Характеристики электромагнитных полей

ЭМП характеризуются следующими параметрами.

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

f = 1/T. (5.11)

Частота электромагнитного колебания (частота переменного ЭМП) имеет размерность герц (Гц). Кратными единицами являются килогерц (1 кГц = 103 Гц), мегагерц (1 МГц = 106 Гц) и гигагерц (1 ГГц = 109 Гц).

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

ω = 2πf = 2π/Τ. (5.12)

Угловая частота имеет размерность радиан в секунду. Электромагнитные поля частотой, равной нулю, называются статическими (электростатическими и магнитостатическими).

В технике чаше всего используют электротехническую шкалу источников ЭМП:

низкочастотные (НЧ) - от 0 до 60 Гц;

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

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

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

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

(5.13)

где ε - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, имеющая размерность фарада на метр (Ф/м); μ - абсолютная магнитная проницаемость среды, имеющая размерность генри на метр (Гн/м). В вакууме ε = ε₀, μ = μ₀, где ε₀ = 8,85 · 10^-12 Ф/м - электрическая постоянная; μ₀ = 1,257 · 10^-6 Гн/м - магнитная постоянная. В вакууме скорость волны, м/с, в соответствии с (5.12) равна:

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

λ = ν/f (5.14)

Интенсивность. В гигиене труда интенсивность ЭМП характеризуется следующими величинами в диапазоне частот 0...300 МГц:

Е - среднеквадратическое значение напряженности электрического поля, выражаемой в вольтах на метр (В/м);

Η - среднеквадратическое значение напряженности магнитного поля, имеющее размерность ампер на метр (А/м), либо В - магнитная индукция, выраженная в тесла (Тл).

Для поля в вакууме справедливо соотношение

В = μοH. (5.15)

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

E/H = Z₀, (5.16)

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

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

S = E²/377 = 377 Н². (5.17)

Пространство вокруг источника (излучателя) ЭМП условно делят на ближнюю (индукции) и дальнюю (излучения) зоны воздействия.

Ближняя зона (зона индукции). Под ближней зоной воздействия понимается зона, в которой электромагнитное (волновое) поле еще не сформировано на расстоянии r ≤ λ/6 от излучателя; как следствие этого, одна из составляющих поля намного меньше другой. В ближней зоне одна из составляющих (Е, В) поля слабо выражена. У таких источников ЭМП при воздействии на окружающую среду слабо выражена магнитная состааляющая напряженности. Ближняя зона (зона индукции) ограничена сферой радиусом r = λ/6, в которой излучатель находится в центре. В ближней зоне ЭМП характеризуется электрической составляющей поля Е (В/м). Поэтому в диапазонах 5...8 частот (см. табл. 5.4) ЭМП оценивается электрической составляющей напряженности поля Е (В/м).

В случае одновременной работы нескольких источников в данной зоне принимается суммарное значение квадратов напряженности поля:

(5.18)

где Е_i - напряженность электрического поля i-го источника в точке измерения.

Дальняя зона (зона излучения). В дальней зоне на расстояниях существует и распространяется электромагнитное поле, и здесь выражены обе его составляющие - электрическая и магнитная, поэтому в диапазонах 9...11 частот (см. табл. 5.4) ЭМП оценивается поверхностной плотностью потока энергии (ΠПЭ), выраженной в ваттах на квадратный метр - Вт/м² (1 Вт/м² = 0,1 мВт/см² = 100 мкВт/см²).

При одновременном воздействии нескольких источников суммарное значение параметров ЭМП определяют по формуле

(5.19)

где E₁, E₂, ..., Е_n - напряженности электрического поля, создаваемые каждым передатчиком в контролируемой точке данного диапазона, В/м.

Суммарная ППЭ_Σ от n источников на прилегающей территории для диапазонов 9...11 частот равна:

(5.20)

При работе нескольких источников ЭМП различных диапазонов суммарное действие излучателей должно удовлетворять следующему требованию:

(5.21)

где E_0i предельно допустимый уровень напряженности электрического поля для i-го источника на границе санитарно-защитной зоны; - предельно допустимый уровень интенсивности излучения для l-го источника на границе санитарно-защитной зоны; - фактическое значение параметров; i = 1, 2,..., k; l = 1, 2,..., m.