8.1. физическая сущность электромагнитных излучений

Применение в промышленности систем, связанных с генерированием, передачей и использованием энергии электромагнитных колебаний (например, для индукционной и диэлектрической термообработки различных материалов, в радиовещании и телевидении) сопровождается возникновением в окружающей среде электромагнитных полей. При превышении допустимых уровней воздействия электромагнитного поля на человека у него может возникнуть профессиональное заболевание.

Из элементарной физики известно, что переменное электрическое поле порождает магнитное - тоже переменное поле. А переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает электрическое поле и т.д. Таким образом, если возбудить с помощью зарядов переменное электрическое или магнитное поле, в окружающем пространстве возникает последовательность взаимных превращений электрического и магнитного полей, распространяющихся от точки к точке. Этот процесс будет периодическим во времени и пространстве и, следовательно, представляет собой волну. Вывод о возможности существования электромагнитных волн вытекает из уравнений Максвелла. Герц доказал это экспериментально. "Моментальная фотография" плоской электромагнитной волны выглядит следующим образом:

Рис. 1.Плоская электромагнитная волна

где Е - электрическая составляющая;

      Н - магнитная составляющая;

      λ - расстояние, на которое распространяется волна за один период.

Свет, как и другие электромагнитные излучения, имеет волновую природу и оказывает на окружающие тела давление. Обнаружить и измерить световое давление удалось Лебедеву.

Электромагнитное поле, создаваемое электромагнитными волнами, способно самостоятельно распространяться в пространстве, лишенном проводников электрического тока, со скоростью, близкой к скорости света. При этом распространяющееся в пространстве электромагнитное поле несет с собой энергию. Электромагнитное поле изменяется с той же частотой (υ). что и ток его образовавший. Длина волны (λ) - величина, обратно пропорциональная частоте.

Длина волны - это расстояние, на которое распространяется поле за один период. Величины эти связаны между собой соотношением:

,                                                                                             (5)

где ν - скорость распространения электромагнитной волны в данной среде; она зависит от диэлектрической постоянной ε и магнитной проницаемости μ. Для воздуха и ε~1 и μ~1, а скорость распространения электромагнитной энергии в вакууме С=3·1010 см/с.

В зависимости от частоты колебаний (длины волны) электромагнитные излучения разделяют на ряд диапазонов, как показано в таблице 7. Таблица 7.

Область распространения электромагнитных волн от источника излучения условно разделяют на три зоны: ближнюю (зону индукции), промежуточную (зону интерференции) и дальнюю (волновую или зону излучения).

Ближняя к источнику зона имеет радиус, равный 1/6 длины волны. Дальняя зона начинается от излучателя с расстояния, равного примерно 6 длинам волн. Между ними располагается промежуточная зона. Для оценки электромагнитного поля в этих зонах используются разные принципы. В ближней и промежуточной зонах электромагнитная волна еще не сформировалась. Поэтому интенсивность электромагнитного поля в этих зонах оценивается раздельно - напряженностью электрической и магнитной составляющих поля. В этих зонах обычно находятся рабочие места по обслуживанию источников ВЧ и УВЧ колебаний.

Источниками электромагнитных полей высоких частот на участках индукционного нагрева металла могут являться неэкранированные высокочастотные элементы: индукторы, конденсаторы, фидерные линии (линии радиопередачи или устаревшие линии передачи электроэнергии). В установках диэлектрического нагрева источниками полей высоких и ультравысоких частот служат конденсаторы и фидеры, подводящие энергию. Основными источниками излучения сверхвысокочастотной энергии являются антенные системы, линии передачи энергии, генераторы и отдельные сверхвысокочастотные блоки.

В дальней зоне (зоне излучения), в которой находятся рабочие места по обслуживанию СВЧ – аппаратуры, электромагнитная волна уже сформировалась. Здесь электромагнитное поле оценивается не по напряженности, а по энергии, переносимой волной в направлении ее распространения. Эта энергия оценивается плотностью потока энергии (мощности), т.е. количеством энергии, приходящейся в единицу времени на единицу поверхности (Вт/м2).