În natură, câmpul electric și câmpul magnetic sunt cunoscute ca două componente ale câmpului electromagnetic. Ambele componente există în natură atât în stare naturală, cât și ca urmare a activității umane. Diferența dintre ele este că majoritatea câmpurilor naturale sunt constante, adică nu schimbă polaritatea. Spre deosebire de acest domeniu de origine artificială, variabilele, deoarece sunt generate de curent alternativ.
În practica internațională, intensitatea câmpului electric este notată cu simbolul E și este măsurată în volți pe metru (V / m). Câmpul magnetic H se măsoară în amperi pe metru (A / m) sau în termeni de inducție magnetică B în tesla (T) sau gauss (G).
Conceptul de magnetosferă.
O influență uriașă asupra naturii și a omului este exercitată de magnetosferă - cochilia exterioară și cea mai exterioară a Pământului. Aceasta este o regiune a spațiului apropiat de Pământ, ale cărei proprietăți fizice sunt determinate de câmpul magnetic al Pământului și de interacțiunea sa cu fluxurile particulelor încărcate.
Structura magnetosferei pământului este prezentată în Fig. 1.
Fig. 1. Structura magnetosferei Pământului
Pământul este constant într-un flux de radiații corpusculare soarelui, așa-numitul vânt solar, care este generat datorită expansiunii continue (expirație) din coroana solară și plasmă este format din particule încărcate (protoni, ioni, nuclee si heliu, precum și ioni grei pozitivi și electroni). plasma solară poartă un câmp magnetic a cărui intensitate este în medie 4,8h10 -3 A / m (6x10 -5 Oe).
Într-un flux de plasmă solară coliziune cu un obstacol - câmpul magnetic al Pământului - se formează se extinde unda de șoc în amonte (Fig 1.) cui față de soare laterală medie este localizată în regiunea 13-14 razele pământ de la centrul său (83-89 mii km.) . In timpul frontul de șoc urmează grosimea regiunii de tranziție -20000 km, unde câmpul magnetic al plasmei solare devine dezordonat, iar mișcarea particulelor sale. - Chaotic. Regiunea de tranziție imediat adiacentă magnetosferei Pământului a cărui limită - magnetopause - are loc în cazul în care presiunea dinamică a presiunii vântului solar echilibrat câmpul magnetic al Pământului. Acesta este situat de soare la o distanță de 12 raze pământ (7-80. Km) de centrul Pământului, grosimea este de -100 km. Forța magnetică a câmpului magnetic la magnetopauză este
8x10 -2 A / m (10 -3 Oe), ceea ce este semnificativ mai mare decât intensitatea câmpului plasmei solare la nivelul orbitei Pământului.
Curenții de particule ale fluxului de plasmă solare în jurul magnetosferei și distorsionează brusc structura câmpului său magnetic la distanțe considerabile de Pământ.
Aproximativ până la o distanță de trei raze terestre (-20.000 km) de centrul Pamântului, câmpul magnetic este încă destul de aproape de câmpul magnetic dipol (intensitatea câmpului scade cu altitudinea
1 / R3). Regularitatea câmpului este distrusă doar de anomalii magnetice (efectul anomaliilor afectează înălțimile
0,5 R deasupra suprafeței Pământului).
La distanțe mai mari de
20 mii km, câmpul magnetic slăbește mai încet decât câmpul unui dipol și liniile sale de forță din partea solară sunt presate oarecum pe Pământ. Liniile câmpului geomagnetic care ies din regiunile polare ale Pământului sunt deflectate de vântul solar pe partea de noapte a Pământului. Acolo formează o coadă sau o traseu, magnetosfere cu o lungime mai mare de 5 milioane km.
Perturbări ale câmpului magnetic al Pământului.
Câmpul magnetic al Pământului este supus unor schimbări seculare, care, aparent, sunt legate de cauzele care stau în intestinul Pământului. Cu toate acestea, există schimbări în câmpul magnetic care sunt periodice în natură. Aceste schimbări se datorează cauzelor externe și sunt legate de activitatea soarelui.
Toate oscilațiile geomagnetice sunt împărțite condiționat în două clase: regulate și neregulate.
Oscilațiile regulate sunt caracterizate de stabilitate și au primit denumirea P C. Această clasă de oscilații, la rândul lor, este împărțită în cinci subclase.
Fluctuațiile neregulate ale lui P I sunt împărțite în două subclase. Ceasul în timpul zilei este caracterizat de un tip stabil de oscilații P C pentru noaptea - tip neregulat P I
Se crede că fluctuațiile neregulate sunt asociate cu secetele solare, lunare și stelare. Astfel, schimbarea lină în câmpul magnetic în intervalul de câteva zeci de gammas (gamma = 1 10 -5 Gs = 1 nT) explica efectul dinam care apar în timpul mișcării substanțelor ionizate în funcție de liniile de câmp. Acest tip de mișcare poate fi atât de maree (cauzate de forța gravitației și Luna Pământului) și datorită circulației atmosferice, care are loc la atmosfera de încălzire solară.
Un tip interesant de oscilații regulate scurte sunt oscilații ale „perla“, ceea ce explică interacțiunea dintre particule incarcate emise de soare, cu câmpul electromagnetic în plasmă. Perioada de repetare a oscilațiilor tipului "perla" este de 1-4 minute. Amplitudinea oscilațiilor este de 10-100 gamă.
"Perle" cu o perioadă de oscilație 1> 2-3 secunde apar cel mai adesea în zone mici, în timp ce cu o perioadă de oscilație de 1 <2 с - глобально.
Fluctuațiile neobișnuite includ explozii de oscilații pe timp de noapte, numite "trenuri" (modul P I). Perioada acestor oscilații poate varia în intervalul de la 1 la 150 s.
În spațiul apropiat și pe suprafața oscilațiilor câmpului geomagnetic pământ apar într-o gamă largă de frecvență (10 -5-10 2 Hz) și amplitudine (10 -3 -10 -7 Oe). În liniște în joase și latitudini medii, diurn variații diurne solare și luna magnetice periodice 30-70 scale cu amplitudini și 1-5 solzi, respectiv.
perturbațiilor magnetice care acoperă întregul pământ și se întind de la una până la câteva zile sunt numite furtuni magnetice în întreaga lume, în care amplitudinea componentelor individuale poate depăși 1000 gammas.
Furtunile magnetice, de regulă, se desfășoară în trei faze. În prima fază, care durează câteva ore, componenta orizontală a campului H crește la câteva zeci și chiar sute de gamă. După aproximativ o oră, componenta orizontală începe să scadă la o tensiune de 100 de grame sub normal. Aceasta este a doua fază, care durează aproximativ 12 ore.
Următoarea fază finală, în care tensiunea atinge norma, durează câteva zile. Aceasta, mai presus de toate, se referă la furtunile magnetice observate în apropierea aurorilor.
În intensitate, furtunile magnetice sunt împărțite condiționat în foarte mari (mai mult de 200-500 gammas), mari (100-200 gammas) și mici (50 gammas).
Furtunile magnetice slabe au o periodicitate de 27 de zile. Aceasta oferă motive să creadă că există regiuni magnetoactive în regiunea Soarelui (regiuni M); perioada apariției lor este egală cu timpul de revoluție al Soarelui în jurul axei sale (27 zile terestre).
O furtună magnetică - o manifestare magnetosfera perturbări puternice care apar la schimbarea parametrilor vântului solar, în special viteza particulelor sale, precum și componenta normală a câmpului magnetic în raport cu elipsa interplanetar.
Natura schimbării intensității câmpului magnetic al Pământului în perioada declanșării furtunilor magnetice
Fig. 2. Natura schimbării intensității câmpului magnetic al Pământului în perioada declanșării furtunilor magnetice
Natura schimbării intensității câmpului magnetic al Pământului în perioada declanșării furtunilor magnetice este prezentată în Fig. 2.
Influența câmpurilor geomagnetice asupra mediului.
Oamenii de știință din multe țări au demonstrat că câmpurile geomagnetice afectează mediul și sănătatea umană.
În primul rând. în furtuni magnetice observate invazie directă în particulele de magnetosfera de vânt solar, este încălzită și ionizare crescută a atmosferei superioare, accelerația particulelor încărcate, o creștere a apariției aurora luminozitate zgomotului electromagnetic, perturbarea undelor scurte de radio, etc.
Variațiile geomagnetice servesc drept sursă de informație despre straturile superioare ale atmosferei. Distorsiunile magnetice, asociate, de exemplu, cu o furtună magnetică, apar cu câteva ore mai devreme decât sub influența lor, există schimbări în ionosfera care încalcă comunicațiile radio.
Acest lucru vă permite să faceți previziuni magnetice necesare pentru a asigura comunicațiile radio neîntrerupte (prognoza meteo).
Perturbațiile puternice ale magnetosferei sunt însoțite de apariția în atmosfera superioară a Pământului a aurorilor, tulburări ionosferice, radiații X și radiații de joasă frecvență. Prin urmare, datele geomagnetice servesc, de asemenea, pentru a prezice situația radiațiilor în spațiul apropiat de Pământ în timpul zborurilor spațiale.
În al doilea rând. Câmpul geomagnetic (GMF) afectează organismele vii, lumea plantelor și omul.
Sa stabilit în mod fiabil că factorul de risc pentru persoanele expuse la boli cardiovasculare prezintă variații asociate cu modificările activității solare.
Potrivit statisticilor cunoscute, factorul de risc este minim în anii activității solare minime și atinge un maxim în timpul perioadelor de creștere și cădere a activității solare.
Cele mai puternice furtuni magnetice și tulburări magnetosferice apar în perioada de creștere și declin a activității solare.
Studiile efectuate de oamenii de știință ruși au arătat că în timpul unei furtuni magnetice la persoanele care suferă, de exemplu, hipertensiunea arterială, probabilitatea unei crize este ridicată. În timpul acestor perioade de risc crescut de infarct miocardic (IM), iar boala este mult mai greu decât cel al pacienților a căror MI a dezvoltat într-un condiții geofizice relativ liniștite. În mare măsură, furtunile magnetice contribuie la dezvoltarea tulburărilor de circulație cerebrală, în greutate consecințele bolii. Mortalitatea din cauza bolilor cardiovasculare, in primele 24 de ore de la debutul picuri furtuni magnetice, datorită unui fel de reactie la stres a corpului pacientului pe modificarea mediului magnetic legate de modificările activității solare.
Câmpul geomagnetic este un factor important în astfel de proprietăți fundamentale ale dezvoltării evolutive a tuturor organismelor vii, fără excepție, ereditatea și variație, responsabil de nivelul și cursul de mutageneză în natură. În consecință, GMF este factorul determinant în manifestarea proprietăților fundamentale ale organismelor vii, iar moleculele de apă joacă un rol esențial în acest sens.
În același timp, trebuie remarcat faptul că mecanismul foarte profund al unei legături atât de largi și universale între organismele vii și GMF nu este încă cunoscut.
Rolul câmpurilor biomagnetice. Referindu-se la legătura dintre GMF și homeostazia obiectelor biologice, ar trebui să luăm în considerare câmpul magnetic propriu al unui organism viu, deși puțin se știe despre el. Se pare că ea constă într-o interacțiune complexă a câmpurilor magnetice intrinseci la toate nivelurile organizării materiei vii, începând cu subatomul.
Magnitudinea câmpului magnetic permanent al inimii este de la 1x10 -7 la1x10 -8 gauss, iar capul - de aproximativ 10-9 gauss. Se crede că aceste câmpuri magnetice sunt derivate din curenții electrici ionici din creier și, în consecință, din grupurile musculare ale inimii.
Semnalul câmpului magnetic al inimii și al capului uman este identificat ca un vector B adevărat produs de curenții ionici din părțile corespunzătoare ale corpului.
Pentru capul uman, acest curent determinant este ritmul alfa, care se caracterizează prin oscilații electrice în intervalul de la 8 la 12 Hz.
Sa stabilit influența asupra organismelor vii ale câmpurilor magnetice cu o gamă largă de frecvențe de la 7-12 Hz la 0,029-0,031 Hz.
Primul interval corespunde frecvenței activității electrice a alfa-ritmului, iar al doilea - oscilațiilor ultra-lente ale potențialelor creierului. Conectarea organismelor vii cu câmpurile electrice și magnetice naturale locale și globale este supusă studiului de către o nouă disciplină - ecologia electromagnetică.
Câmpurile magnetice și electrice artificiale și influența lor asupra naturii și a omului.
Câmpurile magnetice și electromagnetice, adică radiațiile electromagnetice, sunt peste tot. Cu toate acestea, tensiunea lor este diversă și depinde de sursa radiației. Câmpurile magnetice permanente sunt create prin intermediul unor magneți permanenți și al unor electromagneți alimentați din surse de curent continuu.
Câmpurile magnetice variabile sunt create de generatoare speciale și alte dispozitive electrice și electronice.
De exemplu, câmpurile cu frecvență joasă de 50-60 Hz sunt generate de rețelele de curent alternativ și de consumatori. În unele țări, sursele de radiație electromagnetică de joasă frecvență sunt rețelele de energie ale căilor ferate cu o frecvență de 16 și 2/3 Hz.
Pe lângă câmpurile variabile create de rețelele electrice, dispozitivele electrice generează alte frecvențe în funcție de funcțiile lor. Sursele de radiație electromagnetică este o comunicare și de radiodifuziune (TV, sisteme mobile de radio, telecomunicații, radio, serviciile de pompieri sistem de comunicare și poliția, comunicațiile militare, emițătoare radio amatori, sisteme de comunicații prin satelit, radare de apărare aeriană, etc.). Sursele unui câmp magnetic puternic sunt echipamentele industriale și științifice utilizate, de exemplu, în topirea aluminiului secundar, prelucrarea metalelor electrochimice și electroerozive; cuptor cu microunde și topire cuptoare, sisteme electrice, acceleratori de particule, sudori și altele. Sursele de câmpuri magnetice puternice în medicină este echipamentul utilizat în încălzirea plasmei, tomografia și Diatermie gipetermii în electrosurgery etc.
Efectul câmpului magnetic asupra organismelor vii.
Câmpurile magnetice exercită o influență globală asupra organismelor oceanice. Mecanismul acestei influențe este foarte divers și depinde de mulți factori care pot fi folosiți în diverse scopuri practice.
Câmpurile magnetice sunt un fel de materie fizică care realizează comunicarea și interacțiunea dintre particulele încărcate electric.
Este cunoscut faptul că țesuturile corpului diamagnetic, adică sub influența câmpului magnetic nu este magnetizat, totuși multe dintre elementele constitutive ale țesuturilor proprietăților magnetice (de exemplu, apa, sanguini) într-un câmp magnetic pot fi raportate.
Esența fizică a câmpului magnetic asupra corpului uman este că aceasta afectează corpul în mișcare din particule încărcate electric, acționând astfel asupra proceselor biochimice fizico-chimice și. Baza efectului biologic al MP este considerată orientarea EMF în fluxul sanguin și limfatic.
Conform legii inducerii magnetice în aceste medii, ca și în conductorii care se mișcă bine, apar curenți slabi care schimbă fluxul proceselor metabolice. În plus, se presupune că câmpurile magnetice afectează structurile cu cristale lichide ale apei, proteine, polipeptide și alți compuși.
Câmpurile magnetice de energie cuantică afectează relațiile electrice și magnetice structuri celulare și intracelulare, schimbarea proceselor metabolice în permeabilitatea celulară și membranei celulare.
Efectul termic cauzat de absorbția radiației HF.
Adâncimea de penetrare a radiației HF în corpul uman depinde de factori precum dimensiunea corpului și compoziția apei din corpul uman. Frecvența de la 50 la 500 MHz este deosebit de critică. Pe măsură ce crește frecvența, adâncimea penetrării scade. Acest efect este bine cunoscut și utilizat pe scară largă în medicină.
În prezența radiației necontrolate, pericolul constă în faptul că mecanismele de control al temperaturii nu răspund la efectele de încălzire asociate. Senzorii de temperatură sunt localizați în piele unde conținutul de apă este mai mic. Acești senzori nu sunt capabili să detecteze căldură în organism și, prin urmare, glandele sudoripare (glandele) nu sunt incluse în lucrare. În consecință, temperatura corporală crește la nivel local sau global. Acest pericol este recunoscut de toată lumea și, prin urmare, sunt impuse restricții.
Efectele nontermale ale radiațiilor de înaltă frecvență.
Cu radiații HF modulate, efectele non-termice apar la nivel celular. Aceasta duce la o slăbire a sistemului imunitar, o încălcare a echilibrului hormonilor și are chiar un efect psihologic. De exemplu, efectul biologic al câmpurilor electromagnetice alternante în domeniul de la 0,2-100 kHz a fost evidențiat prin schimbarea permeabilității celulare a membranelor biologice.
Impactul radiației electromagnetice asupra obiectelor vitale.
În ultimii ani a devenit cunoscut, termenul „terorism electromagnetic“, care a apărut datorită faptului că, în lume, inclusiv în Rusia, au existat „experți“, crearea și utilizarea dispozitivelor generatoare de radiații electromagnetice într-o gamă largă de frecvență și capacitate, și anume creând o piedică organizată. O astfel de radiație electromagnetică organizată are un efect puternic "parazitar" asupra echipamentelor de navigație ale aeroporturilor; mijloace de comunicare specială a poliției, ambulanță, servicii de pompieri; sisteme informatice importante, etc.
În acest sens, este necesar să se creeze și să se implementeze echipamente deosebit de sensibile pentru detectarea surselor de radiații magnetice și electromagnetice în scopul localizării activităților acestora. Spre deosebire de smog, pe care îl vedem și simțim, o persoană nu poate simți în mod direct câmpurile electromagnetice. Prin urmare, este necesar echiparea populației cu echipamente și dispozitive portabile adecvate, inclusiv utilizarea individuală.