Электромагнитное излучение оптического диапазона испускают

Электромагнитное излучение оптического диапазона испускают

Для объяснения ряда оптических явлений (интерференции, дифракции, поляризации) свет можно представить как электромагнитные волны, свойства которых описываются при помощи классической электромагнитной теории Максвелла. В рамках этой теории под светом подразумевается электромагнитное излучение, испускаемое при колебаниях заряженных частиц — электронов, входящих в состав атомов и молекул.

Каждый атом (или молекула) испускает электромагнитную волну, весьма близкую к монохроматической. В такой волне колебания напряженностей электрического и магнитного полей происходят по гармоническому закону с некоторой частотой и, величина которой определяется как природой самого атома, так и условиями его возбуждения, то есть способом сообщения атому энергии, необходимой для возникновения колебаний электрона.

На рисунке 1 показано положение оптического (светового) диапазона частот относительно диапазонов других видов электромагнитных воли. Оптический диапазон включает в себя инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения. Общим для этих излучений является то, что все они регистрируются оптическими методами: при помощи тепловых датчиков, фотопластинок, фотоэлементов. Видимая часть излучения, кроме того, воспринимается органами зрения живых организмов. Пучками света можно управлять при помощи приборов, основанных на законах отражения и преломления: зеркал, линз, призм и т. д.

Электромагнитная волна является поперечной: векторы напряженностей электрического (Е) и магнитного (Н) полей в ней перпендикулярны направлению распространения волны, а также друг

Рис. 1. Шкала электромагнитных волн. Слева — шкала длин волн электромагнитного излучения в метрах, справа — шкала частот в герцах

другу. В электромагнитной волне, излучаемой отдельным атомом в одном акте испускания, колебания векторов Е и Н происходят в фиксированных взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через направление распространения волны, то есть волновой —*

вектор к (рис. 2). Такая волна называется плоско (линейно) поляризованной. Ее свойства в направлениях векторов Е и Н различны: электрическое поле волны действует на заряженные частицы,

Рис. 2. Распределение в пространстве электрического (Е) и магнитного (Н) векторов линейно поляризованной световой волны, распространяющейся в направлении волнового вектора к

входящие в состав вещества, через которое проходит волна, иначе, чем магнитное поле. Действием магнитного поля на эти частицы можно пренебречь по сравнению с действием электрического поля. Поэтому в оптике, говоря про световые волны, принимают во внимание только напряженность электрического поля.

Технический прогресс имеет и обратную сторону. Глобальное использование различной техники, работающей от электричества, стало причиной загрязнения, которому дали название – электромагнитный шум. В этой статье мы рассмотрим природу этого явления, степень его воздействия на организм человека и меры защиты.

Что это такое и источники излучения

Электромагнитное излучение — это электромагнитные волны, которые возникают при возмущении магнитного или электрического поля. Современная физика трактует этот процесс в рамках теории корпускулярно-волнового дуализма. То есть, минимальной порцией электромагнитного излучения является квант, но в тоже время оно имеет частотно-волновые свойства, определяющие его основные характеристики.

Спектр частот излучения электромагнитного поля, позволяет классифицировать его на следующие виды:

  • радиочастотное (к ним относятся радиоволны);
  • тепловое (инфракрасное);
  • оптическое (то есть, видимое глазом);
  • излучение в ультрафиолетовом спектре и жесткое (ионизированное).

Детальную иллюстрацию спектрального диапазона (шкала электромагнитных излучений), можно увидеть на представленном ниже рисунке.

Шкала электромагнитных излучений

Природа источников излучения

В зависимости от происхождения, источники излучения электромагнитных волн в мировой практике принято классифицировать на два вида, а именно:

  • возмущения электромагнитного поля искусственного происхождения;
  • излучение, исходящее от естественных источников.

Излучения, исходящие от магнитного поля поле вокруг Земли, электрических процессов в атмосфере нашей планеты, ядерного синтеза в недрах солнца — все они естественного происхождения.

Что касается искусственных источников, то они побочное явление, вызванное работой различных электрических механизмов и приборов.

Исходящее от них излучение, может быть низкоуровневым и высокоуровневым. От уровней мощности источников полностью зависит степень напряженности излучения электромагнитного поля.

В качестве примера источников с высоким уровнем ЭМИ можно привести:

  • ЛЭП, как правило, высоковольтные;
  • все виды электротранспорта, а также сопутствующая ему инфраструктура;
  • теле- и радиовышки, а также станции передвижной и мобильной связи;
  • установки для преобразования напряжения электрической сети (в частности, волны исходящие от трансформатора или распределяющей подстанции);
  • лифты и другие виды подъемного оборудования, где используется электромеханическая силовая установка.
Читайте также:  Сварка нержавейки простыми электродами

К типичным источникам, излучающим низкоуровневые излучения можно отнести следующее электрооборудование:

  • практически все устройства с ЭЛТ дисплеем (например: платежный терминал или компьютер);
  • различные типы бытовой техники, начиная от утюгов и заканчивая климатическими системами;
  • инженерные системы, обеспечивающие подачу электричества к различным объектам (подразумеваются не только кабель электропередач, а сопутствующее оборудование, например розетки и электросчетчики).

Приборы источники электромагнитного излучения

Отдельно стоит выделить специальное оборудование, используемое в медицине, которое испускает жесткое излучение (рентгеновские аппараты, МРТ и т.д.).

Влияние на человека

В ходе многочисленных исследований радиобиологи пришли к неутешительному выводу – длительное излучение электромагнитных волн может стать причиной «взрыва» болезней, то есть оно вызывает бурное развитие паталогических процессов в организме человека. Причем многие из них вносят нарушения на генетическом уровне.

Видео: Как влияет электромагнитное излучение на людей.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Это происходит из-за того, что у электромагнитного поля высокий уровень биологической активности, что негативно отражается живых организмах. Фактор влияния зависит от следующих составляющих:

  • характер производимого излучения;
  • как долго и с какой интенсивностью оно продолжается.

Влияние на здоровье человека излучения, у которого электромагнитная природа, напрямую зависит от локализации. Она может быть как местного, так и общего характера. В последнем случае происходит масштабное облучение, например излучение, производимое ЛЭП.

Соответственно, под местным облучением подразумевается воздействие на определенные участки тела. Исходящие от электронных часов или мобильного телефона электромагнитные волны, яркий пример локального воздействия.

Отдельно необходимо отметить термальное воздействие высокочастотного электромагнитного излучения на живую материю. Энергия поля преобразуется в тепловую энергию (за счет вибрации молекул), на этом эффекте основа работа промышленных СВЧ излучателей, используемых для нагрева различных веществ. В отличие от пользы в производственных процессах, термальное воздействие на организм человека может оказаться пагубным. С точки зрения радиобиологии находиться возле «теплого» электрооборудования не рекомендуется.

Необходимо принять во внимание, что в быту мы регулярно подвергаемся облучению, причем это происходит не только на производстве, а и дома или при перемещении по городу. Со временем биологический эффект накапливается и усиливается. С ростом электромагнитного зашумления возрастает количество характерных заболеваний мозга или нервной системы. Заметим, что радиобиология довольно молодая наука, поэтому вред наносимый живым организмам от электромагнитного излучения досконально не изучен.

На рисунке виден, уровень электромагнитных волн, производимых обычными, используемыми в быту приборами.

Уровень электромагнитных волн производимых приборами

Обратите внимание, что уровень напряженности поля существенно снижается на расстоянии. То есть, чтобы уменьшит его действие, достаточно отдалиться от источника на определенное расстояние.

Формула для расчета нормы (нормирование) излучения электромагнитного поля указана в соответствующих ГОСТах и СанПиНах.

Защита от излучения

На производстве в качестве средств, защищающих от облучения, активно применяются поглощающие (защитные) экраны. К сожалению, защититься от излучения электромагнитного поля при помощи такого оборудования в домашних условиях не представляется возможным, поскольку оно на это не рассчитано.

Учитывая исходящую от ЭМИ опасность, советуем придерживаться трех простых рекомендаций.

Рекомендация первая.

Необходимо находиться как можно дальше от источников ЭМИ. Безопасное расстояние зависит от их мощности. Приведем несколько примеров:

  • чтобы свести воздействие излучения электромагнитного поля практически к нулю, следует отойти от ЛЭП, радио- и телевышек на расстояние не менее 25 метров (необходимо учитывать мощность источника);
  • для ЭЛТ монитора и телевизора это расстояние значительно меньше – около 30 см;
  • электронные часы не следует ставить близко подушке, оптимальное расстояние для них более 5 см;
  • что касается для радио и сотовых телефонов, подносить их ближе, чем на 2,5 сантиметра не рекомендуется.
Читайте также:  Ошибка горелка def buderus

Заметим, что многие знают, как опасно стоять рядом с высоковольтными линиями электропередач, но при этом большинство людей не придают значения, обычным бытовым электроприборам. Хотя достаточно поставить системный блок на пол или переместить подальше, и вы обезопасите себя и своих близких. Советуем проделать это, после чего замерять фон от компьютера используя детектор излучения электромагнитного поля, чтобы наглядно убедиться в его снижении.

Этот совет также касается и размещения холодильника, многие ставят его неподалеку от кухонного стола, практично, но небезопасно.

Никакая таблица не сможет указать точное безопасное расстояние от конкретного электрооборудования, поскольку излучения может варьироваться, как в зависимости от модели устройства, так и страны производителя. В настоящий момент нет единого международного стандарта, поэтому в разных странах нормы могут иметь существенные расхождения.

Точно определить интенсивность излучения можно при помощи специального прибора — флюксметра. Согласно принятым в России нормам, максимально допустимая доза не должна превышать 0,2мкТл. Рекомендуем произвести замер в квартире, используя указанный выше прибор для измерения степени излучения электромагнитного поля.

Флюксметр — прибор для измерения степени излучения электромагнитного поля

Вторая рекомендация.

Старайтесь сократить время, когда вы подвергаетесь облучению, то есть, не находитесь долго рядом с работающими электротехническими приборами. Например, совсем не обязательно постоянно стоять у электроплиты или СВЧ-печки во время приготовления пищи. Касательно электрооборудования можно заметить, что теплое, не всегда означает безопасное.

Третья рекомендация.

Всегда выключайте неиспользуемые электроприборы. Люди зачастую оставляют включенными различные устройства, не учитывая, что в это время от электротехники исходит электромагнитное излучение. Выключите ноутбук, принтер или другое оборудование, ненужно лишний раз подвергаться облучению, помните про свою безопасность.

Излучения оптического диапазона характеризуются длинами волн примерно от субмиллиметрового до дальнего ультрафиолетового излучений. В табл. 5.8 показаны виды излучений оптического диапазона (от 0,76 до 0,38 мкм), используемые в лазерных установках.

Границы инфракрасного диапазона (невидимые тепловые лучи) определяются примерно от длинноволнового участка видимого диапазона до субмиллиметровых волн включительно. За коротковолновой границей видимого диапазона простирается большая область ультрафиолетового диапазона (ближний, средний, дальний УФ), вплоть до рентгеновского диапазона.

Таблица 5.8. Излучения оптического диапазона

Границы инфракрасного диапазона (невидимые тепловые лучи) определяются примерно от длинноволнового участка видимого диа­пазона до субмиллиметровых волн включительно. За коротковолно­вой границей видимого диапазона простирается большая область ультрафиолетового диапазона (ближний, средний, дальний УФ), вплоть до рентгеновского диапазона. λ, нм

Длина волны лазера

  • 1,06 мкм
  • 6943 А
  • 6328 А 5955 А

Лазер на стекле с Nd

He-Ne-лазер О- или Хелазер

Лазеры на красителях

Лазеры на красителях

Инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение (ИКИ) — это тепловое излучение, представляющее собой часть электромагнитного спектра с длиной волны λ = 780 нм. 1000 мкм и обладающее волновыми и световыми свойствами, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект.

Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело. Спектр инфракрасного излучения подразделяют с учетом особенностей биологического действия натри области: коротковолновую ИКИ-А (λ 3 мкм).

Наиболее активно коротковолновое ИК-излучение, так как оно обладает наибольшей энергией фотонов, способно глубоко проникать в ткани организма и интенсивно поглощаться водой, содержащейся в тканях.

Полная энергия, испускаемая в единицу времени с единицы площади стенок полости, т.е. величина отдачи теплоты излучением, зависит от абсолютной температуры поверхности тела (прямо пропорциональна четвертой степени ее температуры) и определяется законом Стефана — Больцмана:

где WS — интенсивность излучения (теплоотдача), Вт/м 2 ; σ = 5,67 · 10 -8 Вт/(м 2 · К4) — постоянная Стефана-Больцмана; Т — абсолютная температура тела, К.

Эта энергия излучается в телесном угле Ω, равном 2π (ΩS/r 2 ); S — площадь, вырезанная конусом на сфере радиусом r; единица измерения телесного угла во всех системах — стерадиан). Для каждой температуры имеется свое спектральное распределение, причем при увеличении температуры максимум энергии излучения сдвигается в ультрафиолетовую область спектра. При этом величина λmax, соответствующая максимуму излучения для данного распределения, связана с Т соотношением:

Читайте также:  Опорный изолятор 10 кв внутренней установки фарфоровый

(5.27)

где h = 6,63 · 10 -27 эрг · с — фундаментальная константа природы; с — скорость света.

Строгая зависимость энергии излучения нагретых тел от температуры существует только для абсолютно черного тела. Спектральные распределения излучений человека и Солнца близки к излучению абсолютно черного тела.

При прохождении инфракрасного излучения через воздух он почти не нагревается. Между двумя телами, имеющими разную температуру нагрева, устанавливается радиационный теплообмен с отдачей теплоты более нагретой поверхностью менее нагретой:

(5.28)

где Е — теплоотдача, Вт; С1 и С2 — константы излучения с поверхностей; Т1 и Т2 — температуры поверхностей, К.

Источники ИК-излучения можно разделить на две группы: естественного и техногенного происхождения.

Главным естественным источником ИК-излучения в биосфере является Солнце. При температуре внешней поверхности Солнца 6000 К примерно 50% энергии излучения приходится на ИК-диапазон. К числу естественных источников ИК-излучения относятся действующие вулканы, термальные воды, процессы тепломассопереноса в атмосфере, все нагретые тела, лесные пожары и т.п. Поверхность Земли испускает тепловое излучение в диапазоне длин волн примерно от 3 до 80 мкм, т.е. захватывает всю среднюю ИК-область.

Человеческая цивилизация, являясь сложной диссипативной структурой, неизбежно связана с тепловым излучением. Большая часть электрической энергии получается за счет преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сгорании органического топлива.

Путем преобразования энергии органического топлива примерно 30% энергии превращается в электрическую, а 2/3 энергии поступают в окружающую среду в виде теплового загрязнения и загрязнения атмосферы продуктами сгорания. Тепловое загрязнение водоемов и атмосферы имеет место и при эксплуатации атомных электростанций. В настоящее время установлена закономерность общего повышения температуры водоемов, рек, атмосферы, особенно в местах нахождения электростанций, промышленных предприятий в крупных индустриальных районах. В свою очередь, это приводит к изменению теплового режима водоемов, что сказывается на жизни биоорганизмов, к возникновению нежелательных воздушных потоков из-за повышения температуры в атмосфере, изменению влажности воздуха и солнечной радиации и, в конечном случае, к изменению микроклимата.

Наиболее распространенным источником ИК-излучения техногенного происхождения является лампа накачивания. При температуре нити лампы накаливания 2300. 2800 К максимум излучения приходится на длину волны 1,2 мкм и около 95% энергии излучения — на ИК-диапазон. Используемые для сушки и нагрева лампы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью 1 кВт излучают в ИК-диапазоне около 80% всей энергии. При понижении температуры общее содержание ИК-излучения источника уменьшается. При падении интенсивности в 70 раз максимум интенсивности соответствует λт=10 мкм, а при λт= 18 мкм интенсивность уменьшится в 700 раз.

К числу источников ИК-излучения техногенного происхождения относятся также газоразрядные лампы, угольная электрическая дуга, электрические спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые пропускаемым током, электронагревательные приборы, плазменные установки, печи самого различного назначения с использованием разного топлива (газа, угля, нефти, мазута, торфа и т.д.), электропечи, электротехнические устройства с неизбежным превращением доли электрической энергии в тепловую, двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели, ракетные и авиационные двигатели, МГД-генераторы, реакторы атомных станций и т.д.

К числу когерентных техногенных источников с узкой полосой ИК-излучения относятся ИК-лазеры (табл. 5.9).

Таблица 5.9. Длины волн генерации некоторых ИК-лазеров

Границы инфракрасного диапазона (невидимые тепловые лучи) определяются примерно от длинноволнового участка видимого диа­пазона до субмиллиметровых волн включительно. За коротковолно­вой границей видимого диапазона простирается большая область ультрафиолетового диапазона (ближний, средний, дальний УФ), вплоть до рентгеновского диапазона. λ, нм

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector