Как создать электромагнитный импульс. Влияние электромагнитного излучения на человека

Источники электромагнитных излучений, к которым относятся воздушные линии электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения, технические средства радиовещания, телевидения, радиорелейной и спутниковой связи, радиолокационные и навигационные системы, лазерные маяки, бытовые приборы – Wi-Fi, СВЧ-печи и др., существенно повлияли на естественный электромагнитный фон. На значительных территориях, особенно вблизи прохождения воздушных линий электропередач высокого и сверхвысокого напряжения, радио- и телецентров, радиолокационных установок, напряженность электрических и магнитных полей возросла от двух до пяти порядков, создавая реальную опасность для людей, животного и растительного мира. Радиочастотные электромагнитные поля стали реальной угрозой всему живому. В последнее время появился термин - электромагнитное загрязнение (ЭМП антропогенного происхождения или электромагнитный смог), обозначающий совокупность электромагнитных полей, разнообразных частот, негативно влияющих на человека.

Целенаправленное использование электромагнитной (ЭМ) энергии в самых разнообразных областях человеческой деятельности привело к тому, что к существующему естественному геомагнитному фону — электрическому и магнитному полям Земли, атмосферному электричеству, радиоизлучению Солнца и Галактики добавилось электромагнитное поле искусственного происхождения. Его уровень значительно превышает уровень естественного электромагнитного фона. Энергоресурс мира удваивается каждые десять лет, а удельный вес переменных электромагнитного поля (ЭМП) в электроэнергетике за это время возрастает еще в три раза.

В отличие от реакций организма на ЭМП низкой частоты, высокочастотные биологические эффекты электромагнитных из­лучений обусловлены главным образом тепловой энергией, выделяющейся в подвергшихся облучению тканях. Физиологиче­ские механизмы теплоотдачи не компенсируют теплопродукцию организма, происходящую под действием ЭМП высокой частоты.

В диапазоне частот от 1,0 до 300 МГц механизмы взаимодействия ЭМП с организмом определяются как током проводимости, так и током смещения, причем на частоте порядка 1 МГц ведущая роль принадлежит току проводимости, а на частотах более 20 МГц - току смещения. Обе разновидности тока вызывают нагревание тканей. Тепловой эффект усиливается по мере возрастания частоты внешнего поля. Высокочастотный ток проводимости (при частоте более 10 5 Гц), в отличие от низкочастотного, не возбуждает нервы и мышцы. Ток смещения также не вызывает возбуждения.

Длина волны на частотах от 1,0 до 3000 МГц превосходит размеры тела человека. Такие поля могут оказывать как локальное, так и общее воздействие на него. Характер воздействия определяется тем, все ли тело или часть его находится в поле. На более высоких частотах (частота более 3000 МГц) длина волны меньше размеров тела человека, что обусловливает только ло­кальное действие ЭМП. Кроме того, с повышением частоты уменьшается глубина проникновения электромагнитных колебаний в организм. Глубиной проникновения электромагнитного излучения в любую среду называют расстояние, на котором амплитуда поля уменьшается в е раз (е = 2,718…). Преодолев этот путь, электромагнитная волна сохраняет примерно 13% своей начальной интенсивности. Глубина проникновения зависит не только от частоты внешнего ЭМП, но и от электрических свойств тканей, в которые оно проникает. Для жировой и костной тканей эта величина на порядок больше, чем для мышечной.

Поскольку в частотный диапазон СВЧ излучений попадает характеристическая частота релаксации воды, то именно водные среды организма поглощают энергию СВЧ полей в наибольшей степени. Волны СВЧ слабо взаимодействуют с кожей и жировой клетчаткой, а в мышцах и внутренних органах интенсивно поглощаются. Поэтому мышцы и внутренности претерпевают наибольшее нагревание при микроволновой терапии. Много тепла выделяется в жидкостях, заполняющих различные полости.

СВЧ излучения широко используются в радиолокации. Нарушение техники безопасности при работе на радиолокационных установках может нанести очень серьезный ущерб здоровью.

Особый интерес представляют работы, касающиеся изучения влияния на ЦНС низкоинтенсивных СВЧ-полей, модулированных в частотном диапазоне собственных биологических ритмов биообъекта. Установлено, что пороговые интенсивности для микроволновых излучений, модулированных в этом диапазоне, значительно ниже тех, которые являются характерными для импульсных и непрерывных излучений.

Низкоэнергетическое СВЧ-поле, модулированное в ритме собственных частот мозга, обладает выраженным кардиотропным действием. Подвернув мозговую (нервную) ткань воздействию ЭМП, модулированных частотой собственных биоритмов мозга, можно достичь уси­ления биологического действия ЭМП за счет резонансных явлений.

Значительную роль играют резонансные процессы, связанные с биологическими ритмами человека. Резонансное усиление или ослабление этих ритмов, появление гармоник и субгармоник и результаты перекрестной модуляции в нелинейных элементах клеток могут порождать разнообразные психофизиологические эффекты с отрицательными последствиями.

Среди множества электромагнитных явлений особого внимания заслуживают микроволновые излучения (МВИ), причем наиболее существенный вклад в микроволновое загрязнение ОС вносят радиолокационные и радиорелейные станции и другие объекты, работа которых основана на генерации ЭМИ СВЧ-диапазона. У людей, которые работают на тропосферных, спутниковых, радио- и радиолокационных станциях, появляются головная боль, раздражительность, сонливость, ослабление памяти и т.д.

По величине дозы и характеру облучения выделяют острое и хроническое поражение микроволновыми излучениями (табл.1). К острым поражениям относят нарушения, возникающие в результате кратковременного воздействия микроволн плотностью потока энергии (ППЭ), вызывающей термогенный эффект. Хроническое поражение — результат длительного воздействия МВИ субтепловой ППЭ.

* — значения интенсивности являются наименьшими из встречающихся в литературе.

Со стороны ССС наблюдали нейроциркуляторную дистонию (НЦД) гипертонического типа, миокардиодистрофию, сопровождавшуюся быстро прогрессирующей коронарной недостаточностью. Для картины периферической крови были характерны лейкопения и тромбоцитопения. У специалистов, обслуживающих электромагнитные устройства, обнаруживается фазовый характер изменений в системе периферического кровообращения. В начальный период может отмечаться умеренное снижение содержания гемоглобина и эритроцитов. В дальнейшем эти показатели нарастают и иногда существенно превышают норму. Количество лейкоцитов в первое время имеет склонность к увеличению в сравне­нии с нормой. После семи - девяти лет контакта появляется тенденция к снижению лейкоцитов. У лиц со стажем 7-12 лет возможна стойкая лейкопения. У некоторых из­меняются показатели свертываемости крови.

Биологическими исследованиями установлено, что наиболее чувствительными к воздействию ЭМИ являются: центральная нервная система, глаза, гонады. При этом могут происходить нарушения деятельности сердечно-сосудистой, нейроэндокринной, кроветворной, иммунной систем и обменных процессов. Исследования показали, что репродуктивная система человека очень чувствительна к облучению ЭМП. При этом у мужчин выявлен довольно высокий процент случаев импотенции, снижение тестостерона в крови. У женщин могут наблюдаться нарушения детородной функции (токсикозы беременности, самопроизвольные выкидыши, патология родов).

Организм человека небезразличен к локализации ЭМ-энергии на определенных органах (при эксплуатации ручных радиотелефонов - это голова; портативных раций - поясница или спина). Отмечается явная зависимость биоэффектов от интенсивности поля, поляризации и направления волн, соотношения размеров органов и тела человека с длиной волны ЭМИ. Сложность состоит в том, что необходимо учитывать все разнообразие факторов, определяющих количество поглощенной ЭМ-энергии, диэлектрические свойства тканей, геометрию, массу, ориентацию биообъекта, поляризацию ЭМП, конфигурацию и характеристики источника, экспозицию, интенсивность и частоту излучения, все особенности генерации и распространения ЭМИ СВЧ.

Излучение на частоте 900 МГц, разрешен­ной для мобильных радиотелефонов, имеет особенно высокую проницаемость, при этом нередко в голове возникает «эффект резонанса». Правда, отмечаются большие различия в индивидуальной чувствительности. Существу­ет множество моделей, модификаций радио­телефонов и они существенно отличаются друг от друга мощностью и длиной волны. Поэтому говорить о конкретном воздействии того или иного аппарата можно лишь после соответствующей сертификации.

Мишенью для СВЧ-излучения является молекула, обладающая ЭМ-свойствами. Это, прежде всего, молекулы воды. Живой организм человека в основном (на 95 % в младенчестве и на 60% в старости) состоит из воды. Все вещества при растворении в воде образуют гидратные оболочки. Слабые ЭМП низкой частоты изменяют метастабильные структуры в воде, что резко снижает концентрацию ионов калия и ведет к образованию активных свободных радикалов.

ЭМ-энергия СВЧ-излучений, воздействия на воду, переходит в тепловую энергию и последующие биоэффекты в клетках и тканях связаны с повышением их температуры локально, а затем и с разогреванием всего организма. Чем больше величина СВЧ-волны, тем глубже в тканях тепловой ожог. Повышение температуры вызывает возбуждение терморецепторов. Раздражаются и механорецепторы в очаге поражения из-за «объемного эффекта» разогретой тканевой жидкости.

Одновременно с тепловым проявляется и резонансный эффект в разрушении молекул ДНК, АТФ, уменьшении степени связывания К + , Са 2+ и других ионов. Меняется проницаемость мембран для K + и Na + . Доказано: основной механизм влияния ЭМИ НЧ на биологические объек­ты определяется тем, что при Е = 30 кВ/м каж­дую секунду в клетку вводится 10 4 ионов Na + и выводится такое же количество ионов К + , что требует повышения расхода энергии.

Доля поглощения СВЧ-энергии водой составляет: на частотах 1 ГГц - 50 %, 10 ГГц - 90 %, а при 30 ГГц - 98 %. Эффект поглощения СВЧ-энергии клетками и тканями - тепловое и нетепловое действие. Нарушаются структура и функции нервной клетки, эритроцита, других клеток. Наиболее интенсивно перегреваются органы, которые не содержат кровеносных сосудов (хрусталик, семенники, яичники и др.). В том смысле »органом-мишенью» для СВЧ является глаз, гонады и сперматозоиды.

Тепловое воздействие распространяется на ЦНС, возбуждая и перевозбуждая ее. ЦНС пора­жается очень рано из-за прямого и опосредованного действия СВЧ-излучения через эфферентную систему. В порочные круги включаются эндокринная, иммунная, сердечно-сосудистая, дыхательная системы. На поздних стадиях на­ступают признаки энергетического истощения и угнетения центров головного мозга.

При хроническом воздействии СВЧ-излучений развивается радиоволновая болезнь с нарушением функций всех регуляторных систем, в результате чего резко падает производительность труда, и наблюдаются нарушения психики. Облучение в радиодиапазоне вызывает у человека ощущение шумов и свиста. Более двадцати лет тому назад сообщалось даже об открытии эффекта радиослышимости. Суть его состоит в том, что люди, находившиеся в поле мощной радиове­щательной станции, слышали »внутренние голоса», речь, музыку и т.д.

Комплекс отрицательных ЭМП является непосредственной причиной множества заболеваний. Человеческий организм чутко отзывается на волновую нагрузку сначала снижением работоспособности, ослаблением внимания, эмоциональной неустойчивостью, а затем лавиной заболеваний нервной и сердечно-сосудистой систем, большинства внутренних органов и особенно почек и печени.

ЭМП оказывает неблагоприятное влияние на организм и при определенных условиях может послужить предпосылкой к формированию патологических состояний среди населения, подвергающегося его хроническому воздействию. ЭМП приводит к развитию синдрома старения организма, признаками которого являются снижение работоспособности и иммунитета, наличие многих заболеваний, раннее нарушение уровня холестерина, угнетение функции репродуктивной системы, развитие возрастной патологии в ранние годы (гипертоническая болезнь, церебральный атеросклероз). Сроки возникновения нарушений в организме при облучении ЭМП зависят от многих факторов: частотного диапазона, продолжительности воздействия (стажа работы), локализации облучения (общее или местное), характера ЭМП (модулированное, непрерывное, прерывистое) и других. При этом существенную роль играют индивидуальные особенности организма. Экспериментально доказано, что воздействие модулированных ЭМП может вызвать эффекты, противоположные эффектам немодулированных ЭМП. Использование в эксперименте ЭМП импульсной генерации дает возможность получать более выраженный биологический эффект, чем при непрерывном облучении. О большой биологической активности импульсных излучений свидетельствует также большая к ним чувствительность холинергических систем мозга.

В последние годы было убедительно доказано, что нарушения функций организма под действием СВЧ излучений происходят не только вследствие образования избыточного тепла в тканях. Следовательно, биофизические механизмы воздействия ЭМП на биологические системы нельзя свести к двум рассмотренным выше: перегреванию в высокочастотных полях и возбуждению - в низкочастотных. Сейчас внимание исследователей биологических эффектов электромагнитных излучений сосредоточено на третьем механизме. Его называют специфическим. Наиболее характерная особенность специфического действия ЭМП на организм состоит в том, что биологические системы реаги­руют на излучение крайне низкой интенсивности, недостаточной для возбуждения и нагревания, но такие реакции возникают не во всем диапазоне ЭМВ, а на определенных частотах. Поэтому третий тип реакций биологических систем на ЭМП имеет еще и такие названия, как резонансные и слабые взаимодействия, частотнозависимые биологические эффекты ЭМП.

ЧАСТОТНОЗАВИСИМЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ЭМП

Частотнозависимые биологические эффекты ЭМП, описанные на сегодняшний день, немногочисленны и вместе с тем разнообразны, что затрудняет их классификацию.

Под действием СВЧ излучений некоторые бактерии (например, кишечная палочка) синтезируют своеобразный белок — колицин, обладающий антигенными свойствами для бактерий других штаммов. Это наблюдается только на определенных частотах (от 45,6 до 46,1 ГГц) при довольно низкой интенсивности поля (вплоть до 0,1 Вт-м- 2), хотя синтез колицина происходит и под влиянием других факторов. Образование нового белка принято объяснять избирательным действием таких факторов, в том числе ЭМВ определенных частот, на генетический аппарат клетки. Авторы этой гипотезы полагают, что среди процессов хранения и передачи генетической информации изменяются не репликация и транскрипция, а трансляция. Вероятно, СВЧ излучение может нарушить нормальную последовательность нуклеотидов в матричной РНК, следствием чего явится продукция необычных для клетки макромолекул, которые не способны обеспечить полноценное отправление соответствующих функций. Синтез «неполноценных» белков отражается в первую очередь на тех субстратах, которые активно обновляются (например, ферменты). С такими нарушениями связывают изменения уровня обменных процессов и физиологической активности животных, наблюдавшиеся рядом исследователей.

Данные о влиянии ЭМВ на генетический аппарат клеток малочисленны, противоречивы и фрагментарны. Так, гамма-глобулин человека теряет антигенные свойства при действии на кровь электромагнитных излучений частотой 13,1 - 13,3-13,9 - 14,4 МГц. ЭМП других частот не приводят к подобному эффекту. Вместе с тем его можно объяснить без привлечения гипотезы о действии ЭМВ на генетический аппарат. Существует предположение о возможности взаимодействия внешних ЭМП с компонентами плазматической мембраны клетки. Так объясняют усиление выхода ионов кальция из тканей мозга, подвергнутого облучению ЭМВ низкой частоты. Это явление возникает только на определенных частотах (6- 16 Гц). Особенно эффективно применение не гармонических колебаний низкой частоты, а УВЧ полей, модулированных низкими частотами (при глубине модуляции 80-90%).

В основе кальциевой гипотезы лежат сведения о структуре плазмолеммы. Многие молекулы, входящие в ее состав, имеют конечные цепочки аминосахаров выступающие в примембранное пространство. Они образуют па поверхности клеточной мембраны многочисленные участки неподвижных отрицательных зарядов, обладающих сильным сродством к Н- и Са 2 + . Эти катионы адсорбируются плазмолеммой из межклеточной среды. Вероятно, катионы, фиксированные полианионным слоем плазмолеммы нервной клетки, могут обеспечить се взаимодействие со слабыми ЭМП. Энергия таких полей недостаточна для изменения ионной проницаемости возбудимой мембраны (то есть для активации потенциалзависимых ионных каналов в ней), но этой энергии может хватить для нарушения электро­статической связи катионов с мембранными аминосахарами. В результате катионы покидают поверхность плазмолеммы и в межклеточной среде создается их избыток. Согласно кальциевой гипотезе, это относится, прежде всего, к ионам кальция. Резкое повышение градиента Са 2+ на плазматических мембранах нейронов ЦНС может вызвать возбуждение, поскольку нервные клетки возбуждаются входящим кальциевым током через плазмолемму, покрывающую их тела.

Помимо ионной, рассматриваются также мембранная и дипольная теории взаимодействия ЭМП с микроструктурами, в рамках которых преобразование энергии ЭМП в кинетическую энергию молекул также связано с представлениями о флуктуационно-вероятностном влиянии, реализующемся через триггерные усилительные механизмы живой системы.

Специфическое действие ЭМИ объясняют нелинейным характером влияния поля на микроструктуры. Механизм действия СВЧ заключается в изменении мембранной проницаемости клетки, что приводит к изменению функции нуклеотидциклазной системы, влияющей на активность окислительно-восстановительных ферментов. Продукты метаболизма гуморальным путем вызывают изменения физиологического состояния. Некоторыми авторами высказываются предположения о существовании у животных и человека специфических рецеп­торов для восприятия ЭМП.

Электромагнитные излучения определенных (резонансных) частот способны выполнять роль сигналов, то есть управлять выделением свободной энергии биологической системы, не внося в эту систему значительной энергии извне. Критерием информационного воз­действия ЭМП является преобладание энергии ответных реакций организма (изменений метаболизма и физиологической активности) над энергией внешнего поля, которое их вызвало. Энергетические эффекты ЭМП характеризуются тем, что энергия ответных реакций биологической системы меньше энергии, привносимой в нее полем.

Биологические эффекты слабых ЭМП определяются высокой избирательной чувствительностью к ним (в узком спектральном диапазоне) того или иного типа клеток. По-видимому, наибольшей восприимчивостью к слабым полям обладают нейроны. Специализированные электрорецепторы обнаружены у не­многих представителей животного мира. У человека их не на­шли. Однако отсутствие как электрорецепторов, так и специфических «электрических» ощущений не свидетельствует о невозможности восприятия человеком слабых ЭМП. Одним из механизмов избирательной чувствительности нейронов головного мозга к низкочастотному излучению может служить взаи­модействие их с катионами (например Са 2+ - согласно кальциевой гипотезе), когда они десорбируются с плазматических мембран, которые их прежде связывали.

По аналогии с принципом работы усилителя (слабый сигнал на входе управляет перераспределением значительной энер­гии на выходе) механизмы реагирования биологических систем на слабые ЭМП определяются как усилительные (или кооперативные). Роль пускового сигнала для некоторых биологических систем способны, вероятно, выполнять слабые ЭМП определенных частот. Они могут взаимодействовать как с зарядами, фиксированными на клеточной мембране, так, по-видимому, и с внутриклеточными субстратами, вплоть до генетического ап­парата клетки. Однако высокий градиент электрического потенциала, существующий на плазмолемме, затрудняет воздействие ЭМП на внутриклеточные системы. При некоторых патологических состояниях уровень мембранного потенциала понижается, что может привести к большей уязвимости внутриклеточных процессов для внешних полей. Этим, вероятно, обусловлена повышенная чувствительность больных к атмосферным явлениям.

Исследования последних десятилетий убедительно подтвердили информационную роль и значение для биологических систем сверхслабых ЭМП, в том числе в диапазоне СНЧ при определенных законах их модуляции.

Развитие идеи о том, что электроны и ЭМП как более лабильные, чем молекулы (элементы живой материи) несут энергию, заряды и информацию, являясь своего рода горючим для жизненных процессов, привело многих авторов к мысли о существовании в организме системы поддержания биоэлектрического гомеостаза, обеспечивающей нормальное физиологическое состояние клеток. Предположение о том, что в организме существует механизм центральной регуляции физиологических процессов, согласованный с периодически изменяющимися параметрами электрических и магнитных полей Земли и предназначенный для защиты от помех со стороны спорадически возникающих интен­сивных космических ЭМП всех частотных ди­апазонов, приводит к мысли о наличии в высокоорганизованном организме сенсорной системы, воспринимающей изменения ЭМП внешней среды.

• влиять на течение биохимических реакций внутриклеточного метаболизма;
• влиять на ферментативную активность белков — ферментов в головном мозге, печени и других структурах;
• воздействовать (прямо или косвенно) на процессы передачи генетической информации (на процессы транскрипции и трансляции);
• влиять на уровни сульфгидрильных и других групп, определяющих полярность белковых молекул;
• действовать на нейрогуморальную регуляцию, в частности, на гипоталамо-гипофизарную и симпатоадреналовую системы;
• изменять динамику иммунного ответа;
• изменять физико-химические свойства глии, в частности, ее электронно-оптическую плотность;
• перестраивать рисунок импульсных потоков, генерируемых нейронами;
• изменять функциональную активность рецепторов и различных ионных каналов.

Таким образом, в результате взаимодействия организма с электрической составляющей ЭМП могут возникать биологические эффекты трех типов: возбуждение, нагревание и кооперативные процессы. Два из них хорошо изучены и находят объяснение в рамках концепции энергетического взаимодействия поля с организмом. Третий эффект, проявляющийся в восприятии биосистемами слабых электромагнитных излучений, исследован недостаточно. Его происхождение связано, по-видимому, с тем, что в процессе эволюции биологических систем ЭМП определенных частот выполняли по отношению к ним миссию носителя информации об окружающей среде. Для света это очевидно. Информационная функция других участков электромагнитного спектра еще не доказана и по-настоящему не объяснена.

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЦИФРОВОГО ШУМА С ЖИВЫМИ СИСТЕМАМИ И ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭМИ

Повсеместное использование цифровых технологий привело к появлению новой составляющей электромагнитного окружения человека — цифрового шума (ЦШ). Если в целом электромагнитное загрязнение окружающей среды является предметом озабоченности специалистов-экологов, то возможная роль цифровой компоненты как фактора дополнительного риска до сих пор не рассматривалась. Необходимость выделения ЦШ из всего спектра электромагнитного фона продиктована экспериментов о качественно новых чертах биоэффектов ЦШ на клеточном уровне.

Внедрение любой новой технологии, сопряженной с излучением в окружающее человека пространство электромагнитных волн, неизбежно сопровождается дискуссиями о возможных последствиях для здоровья. Для мобильной связи это особенно актуально, поскольку в наше время всем известно, что излучение СВЧ может быть далеко не безвредным, а радиопередатчик абонентского аппарата работает непосредственно около уха, в нескольких сантиметрах от головного мозга. Многочисленные исследования, однако, не дают пока ясного ответа на вопрос: насколько вредно излучение мобильного телефона для его пользователя. Сложность проблемы, недостаточность финансирования, лоббирование компаний-производителей способствуют тому, что в обозримом будущем вряд ли следует ожидать получения однозначных выводов по рассматриваемой проблеме. Поэтому, для качественной оценки возможных последствий воздействия ЭМИ мобильного телефона на организм человека мы воспользовались известными в электромагнитной биологии закономерностями, а также некоторыми положениями физики живого.

Основным критерием безопасности считается малость повышенной дозы ЭМИ, которая определяется из тех соображений, что допустимый предел облучения должен быть с достаточно хорошим запасом ниже того порога, при превышении которого в организме человека происходят заметные изменения. Международные нормы безопасности устанавливают предел для так называемого коэффициента удельного поглощения (Specific Absorption Rate — SAR) ­производной по времени от энергии ЭМП, поглощаемого единицей массы в объеме тела заданной формы и плотности. В зависимости от местного стандарта, в различных странах SAR колеблется в пределах 10 -2 -10 -3 Вт /г, что в пересчете в плотность потока мощности с учетом временного интервала усред­нения дает –10 -3 -10 -4 Вт/см 2 . Такие порядки величин гарантированно (примерно, на порядок) превышают значения уровня облучения, полученные в модельных расчетах и в экспериментах с подопытными добровольцами. Отметим, однако, что все расчеты и измерения относятся к несущей частоте. Относительный уровень мощности излучения вне рабочей полосы в диапазоне СВЧ-КВЧ не превышает 10% и, казалось бы, тем более соответствует стандартам безопасности.

Очевидно, что создатели стандартов учитывали только линейную зависимость возможных биологических эффектов от поглощенной дозы, руководствуясь принципом «чем меньше, тем безопаснее». Это, действительно, справедливо для так называемого теплового фактора, ответственного за нагрев биологической ткани при поглощении ЭМИ. Однако, многочисленные эксперименты по воздействию СВЧ и КВЧ полей на живые системы самого разного уровня организации — от микробной клетки до человека — свидетельствует о принципиальной нелинейности восприимчивости (в этом случае говорят об «информационном факторе»). В результате чего, понятие биологически безопасной интенсивности становится, мягко говоря, неопределенным.

Более того, до недавнего времени зависимость биологической реакции от интенсивности излучения (монохроматического или шумоподобного) считалась хотя и нелинейной, но все же монотонной. ЦШ привносит в биоэффекты ЭМИ новое качество — немонотонную зависимость: при снижении интенсивности эффект может пропадать и снова возникать, даже проявляя тенденцию к смене знака.

Затронем еще один аспект обсуждаемой проблемы, а именно вопрос о «полезности» или «вредности» для организма того или иного диапазона частот ЭМИ. СВЧ-диапазон принято считать скорее «вредным», в том числе и для сверх уровней мощности ЭМИ (< 10 -7 Вт\см 2). С КВЧ все не так однозначно. В частности, показано, что положительное для организма (лечебное) воздействие излучений этого участка спектра, например в техноло­гиях КВЧ –терапии, имеет место лишь при соблюдении ряда условий. А именно — сверхнизкая, порядка тепловых шумов (<10 -19 Вт/см 2), интенсивность и строго детерминированная локализация воздействия. В общем же случае, судя по многочисленным экспериментам, могут наблюдаться биоэффекты разных знаков. Это означает, что, если не впадать в излишний оптимизм, следует учитывать потенциальную опасность физиологических последствий облучения низкоинтенсивными ЭМИ, в особенности головного мозга и ушной раковины, где расположено много активных точек.

Каковы же особенности воздействия ЦШ на живые системы? В рамках ко­нцепции эндогенного когерентного поля, формирующего целостный электромагнитный каркас живого организма предполагается возможность регулиpyющeгo воздействия слабого внешнего сигнала. Существенно, что такое воздействие должно быть резонансным и сугубо индивидуальным по частотному составу, отражающему спектр характеристических частот конкретного организма. Очевидно, что ЦШ с его «монохроматически­м широкополосным» спектром оказывается универсальным инструментом, влияющим на любой живой объект. Причем, если руководствоваться идеей «сродственности» внешнего ЭМИ с собственными полями клеток организма, то ЦШ является одновременно инициатором как восстановительных (КВЧ-диапазон), так и деструктивных (СВЧ) процессов.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ - НЕВИДИМЫЕ УБИЙЦЫ

Нас учили в школе, что труд превратил обезьяну в человека, а научно-технический прогресс – двигатель всего человечества. Казалось бы, что с его движением должно улучшаться качество и количество прожитых лет человеком. На самом деле, чем глубже входит в нашу жизнь НТП, тем тяжелее нам живется и тем чаще люди встречаются с неизвестными ранее болезнями, которые в прямой прогрессии появляются и развиваются вместе с техническим прогрессом. Не будем оспаривать, что блага цивилизации – это плохо. Поговорим о скрытой угрозе для человека и его потомков - электромагнитных излучениях.

Исследования ученых за последние десятилетия показывают, что электромагнитная радиация не менее опасна, чем атомная. Электромагнитный смог, взаимодействуя с электромагнитным полем организма частично его подавляет, искажая собственное поле организма человека. Это приводит к снижению иммунитета, нарушению информационного и клеточного обмена внутри организма, возникновению различных заболеваний. Доказано, что даже относительно слабого уровня длительное влияние электромагнитного излучения может вызвать рак, потерю памяти, болезни Альцгеймера и Паркинсона, импотенцию, разрушение хрусталика глаза, уменьшение количества красных кровяных телец. Особенно опасны электромагнитные поля для беременных женщин и их для детей. Электромагнитные излучения способствуют нарушению половых функций у мужчин и нарушению детородных у женщин.

Безопасный для здоровья человека предел интенсивности электромагнитных полей установили американские и шведские ученые - (0,2 мкТл). К примеру, стиральная машина – 1 мкТл, СВЧ-печь (на расстоянии 30 см) - 8 мкТл, пылесос – 100 мкТл, а при отправлении поезда в метро - 50-100 мкТл.

Давно ученые говорят и о негативном воздействии на детский организм электромагнитных полей (ЭМП). Так как размер головы ребенка меньшего размера, чем у взрослого, то излучение проникает глубже в те отделы мозга, которые у взрослого человека, как правило, не облучаются. Это касается мобильных телефонов, которые просто подвергают мозг «локальному» перегреву. Эксперименты на животных подтвердили: при увеличении доз высокочастотного излучения в их мозгу образовывались буквально сваренные участки. Исследованиями учёных США доказано, что сигнал от телефона проникает в мозг на глубину до 37,5 мм., чем создаёт помехи в работе нервной системы.

Растущие и развивающиеся ткани наиболее подвержены неблагоприятному влиянию электромагнитного поля. Оно биологически активно также в отношении эмбрионов. Беременная женщина, работающая за компьютером, подвергается воздействию ЭМП практически все тело, включая развивающийся плод, Кстати, заблуждаются те, кто думает, что портативные компьютеры практически безопасны. Подумайте хорошенько о негативных последствиях их воздействия, прежде, чем располагать портативный компьютер на животе или коленях. Да, жидкокристаллические экраны не имеют электростатического поля и не несут рентгеновского излучения, но электронно-лучевая трубка - не единственный источник электромагнитных излучений. Генерировать поля могут преобразователь напряжения питания, схемы управления и формирования информации на дискретных жидкокристаллических экранах и другие элементы аппаратуры.

ТАК ВРЕДНО ИЛИ НЕТ?

Говоря об ЭМП нельзя не упомянуть о Wi-Fi. В Интернете можно ознакомиться с множеством статей по этому поводу: «Сети Wi-Fi опасны для здоровья», «Wi-Fi вредно влияет на организм человека?», «Излучение сетей Wi-Fi наносит вред деревьям, считают ученые», «Вредна ли технология Wi-Fi для детей?».

В США известны примеры, когда родители подавали в суд из-за Wi-Fi, установленных в школах и университетах. Опасения родителей, что беспроводные сети наносят непоправимый вред здоровью детей и подростков, оказывая разрушающее влияние на растущий организм, небезосновательны. Wi-Fi, например, действует на той же частоте, что и СВЧ-печь. Для человека такая частота совсем не так уж и безвредна, как представляется. За последнее время было опубликовано около 20 000 исследований. Они доказывают тот факт, что Wi-Fi негативно влияет на здоровье млекопитающих, в частности, на здоровье человека. Мигрени, простуда, боли в суставах, но чаще всего, в числе вызываемых Wi-Fi болезней фигурируют рак, сердечная недостаточность, слабоумие и ухудшение памяти. В США, Великобритании и Германии все чаще отказываются от Wi-Fi в школах, больницах и университетах. Причиной отказа называют - вред здоровью людей. Сегодня официального вердикта, в случае с Wi-Fi, как это было с признанием вреда мобильных телефонов ВОЗ, в случае с Wi-Fi пока нет. Ведь открывшаяся правда принесет немалые убытки, тем кто в этом не заинтересован. Как говорится: "Спасение утопающего - дело рук самого утопающего". И прав тот читатель, который прочитав статью о вреде Wi-Fi написал: "В конце концов, каждый сам решает отчего ему болеть".

ИСКЛЮЧИТЬ НЕГАТИВНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЛИЯНИЕ WI-FI

Воздействие Wi-Fi на организм человека, в отличие от мобильного телефона, не столь ощутимо. Но если Вы все-таки пользуетесь беспроводными технологиями для подключения в Интернет или корпоративную сеть на постоянной основе - откажитесь от них. Лучше проведите себе обычную витую пару. Старайтесь уменьшить время использования беспроводных сетей любого рода. Не держите источник электромагнитного излучения вблизи от тела. Минимизируйте количество времени пользования мобильным телефоном или blutooth гарнитурой. Используйте проводную связь. Если Вы беременны, - старайтесь как можно дальше находиться от беспроводных сетей. Вред воздействия Wi-Fi на беременных пока никто не доказал. Но кто знает, как отразятся эти ноу-хау на организме будущего малыша? Ведь настоящая любовь к ребенку заключается не в купленной очередной игрушке или красивой одежде, а в том, чтобы вырастить ребенка крепким и здоровым.

В медицинском центре "Парацельс" Вы можете пройти диагностику воздействия электромагнитных влияний на ваш организм. При этом аппаратура позволяет дифференцировать виды электромагнитных воздействий - техногенные, геопатогенные, радиоактивные, определить степень электромагнитной нагрузки (всего 4 степени) и эффективно нейтрализовать этот негативный эффект на организм.

Электричество прочно вошло в нашу жизнь и стало ее неотъемлемой частью. Но технический прогресс связан с увеличением уровня электромагнитного излучения (ЭМИ), оказывающего неблагоприятное влияние на все живые организмы. Электромагнитное излучение — это колебание электрических и магнитных полей, которое распространяется в пространстве со скоростью света . Человек его не видит и не чувствует, поэтому не в состоянии оценить, как оно воздействует на здоровье. А между тем врачи всего мира бьют тревогу о том, что ЭМИ действует на организм подобно радиации. Разберемся, как же влияют электромагнитные волны на человека, существуют ли способы защиты от неблагоприятного воздействия.

Источники электромагнитного излучения

В течение всей жизни на человека воздействуют электромагнитные поля (ЭМП). Если влияние электромагнитного излучения от естественных источников (Солнца, магнитного и электрического поля Земли) люди не способны изменить, то уменьшить воздействие от искусственных источников им под силу.

Но активно используя достижения научного прогресса, человек, наоборот, все больше испытывает действие на организм побочных явлений, вызванных работой различных приборов и механизмов — электромагнитных волн от искусственных источников излучения , которые окружают нас повсюду:

• трансформаторов;
• сотовых телефонов;
• медицинского оборудования;
• компьютеров;
• антенн;
• лифтов;
• бытовой техники;
• линии электропередач.

Энергия, исходящая от источников, различается по частоте и длине волны – это основные характеристики ЭМП. Учеными обнаружены и исследованы электромагнитные волны всех возможных диапазонов, которые применяются в науке или технике. Спектр электромагнитного излучения образуется из совокупности всех волн.

Спектральный диапазон излучения ЭМП

Свет, который воспринимается человеческим глазом, является частью спектра электромагнитного излучения, но лишь незначительной. При его изучении были открыты и другие волны. К электромагнитным волнам относятся:

1. Рентгеновские и гамма-лучи – высокочастотное электромагнитное излучение (3 – 300 МГц).
2. Инфракрасное излучение, видимый человеческим глазом свет, а также ультрафиолет – среднечастотное излучение (0,3 — 3 МГц).
3. Радиоизлучение и микроволны – низкочастотные излучения (3 – 300 кГц).

Все электромагнитные волны используются человеком и оказывают воздействие как на живые организмы, так и на окружающую среду. Биологическая активность волн возрастает с уменьшением их длины.

Излучение, исходящее от низкочастотных и среднечастотных источников – неионизирующее. Это значит, что вред для здоровья при допустимом уровне воздействия ЭМИ минимален .

Сильное биологическое воздействие на организм человека оказывает медицинское оборудование – источники высокочастотного облучения и ионизирующего электромагнитного излучения: рентгеновские аппараты и аппараты компьютерной томографии. МРТ и УЗИ неопасны для организма, потому что при диагностике не используются рентгеновские лучи.

Полный спектр электромагнитного излучения по длине волны подразделяется на диапазоны:

• радиоволны (100 км – 1 мм) – используются в области телерадиовещания, в радиолокации;
• микроволны (300 – 1 мм) – применяются в промышленности и в быту: спутниковая и сотовая связь, микроволновые печи;
• инфракрасное излучение (2000 мкм – 740 нм) находят широкое применение в криминалистике, физиотерапии, для сушки изделий или продуктов;
• оптическое излучение– 740 — 400 нм — видимый человеком свет;
• ультрафиолетовое излучение (400 – 10 нм) получило широкое распространение в медицине и в промышленности: бактерицидные и кварцевые лампы;
• рентгеновские лучи (0,1 – 1,01 нм) широко применяются в медицинской диагностике;
• гамма-излучения (меньше 0,01 нм) используются при лечении онкологических заболеваний.

Границы между диапазонами спектра считаются весьма условными .

Уровень электромагнитного излучения

Исходящее электромагнитное излучение от искусственных источников ЭМП бывает низкоуровневым и высокоуровневым. Уровень мощности источника влияет на степень напряженности электромагнитного излучения .

К источникам высокого уровня относят:

• высоковольтные ЛЭП;
• электротранспорт;
• вышки теле- и радиовещания, спутниковой и сотовой связи;
• трансформаторы;
• электрические подъемные установки (лифты, фуникулеры).

К низкоуровневым источникам относят все виды бытовой техники, устройства с ЭЛТ дисплеем и внутридомовая проводка, розетки и выключатели.

Для определения уровня ЭМИ используется специальный прибор – флюксметр . Он фиксирует значение показателя напряженности электрического поля, в соответствии с которым предпринимаются меры защиты, если нормы будут превышены.

Истории наших читателей

Владимир
61 год

Предельно допустимый уровень облучения населения – значение напряженности ЭМИ, при котором не происходит вредного влияния на организм человека.

Для подсчета дозы излучения в зависимости от источника, расстояния до него и размера существуют специальные таблицы и формулы. Безопасная доза электромагнитного излучения в 0,2 – 0,3 мкТл.

Как влияет электромагнитное излучение на живые организмы

Многочисленные исследования ученых привели к выводу, что воздействие электромагнитных полей на организм человека и животных отрицательно , его последствием являются нарушения работы внутренних органов и развитие различных заболеваний.

Влияние электромагнитных волн на человека зависит от многих факторов:

• интенсивности (уровня) поля;
• их длины и частоты;
• временного отрезка воздействия;
• состояния здоровья человека.

Источники с высоким уровнем ЭМП оказывают более сильное влияние на здоровье человека. Глубина проникновения в организм зависит от длины волны: длинноволновые поля действуют на внутренние органы, головной и спинной мозг, короткие волны – только на кожу и приводят к тепловому эффекту.

ЭМП увеличивают риск для здоровья детского и ослабленного организма, а также людей, подверженных аллергическим заболеваниям.

Побочные электромагнитные излучения и наводки при постоянном воздействии нарушают деятельность всех систем организма и могут привести к возникновению радиоволновой болезни, симптомы которой наблюдают у себя многие:

• хроническая усталость;
• состояние апатии;
• обострение хронических заболеваний;
• постоянные головные боли;
• нарушения сна и внимания;
• частые депрессии.

Если учесть, что среднестатистический городской житель в течение всей своей жизни подвергается постоянному влиянию электромагнитного поля, то радиоволновую болезнь можно диагностировать почти у каждого горожанина и объяснить возникающие симптомы именно ее развитием. Если не предпринять мер защиты от вредного ЭМП, то возрастает риск развития хронических недугов (сердечной аритмии, сахарного диабета) и постоянных вирусных респираторных заболеваний.

После кратковременного воздействия электромагнитных волн здоровый организм способен полностью восстановиться и устранить изменения, произошедшие во время нахождения в зоне повышенного ЭМИ.

При длительном действии электромагнитных лучей нарушается биоэнергетическое равновесие организма, изменения накапливаются и приобретают стабильный характер.

Какой вред ЭМИ наносят организму человека

Вред для здоровья от источников ионизирующего излучения доказан давно, и не найдется, наверное, человека, который бы не знал о негативных последствиях воздействия рентгеновских или гамма-лучей. Влияние на здоровье человека ЭМП от неионизирующих источников еще слабо изучено, но ученые всего мира уже доказали его негативное воздействие.

Основные виды антропогенного электромагнитного излучения:

• высоковольтные линии электропередачи;
• микроволновое и радиоизлучение беспроводных устройств связи и бытовых приборов.

Электромагнитные поля и излучения представляют угрозу почти для всех систем организма человека . Под их влиянием:

• ухудшается проходимость нервных сигналов от мозга к другим органам, что отражается на деятельности всего организма: нарушается мозговая координация, притупляются рефлексы;
• обнаруживаются негативные изменения в психическом состоянии: нарушение памяти и внимания, в тяжелых случаях появление суицидальных мыслей, бреда, галлюцинаций;
• происходит неблагоприятное воздействие на кровеносную систему: ЭМИ может спровоцировать слипание телец крови, что приведет к закупорке сосудов, аритмии, повышению артериального давления;
• происходит снижение проницаемости клеточных мембран, из-за чего организм испытывает кислородное голодание и недостаточное поступление питательных веществ;
• нарушается выработка гормонов, поскольку под влиянием электромагнитных полей происходит постоянная стимуляция гипофиза, щитовидной железы и надпочечников;
• снижается иммунитет (частые ОРВИ, ангины), а иммунные клетки начинают атаковать свои же клетки (возникновение аллергических реакций) в связи с падением уровня лимфоцитов.
• увеличивается риск возникновения онкологических заболеваний — имеются данные, что интенсивное воздействие некоторых частот электромагнитного спектра может иметь канцерогенное действие;
• происходит угнетение половой функции у мужчин (снижение потенции) и женщин (сбои менструального цикла, бесплодие).

Особо пагубное воздействие электромагнитное излучение оказывает на плод в утробе матери.

Постоянное превышение допустимой дозы ЭМИ во время беременности приводит негативному влиянию на мать и к патологиям развития ребенка на разных сроках, особенно в первом триместре:

• формированию пороков различных органов;
• замедленному развитию важнейших систем организма;
• мертворождению;
• преждевременным родам.

В одном из исследований воздействия электромагнитных волн на беременных женщин была установлена высокая вероятность мертворождения и самопроизвольного аборта при увеличении максимально допустимого уровня ЭМИ. У тех участников эксперимента, которые носили постоянно электромагнитный излучатель, риск выкидыша был вдвое больше. Если ребенок и рождается, у него высока вероятность патологий развития, поскольку ЭМИ воздействую на структуру ДНК, повреждая ее.

Вывод неутешителен – влияние электромагнитного излучения на организм человека отрицательно и негативно отражается на деятельности почти всех его систем. Чтобы избежать его разрушительного воздействия на здоровье, необходимо позаботиться о безопасности жизнедеятельности (БЖД) и методах защиты от электромагнитного излучения.

Способы защиты от влияния электромагнитных полей

Электричество пронизывает все уголки нашей жизни: от простой лампы накаливания до сложных промышленных установок. Современный человек уже не представляет, как он будет обходиться без бытовых приборов, средств связи и телекоммуникаций. Полностью отказаться от использования электрического тока и благ цивилизации большинству из нас не представляется возможным, но выполнение некоторых рекомендаций позволит минимизировать разрушительные последствия для здоровья от вредного воздействия ЭМП.

На предприятиях, где человек вынужден постоянно сталкиваться с действием высокоуровневых ЭМИ, обязаны устанавливать защитные экраны и строго соблюдать все санитарно-эпидемиологические требования и правила БЖД.

Важно знать, что уровень напряженности ЭМП снижается при удалении от него на некоторое расстояние. Так, чтобы уберечься от вредного влияния высоковольтных линий на здоровье человека, нужно отойти на безопасное расстояние от ЛЭП или других высокоуровневых источников на 25 метров.

Ни в коем случае не строить жилые здания ближе чем в 30 метрах от источников с высоким уровнем электромагнитного излучения и не позволять детям играть вблизи с трансформаторными будками или вышками.

Для того чтобы электрическая техника облегчала жизнь человека, а не укорачивала ее, необходимо придерживаться следующих советов и правил.

1. Выяснить степень опасности, которая исходит от различных источников электромагнитного излучения дома и на работе с помощью специального дозиметра.
2. В соответствии с показателями расставить электробытовые приборы таким образом, чтобы они находились как можно дальше от зоны отдыха и обеденного стола (минимум 2 метра).
3. Расстояние от ЭЛТ монитора или телевизора должно составлять не менее 30 см.
4. Из спальни и детской комнаты по возможности удалить все электроприборы.
5. Электронные часы с будильником ставить не ближе 10 см от подушки.
6. Не находиться рядом с работающей СВЧ-печью, микроволновкой или обогревателем.
7. Сотовые телефоны не рекомендуется подносить к голове ближе, чем 2,5 см. Неплохо разговаривать через громкую связь, а телефон держать как можно дальше от себя.
8. Не стоит постоянно носить средства сотовой связи в карманах – в сумочке или барсетке им самое место.
9. Всегда выключать неиспользуемые электрические устройства, поскольку даже в спящем режиме от них исходит определенная доза излучения.
10. Вредно использовать фен перед сном: ЭМИ замедляет выработку мелатонина и нарушает циклы сна. Не стоит пользоваться и компьютером или планшетом менее чем за 2 часа до отхода ко сну.
11. В розетках для подключения электроприборов необходимо проверить наличие заземления.

Следует знать, что стальной корпус электроприборов хорошо экранирует исходящее от них излучение, а электромагнитные волны способны проникать и через стены: электроприборы, находящиеся в соседней комнате или у соседей, также могут оказывать влияние на организм.

Все рекомендации необходимо усиленно соблюдать будущим мамочкам, если они хотят выносить и родить здорового малыша. Чрезмерное увлечение компьютером или разговорами по сотовому телефону во время беременности несут угрозу здоровью еще не родившемуся ребенку.

Технический прогресс значительно облегчил людям жизнь и подарил множество самой разнообразной техники и электроники, медицинские приборы, помогающие нам быть здоровыми, электротранспорт и лифты. Но негативное влияние на человека электромагнитного излучения от электрических приборов и устройств, ЛЭП и вышек связи не может не беспокоить специалистов и ученых.

Многочисленные исследования приводят к неутешительным выводам, что без применения мер защиты от ЭМП здоровью человека грозит опасность. Поэтому, если нет возможности или желания избавиться от всех благ цивилизации и переехать жить в лес, необходимо обезопасить себя и своих близких от вредного влияния ЭМИ, следуя несложным правилам БЖД по работе с электроприборами и выполнять рекомендации, данные выше.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) – это естественное явление, вызванное резким ускорением частиц (в основном, электронов), которое приводит к возникновению интенсивного всплеска электромагнитной энергии. Повседневными примерами ЭМИ могут служить следующие явления: молния, системы зажигания двигателей внутреннего сгорания и солнечные вспышки. Несмотря на то, что электромагнитный импульс способен вывести из строя электронные устройства, данную технологию можно применить для целенаправленного и безопасного отключения электронных устройств или для обеспечения безопасности персональных и конфиденциальных данных.

Шаги

Создание элементарного электромагнитного излучателя

Соберите необходимые материалы. Для создания простейшего электромагнитного излучателя вам понадобится одноразовый фотоаппарат, медная проволока, резиновые перчатки, припой, паяльник и железный прут. Все эти предметы можно приобрести в ближайшем строительном магазине.

• Чем толще проволоку вы возьмете для эксперимента, тем мощнее получится итоговый излучатель.
• Если вы не сможете найти железный прут, можете заменить его стержнем из неметаллического материала. Однако обратите внимание, что подобная замена негативно скажется на мощности производимого импульса.
• В ходе работы с электрическими деталями, способными удерживать заряд, или при пропускании электрического тока через объект, мы настоятельно рекомендуем надевать резиновые перчатки, дабы избежать возможного электрического удара.

1. Соберите электромагнитную катушку. Электромагнитная катушка – это устройство, которое состоит из двух отдельных, но в то же время взаимосвязанных деталей: проводника и сердечника. В данном случае в качестве сердечника будет выступать железный прут, а в качестве проводника – медная проволока.

   Припаяйте концы электромагнитной катушки к конденсатору. Конденсатор, как правило, имеет вид цилиндра с двумя контактами, а найти его можно на любой монтажной плате. В одноразовом фотоаппарате такой конденсатор отвечает за вспышку. Перед отпаиванием конденсатора обязательно вытащите батарейку из фотоаппарата, иначе вас может ударить током.

   Найдите безопасное место для тестирования своего электромагнитного излучателя. В зависимости от задействованных материалов, эффективный радиус действия вашего ЭМИ будет составлять примерно один метр в любом направлении. Как бы то ни было, любая электроника, попавшая под ЭМИ, будет уничтожена.

   • Не забывайте, что ЭМИ воздействует на все без исключения устройства в радиусе поражения, начиная от аппаратов жизнеобеспечения, вроде кардиостимуляторов, и заканчивая мобильными телефонами. Любой ущерб, причиненный этим устройством посредством ЭМИ, может повлечь за собой юридические последствия.
   • Заземленная площадка, вроде пня или пластмассового стола, является идеальной поверхностью для тестирования электромагнитного излучателя.

2. Найдите подходящий объект для испытаний. Так как электромагнитное поле воздействует лишь на электронику, подумайте о приобретении какого-то недорогого устройства в ближайшем магазине электроники. Эксперимент можно считать успешным, если после активации ЭМИ электронное устройство перестанет работать.

   • Множество магазинов канцелярских товаров торгуют достаточно недорогими электронными калькуляторами, с помощью которых вы можете проверить эффективность созданного излучателя.

3. Вставьте батарейку обратно в камеру. Для восстановления заряда необходимо пропустить через конденсатор электричество, которое впоследствии обеспечит вашу электромагнитную катушку током и создаст электромагнитный импульс. Поместите объект для испытаний как можно ближе к ЭМ излучателю.

   Дайте конденсатору зарядиться. Позвольте батарейке снова зарядить конденсатор, отсоединив его от электромагнитной катушки, затем уже в резиновых перчатках или пластиковыми щипцами снова их соедините. Работая голыми руками, вы рискуете получить удар током.

   Включите конденсатор. Активация вспышки на камере высвободит накопленное в конденсаторе электричество, которое при прохождении через катушку создаст электромагнитный импульс.

   Создание портативного устройства ЭМ излучения

   1. Соберите все необходимое. Создание портативного устройства ЭМИ пройдет более гладко, если при себе у вас будут все необходимые инструменты и компоненты. Вам понадобятся следующие предметы:

      Вытащите монтажную плату из фотоаппарата. Внутри одноразового фотоаппарата находится монтажная плата, которая и отвечает за его функционал. Для начала вытащите батарейки, а затем уже и саму плату, не забыв при этом отметить положение конденсатора.

      • Работая с фотоаппаратом и конденсатором в резиновых перчатках, вы тем самым обезопасите себя от возможного электрического удара.
      • Конденсаторы, как правило, имеют вид цилиндра с двумя контактами, прикрепленными к плате. Это одна из важнейших деталей будущего устройства ЭМИ.
      • После того как вы вытащите батарейку, щелкните пару раз фотоаппаратом, чтобы израсходовать накопленный заряд в конденсаторе. Из-за накопленного заряда вас в любой момент может ударить током.

   2. Обмотайте медную проволоку вокруг железного сердечника. Возьмите достаточное количество медной проволоки, чтобы равномерно идущие витки могли полностью покрыть железный сердечник. Также убедитесь, чтобы витки плотно прилегали друг к другу, иначе это негативно скажется на мощности ЭМИ.

      • Оставьте небольшое количество провода на краях обмотки. Они нужны, чтобы подсоединить к катушке остальную часть устройства.

   3. Нанесите изоляцию на радиоантенну. Радиоантенна послужит в качестве рукоятки, на которой будут закреплены катушка и плата от фотоаппарата. Оберните основание антенны изолентой, дабы уберечься от удара током.

      Закрепите плату на плотном куске картона. Картон послужит в качестве еще одного слоя изоляции, который убережет вас от неприятного электрического разряда. Возьмите плату и изолентой закрепите ее на картоне, но так, чтобы она не закрывала дорожки электропроводящей цепи.

      • Закрепите плату лицевой стороной вверх, чтобы конденсатор и его проводящие дорожки не контактировали с картоном.
      • На картонной подложке для печатной платы также должно хватить достаточно места для батарейного отсека.

   4. Закрепите электромагнитную катушку на конце радиоантенны. Поскольку для создания ЭМИ электрический ток должен пройти через катушку, неплохо бы добавить второй слой изоляции, поместив небольшой кусочек картона между катушкой и антенной. Возьмите изоленту и закрепите катушку на куске картона.

      Припаяйте источник питания. Найдите на плате разъемы для батарейки и соедините их с соответствующими контактами батарейного отсека. После этого можете закрепить все это дело изолентой на свободном участке картонки.

      Подсоедините катушку к конденсатору. Необходимо припаять края медной проволоки к электродам вашего конденсатора. Между конденсатором и электромагнитной катушкой также следует установить переключатель, который бы управлял потоком электроэнергии между этими двумя компонентами.

Содержание статьи

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, электромагнитные волны, возбуждаемые различными излучающими объектами, – заряженными частицами, атомами, молекулами, антеннами и пр. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны и низкочастотные электромагнитные колебания.

Может показаться удивительным, что внешне столь разные физические явления имеют общую основу. В самом деле, что общего между кусочком радиоактивного вещества, рентгеновской трубкой, ртутной газоразрядной лампой, лампочкой фонарика, теплой печкой, радиовещательной станцией и генератором переменного тока, подключенным к линии электропередачи? Как, впрочем, и между фотопленкой, глазом, термопарой, телевизионной антенной и радиоприемником. Тем не менее, первый список состоит из источников, а второй – из приемников электромагнитного излучения. Воздействия разных видов излучения на организм человека тоже различны: гамма- и рентгеновское излучения пронизывают его, вызывая повреждение тканей, видимый свет вызывает зрительное ощущение в глазу, инфракрасное излучение, падая на тело человека, нагревает его, а радиоволны и электромагнитные колебания низких частот человеческим организмом и вовсе не ощущаются. Несмотря на эти явные различия, все названные виды излучений – в сущности разные стороны одного явления.

Взаимодействие между источником и приемником формально состоит в том, что при всяком изменении в источнике, например при его включении, наблюдается некое изменение в приемнике. Это изменение происходит не сразу, а спустя некоторое время, и количественно согласуется с представлением о том, что нечто перемещается от источника к приемнику с очень большой скоростью. Сложная математическая теория и огромное число разнообразных экспериментальных данных показывают, что электромагнитное взаимодействие между источником и приемником, разделенными вакуумом или разреженным газом, может быть представлено в виде волн, распространяющихся от источника к приемнику со скоростью света с .

Скорость распространения в свободном пространстве одинакова для всех типов электромагнитных волн от гамма-лучей до волн низкочастотного диапазона. Но число колебаний в единицу времени (т.е. частота f ) меняется в очень широких пределах: от нескольких колебаний в секунду для электромагнитных волн низкочастотного диапазона до 10 20 колебаний в секунду в случае рентгеновского и гамма-излучений. Поскольку длина волны (т.е. расстояние между соседними горбами волны; рис. 1) дается выражением l = с /f , она тоже изменяется в широких пределах – от нескольких тысяч километров для низкочастотных колебаний до 10 –14 м для рентгеновского и гамма-излучений. Именно поэтому взаимодействие электромагнитных волн с веществом столь различно в разных частях их спектра. И все же все эти волны родственны между собой, как родственны водяная рябь, волны на поверхности пруда и штормовые океанские волны, тоже по-разному воздействующие на объекты, встречающиеся на их пути. Электромагнитные волны существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приемнику через вакуум или межзвездное пространство. Например, рентгеновские лучи, возникающие в вакуумной трубке, воздействуют на фотопленку, расположенную вдали от нее, тогда как звук колокольчика, находящегося под колпаком, услышать невозможно, если откачать воздух из-под колпака. Глаз воспринимает идущие от Солнца лучи видимого света, а расположенная на Земле антенна – радиосигналы удаленного на миллионы километров космического аппарата. Таким образом, никакой материальной среды, вроде воды или воздуха, для распространения электромагнитных волн не требуется.

Источники электромагнитного излучения.

Несмотря на физические различия, во всех источниках электромагнитного излучения, будь то радиоактивное вещество, лампа накаливания или телевизионный передатчик, это излучение возбуждается движущимися с ускорением электрическими зарядами. Различают два основных типа источников. В «микроскопических» источниках заряженные частицы скачками переходят с одного энергетического уровня на другой внутри атомов или молекул. Излучатели такого типа испускают гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное, а в некоторых случаях и еще более длинноволновое излучение (примером последнего может служить линия в спектре водорода, соответствующая длине волны 21 см, играющая важную роль в радиоастрономии). Источники второго типа можно назвать макроскопическими. В них свободные электроны проводников совершают синхронные периодические колебания. Электрическая система может иметь самые разнообразные конфигурации и размеры. Системы такого типа генерируют излучение в диапазоне от миллиметровых до самых длинных волн (в линиях электропередачи).

Гамма-лучи испускаются самопроизвольно при распаде ядер атомов радиоактивных веществ, например радия. При этом происходят сложные процессы изменения структуры ядра, связанные с движением зарядов. Генерируемая частота f определяется разностью энергий E 1 и E 2 двух состояний ядра: f = (E 1 – E 2)/h , где h – постоянная Планка.

Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке в вакууме поверхности металлического анода (антикатода) электронами, обладающими большими скоростями. Быстро замедляясь в материале анода, эти электроны испускают так называемое тормозное излучение, имеющее непрерывный спектр, а происходящая в результате электронной бомбардировки перестройка внутренней структуры атомов анода, в результате которой атомные электроны переходят в состояние с меньшей энергией, сопровождается испусканием так называемого характеристического излучения, частоты которого определяются материалом анода.

Такие же электронные переходы в атоме дают ультрафиолетовое и видимое световое излучение. Что же касается инфракрасного излучения, то оно обычно является результатом изменений, мало затрагивающих электронную структуру и связанных преимущественно с изменениями амплитуды колебаний и вращательного момента импульса молекулы.

В генераторах электрических колебаний имеется «колебательный контур» того или иного типа, в котором электроны совершают вынужденные колебания с частотой, зависящей от его конструкции и размеров. Наиболее высокие частоты, соответствующие миллиметровым и сантиметровым волнам, генерируются клистронами и магнетронами – электровакуумными приборами с металлическими объемными резонаторами, колебания в которых возбуждаются токами электронов. В генераторах более низких частот колебательный контур состоит из катушки индуктивности (индуктивность L ) и конденсатора (емкость C ) и возбуждается ламповой или транзисторной схемой. Собственная частота такого контура, которая при малом затухании близка к резонансной, дается выражением .

Переменные поля очень низких частот, используемые для передачи электрической энергии, создаются электромашинными генераторами тока, в которых роторы, несущие проволочные обмотки, вращаются между полюсами магнитов.

Теория Максвелла, эфир и электромагнитное взаимодействие.

Когда океанский лайнер в тихую погоду проходит на некотором расстоянии от рыбацкой лодки, то спустя какое-то время лодка начинает сильно раскачиваться на волнах. Причина этого всем понятна: от носа лайнера по поверхности воды бежит волна в виде последовательности горбов и впадин, которая и достигает рыбацкой лодки.

Когда при помощи специального генератора в установленной на искусственном спутнике Земли и направленной на Землю антенне возбуждаются колебания электрического заряда, в приемной антенне на Земле (также через некоторое время) возбуждается электрический ток. Как же передается взаимодействие от источника к приемнику, если между ними отсутствует материальная среда? И если сигнал, поступающий на приемник, можно представить в виде некоторой падающей волны, то что это за волна, которая способна распространяться в вакууме, и как могут возникать горбы и впадины там, где ничего нет?

Над этими вопросами в применении к видимому свету, распространяющемуся от Солнца к глазу наблюдателя, ученые задумывались уже давно. На протяжении большей части 19 в. такие физики, как О.Френель , И.Фраунгофер , Ф.Нейман, пытались найти ответ в том, что пространство на самом деле не пусто, а заполнено некой средой («светоносным эфиром»), наделенной свойствами упругого твердого тела. Хотя такая гипотеза и помогла объяснить некоторые явления в вакууме, она привела к непреодолимым трудностям в задаче о прохождении света через границу двух сред, например воздуха и стекла. Это побудило ирландского физика Дж.Мак-Куллага отбросить идею упругого эфира. В 1839 он предложил новую теорию, в которой постулировалось существование среды, по своим свойствам отличной от всех известных материалов. Такая среда не оказывает сопротивления сжатию и сдвигу, но сопротивляется вращению. Из-за этих странных свойств модель эфира Мак-Куллага вначале на вызвала особого интереса. Однако в 1847 Кельвин продемонстрировал наличие аналогии между электрическими явлениями и механической упругостью. Исходя из этого, а также из представлений М.Фарадея о силовых линиях электрического и магнитного полей, Дж.Максвелл предложил теорию электрических явлений, которая, по его словам, «отрицает действие на расстоянии и приписывает электрическое действие напряжениям и давлениям в некой всепроникающей среде, причем эти напряжения такие же, с какими имеют дело инженеры, а среда и есть именно та среда, в которой, как предполагают, распространяется свет». В 1864 Максвелл сформулировал систему уравнений, охватывающую все электромагнитные явления. Примечательно, что его теория во многом напоминала теорию, предложенную за четверть века до этого Мак-Куллагом. Уравнения Максвелла были столь всеохватывающими, что из них выводились законы Кулона , Ампера , электромагнитной индукции и следовал вывод о совпадении скорости распространения электромагнитных явлений со скоростью света.

После того как уравнениям Максвелла была придана более простая форма (заслуга в основном О.Хевисайда и Г.Герца), полевые уравнения стали ядром электромагнитной теории. Хотя эти уравнения сами по себе и не требовали максвелловской интерпретации на основе представлений о напряжениях и давлениях в эфире, такая интерпретация повсеместно была принята. Несомненный успех уравнений в предсказании и объяснении различных электромагнитных явлений был воспринят как подтверждение справедливости не только уравнений, но и механистической модели, на основе которой они были выведены и истолкованы, хотя эта модель была совершенно не существенна для математической теории. Фарадеевские силовые линии поля и трубки тока наряду с деформациями и смещениями стали существенными атрибутами эфира. Энергия рассматривалась как запасенная в напряженной среде, а ее поток Г.Пойнтинг в 1884 представил вектором, носящим теперь его имя. В 1887 Герц экспериментально продемонстрировал существование электромагнитных волн. В серии блестящих экспериментов он измерил скорость их распространения, а также показал, что они могут отражаться, преломляться и поляризоваться. В 1896 Г.Маркони получил патент на радиосвязь.

В континентальной Европе независимо от Максвелла развивалась теория дальнодействия – совершенно другой подход к проблеме электромагнитного взаимодействия. Максвелл писал по этому поводу: «Согласно теории электричества, которая делает большие успехи в Германии, две заряженные частицы непосредственно действуют друг на друга на расстоянии с силой, которая, по Веберу, зависит от их относительной скорости и действует, согласно теории, основанной на идеях Гаусса и развитой Риманом, Лоренцом и Нейманом, не мгновенно, а спустя некоторое время, зависящее от расстояния. По достоинству оценить мощь этой теории, которая столь выдающимся людям объясняет любой вид электрических явлений, можно, лишь изучив ее». Теорию, о которой говорил Максвелл, наиболее полно развил датский физик Л.Лоренц с помощью скалярного и векторного запаздывающих потенциалов, почти таких же, как и в современной теории. Максвелл отвергал идею запаздывающего действия на расстоянии, будь то потенциалы или силы. «Эти физические гипотезы совершенно чужды моим представлениям о природе вещей», – писал он. Тем не менее, теория Римана и Лоренца в математическом отношении была идентична его теории, и в конце концов он согласился, что в пользу теории дальнодействия свидетельствуют более убедительные доказательства. В своем Трактате об электричестве и магнетизме (Treatise on Electricity and Magnetism , 1873) он писал: «Не следует упускать из виду, что мы сделали всего лишь один шаг в теории действия среды. Мы высказали предположение, что она находится в состоянии напряжения, но совершенно не объяснили, что это за напряжение и как оно поддерживается».

В 1895 голландский физик Х.Лоренц объединил ранние ограниченные теории взаимодействия между неподвижными зарядами и токами, которые предвосхищали теорию запаздывающих потенциалов Л.Лоренца и были созданы в основном Вебером, с общей теорией Максвелла. Х.Лоренц рассматривал материю как содержащую электрические заряды, которые, различными способами взаимодействуя между собой, производят все известные электромагнитные явления. Вместо того чтобы принять концепцию запаздывающего действия на расстоянии, описываемого запаздывающими потенциалами Римана и Л.Лоренца, он исходил из предположения, что движение зарядов создает электромагнитное поле , способное распространяться сквозь эфир и переносить импульс и энергию от одной системы зарядов к другой. Но необходимо ли для распространения электромагнитного поля в виде электромагнитной волны существование такой среды, как эфир? Многочисленные эксперименты, призванные подтвердить существование эфира, в том числе и эксперимент по «увлечению эфира», дали отрицательный результат. Более того, гипотеза о существовании эфира оказалась в противоречии с теорией относительности и с положением о постоянстве скорости света. Вывод можно проиллюстрировать словами А.Эйнштейна: «Если эфиру не свойственно никакое конкретное состояние движения, то вряд ли имеет смысл вводить его как некую сущность особого рода наряду с пространством».

Излучение и распространение электромагнитных волн.

Движущиеся с ускорением электрические заряды и периодически изменяющиеся токи воздействуют друг на друга с некоторыми силами. Величина и направление этих сил зависят от таких факторов, как конфигурация и размеры области, содержащей заряды и токи, величина и относительное направление токов, электрические свойства данной среды и изменения в концентрации зарядов и распределении токов источника. Из-за сложности общей постановки задачи закон сил нельзя представить в виде одной формулы. Структура, именуемая электромагнитным полем, которую при желании можно рассматривать как чисто математический объект, определяется распределением токов и зарядов, создаваемым заданным источником с учетом граничных условий, определяемых формой области взаимодействия и свойствами материала. Когда речь идет о неограниченном пространстве, эти условия дополняются особым граничным условием – условием излучения . Последнее гарантирует «правильное» поведение поля на бесконечности.

Электромагнитное поле характеризуется вектором напряженности электрического поля E и вектором магнитной индукции B , каждый из которых в любой точке пространства имеет определенную величину и направление. На рис. 2 схематически изображена электромагнитная волна с векторами E и B , распространяющаяся в положительном направлении оси х . Электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны: они представляют собой компоненты единого электромагнитного поля, поскольку переходят друг в друга при преобразованиях Лоренца. Говорят, что векторное поле линейно (плоско) поляризовано, если направление вектора остается всюду фиксированным, а его длина периодически изменяется. Если вектор вращается, но длина его не меняется, то говорят, что поле имеет круговую поляризацию; если же длина вектора периодически изменяется, а сам он вращается, то поле называется эллиптически поляризованным.

Соотношение между электромагнитным полем и колеблющимися токами и зарядами, поддерживающими это поле, можно проиллюстрировать на относительно простом, но очень наглядном примере антенны типа полуволнового симметричного вибратора (рис. 3). Если тонкую проволоку, длина которой составляет половину длины волны излучения, разрезать посередине и к разрезу подключить высокочастотный генератор, то приложенное переменное напряжение будет поддерживать примерно синусоидальное распределение тока в вибраторе. В момент времени t = 0, когда амплитуда тока достигает максимального значения, а вектор скорости положительных зарядов направлен вверх (отрицательных – вниз), в любой точке антенны заряд, приходящийся на единицу ее длины, равен нулю. По прошествии первой четверти периода (t = T /4) положительные заряды будут сосредоточены на верхней половине антенны, а отрицательные – на нижней. При этом ток равен нулю (рис. 3,б ). В момент t = T /2 заряд, приходящийся на единицу длины, равен нулю, а вектор скорости положительных зарядов направлен вниз (рис. 3,в ). Затем к концу третьей четверти заряды перераспределяются (рис. 3,г ), а по ее завершении заканчивается полный период колебаний (t = T ) и все снова выглядит так, как на рис. 3,а .

Чтобы сигнал (например, меняющийся во времени ток, приводящий в действие громкоговоритель радиоприемника) можно было передать на расстояние, излучение передатчика нужно промодулировать путем, например, изменения амплитуды тока в передающей антенне в соответствии с сигналом, что повлечет за собой модуляцию амплитуды колебаний электромагнитного поля (рис. 4).

Передающая антенна является той частью передатчика, где электрические заряды и токи совершают колебания, излучая в окружающее пространство электромагнитное поле. Антенна может иметь самые разнообразные конфигурации, в зависимости от того, какую форму электромагнитного поля необходимо получить. Она может быть одиночным симметричным вибратором или же системой симметричных вибраторов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и обеспечивающих необходимое соотношение между амплитудами и фазами токов. Антенна может представлять собой симметричный вибратор, расположенный перед сравнительно большой плоской или изогнутой металлической поверхностью, играющей роль отражателя. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн особенно эффективна антенна в форме рупора, соединенного с металлической трубой-волноводом, который играет роль линии передачи. Токи в короткой антенне на входе волновода индуцируют переменные токи на его внутренней поверхности. Эти токи и связанное с ними электромагнитное поле распространяются по волноводу к рупору.

Меняя конструкцию антенны и ее геометрию, можно добиться такого соотношения амплитуд и фаз колебаний токов в различных ее частях, чтобы излучение усиливалось в одних направлениях и ослаблялось в других (антенны направленного действия).

На больших расстояниях от антенны любого типа электромагнитное поле имеет довольно простой вид: в любой данной точке векторы напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В колеблются в фазе во взаимно перпендикулярных плоскостях, убывая обратно пропорционально расстоянию от источника. При этом волновой фронт имеет форму увеличивающейся в размерах сферы, а вектор потока энергии (вектор Пойнтинга) направлен вовне по ее радиусам. Интеграл от вектора Пойнтинга по всей сфере дает полную, усредненную по времени, излучаемую энергию. При этом волны, распространяющиеся в радиальном направлении со скоростью света, переносят от источника не только колебания векторов E и B , но также импульс поля и его энергию.

Прием электромагнитных волн и явление рассеяния.

Если в зоне электромагнитного поля, распространяющегося от удаленного источника, поместить проводящий цилиндр, то индуцированные в нем токи будут пропорциональны напряженности электромагнитного поля и, кроме того, будут зависеть от ориентации цилиндра относительно фронта падающей волны и от направления вектора напряженности электрического поля. Если цилиндр имеет вид проволоки, диаметр которой мал по сравнению с длиной волны, то индуцированный ток будет максимальным, когда проволока параллельна вектору Е падающей волны. Если проволоку разрезать посередине и к образовавшимся выводам присоединить нагрузку, то к ней будет подводиться энергия, как это и имеет место в случае радиоприемника. Токи в этой проволоке ведут себя так же, как и переменные токи в передающей антенне, а потому она тоже излучает поле в окружающее пространство (т.е. происходит рассеяние падающей волны).

Отражение и преломление электромагнитных волн.

Передающую антенну обычно устанавливают высоко над поверхностью земли. Если антенна находится в сухой песчаной или скалистой местности, то грунт ведет себя как изолятор (диэлектрик), и токи, индуцируемые в нем антенной, связаны с внутриатомными колебаниями, поскольку здесь нет свободных носителей заряда, как в проводниках и ионизованных газах. Эти микроскопические колебания создают над поверхностью земли поле отраженной от земной поверхности электромагнитной волны и, кроме того, изменяют направление распространения волны, входящей в грунт. Эта волна движется с меньшей скоростью и под меньшим углом к нормали, чем падающая. Такое явление называется преломлением. Если же волна падает на участок поверхности земли, имеющий, наряду с диэлектрическими, также и проводящие свойства, то общая картина для преломленной волны выглядит намного сложнее. Как и прежде, волна меняет направление движения у границы раздела, но теперь поле в грунте распространяется таким образом, что поверхности равных фаз уже не совпадают с поверхностями равных амплитуд, как это обычно имеет место в случае плоской волны. Кроме того, быстро затухает амплитуда волновых колебаний, поскольку электроны проводимости при столкновениях отдают свою энергию атомам. В результате энергия волновых колебаний переходит в энергию хаотического теплового движения и рассеивается. Поэтому там, где грунт проводит электричество, волны не могут проникнуть в него на большую глубину. То же самое относится и к морской воде, чем затрудняется радиосвязь с подводными лодками.

В верхних слоях земной атмосферы располагается слой ионизованного газа, который называется ионосферой. Он состоит из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Под действием посылаемых с земли электромагнитных волн заряженные частицы ионосферы начинают колебаться и излучать собственное электромагнитное поле. Заряженные ионосферные частицы взаимодействуют с посланной волной примерно так же, как и частицы диэлектрика в рассмотренном выше случае. Однако электроны ионосферы не связаны с атомами, как в диэлектрике. Они реагируют на электрическое поле посланной волны не мгновенно, а с некоторым сдвигом по фазе. В результате волна в ионосфере распространяется не под меньшим, как в диэлектрике, а под бóльшим углом к нормали, чем посланная с земли падающая волна, причем фазовая скорость волны в ионосфере оказывается больше скорости света c . Когда волна падает под некоторым критическим углом, угол между преломленным лучом и нормалью становится близок к прямому, а при дальнейшем увеличении угла падения излучение отражается в сторону Земли. Очевидно, что в этом случае электроны ионосферы создают поле, которым компенсируется поле преломленной волны в вертикальном направлении, а ионосфера действует как зеркало.

Энергия и импульс излучения.

В современной физике выбор между теорией электромагнитного поля Максвелла и теорией запаздывающего дальнодействия делается в пользу теории Максвелла. До тех пор, пока нас интересует только взаимодействие источника и приемника, обе теории одинаково хороши. Однако теория дальнодействия не дает никакого ответа на вопрос, где находится энергия, которую уже излучил источник, но еще не принял приемник. Согласно теории Максвелла, источник передает энергию электромагнитной волне, в которой она и находится, пока не будет передана поглотившему волну приемнику. При этом на каждом этапе соблюдается закон сохранения энергии.

Таким образом, электромагнитные волны обладают энергией (а также импульсом), что заставляет считать их столь же реальными, как, например, атомы. Электроны и протоны, находящиеся на Солнце, передают энергию электромагнитному излучению, в основном в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра; примерно через 500 с, достигнув Земли, оно эту энергию отдает: повышается температура, в зеленых листьях растений происходит фотосинтез, и т.д. В 1901 П.Н.Лебедев экспериментально измерил давление света, подтвердив, что свет имеет не только энергию, но и импульс (причем соотношение между ними согласуется с теорией Максвелла).

Фотоны и квантовая теория.

На рубеже 19 и 20 вв., когда казалось, что исчерпывающая теория электромагнитного излучения, наконец, построена, природа преподнесла очередной сюрприз: оказалось, что помимо волновых свойств, описываемых теорией Максвелла, излучение проявляет также свойства частиц, причем тем сильнее, чем короче длина волны. Особенно ярко эти свойства проявляются в явлении фотоэффекта (выбивания электронов из поверхности металла под действием света), открытого в 1887 Г.Герцем. Оказалось, что энергия каждого выбитого электрона зависит от частоты n падающего света, но не от его интенсивности. Это свидетельствует о том, что энергия, связанная со световой волной, передается дискретными порциями – квантами. Если увеличивать интенсивность падающего света, то растет число выбитых в единицу времени электронов, но не энергия каждого из них. Иными словами, излучение передает энергию определенными минимальными порциями – как бы частицами света, которые были названы фотонами. Фотон не имеет ни массы покоя, ни заряда, но обладает спином, а также импульсом, равным hn /c , и энергией, равной hn ; он перемещается в свободном пространстве с постоянной скоростью c .

Каким же образом электромагнитное излучение может иметь все свойства волн, проявляющиеся в интерференции и дифракции, но вести себя как поток частиц в случае фотоэффекта? В настоящее время наиболее удовлетворительное объяснение этой двойственности можно найти в сложном формализме квантовой электродинамики. Но и эта изощренная теория имеет свои трудности, а ее математическая непротиворечивость вызывает сомнения. ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ; ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ; КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА; ВЕКТОР.

К счастью, в макроскопических задачах излучения и приема миллиметровых и более длинных электромагнитных волн квантовомеханические эффекты обычно не имеют существенного значения. Число фотонов, излучаемых, например, симметричной вибраторной антенной, столь велико, а энергия, переносимая каждым из них, столь мала, что можно забыть о дискретных квантах и считать, что испускание излучения – непрерывный процесс.