Pole elektryczne, a pole elektromagnetyczne

Pole elektryczne wg definicji jest to obszar, w którym działają siły elektryczne. 

Definicja jest podręcznikowa i pewnie - jako taka - obowiązująca. Jednak autor owego tekstu nie do końca się z ową definicją zgadza... (cóż to za zadufany w sobie gość!!? - podręczniki krytykuje!?... - tak należałoby chyba pomyśleć).

Dlaczego się nie zgadza?
- Zaraz wyjaśni. 

Otóż wg autora fizycy w rzeczywistości gdy mówią o polu elektrycznym, to wcale nie myślą o samym obszarze, o przestrzeni. Przestrzeń - owszem - jest. Jednak pole to nie przestrzeń jako taka, tylko "właściwość" do owej przestrzeni "doczepiona". Poza tym (co się później wyjaśni) nie da się pola elektrycznego rozpatrywać bez uwzględniania w pewnych warunkach pola magnetycznego. Właściwie należałoby mówić o jednym polu: elektromagnetycznym.

Dlatego, wg autora tekstu, bardziej zgodna z intencjami fizyków byłaby definicja w rodzaju: 
Pole elektromagnetyczne jest właściwością przestrzeni związaną z istnieniem ładunków elektrycznych.

- Niby prawie to samo, a jednak trochę inaczej. Może z resztą w niektórych podręcznikach napisano definicję w powyższym (lub bardzo podobnym) brzmieniu. 

Z resztą - definicja definicją, a ważna jest treść, którą w skrócie można opisać w postaci takich punktów:

	znana nam materia występuje w trzech stanach ładunkowych (patrz Ładunek elektryczny);
	ładunki umieszczone w pewnej odległości od siebie oddziaływują na siebie;
	różne postacie tego oddziaływania "wypełniają" przestrzeń, a nawet mogą się w niej przemieszczać w postaci fali (fali elektromagnetycznej).

I to tak w skrócie. Więcej można się dowiedzieć z kolejnych rozdziałów poświęconych zjawiskom elektrycznym i magnetycznym. 

Pole elektrostatyczne

"Czysta" postać pola elektrycznego występuje w przypadku, gdy ładunki się nie poruszają. Takie pole nazywane jest polem elektrostatycznym.

Na rysunkach pole elektrostatyczne przedstawiane jest w postaci linii sił pola. Linie te pokazują w którą stronę działa siła na niewielki dodatni ładunek (tzw. ładunek próbny) umieszczony w tym polu.

     

Na rysunkach powyżej przedstawione są linie sił pola elektrostatycznego pojedynczego punktowego ładunku dodatniego i ujemnego.

Więcej informacji na temat działania pola elektrostatycznego pochodzącego od ładunków punktowych znajduje się w rozdziale Prawo Coulomba.

Pola elektromagnetyczne a zdrowie człowieka

Problem wpływu pól elektromagnetycznych na zdrowie człowieka pojawił się wraz z rozwojem elektroenergetyki i radiokomunikacji.

Obserwacje dotyczące wpływu tych pól na organizmy utrudnia fakt, iż nie są to reakcje specyficzne, czyli mogą być wywoływane lub wzmacniane przez szereg innych czynników.

Skutki biologiczne zależą m.in. od ilości pochłoniętej energii, miejsca jej pochłonięcia oraz od częstotliwości pola elektromagnetycznego.

Rozważając wpływ pól na tkanki analizie poddaje się głębokość wnikania pola przy różnych częstotliwościach oraz tzw. współczynnik absorpcji właściwej, czyli stosunek pochłoniętej energii do masy ciała, która ją pochłonęła.

R E K L A M A

czytaj dalej ↓

Energia pola elektromagnetycznego, która została zdeponowana w tkankach może doprowadzać m.in. do zmian pH. Zaburzeniom może ulegać również aktywność enzymów a nawet może zostać zachwiany cały metabolizm.

Głównymi objawami obserwowanymi u ludzi, którzy w swojej pracy mają kontakt z polami elektromagnetycznymi, były: bóle i zawroty głowy, zaburzenia pamięci, dolegliwości sercowe i ogólne zmęczenie. Przypuszcza się, że pola elektromagnetyczne mogą indukować niektóre rodzaje nowotworów.

Zmienne pola magnetyczne mogą wywoływać w tkankach tzw. prądy wirowe. Są one prawdopodobnie odpowiedzialne za efekty rezonansowe w tkankach i narządach. Pole magnetyczne może działać zarówno na poruszające się ładunki jak i na błony komórkowe i sieci neuronalne.

W przypadku pól elektromagnetycznych o wysokich częstotliwościach podstawowym efektem oddziaływania na organizm jest emisja ciepła. W przypadku fal radiowych zachodzi ona na skutek strat przewodzenia, a dla mikrofal główne znaczenie mają straty dielektryczne.

Należy pamiętać, że każdy człowiek w życiu codziennym jest narażony na działanie pól elektromagnetycznych, wytwarzanych chociażby przez sprzęty gospodarstwa domowego jak np. odkurzacz, kuchenka mikrofalowa czy nawet suszarka. Obecność wielu takich urządzeń może spowodować zwielokrotnienie całkowitego pola, a jego wpływ na organizm zależy przede wszystkim od odległości.

Czym jest pole elektromagnetyczne (PEM)

Pole elektromagnetyczne (PEM) jest zjawiskiem fizycznym obecnym w kosmosie od momentu jego powstania. Funkcjonują nawet teorie naukowe wskazujące zjawiska związane z elektrycznością jako źródło powstania życia na Ziemi - przypuszcza się, że wyładowanie atmosferyczne spowodowało reakcję powstania pierwszych białek w praoceanie.

PEM występuje w całym Wszechświecie. Począwszy od wszechobecnej częstotliwości 4.5 Hz - częstotliwości drgań własnych atomu wodoru, a skończywszy na niewyobrażalnie silnym źródle promieniowania gamma, jakimi są gwiazdy, których cykl „życia” zbliża się ku końcowi.

Z fizycznego punktu widzenia pole elektromagnetyczne zawiera dwie składowe - magnetyczną i elektryczną. Obydwa te elementy występują w przyrodzie również osobno - jako pole elektryczne (PE) oraz pole magnetyczne (PM). W otoczeniu pole elektryczne w czystej postaci obserwujemy np. w czasie burz atmosferycznych - pomiędzy chmurami lub chmurami a Ziemią powstają różnice potencjałów (występuje pole elektryczne jeżeli którego wartość przekroczy właściwości izolacyjne atmosfery nastąpi wyładowanie). Efekt działania PE obserwujemy również np. w czasie głaskania kota - gromadzące się na jego sierści jednoimienne ładunki elektryczne odpychają się od siebie, tworząc efekt „stojącej” sierści.

Natomiast najbardziej typowy przykład występowania naturalnego pola magnetycznego to Ziemia, mająca dwa różnoimienne (przeciwstawne) bieguny, których oddziaływanie na namagnesowaną igłę zawsze jest jednoznaczne - igła ustawi się wzdłuż linii pola magnetycznego pokazując jednym ze swych końców (zawsze tym samym) zawsze ten sam biegun magnetyczny Ziemi.

Pole elektromagnetyczne ze względu na właściwości oddziaływania na materię podzielono na dwa zakresy: zakres pola niejonizującego i zakres pola jonizującego.

Podstawowymi naturalnymi źródłami PEM jonizującego jest promieniowanie kosmiczne, w znacznej mierze redukowane przez atmosferę Ziemi, promieniowanie emitowane przez Słońce i inne obiekty kosmiczne oraz złoża pierwiastków promieniotwórczych. Natomiast najczęściej występującymi źródłami sztucznymi są aparaty rentgenowskie, tzw. bomby kobaltowe wykorzystywane w medycynie, izotopy używane np. do wykrywania uszkodzeń wewnętrznych (zmęczenia materiałowego) w konstrukcjach stalowych, lampy UV (światło z zakresu nadfioletu) czy też eksplozje atomowe. Efekt jonizacji pod wpływem promieniowania jonizującego występuje praktycznie zawsze, a jego natężenie zależne jest od gęstości mocy. Pola takie powodują zmiany kumulujące się, tzn. każda następna dawka powiększa efekt działania poprzedniej, proporcjonalnie do czasu i i natężenia ekspozycji. Aby wystąpiło zjawisko jonizacji pole musi mieć odpowiednio wysoką częstotliwość - a co się z tym wiąże nieść ze sobą odpowiednią energię (I kwant energii promieniowania nadfioletowego powodującego obumieranie drobnoustrojów od 3,3 do 100 eV elektronovoltów). Energia potrzebna do zjonizowania atomu tlenu lub wodoru wynosi pomiędzy 10 a 12 eV. Dla porównania kwant dla PEM niejonizującego z zakresu radiowego, wykorzystywanego między innymi w telefonii komórkowej GSM, jest rzędu 0,000001 eV.

Stałym, i cyklicznie (co około 10 -12 lat) aktywującym się źródłem jest Słońce. Jego wzrastająca aktywność powoduje wysyłanie m.in. w kierunku Ziemi olbrzymiej ilości wysokoenergetycznych cząstek powodujących uszkodzenia zarówno krążących wokół naszej planety satelitów jak i paraliż całych systemów energetycznych.

Poniżej przedstawiono rysunek obrazujący w uproszczony sposób pole elektromagnetyczne w pełnym zakresie częstotliwości.

Naturalne źródła PEM z zakresu niejonizującego to głównie źródła zewnętrzne - promieniowanie pochodzące ze źródeł pozaziemskich (gwiazdy, w tym Słońce) jak również pochodzące od Ziemi i tworzone w jej atmosferze. Ziemia jest naturalnym obracającym się magnesem z wyraźnie zaznaczonymi biegunami, wytwarzającym w ten sposób pola elektromagnetyczne. Jego częstotliwość zmienia się w granicach 5 - 100 Hz. Nadzwyczaj popularnym na Ziemi źródłem PEM są wyładowania atmosferyczne. Ich liczba w skali globu szacowana jest na kilka, kilkadziesiąt wyładowań na sekundę. O mocy powstającego przy wyładowaniu pola elektromagnetycznego świadczy fakt, że praktycznie każde wyładowanie można zarejestrować odpowiednią aparaturą w każdym miejscu kuli ziemskiej. Charakter niejonizujący tego zakresu PEM objawia się głównie tym, że obserwowany wpływ na organizmy żywe (zależny oczywiście od poziomu gęstości mocy określanej w watach na metr kwadratowy - W/m2) ustaje natychmiast po zakończeniu ekspozycji, czyli po „wyłączeniu” źródła pola. Przy większych natężeniach (rzędu setek i tysięcy W/m2) obserwowany jest efekt termiczny - czyli nagrzewanie się komórek prowadzące do efektu „mikrofalówki”.

Parametry PEM określa się zależnie od częstotliwości. Dla małych częstotliwości rzędu kilku - kilkuset herców można w prosty sposób zmierzyć zarówno wielkość składowej elektrycznej (natężenie określane w woltach na metr - V/m) jak i składowej magnetycznej (natężenie określane w amperach na metr - A/m). Często jako parametr PM podaje się wielkość indukcji pola magnetycznego, której jednostką jest Tesla - T. Dla wyższych częstotliwości (np. radiowych) z racji problemów pomiarowych jako parametr podaje się gęstość mocy określaną w W/m2. Oczywiście można w każdym przypadku obliczyć zarówno wielkość składowej magnetycznej jak i elektrycznej.

Wprowadzenie

Pola elektromagnetyczne są bardzo zróżnicowanym czynnikiem środowiskowym - od pól statycznych (elektrostatycznych i magnetostatycznych), małej i wielkiej częstotliwości do promieniowania mikrofalowego (o częstotliwościach poniżej 300 GHz). W srodowisku występują zarówno pola sinusoidalnie zmienne w czasie jak i modulowane w bardzo różny sposób.
Do scharakteryzowania pola elektromagnetycznego jako fizycznego czynnika środowiska pracy stosowane są następujące parametry:

• częstotliwość pól sinusoidalnie zmiennych w czasie (w Hz) lub opis zmienności w czasie pól niesinusoidalnych,

• natężenie pól elektrycznych (w V/m),

• natężenie pól magnetycznych (w A/m) lub indukcja magnetyczna (w T),

• gęstość mocy promieniowania (w W/m²),

• czas ekspozycji pracownika.

Sposób i skutki oddziaływania pól elektromagnetycznych, zarówno bezpośrednio na ciało człowieka jak i na materialne elementy środowiska pracy, zależą od ich częstotliwości i natężenia. Pola elektromagnetyczne w przeciwieństwie do wielu fizycznych czynników środowiska, jak np. hałas, nie są z reguły rejestrowane przez zmysły człowieka, dlatego niemożliwe jest intuicyjne dostosowanie sposobu postępowania człowieka do stopnia zagrożenia.
Pola elektromagnetyczne o różnych częstotliwościach znajdują liczne zastosowania praktyczne w przemyśle, służbie zdrowia, telekomunikacji i życiu codziennym.

a) linie elektromagnetyczne wysokiego napięcia	b) anteny nadawcze telefonii komórkowej

Rys. 1 - Przykładowe źródła pola elektromagnetycznego

Energia pól elektromagnetycznych absorbowana bezpośrednio w organizmie powoduje powstawanie w nim elektrycznych prądów indukowanych oraz podgrzewanie tkanek. Może to być przyczyną niepożądanych efektów biologicznych i w konsekwencji zmian stanu zdrowia (czasowego i trwałego). Mimo wieloletnich badań w celu ustalenia czy wieloletnia, chroniczna ekspozycja na pola o natężeniach nie wywołujących istotnych zmian krótkoterminowych może wpływać na stan zdrowia ludzi, wciąż nie ma ostatecznych rozstrzygnięć w tej sprawie.

Rys. 2 - Symulacje numeryczne prądu indukowanego w ciele człowieka
znajdującego się w polu magnetycznym o polaryzacji poziomej

Oprócz różnorodnego bezpośredniego oddziaływania na organizm pracownika, pole elektromagnetyczne może stwarzać także zagrożenie dla ludzi poprzez oddziaływanie na infrastrukturę techniczną, ponieważ odbiór energii pola elektromagnetycznego przez urządzenia może być przyczyną m.in.:

• zakłóceń pracy automatycznych urządzeń sterujących i elektronicznej aparatury medycznej (w tym elektrostymulatorów serca oraz innych elektronicznych implantów medycznych),

• detonacji urządzeń elektrowybuchowych (detonatorów),

• pożarów i eksplozji związanych z zapaleniem się materiałów łatwopalnych od iskier wywoływanych przez pola indukowane lub ładunki elektrostatyczne.

Oddziaływanie pól elektromagnetycznych może powodować występowanie niepożądanych skutków. Z tego powodu wprowadzono okresową kontrolę warunków ekspozycji oraz ograniczenia ekspozycji:

• ogółu ludności

• pracowników

• infrastruktury technicznej.

Szczególne znaczenie ma to odnośnie pracowników, którzy z racji wykonywania czynności zawodowych przebywają w obszarze występowania silnych pól elektromagnetycznych. W miarę możliwości powinny być stosowane techniczne i organizacyjne metody ograniczania ekspozycji, m.in. ekranowanie elektromagnetyczne i oznakowanie obszarów występowania silnych pól elektromagnetycznych.

Rys.3 - Przykład zastosowania siatki do zekranowania przed polem elektrycznym przejścia w rozdzielni elektroenergetycznej 110 kV.

a) wg PN-74/T-06260

  wg PN-93/N-01256/03

Silne pola magnetyczne	Promieniowanie niejonizujące

b)

zakaz wstępu dla osób z elektrostymulatorami serca	zakaz wnoszenia przedmiotów z metali magnetycznych

Znaki ostrzegawcze dla stref ochronnych i źródeł pola elektromagnetycznego wg PN-74/T-06260 i PN-93/N-01256/03
(a) oraz znaki nieznormalizowane
(b) zalecane do stosowania

Limity

Wszelkie urządzenia emitujące pole elektromagnetyczne aby mogły być eksploatowane muszą spełniać określone specjalnymi przepisami warunki. Generalnie te warunki można podzielić na dwie dziedziny: parametry techniczne oraz warunki pracy wynikające z przepisów ochrony środowiska. Jako że nas interesują bardziej sprawy bezpieczeństwa eksploatacji skoncentrujemy się na przepisach środowiskowych.

W Polsce warunki pracy, a co się i z tym wiąże instalacji urządzeń emitujących PEM określone są w prawie Ochrony Środowiska oraz innych przepisach okołoustawowych. Wszystkie te akty prawne znajdują się pod zakładką „Prawo”. Najważniejsza informacja zawarta w tych zapisach to jakie urządzenia mogą być instalowane i eksploatowane i w jakich warunkach (czyli krótko mówiąc, jakie są dopuszczalne limity poziomu np. gęstości mocy emitowanego PEM w miejscach ogólnie dostępnych dla ludności, powyżej których albo urządzenie nie może pracować albo w takim miejscu nie mogą przebywać jakiekolwiek osoby bez wiedzy o przebywaniu w obszarze w którym ten limit jest przekroczony). Pomimo dużych różnic w wielkościach tych limitów nie stwierdzono, żeby stosowanie tych łagodniejszych limitów miało jakiekolwiek odzwierciedlenie w oddziaływaniu na zdrowie.

W różnych krajach obowiązują różne limity. Różnice pomiędzy tymi wartościami wynikają z różnych metod ich określana - ale efekt ma być jeden - całkowite bezpieczeństwo osób przebywających w obszarze oddziaływania pola elektromagnetycznego dla osób postronnych.

Stosuje się również różne jednostki - najczęściej jest to gęstość mocy PEM określana w W/m2 (Watach na metr kwadratowy), wielkość składowej elektrycznej określanej w V/m (Voltach na metr) oraz składowej magnetycznej pola określanej w A/m (Amperach na metr). Tą ostatnią jednostkę stosuje się zwykle dla częstotliwości przemysłowych 50/60 Hz - czyli sieci elektroenergetycznej.

W Polsce obowiązują jedne z najostrzejszych na świecie przepisów, dotyczących ochrony ludności przed polem elektromagnetycznym. Aktualne wielkości podane są w tabelach poniżej (na podstawie Dz. U. Nr 192 z dn. 14.11.2003 r. poz 1883).

Zakres częstotliwości pól elektromagnetycznych, dla których określa się parametry fizyczne, charakteryzujące oddziaływanie pól elektromagnetycznych na środowisko dla terenów przeznaczonych pod zabudowę mieszkaniową oraz dopuszczalne poziomy pól elektromagnetycznych, charakteryzowane przez dopuszczalne wartości parametrów fizycznych, dla terenów przeznaczonych pod zabudowę mieszkaniową.

Parametr fizyczny Zakres częstotliwości pola elektromagnetycznego	Składowa elektryczna	Składowa magnetyczna	Gęstość mocy
50 Hz	1 kV/m	60 A/m	-

Powyższa wartość obowiązuje dla sieci elektroenergetycznej

Zakres częstotliwości pól elektromagnetycznych, dla których określa się parametry fizyczne, charakteryzujące oddziaływanie pól elektromagnetycznych na środowisko dla miejsc dostępnych dla ludności oraz dopuszczalne poziomy pól elektromagnetycznych, charakteryzowane przez dopuszczalne wartości parametrów fizycznych, dla miejsc dostępnych dla ludności.

Parametr fizyczny Zakres częstotliwości pola elektromagnetycznego	Składowa elektryczna	Składowa magnetyczna	Gęstość mocy
0 Hz	10 kV/m	2500 A/m	-
od 0 Hz do 0,5 Hz	-	2500 A/m	-
od 0,5 Hz do 50 Hz	10 kV/m	60 A/m	-
od 0,05 kHz do 1 kHz	-	3/f A/m	-
od 0.001 MHz do 3 MHz	20 V/m	3 A/m	-
od 3 MHz do 300 MHz	7 V/m	-	-
od 300 MHz do 300 GHz	7 V/m	-	0,1 W/m^2

Gdzie f - częstotliwość w Hz

Analizując przedstawione powyżej zakresy częstotliwości można je dopasować do najczęściej używanych urządzeń elektrycznych, energetycznych czy też urządzeń nadawczych, co zostało zrobione w zakładce „Źródła PEM”.

Najczęściej stosowanymi źródłami PEM są nadajniki radiowo - telewizyjne, urządzenia łączności osobistej i telefonia komórkowa. Dlatego w celu porównania limitów obowiązujących w Polsce i innych krajach przyjmiemy wartość obowiązującą dla zakresu od 300 MHz do 300 GHz w którym to paśmie pracują prawie wszystkie sieci łączności ruchomej. Do porównania wzięto częstotliwości 900 MHz (podstawowa częstotliwość systemu telefonii komórkowej GSM), 1800 MHz (częstotliwość systemu DCS obecnie rozszerzającego system GSM) oraz częstotliwość 2100 MHz - używaną w systemie telefonii komórkowej najnowszej generacji UMTS.

Limity ekspozycji na PEM dla częstotliwości użytkowanych w systemach cyfrowych telefonii komórkowych. Przedstawione wartości obrazują limit gęstości mocy wyrażony w W/m2.

Kraj / organizacja	900 Mhz	1800 Mhz	2100 Mhz
ANSI *)	6	12	14
CENELEC **)	4,5	9	10,5
Australia	4,5	9	10,5
Austria	4,5	9	10,5
Belgia	1,125	2,25	2,625
Bułgaria	1	1	1
Czechy	4,5	9	10,5
Filipiny	4,5	9	10,5
Francja	4,5	9	10,5
Grecja	4,5	9	10,5
Hiszpania	4,5	9	10,5
Japonia	6	12	100
Kanada	6	10,5	10,5
Korea	4,5	9	10,5
Niemcy	4,5	9	10,5
Nowa Zelandia	4,5	4,5	4,5
Polska	0,1	0,1	0,1
Rosja	0,1	0,1	0,1
RPA	4,5	9	10,5
Słowenia	4,5	9	10,5
Szwajcaria	0,01	0,016	0,016
Turcja	4,5	9	10,5
Węgry	0,1	0,1	0,1
Wielka Brytania	4,5	9	10,5
Włochy (standard)	1	1	1
Włochy (miejsca pobytu stałego)	0,1	0,1	0,1

*) American National Standard Institute - normy obowiązujące w Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej

**) European Commitee for Electrotechnical Standarization - normy przyjęte dla krajów Unii Europejskiej

Jak widać z powyższej tabeli wartości limitów różnią się między sobą i po kilkadziesiąt razy. Przykładowo, w USA dla pasma 900 MHz limit ten wynosi 6 W/m2. A więc jest 60 razy łagodniejszy niż w Polsce - co przy ogólnie znanych tendencjach Amerykanów do pozywania wszystkich o wszystko do sądów w celu otrzymania odszkodowań jest znaczące - przy tak łagodnym limicie żaden operator telefonii komórkowej w USA nie przegrał sprawy o „szkodliwy wpływ” stacji bazowej na zdrowie.

Źródła pola elektromagnetycznego

W naszym otoczeniu występują dwa rodzaje źródeł pola elektromagnetycznego: naturalne oraz sztuczne. Źródła naturalne to przede wszystkim Kosmos i Ziemia. Ale omawiając źródła PEM należy również rozróżnić dwa podstawowe zakresy: pole niejonizujące i pole jonizujące. Pomimo, że różnica między nimi polega głównie na częstotliwości to efekty oddziaływania na otoczenie, a szczególnie na organizmy żywe są diametralnie różne. Podstawowe właściwości opisane zostały w zakładce „Czym jest PEM”.


Naturalnymi źródłami PEM zakresu jonizującego są:
- Kosmos - promieniowanie kosmiczne reliktowe, pierwotne, gamma, strumienie cząstek wysokoenergetycznych, inne.
- Słońce - światło (pasmo nadfioletu), „wiatr słoneczny”
- złoża pierwiastków promieniotwórczych

Do sztucznych źródeł PEM tego zakresu zaliczyć można:
- generatory promieniowania rentgenowskiego
- sztucznie wytwarzane izotopy
- urządzenia medyczne wykorzystujące „bomby kobaltowe”
- lampy sterylizacyjne pracujące w paśmie nadfioletu
- reaktory atomowe - same są pomijającym źródłem promieniowania ale produkują odpady promieniotwórcze
- urządzenia do wykrywania mikrouszkodzeń w strukturach metalowych wykorzystujące izotopy
- próby nuklearne

Jako że głównie w naszym polu zainteresowania leży pole elektromagnetyczne zakresu niejonizującego w dalszej części szerzej rozwiniemy związaną z nim tematykę.

Naturalnymi źródłami PEM zakresu niejonizującego są przede wszystkim:
- Kosmos - źródło PEM o praktycznie całym zakresie częstotliwości
- wyładowania atmosferyczne
- Ziemia, a właściwie jej ruch obrotowy względem atmosfery i jonosfery (rezonans Schumanna)
- prądy i pływy morskie


Od powstania planety stanowią one tak zwane tło elektromagnetyczne Ziemi, w którym główną rolę odgrywają wyładowania atmosferyczne oraz cyklicznie powtarzające się (co 10 -12 lat) gwałtowne natężenia wiatru słonecznego.

Sztuczne źródła to przede wszystkim:
- sieci elektroenergetyczne
- instalacje i urządzenia elektryczne
- indukcyjne urządzenia przemysłowe
- nadajniki radiowo - telewizyjne
- nadajniki radiokomunikacyjne
- nadajniki telefonii komórkowych
- urządzenia sterowania bezprzewodowego (radiowego) i nadzoru
- aparatura medyczna (koagulatory, lancetrony, diatermie, itp.)

Pierwsze znaczące sztuczne źródła PEM zaczęto konstruować pod koniec XIX wieku. Rozwój energetyki zapoczątkowany wynalezieniem prądnicy zaowocował budową linii przemysłowych oraz maszyn elektrycznych. Wynalezienie radia (1895-1897 r.) spowodowało powstawanie coraz to nowszych stacji nadawczych, emitujących PEM z zakresu początkowo fal długich w paśmie dziesiątek i setek kHz (kiloherców - tysięcy Herców)) z coraz to większymi mocami. Stopniowo wdrażano również nadajniki pracujące na wyższych częstotliwościach - falach średnich i krótkich - te ostatnie były bardzo popularne zwłaszcza w latach 50 -tych. Lata 70-te XX wieku zaowocowały dynamicznym rozwojem telekomunikacji opartej na połączeniu radiowym - początkowo były to systemy radiotelefoniczne, które z biegiem czasu przekształciły się w systemy radiodostępowe, trunkingowe oraz sieci telefonii komórkowych. W chwili obecnej ilość użytkowników telefonów komórkowych na Ziemi przekroczyła
dwa miliardy.

Zakres częstotliwości PEM można ze względu na ich wykorzystanie podzielić na pewne grupy. Pierwsza grupa to częstotliwości przemysłowe (50/60 Hz) wykorzystywane przez elektroenergetykę. Jest to, z racji powszechnego stosowania oraz występujących tam olbrzymich mocy, największe źródło PEM. W przypadku linii przemysłowych o wysokich napięciach (pow. 100 kV - tysięcy Voltów) są one traktowane jako źródła będące potencjalnym zagrożeniem dla środowiska i w zależności od ustawodawstwa obowiązującego w danym kraju najbliższe okolice takich linii traktowane są jako obszary o ograniczonej możliwości użytkowania lub nawet jako obszary całkowicie niedostępne np. dla budownictwa.

Następną grupą są urządzenia wykorzystujące częstotliwości rzędu kilku - kilkunastu kiloherców. Są to przede wszystkim zgrzewarki do tworzyw sztucznych oraz telewizory i monitory komputerów (starszego typu).

Pod względem emitowanej do otoczenia mocy największymi źródłami PEM z zakresu kilkunastu - kilkuset kHz są krótko, średnio i długofalowe stacje nadawcze. Przykładowo, długofalowa stacja nadawcza ma moc rzędu 500 - 700 kW (kilowatów - tysięcy Watów).


Najbardziej popularnymi nadajnikami są urządzenia pracujące w paśmie UKV/VHF. Nadajniki radiowe pracujące głównie w paśmie 88-108 MHz (milionów Herców) są najbardziej popularne na terenach zwłaszcza gęsto zaludnionych. Z racji właściwości propagacyjnych fal z tego zakresu zasięg takiej stacji nie przekracza 60 - 80 kilometrów, a stosowane nadajniki emitują moc rzędu 500 W - kilka kW. Zbliżona do radiowej gęstość występowania nadajników cechuje również sieci telewizyjne. Nadajniki czy też retransmitery pracują w pasmach 174 - 230 MHz oraz 470 - 862 MHz, a stosowane moce nadajników mieszczą się w przedziale od 1 kW do 40 kW.

Bardzo popularne jest również pasmo 27 MHz, zwane CB (Citizen Band - pasmo obywatelskie). Od początku lat 60-tych wykorzystywane było do łączności osobistej. Łączność ta była najbardziej znana w USA, gdzie wykorzystywali ją głównie kierowcy ciężarówek i osoby związane z transportem kołowym. Każdy mógł komunikować się z wykorzystaniem tego zakresu częstotliwości pod warunkiem użytkowania legalnie zakupionego urządzenia nadawczo-odbiorczego. Moce emitowane przez tego typu urządzenia to 4 -10 Watów. Czasami sięgają poziomu 200 W, jako niezbyt legalnie stosowane „dopalacze”. Obecnie w Polsce to jedna z najpopularniejszych form łączności wśród kierowców - ilość użytkowników szacuje się na kilkadziesiąt tysięcy.

W radiokomunikacji amatorskiej do realizacji prywatnych połączeń przeznaczone są pasma 3,5, 7, 11, 14, 28 MHz oraz pasma 144 - 146 i 430 - 440 MHz. Stosowane moce nadajników, wyrażane jako moc doprowadzone do anteny, wynoszą od 50 W do 500 W (oficjalnie - poziom mocy wykorzystywanego nadajnika zależny jest od posiadanej licencji).

Od początku lat 80-tych najbardziej masowo rozwijał się rynek użytkowników pasma 400 ÷ 500 MHz, czyli analogowej telefonii komórkowej.

W skali średniej wielkości kraju użytkowników takich telefonów, emitujących moce od 4 do 7 W było 200-500 tys., a ilość stacji bazowych, pracujących z mocą do 320 W nie przekraczała tysiąca. Lecz dopiero lata 90-te zaowocowały dużym wzrostem popularności telefonii komórkowej. Stało się to za sprawą wdrożenia nowoczesnego systemu telefonii komórkowej GSM (Globar System for Mobile Communications - globalny system dla komunikacji ruchomej) opartej o zaawansowane technologie cyfrowe. System ten wykorzystuje pasma 800/900 i 1800/1900 MHz. W chwili obecnej na wszystkich kontynentach Ziemi jest ponad dwa miliardy użytkowników sieci cyfrowych telefonii komórkowych, do których oprócz najbardziej popularnej - GSM, zalicza się również amerykański system IS-54 (Digital AMPS), IS-95 (oparty na CDMA) oraz japoński JDC. Z racji zastosowania technologii cyfrowych powstały pewne zależności czasowe, ograniczające w przypadku GSM zasięg stacji praktycznie do 35 km. W rzeczywistości stacje bazowe, będące pośrednikiem pomiędzy abonentem a siecią, budowane są zależnie od ukształtowania terenu oraz gęstości zaludnienia. W miastach takie stacje budowane są średnio co 1 km. Rozwój najnowszej technologii - UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - uniwersalny system telekomunikacji ruchomej) - będzie zmuszał operatorów do nawet gęściejszego lokalizowania stacji bazowych (tak zwanych nodów) - na obszarach zabudowanych o dużej ilości abonentów nawet co 500 m.

Moce terminali (telefonów) są ograniczone normami ETSI i wynoszą max 2 W dla pasma 900 MHz i 1 W dla 1800 MHz.

Moce emitowane przez stacje bazowe są rzędu kilku - kilkudziesięciu Watów. Nominalne moce nadajników sięgają 45 W, lecz straty występujące w torze antenowym powodują, że do anteny dostarczana jest moc zawsze mniejsza od nominalnej (w praktyce straty mogą sięgnąć 50 - 80 % co oznacza, że do anteny jest doprowadzana moc rzędu kilku - kilkunastu Watów). W średniej wielkości kraju europejskim takim jak Polska do obsługi abonentów niezbędne jest kilkanaście - kilkadziesiąt tysięcy stacji bazowych (zależy to od ilości operatorów i popularności telefonii komórkowej). Jak widać jest to niebagatelna ilość źródeł PEM, emitujących energię bezpośrednio z anten. Mimo dużej ilości źródeł energia emitowana nie jest dominująca, ponieważ system GSM posiada pewne mechanizmy, do minimum redukujące emitowaną moc. Generalnie, polega to na takim automatycznym dobieraniu poziomu sygnału emitowanego przez stację bazową jak i terminal, aby dla tego minimalnego poziomu utrzymać dobrą jakość połączenia. Innym mechanizmem jest wyłączanie emisji w trakcie słuchania - energia emitowana jest przez antenę tylko w czasie mówienia do aparatu.

Częstotliwości wyższe, czyli zakresu mikrofalowego, (w praktyce od kilku, kilkunastu GHz do około 300 GHz), wykorzystywane są głównie w teletransmisji. Takie urządzenia, zwane radioliniami, generują stosunkowo niskie moce, rzędu od kilkuset miliwatów (tysięcznych części Wata) do kilkudziesięciu Watów. Z racji tego, że emitowane PEM kształtowane jest za pomocą anten parabolicznych w bardzo wąską wiązkę o szerokości rzędu pojedynczych stopni, udział tych częstotliwości w ogólnym bilansie istniejących źródeł jest znikomy.

Innym, chociaż mniej popularnym źródłem mikrofal są stacje radiolokacyjne. Emitują one znaczne moce rzędu kilkuset kilowatów - kilkunastu megawatów w impulsie. Ich charakterystyka promieniowania jest taka, że energia jest wysyłana przez anteny kierunkowe obracające się (bądź nieruchome - ale z elektronicznie sterowaną wiązką).

Czasami wykorzystuje się określenie „tło elektromagnetyczne”. Rozumiemy przez to udział ilościowy poszczególnych źródeł PEM z uwzględnieniem całego pasma ograniczonego do zakresu pól niejonizujących.
Przykładowo w aglomeracjach miejskich, gdzie pracuje duża ilość stacji bazowych telefonii komórkowych ich udział w tle elektromagnetycznym będzie większy w godzinach szczytu w dzień, a wręcz znikomy w nocy. Taka sama zależność wystąpi dla sieci trunkingowych, czy też przykładowo sieci radiotaxi. Natomiast udział PEM emitowanych przez stacje radiowe i telewizyjne będzie praktycznie stały przez całą dobę (ciągłość nadawania).

Zróżnicowany poziom tła będzie występował przykładowo w okolicy pracy hutniczego pieca indukcyjnego (bardzo silna składowa magnetyczna 50 Hz) czy też w sali szpitalnej, w której stosuje się zabiegi diatermii ( urządzenia emitują energię PEM o mocach 600 - 1000 W o częstotliwości 27 lub 463 MHz). Zauważalny, zwłaszcza widmowo, (energetycznie jest pomijalny) jest też udział w tle elektromagnetycznym PEM emitowanych przez satelity telekomunikacyjne, radio- i telewizyjne oraz nawigacyjne. Pracują one najczęściej w paśmie mikrofalowym - rzędu dziesiątek GHz a energia docierająca na Ziemię jest rzędu mikrowatów/m² - co nie ma prawie żadnego znaczenia energetycznego dla tła.

Pole elektromagnetyczne towarzyszy nam wszędzie w każdej praktycznie dziedzinie życia. Nikt obecnie nie wyobraża sobie normalnego funkcjonowania bez prądu elektrycznego, radia, komputerów, Internetu czy też telefonu komórkowego. Postęp cywilizacyjny wymaga od nas pewnych wyrzeczeń natury np. estetycznej (słupy wysokiego napięcia czy też wieże telefonii komórkowej nie zdobią krajobrazu), ale tak jak z dróg - nie da się z nich już zrezygnować. Nie można również demonizować aspektu zdrowotnego wpływu na otoczenie takich instalacji. Wyniki długofalowych badań naukowych pozwalają tak konstruować i lokalizować źródła PEM, aby wyeliminować ich potencjalne oddziaływanie na otoczenie.

Pole elektromagnetyczne

[edytuj]

Z Wikipedii

Skocz do: nawigacji, szukaj

Pole elektromagnetyczne - pole fizyczne, stan przestrzeni w której na ładunek elektryczny działają siły o naturze elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne jest układem dwóch pól pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te są wzajemnie związane a postrzeganie ich zależy też od obserwatora, wzajemną relację pól opisują Równania Maxwella. Własnościami pola elektromagnetycznego, jego oddziaływaniem z materią bada dział fizyki zwany elektrodynamiką. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne fotony.

Spis treści [ukryj] 1 Siły pola 2 Własności pola 3 Transformata pola 4 Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe 4.1 Stałe pole magnetyczne 5 Zobacz też

Siły pola [edytuj]

Siłę jaka działa na ładunek elektryczny w polu elektromagnetycznym określa siła Lorentza:

gdzie:

• F - siła (w niutonach)

• E - natężenie pola elektrycznego (w voltach / metr)

• B - indukcja magnetyczna (w teslach)

• q - ładunek elektryczny cząstki (w kulombach)

• v - prędkość cząstki (w metrach na sekundę)

• × - iloczyn wektorowy.

Siła działająca na ładunek od pola magnetycznego jest prostopadła do przesunięcia, dlatego nie wykonuje pracy. O zmianie energii (wykonanej pracy) ładunku elektrycznego decyduje tylko pole elektryczne:

Wzór ten jest równoważny wzorowi na moc (P) wykonywaną przez pole nad ładunkiem (q) poruszającym się z prędkością (v):

Własności pola [edytuj]

Własności pól elektrycznych i magnetycznych opisują równania Maxwella. Z równań tych wynika że:

1. Źródłem pola elektrycznego są ładunki elektryczne (linie pola elektrycznego mogą rozpoczynać się i kończyć na ładunkach)

2. Pole magnetyczne jest bezźródłowe (linie sił pola magnetycznego są zamknięte)

3. Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne (linie tego pola są zamknięte)

4. Przepływający prąd oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne (linie tego pola są zamknięte)

Z własności 1 wynika, że pole elektryczne wytworzone przez ładunki elektryczne jest potencjalne.

Transformata pola [edytuj]

Pole elektryczne i magnetyczne ulega transformacie gdy zmieniany jest układ odniesienia opisujący zjawiska elektromagnetyczne.

Ogólnie równania transformacji pól elektrycznego i magnetycznego przy przejściu do układu poruszającego się z prędkoscią
określają równania.

Dla ruchu z prędkością v wzdłuż osi x, składowe pól transformują się według:

gdzie:

• γ - czynnik Lorentza,

• c - prędkość światła.

Wniosek: Jeżeli w wybranym układzie odniesienia występuje pole elektryczne a nie występuje pole magnetyczne, to w układzie poruszającym się względem niego z prędkością v istnieje pole magnetyczne:

Opisując oddziaływania elektromagnetyczne można tak wybrać układ odniesienia, by w pole magnetyczne lub pole elektryczne znikało (natężenie było równe zero).

Siła składa się ze składowej pochodzącej od pola elektrycznego i pola magnetycznego. W wielu sytuacjach można pola te rozpatrywać oddzielnie, ale pola te są zatem od siebie wzajemnie uzależnione. Do tego wniosku doszedł szkocki fizyk James Clerk Maxwell. Udowodnił on, że pole elektryczne istnieje zawsze tam, gdzie zmienia się pole magnetyczne. Wykazał też, że zmienne pole elektryczne powoduje powstanie pola magnetycznego. Pola te przenikają się nawzajem tworząc tzw. pole elektromagnetyczne opisane równaniami Maxwella. Zmiany pola elektrycznego i magnetycznego rozchodzące się w przestrzeni (z prędkością 300 000 km/s w próżni) tworzą falę elektromagnetyczną. Do fal elektromagnetycznych należą m.in.:

• fale radiowe,

• fale świetlne,

• mikrofale,

• promieniowanie γ (gamma),

• promieniowanie X (rentgenowskie).

Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe [edytuj]

Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe jest rozpatrywany jako wpływ stałego pola magnetycznego, stałego pola elektrycznego, przepływu prądu elektrycznego przez organizm, wpływu zmiennych pól elektromagnetycznych czyli fal elektromagnetycznych.

Stałe pole magnetyczne [edytuj]

Wszystkie organizmy które żyją na Ziemi, podlegają działaniu ziemskiego pola magnetycznego. Ziemia jest gigantycznym magnesem, wytwarzającym wokół siebie stałe pole magnetyczne. Tkanka żywa jest na ogół mało podatna na działanie pola magnetycznego o takim natężeniu. Niektórzy badacze stwierdzają jednak, że silne pole magnetyczne ma wpływ na układ nerwowy u ludzi i zwierząt i przejawia się opóźnieniem czasu reakcji. Natomiast u roślin działanie silnego pola magnetycznego powoduje kurczenie się komórek i zmiany w błonach komórkowych.

U niektórych gatunków zwierząt np. owadów, ptaków lub ryb pole magnetyczne Ziemi odpowiada za orientację w przestrzeni (np. coroczne wędrówki ptaków do tych samych miejsc lęgowych różnie położonych geograficzne dla różnych gatunków). W organizmach tych zwierząt występują narządy pełniące funkcje biologicznych "kompasów" sprzężonych najprawdopodobniej z "zegarem biologicznym". Sztuczne zmiany wywołane np. przez przymocowanie do głowy ptaka miniaturowego magnesu, powodują utratę orientacji i chęć "podróży" w innym kierunku. Gdy izolowano rośliny i zwierzęta od wpływu ziemskiego pola magnetycznego, zaobserwowano zaburzenia ich rozwoju.

Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe

Charakterystyka pola elektromagnetycznego
pole fizyczne, za pośrednictwem którego następuje wzajemne oddziaływanie obiektów fizycznych o właściwościach elektrycznych i magnetycznych, np. naładowanych cząstek spoczywających lub będących w ruchu, dipoli magnetycznych itp.
Wokół przewodnika przez który płynie prąd elektryczny, istnieje pole magnetyczne. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej jest dowodem wywoływania pola elektrycznego przez zmienne pole magnetyczne. Pola te są zatem od siebie wzajemnie uzależnione. Do tego wniosku doszedł szkocki fizyk James Clerk Maxwell. Udowodnił on, że pole elektryczne istnieje zawsze tam, gdzie zmienia się pole magnetyczne. Wykazał też, że zmienne pole elektryczne powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego. Pola te przenikają się nawzajem tworząc tzw. pole elektromagnetyczne opisane równaniami Maxwella. Oddziaływania pola zależy do jego częstotliwości i natężenia. Zmiany pola elektrycznego i magnetycznego rozchodzące się w przestrzeni (z prędkością 300 000 km/s w próżni) tworząc falę elektromagnetyczną. Do fal elektromagnetycznych należą m.in.:
fale radiowe,
fale świetlne,
mikrofale,
promieniowanie γ (gamma),
promieniowanie X (rentgenowskie).

Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe
Wszystkie organizmy które żyją na Ziemi, podlegają działaniu ziemskiego pola magnetycznego. Wiadomo że Ziemia jest gigantycznym magnesem, wytwarzającym wokół siebie stałe pole magnetyczne, ale jest to pole o małym natężeniu i nie wywołuje widocznych skutków. Tkanka żywa jest na ogół mało podatna na działanie pola magnetycznego, ale mimo to u niektórych gatunków zwierząt np. owadów, ptaków lub ryb pole magnetyczne Ziemi odpowiada za bezbłędną orientację w przestrzeni (np. coroczne wędrówki ptaków do tych samych miejsc lęgowych różnie położonych geograficzne dla różnych gatunków). W organizmach tych zwierząt muszą występować narządy pełniące funkcje biologicznych "kompasów" sprzężonych najprawdopodobniej z "zegarem biologicznym". Sztuczne zmiany wywołane np. przez przymocowanie do głowy ptaka miniaturowego magnesu, powodują całkowitą utratę orientacji i chęć "podróży" w innym kierunku. Gdy izolowano rośliny i zwierzęta od wpływu ziemskiego pola magnetycznego, zaobserwowano u nich zakłócenia w ich biorytmie życia.
Natomiast silne pole magnetyczne wpływa na układ nerwowy ludzi i zwierząt przejawia się to opóźnionym czasem reakcji. Natomiast u roślin działanie silnego pola magnetycznego powoduje kurczenie się komórek i zmiany w błonach komórkowych.


Oprócz stałych pól magnetycznych występują zmieniające się pola magnetyczne. Wokół zmieniającego się pola magnetycznego zawsze występuje zmieniające się pole elektryczne. Takie połączone pola nazywamy polem elektromagnetycznym. Pola elektromagnetyczne również oddziaływają na organizmy żywe. Jeśli pole elektromagnetyczne wnika do komórek to oddaje im swoją energię na ogół zamieniając ją na ciepło. Prowadzone są badania nad wpływem pól elektromagnetycznych na komórki żywe. Są dowody na to, że pola elektromagnetyczne o dużej częstotliwości mogą uszkadzać lub bardzo zaburzać pracę komórek. Dlatego warto unikać kontraktu z urządzeniami które wytwarzają takie pola, np. monitorami, telefonami komórkowymi, kuchenkami mikrofalowymi. Jest to szczególnie ważne dla rozwijających się organizmów.


Oddziaływanie pól elektromagnetycznych na tkanki jest również wykorzystywane w medycynie do diagnozy metodą rezonansu magnetycznego

Wymiana ciepła między człowiekiem a jego otoczeniem

Między człowiekiem a środowiskiem zachodzi nieustanna wymiana ciepła. Odbywa się ona czterema drogami: przez przewodzenie, konwekcję, promieniowanie oraz odparowywanie potu. Tego rodzaju przepływy ciepła zależą od charakterystyk fizycznych otoczenia takich, jak: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, ciśnienie pary wodnej i prędkość ruchu powietrza. Ze względu na to, że do prawidłowego działania wszystkich funkcji organizmu jest konieczne utrzymanie stałej ciepłoty ciała (homeotermia), organizm człowieka dysponuje mechanizmami, które pozwalają na wytworzenie niezbędnej ilość ciepła lub też odprowadzenie jego nadmiaru. Mechanizmy te nie zawsze mogą podołać obciążeniom termicznym, na jakie narażony jest organizm ze strony środowiska. Konsekwencją takiego stanu może być wzrost temperatury wewnętrznej ciała lub jej spadek w stosunku do wartości średniej, która w stanie równowagi cieplnej organizmu wynosi 37 ± 0,5 oC.

Pierwszą reakcją człowieka na stymulacje termiczne jest behawioralne unikanie nadmiernych strat lub gromadzenia się ciepła wewnątrz ciała człowieka. Reakcje te polegają na doborze odzieży i klimatyzowaniu pomieszczeń. Gdy te działania nie są wystarczające w sposób odruchowy uruchamiane są reakcje fizjologiczne. Kontrola fizjologicznych zmian jest inicjowana przez odśrodkowe kanały nerwowe, zarówno somatyczne, jak i autonomiczne.

Ciepło jest produkowane we wszystkich tkankach organizmu, ale jest tracone do otoczenia tylko z tkanek, które kontaktują się z otoczeniem - głównie ze skóry, a w mniejszym stopniu także z dróg oddechowych. Przenoszenie ciepła wewnątrz ciała zachodzi z miejsc produkcji ciepła do pozostałych części ciała oraz z wnętrza ciała do skóry. Wewnątrz ciała ciepło jest transportowane dwoma sposobami: przez przewodnictwo tkankowe i konwekcyjnie przez krew.

Utrata ciepła z organizmu następuje kilkoma drogami. Pierwsza to przewodnictwo oraz  parowanie potu z powierzchni skóry do otaczającego powietrza i konwekcja z dróg oddechowych wspomagana konwekcją przepływu powietrza w płucach. Drugim kanałem utraty ciepła jest promieniowanie z gołej skóry, a w pewnym zakresie zachodzące też między warstwami odzieży. Ciepło tracone jest również przez wydalanie moczu i defekację, chociaż procesy te nie powodują ochładzania ciała, tak, jak dzieje się to w wyniku parowania potu lub przez wilgotną odzież.

W celu utrzymania stałej temperatury wewnętrznej w organizmie powinna być zachowywana równowaga między produkcją a utratą ciepła do otoczenia. Jeżeli suma energii wyprodukowanej i energii uzyskanej ze środowiska nie równoważą utraty energii wówczas nadwyżkowe ciepło jest gromadzone w organizmie lub tracone do środowiska. Ogólnie wyraża to równanie bilansu cieplnego:

M = E + R + C + K + W + S

gdzie M oznacza tempo metabolicznej produkcji ciepła; E jest szybkością utraty ciepła przez parowanie; R i C są szybkościami utraty ciepła odpowiednio przez promieniowanie i konwekcję; K to szybkość utraty ciepła przez przewodnictwo; W jest szybkością utraty energii jako pracy mechanicznej; S to szybkość akumulacji lub utraty ciepła w organizmie, która objawia się zmianami temperatury tkanek.
M ma zawsze dodatnią wartość, natomiast wyrażenia z prawej strony równania reprezentują wymianę energii ze środowiskiem i jej magazynowanie, więc mogą przyjmować zarówno ujemne, jak i dodatnie wartości. E, R, C, K i W mają dodatnie wartości, jeśli reprezentują utratę energii z organizmu, z kolei są ujemne, gdy przedstawiają gromadzenie energii. Gdy S = 0, organizm jest w równowadze cieplnej i temperatura wewnętrzna ani nie zwiększa się, ani nie zmniejsza się. Gdy organizm nie jest w stanie równowagi cieplnej, średnia temperatura tkanek zwiększa się wówczas, gdy S ma dodatnią wartość lub zmniejsza się, gdy S jest ujemne.

Warunek zachowania homeotermii narzuca konieczność ograniczenia czasu przebywania człowieka w gorącym lub zimnym środowisku. Wzrost tętna, maksymalny poziom produkcji potu oraz wzrost temperatury wewnętrznej ciała są czułymi wskaźnikami obciążenia cieplnego organizmu i wyznaczają granice tolerancji niekorzystnego wpływu na organizm człowieka gorącego środowiska i pracy wykonywanej w takich warunkach. Z kolei w środowisku zimnym czynnikami ograniczającymi ekspozycję człowieka są straty ciepła z organizmu, czego wynikiem może być zmniejszenie się temperatury wewnętrznej i lokalnych temperatur skóry, szczególnie w okolicach kończyn.

W środowisku neutralnym ilość ciepła, która jest wytwarzana przez przemianę w spoczynku lub podczas wykonywania określonej czynności, zostaje rozproszona w taki sposób, że temperatura wewnętrznej ciała utrzymuje się na stałym poziomie bez udziału niezależnego mechanizmu termoregulacji.

W rozważaniach dotyczących stabilności termicznej człowieka nie sposób pominąć rolę stosowanej odzieży. Ubranie zawsze stanowi barierę pomiędzy powierzchnią skóry a otoczeniem, która oddziałuje zarówno na wymianę ciepła przez konwekcję i promieniowanie, jak i na wymianę ciepła przez odparowywanie wydzielonego potu. Wpływ zastosowanej odzieży może mieć decydujące znaczenie w środowisku zimnym w procesie zachowania ciepła organizmu, może też być czynnikiem utrudniającym pracę w środowisku gorącym pomimo jej ochronnego działania np. przed działaniem promieniowania podczerwonego, czy czynników chemicznych. Trzeba podkreślić, że wpływ ubrania na wymianę ciepła jest bardzo złożony. Należy wprowadzić wiele uproszczeń uśredniających oraz pewne przybliżenia.

Kto emituje pola elektromagnetyczne?

poniedziałek, 22 stycznia 2007 9:58 Skocz do komentarzy

   

Zastosowanie pól elektromagnetycznych

Pola elektromagnetyczne (PEM) o różnych częstotliwościach znajdują liczne zastosowania praktyczne w przemyśle, służbie zdrowia, telekomunikacji oraz życiu codziennym.

Co to jest pole elektromagnetyczne?

Polem elektromagnetycznym jest pole elektryczne, magnetyczne oraz elektromagnetyczne o częstotliwościach od 0 Hz do 300 GHz.

Emisja promieniowania elektromagnetycznego, ze względu na jego negatywne oddziaływanie, jest poddana restrykcjom określonym w ustawie Prawo Ochrony Środowiska [1]. Poziomy pól elektromagnetycznych powinny być zachowane poniżej dopuszczalnych lub co najwyżej na tych poziomach.

 

 

Czy wiesz, że…

Najistotniejsze, z punktu widzenia ochrony środowiska, źródła pól elektromagnetycznych to:

• stacje bazowe telefonii komórkowej - zespół anten i nadajników umożliwiających komunikację telefonów komórkowych poprzez przekazywanie sygnału,

• napowietrzne linie do przesyłu energii elektrycznej,

• transformatory,

• instalacje radionawigacyjne i radiolokacyjne (np. radary wojskowe),

• maszty radiowe,

• maszty telewizyjne i inne,

• wiele urządzeń przemysłowych.

 

Które przedsięwzięcia wymagają szczególnego podejścia?

Szczególnego traktowania, w odniesieniu do ochrony środowiska, wymagają tylko niektóre z rodzajów przedsięwzięć. Ustawodawca uwzględnił je w wykazie przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko [2].

 

 

Procedura lokalizacyjna wobec źródeł PEM

Elementy procedury lokalizacyjnej, związanej z inwestycją będącą źródłem pól elektromagnetycznych, to:

• ocena oddziaływania na środowisko (sporządzenie raportu oddziaływania na środowisko),

• konsultacje społeczne umożliwiające wybór najwłaściwszej lokalizacji stacji spośród wariantów proponowanych przez inwestora,

• pomiary kontrolne promieniowania po oddaniu stacji bazowej do użytkowania [3].

  

 

Pamiętaj!

Warunkiem koniecznym funkcjonowania instalacji, która emituje promieniowanie elektromagnetyczne, jest dotrzymanie odpowiednich poziomów pól elektromagnetycznych, które określa prawo. Poziomy te różnicuje się dla terenów przeznaczonych pod zabudowę mieszkaniową oraz dla miejsc dostępnych dla ludności [4].

 

Podstawa prawna:

1. Ustawa z 27 kwietnia 2001 r. - Prawo ochrony środowiska (Dz.U. z 2006 r. nr 129, poz. 902 ze zm.).

2. Rozporządzenie Rady Ministrów z 9 listopada 2004 r. w sprawie określenia rodzajów przedsięwzięć mogących znacząco wpływać na środowisko oraz szczegółowych uwarunkowań związanych z kwalifikowaniem przedsięwzięcia do sporządzenia raportu o oddziaływaniu na środowisko (Dz.U. nr 257, poz. 2573).

3. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów (Dz.U. z 2003 r. nr 192, poz. 1883).

4. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 27 lutego 2003 r. w sprawie rodzajów wyników pomiarów prowadzonych w związku z eksploatacją instalacji lub urządzenia, przekazywanych właściwym organom ochrony środowiska oraz terminu i sposobów ich prezentacji (Dz.U. z 2003 r. nr 59, poz. 529).

 

Wymiana ciepła między człowiekiem a jego otoczeniem

Między człowiekiem a środowiskiem zachodzi nieustanna wymiana ciepła. Odbywa się ona czterema drogami: przez przewodzenie, konwekcję, promieniowanie oraz odparowywanie potu. Tego rodzaju przepływy ciepła zależą od charakterystyk fizycznych otoczenia takich, jak: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, ciśnienie pary wodnej i prędkość ruchu powietrza. Ze względu na to, że do prawidłowego działania wszystkich funkcji organizmu jest konieczne utrzymanie stałej ciepłoty ciała (homeotermia), organizm człowieka dysponuje mechanizmami, które pozwalają na wytworzenie niezbędnej ilość ciepła lub też odprowadzenie jego nadmiaru. Mechanizmy te nie zawsze mogą podołać obciążeniom termicznym, na jakie narażony jest organizm ze strony środowiska. Konsekwencją takiego stanu może być wzrost temperatury wewnętrznej ciała lub jej spadek w stosunku do wartości średniej, która w stanie równowagi cieplnej organizmu wynosi 37 ± 0,5 oC.

Pierwszą reakcją człowieka na stymulacje termiczne jest behawioralne unikanie nadmiernych strat lub gromadzenia się ciepła wewnątrz ciała człowieka. Reakcje te polegają na doborze odzieży i klimatyzowaniu pomieszczeń. Gdy te działania nie są wystarczające w sposób odruchowy uruchamiane są reakcje fizjologiczne. Kontrola fizjologicznych zmian jest inicjowana przez odśrodkowe kanały nerwowe, zarówno somatyczne, jak i autonomiczne.

Ciepło jest produkowane we wszystkich tkankach organizmu, ale jest tracone do otoczenia tylko z tkanek, które kontaktują się z otoczeniem - głównie ze skóry, a w mniejszym stopniu także z dróg oddechowych. Przenoszenie ciepła wewnątrz ciała zachodzi z miejsc produkcji ciepła do pozostałych części ciała oraz z wnętrza ciała do skóry. Wewnątrz ciała ciepło jest transportowane dwoma sposobami: przez przewodnictwo tkankowe i konwekcyjnie przez krew.

Utrata ciepła z organizmu następuje kilkoma drogami. Pierwsza to przewodnictwo oraz  parowanie potu z powierzchni skóry do otaczającego powietrza i konwekcja z dróg oddechowych wspomagana konwekcją przepływu powietrza w płucach. Drugim kanałem utraty ciepła jest promieniowanie z gołej skóry, a w pewnym zakresie zachodzące też między warstwami odzieży. Ciepło tracone jest również przez wydalanie moczu i defekację, chociaż procesy te nie powodują ochładzania ciała, tak, jak dzieje się to w wyniku parowania potu lub przez wilgotną odzież.

W celu utrzymania stałej temperatury wewnętrznej w organizmie powinna być zachowywana równowaga między produkcją a utratą ciepła do otoczenia. Jeżeli suma energii wyprodukowanej i energii uzyskanej ze środowiska nie równoważą utraty energii wówczas nadwyżkowe ciepło jest gromadzone w organizmie lub tracone do środowiska. Ogólnie wyraża to równanie bilansu cieplnego:

M = E + R + C + K + W + S

gdzie M oznacza tempo metabolicznej produkcji ciepła; E jest szybkością utraty ciepła przez parowanie; R i C są szybkościami utraty ciepła odpowiednio przez promieniowanie i konwekcję; K to szybkość utraty ciepła przez przewodnictwo; W jest szybkością utraty energii jako pracy mechanicznej; S to szybkość akumulacji lub utraty ciepła w organizmie, która objawia się zmianami temperatury tkanek.
M ma zawsze dodatnią wartość, natomiast wyrażenia z prawej strony równania reprezentują wymianę energii ze środowiskiem i jej magazynowanie, więc mogą przyjmować zarówno ujemne, jak i dodatnie wartości. E, R, C, K i W mają dodatnie wartości, jeśli reprezentują utratę energii z organizmu, z kolei są ujemne, gdy przedstawiają gromadzenie energii. Gdy S = 0, organizm jest w równowadze cieplnej i temperatura wewnętrzna ani nie zwiększa się, ani nie zmniejsza się. Gdy organizm nie jest w stanie równowagi cieplnej, średnia temperatura tkanek zwiększa się wówczas, gdy S ma dodatnią wartość lub zmniejsza się, gdy S jest ujemne.

Warunek zachowania homeotermii narzuca konieczność ograniczenia czasu przebywania człowieka w gorącym lub zimnym środowisku. Wzrost tętna, maksymalny poziom produkcji potu oraz wzrost temperatury wewnętrznej ciała są czułymi wskaźnikami obciążenia cieplnego organizmu i wyznaczają granice tolerancji niekorzystnego wpływu na organizm człowieka gorącego środowiska i pracy wykonywanej w takich warunkach. Z kolei w środowisku zimnym czynnikami ograniczającymi ekspozycję człowieka są straty ciepła z organizmu, czego wynikiem może być zmniejszenie się temperatury wewnętrznej i lokalnych temperatur skóry, szczególnie w okolicach kończyn.

W środowisku neutralnym ilość ciepła, która jest wytwarzana przez przemianę w spoczynku lub podczas wykonywania określonej czynności, zostaje rozproszona w taki sposób, że temperatura wewnętrznej ciała utrzymuje się na stałym poziomie bez udziału niezależnego mechanizmu termoregulacji.

W rozważaniach dotyczących stabilności termicznej człowieka nie sposób pominąć rolę stosowanej odzieży. Ubranie zawsze stanowi barierę pomiędzy powierzchnią skóry a otoczeniem, która oddziałuje zarówno na wymianę ciepła przez konwekcję i promieniowanie, jak i na wymianę ciepła przez odparowywanie wydzielonego potu. Wpływ zastosowanej odzieży może mieć decydujące znaczenie w środowisku zimnym w procesie zachowania ciepła organizmu, może też być czynnikiem utrudniającym pracę w środowisku gorącym pomimo jej ochronnego działania np. przed działaniem promieniowania podczerwonego, czy czynników chemicznych. Trzeba podkreślić, że wpływ ubrania na wymianę ciepła jest bardzo złożony. Należy wprowadzić wiele uproszczeń uśredniających oraz pewne przybliżenia.

   

---