаадчуванне чалавека, памяншае яго працаздольнасць.

Светлавое выпраменьванне пры высокіх энергіях таксама небяспечна для скуры і вачэй. Пульсацыі яркага святла пагаршаюць зрок, памяншаюць працаздольнасць, уздзейнічаюць на нервовую сістэму.

Ультрафіялетавае выпраменьванне ў вялікай колькасці можа прывесці да апёкаў вачэй, нават да часовай ці поўнай страты зроку, вострага запалення скуры з пачырваненнем, часам з ацёкам і ўтварэннем пухіроў. Пры гэтым можа назірацца таксама павышэнне тэмпературы, дрыжыкі, галаўны боль.

Уздзеянне лазернага выпраменьвання на чалавека залежыць ад інтэнсіўнасці выпраменьвання, даўжыні хвалі (інфрачырвонага, бачнага ці ультрафіялетавага дыяпазону), характару выпраменьвання (бесперапыннае ці імпульснае), часу ўздзеяння.

Занадта вялікія дозы ці частыя абследаванні з дапамогай рэнтгенаўскіх прамянёў могуць выклікаць сур’ёзныя захворванні.