Главная Крыши Применение микроволнового излучения. Вред микроволновки: СВЧ излучения

Применение микроволнового излучения. Вред микроволновки: СВЧ излучения

Среди огромного разнообразия электромагнитных волн, существующих в природе, весьма скромное место занимает микроволновое или сверхвысокочастотное излучение (СВЧ). Отыскать этот частотный диапазон можно между радиоволнами и инфракрасной частью спектра. Протяжённость его не особенно велика. Это волны длиной от 30 см до 1 мм.

Поговорим о его происхождении, свойствах и роли в сфере обитания человека, о том, как влияет этот «молчаливый невидимка» на человеческий организм.

Источники СВЧ-излучения

Существуют природные источники микроволнового излучения - Солнце и другие космические объекты. На фоне их излучения и происходило формирование и развитие человеческой цивилизации.

Но в наш, насыщенный всевозможными техническими достижениями век, к естественному фону присовокупились ещё и рукотворные источники:

радиолокационные и радионавигационные установки;
системы спутникового телевидения;
сотовые телефоны и микроволновые печи.

Как микроволновое излучение влияет на здоровье человека

Результаты исследования влияния микроволнового излучения на человека позволили установить, что СВЧ лучи не обладают ионизирующим действием. Ионизированные молекулы - это дефектные частички вещества, приводящие к мутации хромосом. В результате живые клетки могут приобрести новые (дефектные) признаки. Этот вывод не означает, что микроволновое излучение не оказывает вред на человека.

Изучение влияния СВЧ-лучей на человека, позволило установить следующую картину - при их попадании на облучаемую поверхность, происходит частичное поглощение поступающей энергии тканями человека. В результате в них возбуждаются высокочастотные токи, нагревающие организм.

Как реакция механизма терморегуляции, следует усиление циркуляции крови. Если облучение было локальным, возможен быстрый отвод тепла от разогретых участков. При общем облучении такой возможности нет, поэтому оно является более опасным.

Поскольку циркуляция крови выполняет роль охлаждающего фактора, то в органах, обеднённых кровеносными сосудами, тепловой эффект выражен наиболее ярко. В первую очередь - в хрусталике глаза, вызывая его помутнение и разрушение. К сожалению, эти изменения необратимы.

Наиболее значительной поглощательной способностью отличаются ткани с большим содержанием жидкого компонента: крови, лимфы, слизистой желудка, кишечника, хрусталика глаза.

В результате могут наблюдаться:

изменения в крови и щитовидной железе;
снижение эффективности адаптационных и обменных процессов;
изменения в психической сфере, которые могут привести к депрессивным состояниям, а у людей с неустойчивой психикой - спровоцировать склонность к суициду.

Микроволновое излучение обладает кумулятивным эффектом. Если в первое время его воздействие проходит бессимптомно, то постепенно начинают формироваться патологические состояния. Вначале они проявляются в учащении головных болей, быстрой утомляемости, нарушениях сна, повышении артериального давления, сердечных болях.

При длительном и регулярном воздействии СВЧ излучение приводит к глубинным изменениям, перечисленным ранее. То есть, можно утверждать, что СВЧ излучение оказывает негативное влияние на здоровье человека. Причём отмечена возрастная чувствительность к микроволнам - молодые организмы оказались более подверженными влиянию СВЧ ЭМП (электромагнитного поля).

Средства защиты от СВЧ-излучения

Характер воздействия СВЧ излучения на человека зависит от следующих факторов:

удалённости от источника излучения и его интенсивности;
продолжительности облучения;
длины волны;
вида излучения (непрерывное или импульсное);
внешних условий;
состояния организма.

Для количественной оценки опасности введено понятие плотности излучения и допустимой нормы облучения. В нашей стране этот стандарт взят с десятикратным «запасом прочности» и равен 10 микроватт на сантиметр (10 мкВт/см). Это означает, что мощность потока СВЧ энергии, на рабочем месте человека не должна превышать 10 мкВт на каждый сантиметр поверхности.

Как же быть? Сам собой напрашивается вывод, что следует всячески избегать воздействия микроволновых лучей. Уменьшить воздействие СВЧ-излучения в сфере быта достаточно просто: следует ограничить время контакта с бытовыми его источниками.

Совершенно иной механизм защиты должен быть у людей, чья профессиональная деятельность связана с воздействием СВЧ радиоволн. Средства защиты от СВЧ-излучения подразделяются на общие и индивидуальные.

Поток излучаемой энергии убывает обратно пропорционально увеличению квадрата расстояния между излучателем и облучаемой поверхностью. Поэтому важнейшей коллективной защитной мерой является увеличение расстояния до источника излучения.

Другими действенными мерами по защите от СВЧ-излучения являются следующие:

Большая часть из них базируется на основных свойствах микроволнового излучения - отражении и поглощении веществом облучаемой поверхности. Поэтому защитные экраны подразделяются на отражающие и поглощающие.

Отражательные экраны выполняются из листового металла, металлической сетки и металлизированной ткани. Арсенал защитных экранов достаточно разнообразен. Это листовые экраны из однородного металла и многослойные пакеты, включающие слои изоляционных и поглощающих материалов (шунгита, углеродистых соединение) и т. д.

Конечным звеном в этой цепи являются средства индивидуальной защиты от СВЧ-излучения. Они включают спецодежду, выполненную из металлизированной ткани (халаты и фартуки, перчатки, накидки с капюшонами и вмонтированными в них очками). Очки покрыты тончайшим слоем металла, отражающего излучение. Их ношение обязательно при облучении в 1 мкВт/см.

Ношение спецодежды снижает уровень облучения в 100–1000 раз.

Польза микроволнового излучения

Вся предыдущая информация c негативной направленностью, имеет своей целью упредить нашего читателя от, исходящей от СВЧ-излучения, опасности. Однако среди специфических действий микроволновых лучей встречается термин стимуляция, то есть улучшение под их влиянием общего состояния организма или чувствительности его органов. То есть воздействие СВЧ-излучения на человека может быть и полезным. Терапевтическое свойство микроволнового излучения основано на его биологическом действии при физиотерапии.

Излучения, исходящие от специализированного медицинского генератора, проникает в организм человека на заданную глубину, вызывая прогревание тканей и целую систему полезных реакций. Сеансы СВЧ-процедур оказывают болеутоляющее и противозудное действие.

Их с успехом используют для лечения фронтита и гайморита, невралгии тройничного нерва.

Для воздействия на эндокринные органы, органы дыхания, почки, и лечения гинекологических заболеваний используют микроволновое излучение с большей проникающей способностью.

Исследование влияния СВЧ-излучения на организм человека начались несколько десятилетий назад. Накопленных знаний достаточно, чтобы быть уверенными в безвредности естественного фона этих излучений для человека.

Разнообразные генераторы этих частот, создают дополнительную дозу воздействия. Однако, их доля очень мала, а, используемая защита достаточно надёжна. Поэтому фобии об их огромном вреде не более чем миф, если соблюдаются все условия эксплуатации и защиты от промышленных и бытовых источников микроволновых излучателей.

Свойства сверхвысокочастотных волн

В современной жизни сверхвысокочастотные волны используются весьма активно. Взгляните на ваш сотовый телефон – он работает в диапазоне сверхвысокочастотного излучения.

Все технологии, такие как Wi-Fi, беспроводной Wi-Max, 3G, 4G, LTE (Long Term Evolution), радиоинтерфейс малого радиуса действия Bluetooth , системы радиолокации и радионавигации используют сверхвысокочастотные (СВЧ) волны.

СВЧ нашли применение в промышленности и медицине. По-другому СВЧ волны ещё называют микроволнами. Работа бытовой микроволновой печи также основана на применении СВЧ излучения.

Микроволны – это те же самые радиоволны, но длина волны у таких волн составляет от десятков сантиметров до миллиметра. Микроволны занимают промежуточное место между ультракороткими волнами и излучением инфракрасного диапазона. Такое промежуточное положение оказывает влияние и на свойства микроволн. Микроволновое излучение обладает свойствами, как радиоволн, так и световых волн. Например, СВЧ излучению присущи качества видимого света и инфракрасного электромагнитного излучения.

Станция мобильной сети стандарта LTE

Микроволны, длина волны которых составляет сантиметры, при высоких уровнях излучения способны оказывать биологическое воздействие. Кроме этого сантиметровые волны хуже проходят через здания, чем дециметровые.

СВЧ излучение можно концентрировать в узконаправленный луч. Это свойство напрямую сказывается на конструкции приёмных и передающих антенн, работающих в диапазоне СВЧ. Никого не удивит вогнутая параболическая антенна спутникового телевидения, принимающая высокочастотный сигнал, словно вогнутое зеркало, собирающее световые лучи.

Микроволны подобно свету распространяются по прямой и перекрываются твёрдыми объектами, наподобие того, как свет не проходит сквозь непрозрачные тела. Так, если в квартире развернуть локальную Wi-Fi сеть, то в направлении, где радиоволна встретит на своём пути препятствия, вроде перегородок или перекрытий, сигнал сети будет меньше, чем в направлении более свободном от преград.

Излучение от базовых станций сотовой связи GSM довольно сильно ослабляют сосновые леса, так как размеры и длина иголок приблизительно равны половине длины волны, и иголки служат своеобразными приёмными антеннами, тем самым ослабляя электромагнитное поле. Также на ослабление сигнала станций влияют и густые тропические леса. С ростом частоты увеличивается затухание СВЧ–излучения при перекрытии его естественными препятствиями.

Аппаратуру сотовой связи можно обнаружить даже на столбах электроснабжения

Распространение микроволн в свободном пространстве, например, вдоль поверхности земли ограничено горизонтом, в противоположность длинным волнам, которые могут огибать земной шар за счёт отражения в слоях ионосферы.

Данное свойство СВЧ излучения используется в сотовой связи. Область обслуживания делиться на соты, в которых действует базовая станция, работающая на своей частоте. Соседняя базовая станция работает уже на другой частоте, чтобы рядом расположенные станции не создавали помех друг другу. Далее происходит так называемое повторное использование радиочастот .

Поскольку излучение станции перекрывается горизонтом, то на некотором удалении можно установить станцию, работающую на той же частоте. В результате мешать такие станции друг другу не будут. Получается, что экономиться полоса радиочастот, используемая сетью связи.

Антенны базовых станций GSM

Радиочастотный спектр является природным, ограниченным ресурсом, наподобие нефти или газа. Распределением частот в России занимается государственная комиссия по радиочастотам – ГКРЧ. Чтобы получить разрешение на развёртывание сетей беспроводного доступа порой ведутся настоящие "корпоративные войны" между операторами мобильных сетей связи.

Почему микроволновое излучение используется в системах радиосвязи, если оно не обладает такой дальностью распространения, как, например, длинные волны?

Причина в том, что чем выше частота излучения, тем больше информации можно передавать с его помощью. К примеру, многие знают, что оптоволоконный кабель обладает чрезвычайно высокой скоростью передачи информации исчисляемой терабитами в секунду.

Все высокоскоростные телекоммуникационные магистрали используют оптоволокно. В качестве переносчика информации здесь служит свет, частота электромагнитной волны которого несоизмеримо выше, чем у микроволн. Микроволны в свою очередь имеют свойства радиоволн и беспрепятственно распространяются в пространстве. Световой и лазерные лучи сильно рассеиваются в атмосфере и поэтому не могут быть использованы в мобильных системах связи.

У многих дома на кухне есть СВЧ–печь (микроволновка), с помощью которой разогревают пищу. Работа данного устройства основана на поляризационных эффектах микроволнового излучения. Следует отметить, что разогрев объектов, с помощью СВЧ–волн происходит в большей степени изнутри, в отличие от инфракрасного излучения, которое разогревает объект снаружи внутрь. Поэтому нужно понимать, что разогрев в обычной и СВЧ–печи происходит по-разному. Также микроволновое излучение, например, на частоте 2,45 ГГц способно проникать внутрь тела на несколько сантиметров, а производимый нагрев ощущается при плотности мощности в 20 – 50 мВт/см 2 при действии излучения в течение нескольких секунд. Понятно, что мощное СВЧ–излучение может вызывать внутренние ожоги, так как разогрев происходит изнутри.

На частоте работы микроволновки, равной 2,45 Гигагерцам, обычная вода способна максимально поглощать энергию сверхвысокочастотных волн и преобразовывать её в тепло, что, собственно, и происходит в микроволновке.

В то время пока идут неутихающие споры о вреде СВЧ-излучения военные уже имеют возможность проверить на деле так называемую "лучевую пушку". Так в Соединённых штатах разработана установка, которая "стреляет" узконаправленным СВЧ-лучём.

Установка на вид представляет собой что-то вроде параболической антенны, только невогнутой, а плоской. Диаметр антенны довольно большой – это и понятно, ведь необходимо сконцентрировать СВЧ-излучение в узконаправленный луч на большое расстояние. СВЧ-пушка работает на частоте 95 Гигагерц, а её эффективная дальность "стрельбы" составляет около 1 километра. По заявлениям создателей – это не предел. Вся установка базируется на армейском хаммере.

По словам разработчиков, данное устройство не представляет смертельной угрозы и будет применяться для разгона демонстраций. Мощность излучения такова, что при попадании человека в фокус луча, у него возникает сильное жжение кожи. По словам тех, кто попадал под такой луч, кожа будто бы разогревается очень горячим воздухом. При этом возникает естественное желание укрыться, сбежать от такого эффекта.

Действие данного устройства основано на том, что микроволновое излучение частотой 95 ГГц проникает на пол миллиметра в слой кожи и вызывает локальный нагрев за доли секунды. Этого достаточно, чтобы человек, оказавшийся под прицелом, ощутил боль и жжение поверхности кожи. Аналогичный принцип используется и для разогрева пищи в микроволновой печи, только в микроволновке СВЧ-излучение поглощается разогреваемой пищей и практически не выходит за пределы камеры.

На данный момент биологическое воздействие микроволнового излучения до конца не изучено. Поэтому, чтобы не говорили создатели о том, что СВЧ-пушка не вредна для здоровья, она может причинить вред органам и тканям человеческого тела.

Стоит отметить, что СВЧ-излучение наиболее вредно для органов с медленной циркуляцией тепла – это ткани головного мозга и глаз. Ткани мозга не имеют болевых рецепторов, и почувствовать явное воздействие излучения не удастся. Также с трудом вериться, что на разработку "отпугивателя демонстрантов" будут отпускаться немалые деньги – 120 миллионов долларов. Естественно, это военная разработка. Кроме этого нет особых преград, чтобы увеличить мощность высокочастотного излучения пушки до такого уровня, когда его уже можно использовать в качестве поражающего оружия. Также при желании её можно сделать и более компактной.

В планах военных создать летающую версию СВЧ-пушки. Наверняка её установят на какой-нибудь беспилотник и будут управлять им удалённо.

Вред микроволнового излучения

В документах на любой электронный прибор, который способен излучать СВЧ-волны упоминается так называемый SAR. SAR – это удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Простым языком – это мощность излучения, которая поглощается живыми тканями тела. Измеряется SAR в ваттах на килограмм. Так вот, для США определён допустимый уровень в 1,6 Вт/кг. Для Европы он чуть больше. Для головы 2 Вт/кг, для остальных частей тела и вовсе 4 Вт/кг. В России действуют более строгие ограничения, а допустимое излучение меряется уже в Вт/см 2 . Норма составляет 10 мкВт/см 2 .

Несмотря на то, что СВЧ излучение принято считать неионизирующим, стоит отметить, что оно в любом случае оказывает влияние на любые живые организмы. Например, в книге "Мозг в электромагнитных полях" (Ю. А. Холодов) приводятся результаты множества экспериментов, а также тернистая история внедрения норм на облучение электромагнитными полями. Результаты весьма любопытны. Микроволновое излучение влияет на многие процессы, протекающие в живых организмах. Если интересно, почитайте.

Из всего этого следует несколько простых правил. Как можно меньше болтать по мобильному телефону. Держать его подальше от головы и важных частей тела. Не спать со смартфоном в обнимку. По возможности использовать гарнитуру. Держаться подальше от базовых станций сотовой связи (речь идёт о жилых и рабочих помещениях). Не секрет, что антенны подвижной связи ставят на крышах жилых домов.

Также стоит "швырнуть камень в огород" мобильного интернета при использовании смартфона или планшета. Если вы "сидите в интернете", то устройство постоянно передаёт данные базовой станции. Даже если излучение по мощности небольшое (всё зависит от качества связи, помех и удалённости базовой станции), то при длительном использовании негативный эффект обеспечен. Нет, вы не облысеете и не начнёте светиться. В мозгу нет болевых рецепторов. Поэтому он будет устранять "проблемы" по "мере сил и возможностей". Просто будет сложнее сконцентрироваться, усилится усталость и пр. Это как пить яд малыми дозами.

13 644

Для того чтобы понять, вредна ли микроволновая печь, необходимо иметь представление, что же такое микроволны . Для этого обратимся не к слухам, а к научным данным физики, которая объясняет природу и свойства всех физических явлений.

Что такое микроволны и их место в спектре электромагнитных излучений.
Микроволны — это один из видов электромагнитного излучения. А, как известно, электромагнитное излучение Солнца — основной источник энергии для жизни на Земле. Оно состоит из видимого и невидимого излучения.

Все цвета, которые мы видим — это видимая часть излучения. Невидимая — это радиоволны, инфракрасное (тепловое), ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма излучение. Все эти волны — проявления одного и того же явления — электромагнитного излучения, а отличаются они длиной волн и частотой колебаний. Чем больше длина волн, тем меньше частота их колебаний. Эти параметры определяют свойства того или иного вида излучений.

Весь спектр электромагнитных волн можно последовательно расположить по мере уменьшения длины волны (а соответственно увеличения частоты колебаний) в следующем порядке:

Радиоволны — электромагнитные волны с длиной волны более 1мм. Они включают: a) Длинные волны — длина волны от 10 км до 1 км (частота 30 кГц — 300 кГц);
b) Средние волны — длина волны от 1 км до 100 м (частота 300кГц -3МГц);
c) Короткие волны — длина волны от 100 м до 10 м (частота 3 — 30МГц);
d) Ультракороткие волны с длиной волны меньше 10 м (частота 30МГц — 300 ГГц). Ультракороткие волны в свою очередь делятся на:
метровые, сантиметровые (в том числе микроволны ), миллиметровые волны.
Микроволны — это вид электромагнитной энергии, находящийся в шкале частот между радиоволнами и инфракрасным излучением. Поэтому они обладают некоторыми свойствами своих соседей. Микроволны или волны сверхвысоких частот (СВЧ) — это короткие электромагнитные радиоволны с длиной волны 1 мм — 1 м (частота меньше 300мгц). Сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением его называют потому, что он имеет самую большую частоту в радиодиапазоне. Физическая природа излучения микроволн такая же, что и у радиоволн. Они используются для телефонной связи, работы Интернета, передачи телевизионных программ, в микроволновых печах.
Инфракрасное излучение — электромагнитные волны с длиной волны 1 мм — 780 нм (частота 300 ГГц — 429 ТГц). Его ещё называют «тепловое» излучение, так как оно воспринимается кожей человека как ощущение тепла.
Видимое излучение — электромагнитные волны с длиной волны 780-380 нм (частота 429 ТГц — 750 ТГц).
Ультрафиолетовое излучени е — электромагнитные волны с длиной волны 380 — 10 нм (частота 7,5 1014 Гц — 3 1016 Гц).
Рентгеновское излучение — электромагнитные волны с длиной волны 10 нм — 5 пм (частота 3 1016 — 6 1019 Гц).
Гамма лучи — электромагнитные волны с длиной волны меньше 5 пм (частота более 6 1019 Гц).

От длины волны и частоты зависит количество энергии, которую она переносит. Волны с большой длиной волны и низкой частотой несут мало энергии. Волны с малой длиной волны и большой частотой — много. Чем большей энергией обладает излучение, тем более губительный эффект оно оказывает на человека.

По способности вызывать такой эффект как ионизация вещества все вышеуказанные виды электромагнитного излучения делятся на 2 категории: ионизирующее и неионизирующее .
Отличаются эти 2 вида излучений количеством энергии, которую они несут.

1. Ионизирующее излучение иначе называют радиоактивным. К нему относятся рентгеновское, гамма-излучение, и в отдельных случаях ультрафиолетовое.
Ионизирующее излучение отличается высокой энергией, способной ионизировать вещества, и вызывает такие изменения в клетках, которые нарушают ход биологических реакций в организме и представляют опасность для здоровья.
Максимальная энергия присуща гамма-излучению. В результате его воздействия пища становится радиоактивной, а у человека развивается лучевая болезнь. Именно поэтому для живого организма очень опасно воздействие всех ионизирующих излучений.

2. Неионизирующее излучение — радиоволны, инфракрасное, видимое излучение.
Эти виды излучения обладают недостаточной энергией для ионизации вещества, поэтому не могут изменить структуру атомов и молекул. Границей между неионизирующим и ионизирующим излучением обычно считают длину волны примерно в 100 нанометров.
Энергии длинных радиоволн недостаточно даже для того, чтобы нагреть что-либо — они просто пройдут насквозь любой пищи. Энергия инфракрасного излучения (тепловая) поглощается всеми предметами, в том числе пищей, поэтому успешно используется, например, в тостерах. Микроволны занимают среднее положение ними и поэтому также обладают невысокой энергией.

Микроволны , использующиеся в СВЧ-печах.
В бытовых микроволновых печах используются микроволны с частотой излучения 2450 МГц (2,45 ГГц) и длиной волны примерно 12 см. Эти показатели значительно ниже частот рентгеновских и гамма-лучей, которые вызывают ионизирующий эффект и опасны для человека. Микроволны располагаются между радио- и инфракрасными волнами, т.е. они обладают недостаточной энергией для ионизации атомов и молекул.
В исправных СВЧ — печах микроволны непосредственно на человека не воздействуют. Они поглощаются пищей, вызывая эффект образования тепла.
Микроволновые печи не создают ионизирующее излучение и не излучают радиоактивные частицы, поэтому не обладают радиоактивным воздействием на живые организмы и продукты питания. Они генерируют радиоволны, которые по всем законам физики не могут изменить атомно-молекулярную структуру вещества, они могут только нагревать его.
Итак, микроволны — это разновидность радиоволн. Находясь в шкале частот между радиоволнами и инфракрасным излучением, они обладают общими с ними свойствами.
Однако, ни тепло, ни радиоволны, которые окружают нас повсюду, никак не влияют на пищу, а, следовательно, нет особых причин ожидать этого и от микроволн.

По этой же теме:

Глава V. ЗАБОЛЕВАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ НЕКОТОРЫХ ФАКТОРОВ ВОЕННОГО ТРУДА

Широкое оснащение армии и военно-морского флота различной техникой в значительной мере изменяет условия труда личного состава Вооруженных Сил. Эти условия не исключают возможности соприкосновения отдельных специалистов с вредными факторами, действующими на них в процессе обслуживания и эксплуатации некоторых видов современного вооружения и технических средств. В ряде случаев, особенно при нарушениях правил техники безопасности и аварийных ситуациях, последнее может приводить к возникновению острых и хронических поражений, которые целесообразно объединять в отдельную нозологическую группу военно-профессиональных заболеваний.

Возникновение военно-профессиональных заболеваний могут вызывать воздействия следующих факторов: различных ядовитых технических жидкостей, окиси углерода, радиационных излучений малой интенсивности, сверхвысокочастотных электромагнитных волн и т. д.

Следует подчеркнуть, что военно-профессиональные заболевания, рассматриваемые в данном разделе прежде всего в плане патологии мирного времени, в условиях войны могут приобретать массовый характер, что сближает их в этом случае с боевыми поражениями.

Таковыми, например, могут стать поражения техническими жидкостями при разрушениях и взрывах хранилищ, отравления окисью углерода при обширных пожарах и т. п.

Влияние на организм сверхвысокочастотного электромагнитного (СВЧ-ЭМ) поля

Широкое применение генераторов СВЧ-ЭМ поля в военном деле и в народном хозяйстве, наряду с увеличением мощности излучателей, естественно, приводит к тому, что многочисленные группы специалистов, участвующие в заводском изготовлении, испытании, а также в эксплуатации различных радиолокационных станций (РЛС) и радиотехнических систем (РТС), могут подвергаться воздействию радиоволн сверхвысоких частот ("микроволн"), биологическая активность которых была впервые отмечена еще в тридцатых годах.

Конструктивные особенности выпускаемых РЛС и установленные правила эксплуатации практически исключают неблагоприятное влияние СВЧ-излучений на здоровье личного состава. Однако при аварийных ситуациях и при нарушении техники безопасности могут иметь место воздействия СВЧ-ЭМ поля, значительно превышающие предельно допустимые уровни облучения.

Этиология и патогенез

СВЧ-поле (микроволны) относится к той части спектра электромагнитных излучений, частота колебаний которой варьирует от 300 до 300 000 мгГц, а соответственно длина волны - от 1 м до 1 мм. В связи с этим различаются миллиметровые, сантиметровые, дециметровые волны. Микроволны отличаются свойством проникать в глубину тканей и поглощаться ими, вступая в сложное взаимодействие с биосубстратом. Обычно поглощается 40-50% падающей энергии (остальная часть отражается), причем микроволны проникают на глубину, равную примерно 1/10 длины волны. Из этого следует, что миллиметровые волны поглощаются в коже, тогда как дециметровые проникают в глубину на 10-15 см. Уже давно установлен факт избирательного поглощения СВЧ-излучений, детерминированный биофизическими (диэлектрическими) свойствами тканей.

Биофизический механизм поглощения СВЧ-поля не вполне выяснен. Наиболее вероятным представляется, что в основе поглощения микроволн лежит возникновение колебаний ионов и диполей воды. Допускается также резонансное поглощение энергии белковыми молекулами клетки. Сказанное о колебаниях диполей воды делает понятным, почему в тканях, богатых водой, СВЧ-энергия поглощается наиболее сильно. При достаточно высоких интенсивностях облучения поглощение микроволн сопровождается термическим эффектом (пороговый характер действия). При прочих равных условиях термический эффект более выражен в относительно бедно васкуляризированных органах и тканях, так как в таких областях система терморегуляции является недостаточно совершенной. Установлена следующая шкала чувствительности к СВЧ-полю: хрусталик, стекловидное тело, печень, кишечник, семенники.

Экспериментально также доказана высокая чувствительность нервной системы к воздействию микроволн. Так, при одинаковом облучении головы, туловища и конечностей у животных наиболее выраженные сдвиги регистрируются в случае облучения головы.

Для характеристики интенсивности облучения предложено понятие плотности потока мощности - ППМ. Оно представляет собою величину энергии, падающую в течение секунды на перпендикулярно расположенную плоскость. ППМ выражается в вт/см 2 ; в медико-гигиенической практике обычно пользуются меньшими коэффициентами: мвт/см 2 и мквт/см 2 . Регистрируемый термический эффект развивается при облучении в дозах, превышающих 10-15 мвт/см 2 .

Наряду с термическим механизмом действия СВЧ-поля работами преимущественно советских авторов (А. В. Триумфов, И. Р. Петров, 3. В. Гордон, Н. В. Тягин и др.) доказано нетермическое или специфическое действие этих излучений. При достаточно высоких уровнях облучения (свыше 15 мвт/см 2) термические эффекты, по-видимому, как бы перекрывают специфическое действие микроволн.

В общем патогенезе поражений СВЧ-полем схематически можно выделить как бы три этапа:

функциональные (функционально-морфологические) изменения в клетках, прежде всего в клетках ЦНС, развивающиеся в результате непосредственного воздействия СВЧ-поля;
изменение рефлекторно-гуморальной регуляции функции внутренних органов и обмена веществ;
преимущественно опосредованное, вторичное, изменение функции (возможны и органические изменения) внутренних органов.

В структуре развивающихся изменений наряду с собственно патологическими процессами ("поломы") выявляются и компенсаторные реакции. При многократных повторных воздействиях следует считаться также с процессами кумуляции биологического эффекта, а также с адаптацией организма к действию СВЧ-поля (А. Г. Суббота). В эксперименте и клинических наблюдениях выявлены определенные иммунологические сдвиги, возникшие вследствие воздействия микроволн (Б. А. Чухловин и др.).

Клиника и диагностика

Клиника расстройств, возникающих у человека под воздействием СВЧ-ЭМ-поля, систематически изучалась только на протяжении последних 10-15 лет, причем советские исследователи (А. В. Триумфов, А. Г. Панов, Н. В. Тягин, В. М. Малышев и Ф. А. Колесник, 3. В. Гордон, Э. А. Дрогичина, А. А. Орлова, Н. В. Успенская, М. Н. Садчикова и мн. др.) внесли в эту работу вклад решающего значения. До 60-х годов представления о возможной симптоматологии и течении поражений от СВЧ-поля основывались почти исключительно на результатах изучения соответствующих экспериментальных моделей на животных.

К настоящему времени у нас в стране накопился значительный опыт диспансерного наблюдения за специалистами РЛС и РТС, работниками радиотехнических предприятий, сочетавшийся с углубленным обследованием определенных групп в условиях специализированных отделений и клинических стационаров; это обстоятельство позволяет конкретизировать, расширить и уточнить наши представления по интересующим вопросам.

Обращаясь к клинической характеристике расстройств, развивающихся в результате воздействия СВЧ-излучений, следует прежде всего разделить их на две формы: острые и хронические (поражения, расстройства, реакции); практическое значение их далеко не одинаково.

Острые формы поражения (реакции) встречаются практически очень редко; они могут возникать только при крайне грубом нарушении техники безопасности или аварийных ситуациях, если это имеет следствием облучение микроволнами в диапазоне заведомо термической интенсивности. В зависимости от конкретных параметров воздействия (ППМ, время, длина волны и др.) и реактивности организма могут возникать различные варианты острых реакций (поражений). В американской литературе описан случай смерти радиомеханика в результате острого интенсивного облучения от радара, но ряд авторов не считают доказанной связь заболевания и смерти с имевшим место воздействием СВЧ-излучений. В. М. Малышев и Ф. А. Колесник наблюдали развитие тяжелого многодневного приступа пароксизмальной тахикардии, наступившего у молодого, ранее совершенно здорового радиомеханика вскоре после облучения (авария) сантиметровыми волнами термической интенсивности. Эти приступы (по-видимому, диэнцефальные) часто повторяясь, в дальнейшем привели к тяжелой дистрофии миокарда и выраженной недостаточности кровообращения.

Острое интенсивное облучение может в отдельных редких случаях вызывать быстрое развитие локальных поражений. В частности, в мировой литературе описано около десяти случаев острого развития катаракты (в том числе и двусторонней) после локального облучения глаз при ППМ от многих сотен мвт/см 2 до нескольких вт/см 2 .

Редко встречаются острые реакции легкой степени. Судя по имеющимся немногочисленным описаниям, их симптоматология сводится к возникновению слабости, головных болей, легкому головокружению и тошноте. Этому способствуют нерезко выраженные объективные симптомы в виде изменения ритма сердечной деятельности (чаще тахикардия, иногда брадикардия), нарушения регуляции артериального давления (первоначально возникающая гипертония сменяется чаще гипотонией), местных ангиоспазмов и др. Эти симптомы обычно через 2-3 суток постепенно проходят без специального лечения, но у некоторых больных проявления астении и вегетативно-сосудистой дистонии могут держаться дольше, что, кроме интенсивности и длительности воздействия, в значительной мере зависит от реактивности организма.

В отдельных наблюдениях на добровольцах (и в самонаблюдениях) при ППМ субтермической интенсивности (около 1000 мквт/см 2) было отмечено небольшое изменение биоэлектрической активности коры головного мозга, снижение максимального и минимального давления и изменение тонуса крупных артерий.

В практической деятельности врача гораздо большее значение имеет выявление ранних форм тех расстройств (поражений), которые при незнании или нарушении техники безопасности могут возникать в результате длительного многократного облучения в дозах, превышающих предельно допустимые уровни.

Симптоматология и течение такого рода хронических форм ("синдрома хронического воздействия СВЧ-поля", "хронических поражений") в значительной мере варьируют в зависимости от различных параметров воздействия, сопутствующих неблагоприятных влияний, индивидуальной реактивности организма и других факторов.

Однако во всех случаях клиническая картина складывается из симптомов нарушения функции ЦНС, сочетающихся в разной степени с вегетативно-сосудистыми и висцеральными расстройствами; особенно характерен синдром астений (неврастений).

Кроме расстройств общего характера (слабость, повышенная утомляемость, беспокойный сон и т. п.), у больных часто возникают головные боли, головокружение, боли в области сердца, сердцебиение, потливость, ухудшение аппетита; реже предъявляются жалобы на нерегулярный стул, различные неприятные ощущения в животе, снижение сексуальной потенции, расстройство менструального цикла.

Головные боли обычно бывают неинтенсивными, но длительными; локализуются они в лобной или затылочной области, возникают чаще в утренние часы и к концу рабочего дня. Непродолжительный отдых в горизонтальном положении (по приходе с работы) у многих приводит к исчезновению головных болей. Часто также больные жалуются на головокружения, возникающие обычно при быстром изменении положения тела или при длительном неподвижном стоянии. Так называемые "сердечные боли" носят в большинстве случаев характер кардиалгии. Боли ощущаются преимущественно в области верхушки сердца, бывают длительными и ноющими; иногда больной ощущает кратковременное (почти мгновенное) колотье в околосердечной области. Типичные стенокардические боли приходится наблюдать редко. Опуская характеристику других, менее часто возникающих жалоб, представляется необходимым подчеркнуть, что для "внутренней картины болезни", обусловленной длительным воздействием СВЧ-ЭМ-поля, в высокой степени характерно сочетание жалоб, отражающих изменение функции нервной системы, с жалобами, относящимися к нарушению функции системы кровообращения. Что касается неврологических нарушений, то они обычно укладываются в картину астенического (неврастенического) синдрома.

Очевидный практический интерес имеет вопрос о времени появления перечисленных жалоб, считая от начала работы с генераторами СВЧ-ЭМ-поля. Имеющиеся литературные данные и практический опыт свидетельствуют о том, что у разных лиц первые жалобы возникают через весьма различные промежутки времени от начала воздействия - от нескольких месяцев до нескольких лет. Эти различия зависят не только от индивидуальной реактивности организма, но, по-видимому, в решающей степени - и от параметров воздействия, прежде всего от величины плотности потока мощности (ППМ) электромагнитного поля.

Объективные признаки патологических изменений, обнаруживаемые обычными физическими методами исследования, бывают выражены нерезко и не носят специфического характера. Наиболее часто выявляются симптомы, указывающие на вегетативнососудистые нарушения: регионарный гипергидроз, акроцианоз, похолодание (на ощупь) кистей и стоп, "игра вазомоторов" лица. Отметим также, что у больных закономерно наблюдается психоэмоциональная лабильность, реже - наклонность к депрессивным реакциям и заторможенность, тремор век и пальцев вытянутых рук.

Весьма характерна лабильность пульса и артериального давления с наклонностью к брадикардии и гипотонии. При обследовании соответствующих профессиональных контингентов, предъявляющих жалобы па состояние здоровья, брадикардия и артериальная гипотония выявляются в 25-40%. Нередко обнаруживается небольшое увеличение сердца влево, еще более часто отмечается приглушение первого тона на верхушке и нежный систолический шум (у 1/3-1/2 обследованных). Небольшое увеличение печени устанавливается в 10-15%. Другие объективные симптомы, описанные некоторыми авторами (сухость кожи, выпадение волос, ломкость ногтей, геморрагические проявления, болезненность при пальпации живота), наблюдаются редко и не могут быть пока с убежденностью отнесены к проявлениям непосредственного влияния СВЧ-ЭМ-поля. Довольно часто приходится наблюдать то или иное нарушение общей и местной терморегуляции. В отличие от ряда авторов мы наблюдали гипотермию несколько реже, чем субфебрилитет.

Рентгенологические исследования органов грудной клетки позволяют выявить нередко умеренную гипертрофию левого желудочка сердца. При записи ЭКГ отклонение от нормы, если не считать брадикардии и респираторной аритмии, констатируется нечасто. В единичных случаях наблюдаются экстрасистолическая аритмия, умеренное замедление внутрипредсердной и внутрижелудочковой проводимости, признаки коронарной недостаточности. Несколько чаще выявляются признаки диффузных мышечных изменений, умеренно выраженных (снижение вольтажа зубцов начальной части желудочкового комплекса и их деформация, уплощение зубца T).

Под влиянием длительного воздействия СВЧ-ЭМ-поля содержание гемоглобина и эритроцитов существенно не изменяется. Количество ретикулоцитов остается в большинстве случаев в пределах нормы, хотя в некоторых сообщениях указывается на возможность развития как умеренно выраженного ретикулоцитоза, так и ретикулоцитопении. Достаточно характерным является неустойчивость содержания лейкоцитов в периферической крови с разнонаправленной тенденцией у разных лиц; у одних наблюдается тенденция к лейкоцитозу, значительно чаще встречается лейкопения.

Лейкоцитарная формула характеризуется тенденцией к относительному лимфоцитозу и моноцитозу, а также изменчивостью абсолютного и процентного содержания лимфоцитов, моноцитов, нейтрофилов. Качественные изменения нейтрофилов регистрируются редко. Число тромбоцитов у большинства больных остается на нижней границе нормы.

Исследование функции желудочно-кишечного тракта позволяет нередко выявить наклонность к угнетению желудочной секреции и нерезко выраженные нарушения его моторной деятельности (гипотония желудка, вялая перистальтика, дуоденостаз); наблюдаются также явления дискинезии тонкого и толстого кишечника. Комплексное изучение функции печени дает возможность у части больных установить нерезкие нарушения билирубиновыделительной (повышение уровня билирубина в крови и выделения уробилина с мочой) и дезинтоксикационный (по пробе Квика) ее функции.

В последние годы ряд авторов проводили изучение различных показателей обмена веществ у лиц, подвергающихся длительному воздействию СВЧ-ЭМ-поля. В результате этих исследований было установлено, что содержание холестерина и лецитина в сыворотке крови не претерпевает существенных изменений. Обычно оказывается нормальным общее количество белков крови. Что касается показателей углеводного обмена, то может быть отмечена наклонность к снижению уровня сахара крови натощак. Среди различных разновидностей встречающихся сахарных кривых наиболее характерны так называемые низкие или плоские.

Изучение водно-минерального обмена у длительно контактирующих с генераторами СВЧ-ЭМ-поля не позволило обнаружить выраженных отклонений от нормы. Вместе с тем имеются некоторые данные, могущие косвенно указывать на нерезкое изменение функции надпочечников (лабильность и некоторое снижение экскреции 17-кетостероидов).

Заключая описание симптоматологии, следует констатировать, что у обследуемых закономерно выявляются не только признаки, указывающие на изменения функции ЦНС (астенический, неврастенический синдромы), но и симптомы функционального нарушения ряда внутренних органов, среди которых на первый план выступает изменение функции системы кровообращения.

Распознавание расстройств, связанных с воздействием микроволн, является нередко трудной и ответственной задачей, предусматривающей не только обычное тщательное клиническое изучение обследуемого, но и обязательное изучение его профессионального анамнеза, а также характеристики гигиенических условий работы, включая данные дозиметрии. Следовательно, диагноз должен основываться не только на клинических, но и на гигиено-дозиметрических сведениях.

При обследовании больного важно первоначально по общим правилам исключить другие заболевания (или воздействие других этиологических факторов), проявляющиеся на определенных стадиях сходной клинической картиной. Диагностика, естественно, осложняется в тех практически нередких случаях, когда обследуемый действительно одновременно подвергается влиянию нескольких неблагоприятных (специфических или неспецифических) факторов. В этих случаях нужно по возможности точнее оценить меру того или иного воздействия.

По степени выраженности и стойкости расстройств различают начальные легко обратимые формы (I степень) и выраженные стойкие формы (II степень). Предлагается также выделять и "хроническое поражение" ("синдром хронического воздействия") III степени, когда наряду с выраженными изменениями функции нервной, сердечно-сосудистой и других систем выявляются органические и дистрофические изменения в органах. Однако такие тяжелые формы в настоящее время практически не встречаются.

Лечение и профилактика

Важнейшим условием успешного лечения является прекращение контакта с СВЧ-полем. Терапия должна начинаться как можно раньше, быть индивидуализированной и комплексной. Этим больным должна обеспечиваться достаточно калорийная, полноценная, хорошо витаминизированная пища. В общем комплексном лечении важное значение придается различным методам психотерапии. Среди пациентов нередко встречаются лица, напуганные своим недугом и преувеличивающие опасность неблагоприятного влияния профессионального фактора. В таких случаях беседа или серия бесед, в процессе которых неторопливо разъясняется характер заболевания, рассеиваются необоснованные тревоги и внушается уверенность в благоприятном исходе, имеют первостепенное значение.

Из лекарственных средств, применявшихся для терапии рассматриваемых нарушений и прежде всего гипотонических состояний, могут быть названы растительные стимуляторы нервной системы: спиртовая настойка корня женьшеня, настойка левзеи или аралии, китайский лимонник, стрихнин, секуринин, кофеин. В последние годы мы наблюдали благоприятный эффект от назначения настойки заманихи, а также элеутерококка.

Отдельными авторами описаны также положительные результаты от назначения при гипотонических состояниях различного происхождения синтетических препаратов адреналинового ряда (веритолпрометин, эффортил), эфедрина, атропина, теобромина, эуфиллина, но надо сказать, что эти препараты не получили распространения. Из гормональных препаратов можно рекомендовать кортин и ДОКСА. Из витаминных препаратов показаны В 1 В 12 и аскорбиновая кислота. По отношению к назначению бромидов скорее имеются основания высказаться сдержанно.

При лечении больных рассматриваемой группы рекомендуется применять один из растительных стимуляторов нервной системы, который после трех-четырех-недельного применения в случае отсутствия отчетливого эффекта следует заменять другим. Заметных различий в степени эффективности указанных препаратов не наблюдается. При выраженной вялости, заторможенности одновременно с одним из указанных средств нередко назначаются на 10-15 дней препараты кофеина. Больным с эмоциональной возбудимостью назначается стрихнин вместе с валерианой. В последнее время еще лучшие результаты наблюдались от применения малых транквилизаторов (триоксазин, либриум, мепротан и другие).

В общем комплексном лечении у большинства больных использовались методы физкультуры и физические методы лечения (ионофорез с кальцием, общее ультрафиолетовое облучение, прохладные души и др.).

Обследование и лечение лиц разбираемой профессиональной принадлежности должно проводиться в специализированных стационарах в связи с новизной и недостаточной изученностью этой формы патологии. В дальнейшем больные должны находиться на длительном диспансерном наблюдении; при этом имеются все основания в общем плане лечебно-профилактических мероприятий отводить существенное место санаторно-курортному лечению.

В нашей стране разработана научно обоснованная система профилактики неблагоприятного воздействия СВЧ-поля на организм работающих. Она предусматривает проведение санитарного наблюдения за конструированием РЛС и РТС, проведение гигиенического контроля за условиями работы. Имеется ряд инженерно-технических мероприятий, обеспечивающих защиту от воздействия СВЧ-излучений (правильный выбор позиции РЛС на возвышенностях, экранирование при необходимости жилых помещений и др.). Создаются специальные образцы защитной одежды (металлизированная ткань, отражающая микроволны) и защитных очков (металлизированное стекло) для условий работы, связанных с относительно интенсивным облучением (около 1000 мквт/см 2).

У нас действуют строгие нормы ПДУ, надежно обеспечивающие безопасность работы. Так, при облучении микроволнами в течение 8 ч ППМ не должна превышать 10 мквт/см 2 , при работе в течение 2 ч/суток - ППМ соответственно не более 100 мквт/см 2 . При ППМ до 1000 мквт/см 2 продолжительность работы не должна превышать 15-20 мин. Если РЛС работает в режиме кругового обзора или сканирования (секторальный обзор), то ПДУ увеличивается в 10 раз (коэффициент 10).

Медико-гигиеническая профилактика не ограничивается контролем за соблюдением установленных гигиенических условий работы (включая дозиметрический контроль). Она включает проведение медицинского отбора специалистов для работы с генераторами СВЧ поля, а также постоянное диспансерное наблюдение за работающими. Установлено, что занятия физкультурой, повышение общего развития, полноценное питание с достаточным введением витаминов групп В и С способствуют повышению резистентности организма к воздействию микроволн.

20 ноября 2007 г.
.С. Сапунов

Микроволновое или, иначе, сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра. Сфера применения микроволновой техники в настоящее время достаточно широка и по мере развития науки и технологии все больше внедряется в нашу повседневную жизнь. Кроме рассматриваемых микроволновых печей можно отметить такие области применения, как радиолокация, радионавигация, системы спутникового телевидения, телефонная сотовая связь и многое другое. В последнее время идут интенсивные и небезуспешные исследования по использованию микроволн в медицине и биологии.

Физическая природа микроволнового излучения такая же, как у света или радиоволн. Отличие только в частоте, с которой происходят электромагнитные колебания, или в длине волны, чтото же самое, поскольку последняя связана с частотой соотношением:

λ=с/f , где

λ - длина волны,
с - скорость распространения волны;
f - частота.

Частота, с которой происходят колебания электромагнитного поля, в значительной степени влияет на его внешние свойства. Все знают о существовании радиоволн, инфракрасного или теплового и ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучах и видимом свете. Но все это разные проявления одного и того же явления - электромагнитных волн.

Различие заключается только в одном - в частоте колебаний (рис. 1).

Рис. 1 Шкала электромагнитных волн

И, тем не менее, свойства перечисленных явлений могут отличаться как день от ночи. Причина заключается в соизмеримости длины волны с различными физическими объектами. Например, свет или рентгеновское излучение легко проходят через кристалл, у которого расстояние между атомами меньше длины волны и, наоборот, длинноволновое излучение не сможет проникнуть, допустим, в металлическую трубу даже очень большого диаметра.

Поэтому, попав каким-нибудь загадочным образом в цельнометаллический тоннель с транзисторным приемником, не пытайтесь его трясти и бить о стену в надежде извлечь звуки, отличные от треска и шипения.

Если в низкочастотной электронике принято оперировать понятиями токов и напряжений, то в микроволновом диапазоне в большинстве случаев используются величины, характеризующие электромагнитное поле. Главные из них - это напряженность электрического поля Е и напряженность магнитного поля Н.

Для наглядности электрические и магнитные поля принято изображать в виде силовых линий. Силовые линии не являются реально существующими физическими величинами, а лишь помогают графически отобразить то, что не имеет ни формы, ни цвета, ни запаха. Касательная к силовой линии указывает направление сипы, действующей на электрический заряд или магнитный диполь, а плотность расположения силовых линий - на величину напряженности поля.

Например, на рис. 2 показано магнитное поле вокруг проводника с током и электрическое поле, образованное двумя точечными зарядами.

Рис. 2. Силовые линии электрического поля Е, образованные двумя разноименными точечными зарядами и магнитные силовые линии вокруг проводника с током Н

Длина волны микроволнового поля - величина того же порядка, что и компоненты электрических схем, поэтому последние очень сильно влияют на его распределение. Если в СВЧ цепь включен резистор, то его ориентация в пространстве, размеры и длина выводов имеют такое же значение, как и номинал, а в некоторых случаях и более важное. Такие компоненты, как конденсаторы и индуктивности, вообще выполняются на СВЧ платах в виде утолщения или сужения токоведущего проводника. В этом есть некоторое преимущество, поскольку многие пассивные элементы технологически можно выполнить очень легко и с минимальными затратами.

Например, колебательная система магнетрона, используемого в микроволновых печах, представляет собой медную штампованную болванку со специальными отверстиями. Аналогичная конструкция на более низких частотах потребовала бы не одного десятка конденсаторов и индуктивностей. Но за все в жизни приходится платить. В данном случае некоторая простота в изготовлении с лихвой перекрывается сложностью на этапе расчета и конструирования. Это одна из причин, которые сдерживают широкое распространение микроволновой техники. Есть и другие, не менее важные.

Большую сложность представляет проведение измерений на сверхвысоких частотах. Например, волновое сопротивление, хотя оно и измеряется в омах, невозможно измерить омметром.

Электрические параметры элементов микроволновой техники носят распределенный характер. Если в радиотехническом колебательном контуре электрическая энергия сосредоточена в конденсаторе, а магнитная в катушке индуктивности, то в СВЧ резонаторе, выполняющем ту же функцию, электрические и магнитные поля переплетены между собой и отделить емкость от индуктивности, за исключением отдельных специфических случаев, не представляется возможным. Пирожок, подогреваемый в микроволновой печи и, соответственно, являющийся нагрузкой СВЧ цепи, вносит в нее дополнительную емкость, а также индуктивность и сопротивление. Переместив пирожок внутри камеры, мы поменяем соотношение между этими параметрами, поэтому бессмысленно измерять пирожки в микрофарадах, даже если бы они хорошо подходили для использования в СВЧ цепях по другим причинам.

Еще одно препятствие на пути микроволновой техники лежит в плоскости теории. В классической электротехнике существует ряд фундаментальных законов, таких, как закон Ома, законы Кирхгофа и др., с помощью которых можно рассчитать электрическую цепь. Иногда это просто, иногда очень просто, а иногда сверхсложно, но тем не менее можно.

Однако в СВЧ диапазоне применение этих законов в чистом виде, как правило, невозможно. Как, например, использовать закон Ома, устанавливающий соотношение между током и напряжением, если отсутствует само понятие напряжения? Все законы классической электротехники имеют ограниченный характер. Это вовсе не означает, что они неверны, но они справедливы только там, где отсутствует излучение.

Ранее отмечалось, что радиоволны и видимый свет имеют одну и ту же физическую природу. Но ведь никому не придет в голову измерять яркость солнечного света в вольтах или амперах. В свою очередь законы оптики тяжело использовать при конструировании электрического чайника. В ограниченном применении физических законов нет ничего необычного. В природе подобные явления встречаются на каждом шагу. К примеру, в механике в свое время было обнаружено, что при скоростях, близких к скорости света, не выполняются законы Ньютона, длительное время считавшиеся незыблемыми. И только после появления теории относительности Эйнштейна, дополнившей механику Ньютона, все стало на свои места. Оказалось, что существует более общий закон природы, включающий в себя закон Ньютона как составную часть.

Подобная же ситуация сложилась в электродинамике. Существуют уравнения Максвелла, более полно описывающие процессы, связанные с электромагнитным полем во всем спектре электромагнитных колебаний. Законы классической электротехники, как и законы оптики, можно считать частными случаями уравнений Максвелла.

В свою очередь, и уравнения Максвелла не являются универсальными. При электромагнитных взаимодействиях элементарных частиц вступают в силу законы квантовой механики, дополняющие уравнения Максвелла. Вполне возможно, что через некоторое время и законы квантовой механики также придется рассматривать как частный случай более общей теории.

Уже давно ученые пытаются вывести единую теорию поля, объединяющую все известные виды взаимодействий: гравитационное (описывающее силы притяжения), электромагнитное, сильное и слабое (последние проявляются на уровне атомного ядра). Может возникнуть резонный вопрос: зачем вообще использовать большое количество частных законов, не проще ли пользоваться одним универсальным?

Но проблема в том, что чем более общий характер носит тот или иной закон природы, тем сложнее его практическое использование. К примеру, самый отпетый троечник, имея под рукой нужные формулы, без труда вычислит мощность, теряемую в резисторе при прохождении электрического тока. Но попробуйте решить ту же задачу с помощью уравнений Максвелла. Без всяких натяжек это предмет для докторской диссертации. Исключительно для иллюстрации ниже приведена система указанных уравнений для изотропной и однородной среды:

Что будет в случае анизотропной и неоднородной среды, читатель может домыслить сам. Если бы электротехникам, в своей работе, приходилось пользоваться исключительно данными уравнениями, мы, скорее всего, до сих пор читали бы при свечах.

К счастью, природа распорядилась иначе. Так в низкочастотной электронике, используются намного более простые физические законы, которые можно теоретически вывести из уравнений Максвелла, хотя ради справедливости следует отметить, что большинство из них были экспериментально открыты до того, как Максвелл создал свои уравнения. Такое упрощение возможно, когда размеры электронных компонентов намного меньше длины волны. В этом случае излучение радиоволн практически отсутствует и, поэтому, можно считать, что вся энергия передается вдоль проводников, в виде электрического тока.

Примечание.

На самом деле и в этом случае энергия передается посредством электромагнитного поля. Провода лишь указывают полю маршрут. В качестве доказательства можно привести простой пример: обычная телефонная связь между Санкт-Петербургом и Владивостоком осуществляется по проводам. Если бы энергия передавалась не полем, а носителями тока - электронами, скорость которых значительно меньше скорости света, то ответ на «Привет!» ждать пришлось бы часами.

В качестве примера, представим, что на пути проводника с током имеется резистор. Если излучение отсутствует, теряемую в нем мощность можно легко вычислить по простой формуле:

Но, если этот же резистор поставить на пути распространения электромагнитной волны, то результат будет не столь очевиден.

Как уже отмечалось, микроволновый диапазон - это та часть электромагнитного спектра, где классическая электротехника уже не работает, а относительно простые законы оптики еще не работают. Поэтому при решении электродинамических проблем в указанном диапазоне приходится либо изощряться, приспосабливая законы оптики и классической электротехники к СВЧ, либо пытаться решать уравнения Максвелла, что в некоторых случаях приносит свои плоды.

Смысл этих уравнений состоит в следующем:

Первое уравнение говорит нам о том, что источником магнитного поля могут служить либо протекающий ток, либо меняющееся во времени электрическое поле. В некотором смысле это сходные вещи, поскольку электрический ток представляет собой движение электрических зарядов, а каждый движущийся заряд меняет окружающее электрическое поле и тем самым создает вокруг себя магнитное поле.

Это объясняет существование магнитного поля вокруг проводников на постоянном токе. Оно создано совокупностью всех движущихся по проводнику зарядов.

Из второго уравнения следует, что меняющееся во времени магнитное поле порождает замкнутое электрическое поле. Остановимся на этом следствии более подробно.

В низкочастотной электронике принято считать, что источником электрического поля служат электрические заряды. В этом случае силовые линии поля исходят с поверхности заряда или сходятся на нем. Система уравнений Максвелла это не отвергает, указанное свойство отражено в третьем уравнении, однако помимо этого может существовать такая конфигурация электрического поля, когда его силовые линии замкнуты сами на себя, аналогично магнитным силовым линиям.

Подобное поле может существовать только в динамике, и чем быстрее происходит изменение магнитного лоля, тем благоприятнее условия для возникновения электрического. Именно поэтому на низких частотах полевые эффекты практически не проявляются и ими можно пренебречь. Наличие кольцевого электрического поля создает возможность для возникновения и распространения радиоволн.

Поясню это на следующем примере: допустим, у нас имеется проводник, по которому протекает высокочастотный ток. Вокруг этого проводника, следовательно, будет существовать быстро изменяющееся магнитное поле. Это, в свою очередь, приведет к возникновению кольцевого электрического поля, меняющегося с той же частотой. Последнее породит магнитное поле, и так до бесконечности. Исходный проводник с током, являющийся антенной, только инициирует процесс, а дальше все происходит само собой. Энергия электрического поля переходит в магнитную энергию, и наоборот. Причем весь этот процесс не стоит на месте, а распространяется с максимально допустимой скоростью - 300 000 км/сек.

И, наконец, последнее уравнение Максвелла указывает на отсутствие в природе одиночных магнитных зарядов. Последнее обстоятельство вносит некоторую асимметрию в систему уравнений.

Действительно, если в электростатике имеются положительные и отрицательные заряды, способные существовать независимо друг от друга, то магнитные полюса неразделимы, как сиамские близнецы. На какие бы мелкие части мы ни дробили постоянный магнит, мы никогда не получим отдельно S или N полюс. Подобная асимметрия, как бы демонстрирующая приоритет одного поля над другим, смущала многих физиков с момента появления рассматриваемых уравнений. Попытки обнаружить отдельный магнитный полюс никогда не прекращались и предпринимаются до сих пор. И не только из праздного научного любопытства. Если бы удалось на практике разделить магнитные полюса, это совершило бы такую революцию в технике, масштабы которой трудно даже представить.

Заканчивая с разбором уравнений Максвелла, совершим небольшой экскурс в историю. В середине прошлого века, когда были получены эти уравнения, о существовании электромагнитных волн еще никто не подозревал. Эти уравнения как бы обобщали и сводили воедино все, что было известно физикам того времени об электричестве и магнетизме. Лишь в результате анализа полученных уравнений Максвелл пришел к выводу о наличии в природе электромагнитных волн и о скорости их распространения, в точности совпадающей с известной к тому времени скоростью света.

На основании этого была высказана гипотеза об электромагнитной природе видимого света, подтвержденная дальнейшими исследованиями.

Примерно такая же ситуация возникла при открытии Менделеевым его Периодической таблицы, предсказавшей существование в природе многих химических элементов, до той поры неизвестных науке. Уместно в этой связи привести слова немецкого физика Генриха Герца, посвященные теории Максвелла: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по временам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью, обладают собственным разумом, - кажется, что эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в свое время было в них заложено».

И действительно, мог ли предположить Максвелл, какой переворот в жизни людей совершит практическая реализация изобретений, в основе которых лежат четыре его уравнения.

Удачи в ремонте!