Elektromagnētisko viļņu (EMW) vispārīgās īpašības. Elektromagnētiskais starojums - definīcija, veidi, raksturlielumi Frekvences mērītāju pamatraksturojums

Valsts augstākās profesionālās izglītības iestāde

VOLGOGRADAS VALSTS TEHNISKĀ UNIVERSITĀTE

(VolgSTU)

Elektrotehnikas katedra

Semestra darbs

par metroloģiju, standartizāciju un sertifikāciju

Temats: " Elektromagnētisko viļņu frekvences mērīšana»

Pabeigts:

IVT-260 grupas audzēknis Sova A.V.

Pārbaudīts:

prof. Zayarny V.P.

Volgograda, 2008

Semestra darbs 1

Frekvences mērītāju galvenie raksturlielumi: 3

FREKVENCES MĒRĪŠANAS METODES 4

VISPĀRĪGA INFORMĀCIJA 4

5. KONDENSATORA UZLĀDĒŠANAS METODE

RESONANSES METODE 7

SALĪDZINĀŠANAS METODE 14

Ievads:

Parasti frekvences mērīšana tiek veikta ļoti dažādos veidos, jo vibrācijām dabā ir atšķirīgs raksturs. Tas varētu būt visparastākais svārsts, elektriskā ķēde, vilnis vai pat ķermeņa vibrācijas. Svārstību procesi ir ļoti izplatīta parādība mūsdienu tehnoloģiju pasaulē, un frekvence ir viena no to pamatīpašībām, kas visbiežāk ir neatkarīga no vides, tāpēc tās precīza mērīšana ir ļoti svarīga. Apsvērsim galvenos veidus, kā izmērīt elektromagnētisko viļņu svārstību frekvenci.

Frekvences mērītāju galvenās īpašības:

Viens no svarīgākajiem mērīšanas tehnoloģijas uzdevumiem ir izmērīt vibrāciju frekvenci jeb viļņa garumu. Frekvences un viļņa garuma mērījumi pēc būtības ir atšķirīgi: pirmais ir balstīts uz laika mērīšanu, bet otrais ir balstīts uz mērījumu: garumu. Parasti frekvence tiek izvēlēta kā galvenais lielums, jo tās vērtība nav atkarīga no izplatīšanās apstākļiem, un tikpat svarīgi ir augstas precizitātes frekvences standarti, ar kuriem var salīdzināt izmērītās frekvences. Frekvences un viļņa garuma mērīšanai izmantoto instrumentu galvenie raksturlielumi ir: relatīvā kļūda, jutība, izmērīto frekvenču diapazons un darbības uzticamība. Ierīces relatīvā kļūda tiek saprasta kā mērītās un atsauces frekvences starpības attiecība pret atsauces frekvences vērtību. Pēc precizitātes visas ierīces iedala trīs grupās: zema precizitāte ar relatīvo kļūdu vairāk nekā 0,1%, vidēja precizitāte ar kļūdu (0,01-0,1)% un augsta precizitāte ar kļūdu, kas mazāka par 0,01%. Ierīces jutīgumu raksturo minimālā signāla jauda, ​​kas tiek piegādāta frekvences mērītājam, pie kuras ir iespējama frekvences nolasīšana.

Frekvences mērīšanas metodes vispārīga informācija

Svārstību frekvence ir pilno svārstību skaits laika vienībā:

f=n/t(1)

Kur t- mūžs P vilcināšanās.

Harmoniskām vibrācijām, frekvencei f = 1/ T, Kur T - svārstību periods.

Frekvences vienība herci tiek definēta kā viena svārstība sekundē. Biežums un laiks ir nesaraujami saistīti, tāpēc viena vai otra lieluma mērīšanu nosaka eksperimenta ērtība un nepieciešamā mērījumu kļūda. Starptautiskajā vienību sistēmā SI laiks ir viens no septiņiem fiziskajiem pamatlielumiem. Elektromagnētisko svārstību biežums ir saistīts ar svārstību periodu T un homogēna plaknes viļņa garumu brīvā telpā  ar šādām sakarībām: fT= 1 un f = ar, Kur ar- gaismas ātrums vienāds ar 299 792,5 ± 0,3 km/s.

Radiotehnikā izmantoto elektromagnētisko svārstību frekvenču spektrs sniedzas no herca daļām līdz tūkstošiem gigahercu. Šis spektrs vispirms tiek sadalīts divos diapazonos - zemās un augstās frekvencēs. Zemās frekvencēs ietilpst arī infraskaņa (zem 20 Hz), skaņa (20-20 000 Hz) un ultraskaņa (20-200 kHz). Augsto frekvenču diapazons savukārt ir sadalīts augstajās frekvencēs (20 kHz - 30 MHz), īpaši augstajās (30 - 300 MHz) un īpaši augstās (virs 300 MHz). Īpaši augsto frekvenču augšējā robeža nepārtraukti palielinās un šobrīd ir sasniegusi 80 GHz (izņemot optisko diapazonu). Šī atdalīšana ir izskaidrojama ar dažādiem elektrisko vibrāciju radīšanas veidiem un to fizikālo īpašību atšķirībām, kā arī ar attāluma izplatīšanās īpašībām. Tomēr nav iespējams novilkt skaidru robežu starp atsevišķām spektra daļām, tāpēc šis dalījums lielākoties ir patvaļīgs.

), aprakstot elektromagnētisko lauku, teorētiski parādīja, ka elektromagnētiskais lauks vakuumā var pastāvēt, ja nav avotu - lādiņu un strāvu. Laukam bez avotiem ir viļņu forma, kas izplatās ar ierobežotu ātrumu, kas vakuumā ir vienāds ar gaismas ātrumu: Ar= 299792458±1,2 m/s. Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātruma vakuumā sakritība ar iepriekš izmērīto gaismas ātrumu ļāva Maksvelam secināt, ka gaisma ir elektromagnētiskie viļņi. Līdzīgs secinājums vēlāk veidoja gaismas elektromagnētiskās teorijas pamatu.

1888. gadā elektromagnētisko viļņu teorija saņēma eksperimentālu apstiprinājumu G. Herca eksperimentos. Izmantojot augstsprieguma avotu un vibratorus (skat. Hertz vibratoru), Hertz spēja veikt smalkus eksperimentus, lai noteiktu elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās ātrumu un tā garumu. Eksperimentāli tika apstiprināts, ka elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu, kas pierādīja gaismas elektromagnētisko raksturu.

Viļņu procesu vispārīgās īpašības.

1. Viļņu procesu piemēri un klasifikācija pēc fizikālās būtības, enerģijas pārneses rakstura, oscilējošā daudzuma veida, viļņu virsmu formas.

1.1. Kādi lielumi svārstās skaņas vilnī, elektromagnētiskajā vilnī, vilnī uz ūdens virsmas? (vismaz divi katram viļņu veidam)

1.2. Sniedziet garenvirziena un šķērsviļņu piemērus.

1.3. Kādi viļņi nenodod enerģiju kosmosā? Sniedziet šādu viļņu piemēru.

1.4. Sniedziet skalāro un vektoru viļņu piemērus.

1.5. Sniedziet ceļojošo un stāvošo viļņu piemērus.

2. Harmonisko viļņu raksturojums. Periods, frekvence, cikliskā frekvence, viļņu skaits, viļņu vektors.

2.01. Kas ir viļņa garums?

2.02. Kāda ir radioviļņu, rentgena un gamma staru viļņa garuma secība?

2.03. Norādiet redzamā starojuma viļņa garuma diapazonu.

2.04. Kādi ir infrasarkanā un ultravioletā starojuma viļņu garumi?

2.05. Kas ir viļņu virsma?

2.06. Kādi viļņu virsmu veidi pastāv?

2.07. Kā plaknes vilnis atšķiras no sfēriskā viļņa?

2.08. Kas ir viļņu skaitlis, kādās vienībās to mēra SI sistēmā?

2.09. Kāda ir viļņu fāze, kādās vienībās to mēra SI sistēmā?

2.10. Kas ir viļņu amplitūda, kādās vienībās to mēra SI sistēmā?

2.11. Kas ir viļņu vektors, kādās vienībās mēra tā moduli SI sistēmā?

2.12. Kāds ir elektromagnētisko viļņu periods, kādās vienībās to mēra SI sistēmā?

2.12. Kāda ir elektromagnētisko viļņu cikliskā frekvence, kādās vienībās to mēra SI sistēmā?

2.13. Kā SI sistēmā mēra elektromagnētisko viļņu amplitūdu?

2.14. Kā SI sistēmā mēra elektromagnētisko viļņu fāzi?

3. Vispārināts viendimensiju un trīsdimensiju viļņu vienādojums. Viļņa funkcija plaknes vilnim, kas virzās gar Ox asi un pret to, plaknes vilnim ar patvaļīgu viļņu vektoru.

3.1. Uzrakstiet viļņu funkciju plaknes viļņiem, kas virzās pa asi Ak.

3.2. Uzrakstiet viļņu funkciju plaknes viļņiem, kas virzās pret asi Ak.

3.3. Uzrakstiet viļņu funkciju sfēriskiem viļņiem, kas izplūst no sākuma.

3.4. Uzrakstiet viļņu funkciju plaknes viļņiem, kas virzās patvaļīgā virzienā.

3.5. Kādam vienādojumam viļņu funkcija pakļaujas plaknes skalāriem viļņiem, kas pārvietojas pa asi Ak?

3.6. Kādu vienādojumu viļņu funkcija ievēro skalārajiem viļņiem trīsdimensiju telpā?

4. Viļņu grupa. Fāzes ātrums, tā saistība ar ciklisko frekvenci un viļņu skaitu. Grupas ātrums, tā izteiksme fāzes ātruma izteiksmē, ņemot vērā vides izkliedes likumu.

4.01. Kas ir fāzes ātrums?

4.02. Kāda formula saista fāzes ātrumu un ciklisko frekvenci elektromagnētiskajiem viļņiem vakuumā?

4.03. Kas ir viļņu grupa?

4.04. Kāds ir viļņu superpozīcijas princips?

4.05. Kāds ir signāla spektrs?

4.06. Kāda ir monohromatisma pakāpe?

4.07. Kas ir grupas ātrums?

4.08. Kādā gadījumā viļņu grupas ātrums sakrīt ar fāzes ātrumu?
4.09. Kas ir dispersija?

4.10. Kādu izkliedi sauc par normālu?

4.11. Kādu dispersiju sauc par anomālu?

Elektromagnētisko viļņu (EMW) vispārīgās īpašības

5. Elektromagnētisko viļņu viļņu vienādojuma atvasināšana. Saistība starp fāzes ātrumu un vides materiāla konstantēm.

5.1. No kādiem vienādojumiem ir iegūts EMW vienādojums?

5.2. Kā elektromagnētisko viļņu ātrumu izsaka konstantēs e 0 m 0?

5.3. Kā elektromagnētisko viļņu ātrums ir atkarīgs no vides dielektriskās konstantes?

5.4. Kas ir vektora rotors?

5.5. Kas ir absolūtie un relatīvie refrakcijas rādītāji?

5.6. Kuri objektīvi un kādā situācijā sniedz reāla objekta virtuālu attēlu?

5.7. Kuri spoguļi un kādā situācijā sniedz reāla objekta virtuālu attēlu?

5.8. Kāda ir objektīva optiskā jauda, ​​kā to aprēķināt?

5.9. Kāda ir sfēriskā spoguļa optiskā jauda, ​​kā to aprēķināt?

5.10. Kāds ir objektīva fokuss, kā to aprēķināt?

5.11. Kāds ir sfēriskā spoguļa fokuss, kā to aprēķināt?

5.12. Vai abpusēji ieliekta stikla lēca gaisā saplūst vai atšķiras?

5.13. Vai gaisa abpusēji ieliektā lēca ūdenī saplūst vai atšķiras?

5.14. Vai abpusēji izliekta stikla lēca gaisā saplūst vai atšķiras?

5.15. Vai gaisa abpusēji izliekta lēca ūdenī saplūst vai atšķiras?

5.14. Kuri objektīvi un kādā situācijā nodrošina reāla objekta palielinātu attēlu?

5.15. Kuri spoguļi un kādā situācijā nodrošina reāla objekta palielinātu attēlu?

6. Sakarība starp viļņu vektoru, elektriskās un magnētiskās intensitātes vektoriem plakanā elektromagnētiskā viļņā.

6.1. Kā elektriskā un magnētiskā intensitāte ir savstarpēji saistīta elektromagnētiskajiem viļņiem vakuumā?

6.2. Kā atrast viļņu izplatīšanās virzienu, pamatojoties uz elektromagnētisko viļņu elektriskās un magnētiskās intensitātes virzieniem vakuumā?

7. Tilpuma enerģijas blīvums. Enerģijas plūsmas blīvuma vektors. Intensitāte.

7.1. Cik reizes palielināsies viļņu intensitāte, ja amplitūda palielināsies 1,5 reizes?

7.2. Kāds ir enerģijas plūsmas blīvuma vektors, kādās vienībās mēra tā moduli SI sistēmā?

7.3. Kas ir Pointinga vektors?

8. EMW impulss. Tilpuma impulsa blīvuma vektors Gaismas spiediens.

8.1. Kāda spēka (kādu spēku) darbība izskaidro vieglo spiedienu?

8.2. Kā ir saistīts tilpuma enerģijas blīvums un EMW impulsa tilpuma blīvuma vektora modulis?

Elektromagnētiskos viļņus klasificē pēc viļņa garuma λ vai saistītā viļņu frekvences f. Atzīmēsim arī to, ka šie parametri raksturo ne tikai viļņu, bet arī elektromagnētiskā lauka kvantu īpašības. Attiecīgi pirmajā gadījumā elektromagnētisko vilni apraksta šajā kursā pētītie klasiskie likumi.

Apskatīsim elektromagnētisko viļņu spektra jēdzienu. Elektromagnētisko viļņu spektrs ir dabā esošo elektromagnētisko viļņu frekvenču josla.

Elektromagnētiskā starojuma spektrs frekvences pieauguma secībā ir:

Dažādas elektromagnētiskā spektra daļas atšķiras ar to, kā tās izstaro un uztver viļņus, kas pieder vienai vai otrai spektra daļai. Šī iemesla dēļ starp dažādām elektromagnētiskā spektra daļām nav asu robežu, bet katru diapazonu nosaka tā īpatnības un tā likumu izplatība, ko nosaka lineāro skalu attiecības.

Radioviļņus pēta klasiskā elektrodinamika. Infrasarkano gaismu un ultravioleto starojumu pēta gan klasiskā optika, gan kvantu fizika. Rentgenstaru un gamma starojumu pēta kvantu un kodolfizikā.

Apsvērsim elektromagnētisko viļņu spektru sīkāk.

Zemas frekvences viļņi

Zemfrekvences viļņi ir elektromagnētiskie viļņi, kuru svārstību frekvence nepārsniedz 100 kHz). Tieši šo frekvenču diapazonu tradicionāli izmanto elektrotehnikā. Rūpnieciskajā enerģētikā tiek izmantota 50 Hz frekvence, kurā elektroenerģija tiek pārraidīta pa līnijām un spriegums tiek pārveidots ar transformatora ierīcēm. Aviācijā un sauszemes transportā bieži tiek izmantota 400 Hz frekvence, kas nodrošina 8 reizes lielāku svara priekšrocību nekā elektriskajām mašīnām un transformatoriem salīdzinājumā ar 50 Hz frekvenci. Jaunākās paaudzes komutācijas barošanas avoti izmanto maiņstrāvas pārveidošanas frekvences mērvienībās un desmitiem kHz, kas padara tos kompaktus un energobagātus.
Galvenā atšķirība starp zemo frekvenču diapazonu un augstākām frekvencēm ir elektromagnētisko viļņu ātruma kritums proporcionāli to frekvences kvadrātsaknei no 300 tūkstošiem km/s pie 100 kHz līdz aptuveni 7 tūkstošiem km/s pie 50 Hz.

Radio viļņi

Radioviļņi ir elektromagnētiskie viļņi, kuru viļņu garums ir lielāks par 1 mm (frekvence mazāka par 3 10 11 Hz = 300 GHz) un mazāka par 3 km (virs 100 kHz).

Radioviļņus iedala:

1. Garie viļņi garuma diapazonā no 3 km līdz 300 m (frekvence diapazonā 10 5 Hz - 10 6 Hz = 1 MHz);

2. Vidējie viļņi garuma diapazonā no 300 m līdz 100 m (frekvence diapazonā 10 6 Hz -3*10 6 Hz = 3 MHz);

3. Īsi viļņi viļņu garuma diapazonā no 100m līdz 10m (frekvence diapazonā 310 6 Hz-310 7 Hz=30 MHz);

4. ultraīsie viļņi, kuru viļņa garums ir mazāks par 10 m (frekvence lielāka par 310 7 Hz = 30 MHz).

Savukārt ultraīsos viļņus iedala:

A) metru viļņi;

B) centimetru viļņi;

B) milimetru viļņi;

Viļņus, kuru viļņa garums ir mazāks par 1 m (frekvence mazāka par 300 MHz), sauc par mikroviļņiem vai īpaši augstas frekvences viļņiem (mikroviļņu viļņi).

Tā kā radio diapazona viļņu garumi ir lieli, salīdzinot ar atomu izmēriem, par radioviļņu izplatīšanos var uzskatīt, neņemot vērā vides atomu struktūru, t.i. fenomenoloģiski, kā tas ir pieņemts, veidojot Maksvela teoriju. Radioviļņu kvantu īpašības parādās tikai īsākajiem viļņiem, kas atrodas blakus spektra infrasarkanajai daļai un izplatās t.s. ultraīsi impulsi ar ilgumu 10–12 s – 10–15 sek, kas ir salīdzināmi ar elektronu svārstību laiku atomos un molekulās.
Galvenā atšķirība starp radioviļņiem un augstākām frekvencēm ir atšķirīga termodinamiskā attiecība starp viļņu nesēja (ētera) viļņa garumu, kas vienāds ar 1 mm (2,7 °K), un elektromagnētisko viļņu, kas izplatās šajā vidē.

Radioviļņu starojuma bioloģiskā ietekme

Briesmīgā upurēšanas pieredze, izmantojot jaudīgu radioviļņu starojumu radaru tehnoloģijā, parādīja radioviļņu specifisko efektu atkarībā no viļņa garuma (frekvences).

Iznīcinošā ietekme uz cilvēka ķermeni ir ne tik daudz vidējā, cik maksimālā starojuma jauda, ​​pie kuras olbaltumvielu struktūrās notiek neatgriezeniskas parādības. Piemēram, mikroviļņu krāsns (mikroviļņu) magnetrona nepārtrauktā starojuma jauda, ​​kas ir 1 kW, ietekmē tikai pārtiku nelielā slēgtā (ekranētā) krāsns tilpumā un ir gandrīz droša tuvumā esošai personai. Radara stacijas (radara) jauda ar 1 kW vidējo jaudu, ko izstaro īsi impulsi ar darba ciklu 1000:1 (atkārtošanās perioda attiecība pret impulsa ilgumu) un attiecīgi impulsa jaudu 1 MW, ir ļoti bīstams cilvēku veselībai un dzīvībai simtiem metru attālumā no emitētāja. Pēdējā, protams, savu lomu spēlē arī radara starojuma virziens, kas uzsver impulsa, nevis vidējās jaudas postošo ietekmi.

Metra viļņu iedarbība

Augstas intensitātes mērīšanas viļņi, ko izstaro skaitītāju radaru staciju (radaru) impulsu ģeneratori ar impulsa jaudu, kas lielāka par megavatu (piemēram, agrīnās brīdināšanas stacija P-16) un ir samērojama ar cilvēku un dzīvnieku muguras smadzeņu garumu, kā arī aksonu garums, traucē šo struktūru vadītspēju, izraisot diencefālo sindromu (HF slimību). Pēdējais izraisa strauju (no vairākiem mēnešiem līdz vairākiem gadiem) pilnīgas vai daļējas (atkarībā no saņemtās radiācijas impulsa devas) neatgriezeniskas cilvēka ekstremitāšu paralīzes, kā arī zarnu un zarnu inervācijas traucējumus. citi iekšējie orgāni.

Decimetra viļņu ietekme

Decimetru viļņi pēc viļņa garuma ir salīdzināmi ar asinsvadiem, aptverot tādus cilvēku un dzīvnieku orgānus kā plaušas, aknas un nieres. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc tie izraisa "labdabīgu" audzēju (cistu) attīstību šajos orgānos. Attīstoties uz asinsvadu virsmas, šie audzēji noved pie normālas asinsrites pārtraukšanas un orgānu darbības traucējumiem. Ja šādi audzēji netiek savlaicīgi ķirurģiski izņemti, iestājas ķermeņa nāve. Bīstamas intensitātes līmeņa decimetru viļņus izstaro tādu radaru magnetroni kā mobilais pretgaisa aizsardzības radars P-15, kā arī dažu lidmašīnu radars.

Centimetru viļņu iedarbība

Spēcīgi centimetru viļņi izraisa tādas slimības kā leikēmija - "baltās asinis", kā arī citas ļaundabīgo audzēju formas cilvēkiem un dzīvniekiem. Šo slimību rašanās pietiekamas intensitātes viļņus rada centimetru diapazona radari P-35, P-37 un gandrīz visi gaisa kuģu radari.

Infrasarkanais, gaismas un ultravioletais starojums

Infrasarkanais, gaisma, ultravioletais radiācijas apjoms elektromagnētisko viļņu spektra optiskais apgabalsšī vārda plašā nozīmē. Šis spektrs aizņem elektromagnētisko viļņu garumu diapazonu no 2,10 -6 m = 2 μm līdz 10 -8 m = 10 nm (frekvence no 1,5 × 10 14 Hz līdz 3,10 16 Hz). Optiskā diapazona augšējo robežu nosaka infrasarkanā diapazona garo viļņu robeža, bet apakšējo - ultravioletā starojuma īsviļņu robežu (2.14. att.).

Uzskaitīto viļņu spektrālo apgabalu tuvums noteica to pētīšanai un praktiskajai pielietošanai izmantoto metožu un instrumentu līdzību. Vēsturiski šiem nolūkiem tika izmantotas lēcas, difrakcijas režģi, prizmas, diafragmas un optiski aktīvās vielas, kas iekļautas dažādās optiskās ierīcēs (interferometros, polarizatoros, modulatoros u.c.).

No otras puses, starojumam no spektra optiskā apgabala ir vispārīgi dažādu mediju pārraides modeļi, kurus var iegūt, izmantojot ģeometrisko optiku, ko plaši izmanto gan optisko ierīču, gan optiskā signāla izplatīšanās kanālu aprēķinos un konstruēšanā. Infrasarkanais starojums ir redzams daudziem posmkājiem (kukaiņiem, zirnekļiem utt.) un rāpuļiem (čūskām, ķirzakām utt.) , kas ir pieejams pusvadītāju sensoriem (infrasarkanajiem fotomasīviem), bet to nepārraida Zemes atmosfēras biezums, kas neļauj novērot no Zemes virsmas infrasarkanās zvaigznes - "brūnos pundurus", kas veido vairāk nekā 90% no visām zvaigznēm Galaktikā.

Optiskā diapazona frekvenču platums ir aptuveni 18 oktāvas, no kurām optiskais diapazons veido aptuveni vienu oktāvu (); ultravioletajiem - 5 oktāvas ( ), infrasarkanais starojums - 11 oktāvas (

Spektra optiskajā daļā nozīmīgas kļūst parādības, ko izraisa vielas atomu struktūra. Šī iemesla dēļ kopā ar optiskā starojuma viļņu īpašībām parādās kvantu īpašības.

Gaisma

Gaisma, gaisma, redzamais starojums - elektromagnētiskā starojuma optiskā spektra daļa, kas redzama cilvēku un primātu acīm, aizņem elektromagnētisko viļņu garumu diapazonu no 400 nanometriem līdz 780 nanometriem, tas ir, mazāk par vienu oktāvu - a divkāršas frekvences izmaiņas. Rīsi. 1.14. Elektromagnētisko viļņu skala Verbālās atmiņas mēms par krāsu secību gaismas spektrā: "UZ katrs PAR mērkaķis UN vēlas Z nat G jauki AR noslēpums F iziki" - "sarkans , apelsīns , Dzeltens , Zaļš , Zils , Zils , violets ".

Rentgena un gamma starojums

Rentgenstaru un gamma starojuma jomā priekšplānā izvirzās starojuma kvantu īpašības.

Rentgena starojums rodas ātri lādētu daļiņu (elektronu, protonu u.c.) palēnināšanā, kā arī procesu rezultātā, kas notiek atomu elektronisko apvalku iekšpusē.

Gamma starojums ir atomu kodolu iekšienē notiekošo parādību, kā arī kodolreakciju rezultāts. Robežu starp rentgenstaru un gamma starojumu parasti nosaka enerģijas kvanta vērtība, kas atbilst noteiktai starojuma frekvencei.

Rentgena starojums sastāv no elektromagnētiskiem viļņiem ar garumu no 50 nm līdz 10 -3 nm, kas atbilst kvantu enerģijai no 20 eV līdz 1 MeV.

Gamma starojums sastāv no elektromagnētiskiem viļņiem, kuru viļņa garums ir mazāks par 10 -2 nm, kas atbilst kvantu enerģijai, kas lielāka par 0,1 MeV.

Gaismas elektromagnētiskais raksturs

Gaisma ir elektromagnētisko viļņu spektra redzamā daļa, kuru viļņu garums ir diapazonā no 0,4 µm līdz 0,76 µm. Katrai optiskā starojuma spektrālajai sastāvdaļai var piešķirt noteiktu krāsu. Optiskā starojuma spektrālo komponentu krāsu nosaka to viļņa garums. Starojuma krāsa mainās tā viļņa garumam samazinoties šādi: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, ciāna, indigo, violeta.

Sarkanā gaisma, kas atbilst garākajam viļņa garumam, nosaka spektra sarkano galu. Violeta gaisma - atbilst violetajai robežai.

Dabiskā (dienas gaisma, saules gaisma) gaisma nav krāsaina un ir elektromagnētisko viļņu superpozīcija no visa cilvēkiem redzamā spektra. Dabiskā gaisma rodas ierosināto atomu elektromagnētisko viļņu emisijas rezultātā. Uzbudinājuma raksturs var būt dažāds: termiskais, ķīmiskais, elektromagnētiskais utt. Uzbudinājuma rezultātā atomi nejauši izstaro elektromagnētiskos viļņus aptuveni 10-8 sekundes. Tā kā atomu ierosmes enerģijas spektrs ir diezgan plašs, tad no visa redzamā spektra tiek izstaroti elektromagnētiskie viļņi, kuru sākuma fāze, virziens un polarizācija ir nejauša. Šī iemesla dēļ dabiskais apgaismojums nav polarizēts. Tas nozīmē, ka dabiskās gaismas elektromagnētisko viļņu spektrālo komponentu “blīvums” ar savstarpēji perpendikulāru polarizāciju ir vienāds.

Harmoniskos elektromagnētiskos viļņus gaismas diapazonā sauc vienkrāsains. Monohromatiskajam gaismas viļņam viena no galvenajām īpašībām ir intensitāte. Gaismas viļņu intensitāte ir viļņa pārnestā enerģijas plūsmas blīvuma (1,25) vidējā vērtība:

Kur atrodas Pointinga vektors.

Aprēķinot gaismas, plaknes, monohromatiska viļņa intensitāti ar elektriskā lauka amplitūdu viendabīgā vidē ar dielektrisko un magnētisko caurlaidību, izmantojot formulu (1.35), ņemot vērā (1.30) un (1.32), iegūst:

Tradicionāli optiskās parādības tiek uzskatītas, izmantojot starus. Optisko parādību aprakstu, izmantojot starus, sauc ģeometriski optiskā. Ģeometriskajā optikā izstrādātie noteikumi staru trajektoriju atrašanai tiek plaši izmantoti praksē optisko parādību analīzē un dažādu optisko instrumentu konstruēšanā.

Definēsim staru, pamatojoties uz gaismas viļņu elektromagnētisko attēlojumu. Pirmkārt, stari ir līnijas, pa kurām izplatās elektromagnētiskie viļņi. Šī iemesla dēļ stars ir līnija, kuras katrā punktā vidējais elektromagnētiskā viļņa Pointinga vektors ir vērsts tangenciāli šai līnijai.

Homogēnās izotropās vidēs vidējā Pointinga vektora virziens sakrīt ar normālu pret viļņu virsmu (ekvifāzes virsmu), t.i. pa viļņu vektoru.

Tādējādi viendabīgā izotropā vidē stari ir perpendikulāri elektromagnētiskā viļņa atbilstošajai viļņu frontei.

Piemēram, apsveriet punktveida monohromatiska gaismas avota izstarotos starus. No ģeometriskās optikas viedokļa daudzi stari izplūst no avota punkta radiālā virzienā. No gaismas elektromagnētiskās būtības stāvokļa no avota punkta izplatās sfērisks elektromagnētiskais vilnis. Pietiekami lielā attālumā no avota viļņu frontes izliekumu var neņemt vērā, uzskatot, ka lokāli sfēriskais vilnis ir plakans. Sadalot viļņu frontes virsmu lielā skaitā lokāli plakanos posmos, caur katras sekcijas centru iespējams novilkt normālu, pa kuru izplatās plaknes vilnis, t.i. ģeometriski optiskā interpretācijas starā. Tādējādi abas pieejas sniedz vienu un to pašu aplūkotā piemēra aprakstu.

Ģeometriskās optikas galvenais uzdevums ir atrast stara virzienu (trajektoriju). Trajektorijas vienādojums tiek atrasts pēc variācijas problēmas atrisināšanas par minimuma atrašanu t.s. darbības vēlamajās trajektorijās. Neiedziļinoties šīs problēmas stingrā formulējuma un risinājuma detaļās, varam pieņemt, ka stari ir trajektorijas ar mazāko kopējo optisko garumu. Šis apgalvojums ir Fermā principa sekas.

Variācijas pieeju staru trajektorijas noteikšanai var piemērot arī nehomogēnām vidēm, t.i. tādas vides, kurās laušanas koeficients ir vides punktu koordinātu funkcija. Ja mēs aprakstam viļņu frontes virsmas formu nehomogēnā vidē ar funkciju, tad to var atrast, pamatojoties uz daļējā diferenciālvienādojuma atrisinājumu, kas pazīstams kā eikonālais vienādojums, un analītiskajā mehānikā kā Hamiltona-Jakobi. vienādojums:

Tādējādi elektromagnētiskās teorijas ģeometriski optiskās aproksimācijas matemātisko pamatu veido dažādas metodes elektromagnētisko viļņu lauku noteikšanai uz stariem, pamatojoties uz eikonālo vienādojumu vai kādā citā veidā. Ģeometriski optiskā tuvināšana praksē tiek plaši izmantota radioelektronikā, lai aprēķinātu t.s. kvazioptiskās sistēmas.

Nobeigumā atzīmējam, ka spēja aprakstīt gaismu vienlaicīgi gan no viļņu pozīcijām, risinot Maksvela vienādojumus, gan izmantojot starus, kuru virzienu nosaka no daļiņu kustību aprakstošiem Hamiltona-Jēkobi vienādojumiem, ir viena no šķietamās izpausmēm. gaismas duālisms, kas, kā zināms, noveda pie loģiski pretrunīgu kvantu mehānikas principu formulēšanas.

Patiesībā elektromagnētisko viļņu dabā nav duālisma. Kā Makss Planks parādīja 1900. gadā savā klasiskajā darbā "Par normālu starojuma spektru", elektromagnētiskie viļņi ir individuālas kvantētas svārstības ar frekvenci. v un enerģija E=hv, Kur h =konst, gaisā. Pēdējā ir superšķidra vide, kurai ir stabila mēra pārtraukuma īpašība h- Planka konstante. Kad ēteris tiek pakļauts enerģijas pārsniegumam hv Radiācijas laikā veidojas kvantēts “virpulis”. Tieši tāda pati parādība ir novērojama visos superfluid vidēs un fononu veidošanās tajos - skaņas starojuma kvantos.

Dzīves komfortu nodrošina dažādas ierīces un instalācijas, kas izstaro viļņus, kas lielā koncentrācijā ietekmē veselību. Tāpēc ikvienam cilvēkam būtu jāzina, kā izmērīt elektromagnētisko starojumu, lai pasargātu sevi no negatīvās ietekmes.

Jēdziena definīcija

Elektromagnētiskais starojums ir definēts kā izmainīts elektromagnētiskā lauka stāvoklis. To rada elektrisko lādiņu kustība, un tas spēj ietekmēt cilvēku tālu no avota, samazinot tā ietekmi, palielinoties attālumam.

Radiācija sastāv no viļņiem, kurus iedala šādos veidos:

• radio emisija;
• infrasarkanais;
• terahercs;
• ultravioletais starojums;
• redzamā gaisma;
• Rentgens.

Jebkura telpa ir pakļauta dažādām frekvencēm, viļņu garumiem un polarizācijām. Šajā gadījumā starojums var negatīvi ietekmēt elektroierīču un dzīvo organismu darbību.

Pirmā pazīme, kas liecina par elektromagnētiskā starojuma līmeņa paaugstināšanos dzīvoklī vai ražošanas telpās, ir nepareiza sadzīves tehnikas darbība (to bojājumi un darbības traucējumi), traucējumi attēlu un skaņas reproducēšanas laikā televizorā, nepareiza personālo datoru darbība un traucējumi. radiosakaros.

Cik kaitīgs ir elektromagnētiskais starojums?

Cilvēka ķermenis un mājdzīvnieki ir atkarīgi no vides apstākļiem. Katru dienu cilvēks saskaras ar daudzu ierīču darbību, kas var ietekmēt elektromagnētisko fonu. Pie paaugstināta šī fona līmeņa ir jāveic aizsardzības pasākumi.

Cilvēku telpā var negatīvi ietekmēt elektroinstalācijas un elektroierīces, tuvumā esošās elektrolīnijas, transformatoru apakšstacijas, raidošās televīzijas un radio stacijas. Lielāku ietekmi var izraisīt EMR, kam ir augsts rādītājs, ja tas atrodas tuvu.

Pakļaušana avotiem, kas rada starojumu, negatīvi ietekmē:

• sirds un asinsvadi;
• imūnsistēma;
• sieviešu un vīriešu seksuālā veselība;
• nervu un endokrīno sistēmu.

Paaugstināts elektromagnētiskais fons izraisa ķermeņa nogurumu, izraisa asins slimības un ļaundabīgus audzējus. Tāpēc katram cilvēkam būtu jāzina, kā izmērīt elektromagnētisko starojumu.

Elektromagnētiskā fona piemērs

Jūs varat skaidri iedomāties elektromagnētiskā starojuma līmeni, izmantojot šādu piemēru. Šim nolūkam ir piemērota biroja iekšējā telpa, kurā ir šādas ierīces: personālais dators ar WI-FI, mobilais tālrunis, WI-FI maršrutētājs, Yota WiMax ierīce, mikroviļņu krāsns, mājsaimniecība. ventilators.

Katra no ierīcēm rada elektromagnētisko starojumu. Kad mainās ierīces stāvoklis, tas arī mainās. ATT-2592 mērītājs rādīs maksimālos skaitļus, kad ierīce darbojas un atrodas blakus skaitītājam. Attiecīgi minimums būs izslēgtai ierīcei, kas atrodas tālu un izstaro starojumu prom no skaitītāja.

Piemēram, augstākais elektriskā starojuma spriegums, kas atrodas blakus mobilā telefona skaitītājam ar sensoru, kas vērsts pret antenu, būs 24,52 V/m, ar daudzvirzienu - 11,44 V/m. Ja raidīšanas ierīce atrodas 0,3 m attālumā no sensora un antena ir pagriezta uz sāniem, augstākā sprieguma vērtība būs 10,65 V/m. Piemērā skaidri parādīts, kā var samazināt elektromagnētisko fonu.

Manuālas radiācijas mērīšanas instrukcijas

Lai izmērītu elektromagnētisko starojumu dzīvoklī, vispirms jāsagatavo nepieciešamie instrumenti un instrumenti. Lai strādātu, jums būs nepieciešams skrūvgriezis ar indikatoru, vienkāršs radio uztvērējs un rokas analizators starojuma mērīšanai.

Radiācijas mērīšanas process, izmantojot uztvērēju, ietver šādas darbības:

• Izvelciet antenu no uztvērēja un pieskrūvējiet tai stieples cilpu ar diametru 40 cm.
• Noregulējiet radio uz tukšu frekvenci.
• Lēnām staigājiet pa istabu, klausoties uztvērēja skaņās.
• Izdariet secinājumu: vieta, kur tiek dzirdamas atšķirīgas skaņas, ir starojuma avots.

Elektromagnētiskā starojuma mērījumus var veikt vizuāli, izmantojot indikatora skrūvgriezi ar LED. Jūs to varat iegādāties veikalā. Ja jūs novietojat ierīci tuvu ieslēgtajai ierīcei, indikators iedegsies sarkanā krāsā, kura intensitāte norāda uz starojuma stiprumu. Šīs metodes neļaus jums noteikt starojumu skaitļos.

Diagnostika ar īpašu ierīci

Speciāla ierīce – rokas analizators – palīdzēs izmērīt elektromagnētisko starojumu skaitļos. Tas darbojas dažādās frekvencēs un ļauj fiksēt elektromagnētiskā lauka intensitātes līmeni. Ierīce ir pieejama Valsts sanitārās un epidemioloģiskās uzraudzības dienestu, darba aizsardzības un sertifikācijas organizāciju darbiniekiem.

Šis elektromagnētiskā starojuma mērītājs ir noregulēts vēlamajā frekvences režīmā. Pēc tam tiek atlasītas mērvienības. Tie var būt volti/metrs vai mikrovati/cm². Ierīce uzrauga izvēlēto frekvenci, un rezultāti tiek parādīti datorā.

Ierīces apraksts

Ir daudz instrumentu, ar kuriem mēra elektromagnētisko starojumu. Optimālais risinājums ir elektromagnētiskā starojuma līmeņa mērītājs ATT-2592. Ierīce ir pārnēsājama, tai ir 3 kanālu sensors, aizmugurgaismots LCD displejs, atmiņas ietilpība 99 mērījumi, darbina Krona baterija (9 V), izmēri 60/60/237, sver 200 g.

Mērījumi tiek veikti izotropiski frekvenču diapazonā no 50 MHz līdz 3,5 GHz, paraugu ņemšanas frekvence ir 2 reizes sekundē, automātiski izslēdzas pēc 15 minūtēm. Ierīce ļauj izmērīt spriegumu šādās mērvienībās: mV/m, V/m, µA/m, mA/m, µW/m², mW/m², µW/cm².

EMR mērīšanas procedūra

Jebkurā telpā pastāv pārmērīga elektromagnētiskā fona risks. Ja šī ir ražotne, tad tiek veikta stingra rādītāju uzraudzība. Dzīvojamās telpās īpašniekam pašam jārūpējas par to, kā izmērīt elektromagnētisko starojumu un samazināt tā kaitīgo ietekmi.

Precīzu priekšstatu par EMR privātmājā var sniegt tikai speciālisti. Tie darbojas likuma ietvaros saskaņā ar šādu shēmu. Kad VVD dienests saņem attiecīgu iesniegumu, strādnieki ar speciālu aprīkojumu dodas uz objektu, lai novērtētu elektromagnētiskā fona stāvokli telpā.

Ierīces ļauj iegūt precīzus datus, kas pēc tam tiek apstrādāti. Normāla fona gadījumā nekādi pasākumi netiek veikti. Ja rādītāji ir pārvērtēti, tad tiek izstrādāts pasākumu kopums, kas var izraisīt fona samazināšanos. Pirmkārt, tiek noskaidrots šīs situācijas cēlonis. Tās varētu būt kļūdas projektēšanā un būvniecībā, objekta ekspluatācijas noteikumu pārkāpumi.

Elektromagnētiskā starojuma pārbaude

Elektromagnētiskais lauks veidojas, savstarpēji mijiedarbojoties fizisko ķermeņu pretējiem lādiņiem, veidojas blakus ģenerēšanas avotam un iedalās trīs veidos (tālā, vidējā, tuvu).

Elektromagnētiskā starojuma daudzumu aprēķina, izmantojot divas sastāvdaļas: elektrisko (volts/metrs) un magnētisko (tesla). Abi tie ir sadalīti zemas un augstas frekvences viļņos, kuriem ir atšķirīga izcelsme un rašanās apstākļi. Otrajai sastāvdaļai ir kaitīga ietekme uz dzīvām būtnēm.

Elektriskais lauks virs normas ir raksturīgs vietām, kur ir uzstādīti faksa aparāti, televizori, printeri, plītis un kopētāji, kas izstaro elektromagnētiskos viļņus, kas pārvietojas telpā. Magnētiskā lauka līmenis tiek palielināts elektrisko vadu, transformatoru un antenu tuvumā, jo tas rodas strāvas kustības dēļ pa vadiem.

Krievijas Federācijas Sanitārā un epidemioloģiskā dienesta darba ietvaros tika pieņemts federālais likums, uz kura pamata dienesta pārstāvji veic telpu pārbaudi, izmantojot speciālu aprīkojumu. Pārbaudes objekti ir sadzīves elektropreces, radiosakaru sistēmas, transformatoru apakšstacijas, radaru iekārtas, elektrolīnijas.

Sanitārie standarti

Likums nosaka elektromagnētiskā starojuma standartus. Maksimālais pieļaujamais izstarotās magnētiskās komponentes ātrums ir no 0,2 līdz 10 µT. Paaugstināts magnētiskā lauka līmenis tiek reģistrēts, kad starojuma frekvence sasniedz 50 Hz. Pareizi uzstādīta barošanas sistēma palīdzēs novērst magnētiskā starojuma normu pārsniegšanu.

Elektriskā lauka standarti satur šādus likumā noteiktos rādītājus:

• dzīvojamās telpas (līdz 0,5 kV/m);
• dzīvojamā zona (līdz 1 kW/m);
• ārpus dzīvojamās zonas (līdz 5 kV/m);
• augstsprieguma elektrolīniju krustojumā ar I-IV klases maģistrālēm (līdz 10 kV/m);
• neapdzīvotās vietās (līdz 20 kV/m).

Ja amatpersonas pārkāpj šīs normas, paredzēta administratīvā atbildība. Šie rādītāji ir svarīgi vasaras iedzīvotājiem, jo ​​​​gabali bieži atrodas augstsprieguma elektropārvades līniju zonā.

Ir ļoti svarīgi atcerēties, ka cilvēks bieži neapzināti tiek pakļauts EMR, jo viņam vienkārši nav iespēju patstāvīgi izmērīt emitēto viļņu līmeni. Turklāt normām ir nosacīts raksturs, jo joprojām ir jāņem vērā ķermeņa individuālās īpašības.

Aizsardzības metodes pret iedarbību

Gadījumā, ja tiek konstatēts, ka elektriskās strāvas iedarbība uz cilvēku pārsniedz normu, uzturēšanās bīstamajā zonā ir jāsamazina līdz minimumam. Iespējamā attāluma palielināšana no kaitīga avota daudzos gadījumos ļauj samazināt nevēlamo ietekmi uz ķermeni.

Vēl viena aizsardzības metode ir īpašu konstrukciju uzstādīšana, kas novērsīs bīstamu viļņu izplatīšanos. Nepalaidiet uzmanību individuālajiem aizsardzības līdzekļiem (apaviem, drēbēm, brillēm, maskām utt.). Šos priekšmetus speciālisti izmanto darba laikā un var samazināt kaitīgos rādītājus.

Ir tā sauktie organizatoriskie aizsardzības līdzekļi. Tos laiku pa laikam izmanto attiecībā uz visu komandu (strādājot, dzīvojot vietās ar iespējamu paaugstinātu fonu). Šādi līdzekļi ietver kārtējās medicīniskās pārbaudes un atvaļinājumus, kas palīdz aizsargāt cilvēku veselību.

Elektrība ir nozīmīgs cilvēces izgudrojums. Bez tā šodien nav iespējams iedomāties savu dzīvi. Taču tajā pašā laikā EMR, kas rodas, izmantojot elektroenerģiju cilvēku vajadzībām, var negatīvi ietekmēt dzīvību un veselību.

Pulmonologs, terapeits, kardiologs, funkcionālās diagnostikas ārsts. Augstākās kategorijas ārsts. Darba pieredze: 9 gadi. Beidzis Habarovskas Valsts medicīnas institūtu, klīniskā rezidentūra terapijā. Nodarbojos ar iekšējo orgānu slimību diagnostiku, ārstēšanu un profilaksi, kā arī veicu medicīniskās apskates. Ārstēju elpošanas sistēmas, kuņģa-zarnu trakta, sirds un asinsvadu sistēmas slimības.