Электромагнитные поля и их биологическое действие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Электромагнитные поля и их биологическое действие»

 

 

Содержание

 

Введение

1. Что такое электромагнитное поле, его виды и классификация

2. Основные источники электромагнитного поля

2.1 Электротранспорт

2.2 Линии электропередач

2.3 Электропроводка

2.4 Бытовая электротехника

2.5 Теле- и радиостанции

2.6 Спутниковая связь

2.7 Сотовая связь

2.8 Радары

2.9 Персональные компьютеры

3. Биофизика взаимодействия электромагнитных излучений с биологическими объектами

4. Реакция организма человека на воздействие ЭМ излучений

5. Как защититься от ЭМП

6. Электромагнитная биосфера Земли

7. Биофизика воздействий мощных ЭМ полей Земли на человека

Заключение

Список использованной литературы

 

 

Введение

 

Влияние физических, особенно электромагнитных, полей на биосферу разнообразно и многогранно.

Для изучения этой трудной и важной проблемы требуется комплексный подход при участии широкого круга специалистов: биологов, медиков, геофизиков, биофизиков и т.д. бесспорно одно, что солнечно-земные связи – это звенья одной цепи, создающие естественный фон околоземного пространства, существенным образом, влияющим на живые организмы. С другой стороны, бесспорно и другое. В результате антропогенной деятельности увеличивается общий электромагнитный фон окружающей природной среды не только в количественном, но и качественном отношении. В результате широкого использования в современном производстве и технологии ЭМП, и других физических полей появились источники техногенного происхождения, отличающиеся по своим характеристикам от традиционных источников, к которым живые организмы биосферы адаптировались в процессе длительной эволюции. Например, миллиметровые волны, некоторые участки радиодиапазона, УФ, рентгеновские излучения, инфразвуковые и ультразвуковые колебания, сильные электростатические и магнитные поля и т.д. в существенной степени изменяют естественный фон. При этом возможно не простое наложение техногенных физических полей на естественный фон, а происходит их более сложное взаимодействие друг с другом, что существенно может влиять на устойчивость экосистем.

Речь идет об определении последствий, оценке степени опасности и разработке мер обеспечения полной безопасности в условиях влияния ЭМП на здоровье.

 

 

1. Что такое ЭМП, его  виды и классификация

 

На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины "электрическое поле", "магнитное поле", "электромагнитное поле". Определим каждое их этих понятий.

Электрическое поле создается зарядами. Магнитное же поле создается при движении электрических зарядов по проводнику.

Для характеристики величины электрического поля используют понятие напряженность электрического поля (Е), [В/м]. Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, [А/м]. При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, [Тл], одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

По определению, электромагнитное поле (ЭМП) – это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле E порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н – вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны (λ). Источник, генерирующий излучение, характеризуются частотой (f).

Важная особенность ЭМП – это деление его на "ближнюю" и "дальнюю" зоны. В "ближней" зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r < λ ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату r-2 или кубу r-3 расстояния. В "ближней" зоне излучения электромагнитная волна еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение. "Дальняя" зона – это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3λ . В "дальней" зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r-1.

В "дальней" зоне излучения есть связь между Е и Н:

 

Е = 377×Н [Ом],

 

где 377 - волновое сопротивление вакуума. Поэтому измеряется, как правило, только Е. В России на частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ (S, [Вт/м2]), или вектор Пойтинга. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

 

Таблица 1 Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Наименование частотного диапазона	Границы диапазона	Наименование волнового диапазона	Границы диапазона
Крайние низкие, КНЧ	3 - 30 Гц	Декамегаметровые	100 - 10 Мм
Сверхнизкие, СНЧ	30 – 300 Гц	Мегаметровые	10 - 1 Мм
Инфранизкие, ИНЧ	0,3 - 3 кГц	Гектокилометровые	1000 - 100 км
Очень низкие, ОНЧ	3 - 30 кГц	Мириаметровые	100 - 10 км
Низкие частоты, НЧ	30 - 300 кГц	Километровые	10 - 1 км
Средние, СЧ	0,3 - 3 МГц	Гектометровые	1 - 0,1 км
Высокие частоты, ВЧ	3 - 30 МГц	Декаметровые	100 - 10 м
Очень высокие, ОВЧ	30 - 300 МГц	Метровые	10 - 1 м
Ультравысокие,УВЧ	0,3 - 3 ГГц	Дециметровые	1 - 0,1 м
Сверхвысокие, СВЧ	3 - 30 ГГц	Сантиметровые	10 - 1 см
Крайне высокие, КВЧ	30 - 300 ГГц	Миллиметровые	10 - 1 мм
Гипервысокие, ГВЧ	300 – 3000 ГГц	Децимиллиметровые	1 - 0,1 мм

 

2. Основные источники  ЭМП

 

Среди основных источников ЭМИ можно выделить:

• электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда);
• линии электропередач (городского освещения, высоковольтные);
• электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации);
• бытовые электроприборы;
• теле- и радиостанции (транслирующие антенны);
• спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны);
• радары;
• персональные компьютеры.

 

2.1 Электротранспорт

 

Транспорт на электрической тяге (электропоезда (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п.) является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. По данным (Stenzel et al.,1996), максимальные значения плотности потока магнитной индукции в пригородных "электричках" достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение В на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл.

 

 

2.2 Линии электропередач

 

Провода работающей линии электропередачи создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты (ПЧ). Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии достигает десятков метров. Дальность распространения электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП, чем выше напряжение - тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы ЛЭП.

Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

Санитарные нормы

Исследования биологического действия ЭМП ПЧ, выполненные в СССР в 60-70х годах, ориентировались в основном на действие электрической составляющей, поскольку экспериментальным путем значимого биологического действия магнитной составляющей при типичных уровнях не было обнаружено. В 70-х годах для населения по ЭП ПЧ были введены жесткие нормативы. Они изложены в Санитарных нормах и правилах "Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты" № 2971-84. В соответствии с этими нормами проектируются и строятся все объекты электроснабжения.

На основании массовых эпидемиологических обследований населения, проживающего в условиях облучения магнитными полями ЛЭП как безопасный или "нормальный" уровень для условий продолжительного облучения, не приводящий к онкологическим заболеваниям, специалистами рекомендована величина плотности потока магнитной индукции 0,2 - 0,3 мкТл.

Основной принцип защиты здоровья населения от электромагнитного поля ЛЭП состоит в установлении санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижением напряженности электрического поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов. Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП определяются по критерию напряженности электрического поля.

 

Таблица 2 Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП согласно СН № 2971-84

Напряжение ЛЭП	330 кВ	500 кВ	750 кВ	1150 кВ
Размер санитарно-защитной (охранной) зоны	20 м	30 м	40 м	55 м

 

К размещению воздушных линий (ВЛ) ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых ВЛ 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.

 

Таблица 3 Допустимые уровни воздействия электрического поля ЛЭП

ПДУ, кВ/м	Условия облучения
0,5	внутри жилых зданий
1,0	на территории зоны жилой застройки
5,0	в населенной местности вне зоны жилой застройки; (земли городов в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа в пределах поселковой черты и сельских населенных пунктов в пределах черты этих пунктов) а также на территории огородов и садов;
10,0	на участках пересечения воздушных линий электропередачи с автомобильными дорогами I – IV категорий;
15,0	в ненаселенной местности (незастроенные местности, хотя бы и часто посещаемые людьми, доступные для транспорта, и сельскохозяйственные угодья);
20,0	в труднодоступной местности (недоступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения.

 

 

В пределах санитарно-защитной зоны ВЛ запрещается:

• размещать жилые и общественные здания и сооружения;
• устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;
• размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;
• производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.