Магнітні поля можуть бути постійними від штучних магнітних матеріалів та систем, імпульсними, інфранізкочастотними (з частотою до 50 Гц), змінними.

Вплив ЕМП промислової частоти пов'язані з високовольтними лініями електропередач, джерелами постійних магнітних полів, застосовуваними промислових підприємствах.

Джерелами постійних магнітних полів є постійні магніти, електромагніти, електролізні ванни (електролізери), лінії передачі постійного струму, шинопроводи та інші електротехнічні пристрої, у яких використовується постійний струм. Важливим фактором виробничого середовища при виготовленні, контролі якості, збиранні магнітних систем є постійне магнітне поле.

Магнітоімпульсні та електрогідравлічні установки є джерелами низькочастотного імпульсного магнітного поля.

Постійне та низькочастотне магнітне поле швидко зменшується в міру віддалення від джерела.

Магнітне поле характеризується двома величинами - індукцією та напруженістю. Індукція - це сила, що діє в даному полі на провідник одиничної довжини з одиничним струмом, що вимірюється в теслах (Тл). Напруженість Н - це величина, що характеризує магнітне поле незалежно від властивостей середовища. Вектор напруженості збігається з вектор індукції. Одиниця виміру напруженості – ампер на метр (А/м).

До електромагнітних полів (ЕМП) промислової частоти відносяться лінії електропередач напругою до 1150 кВ, відкриті розподільчі пристрої, комутаційні апарати, пристрої захисту та автоматики, вимірювальні прилади.

Повітряні лінії електропередач (50 Гц). Вплив ЕМП промислової частоти пов'язані з високовольтними лініями (BЛ) електропередач, джерелами постійних магнітних полів, застосовуваними промислових підприємствах.

Інтенсивності ЕМП від повітряних ліній електропередачі (50 Гц) багато в чому залежить від напруги лінії (110, 220, 330 кВ і від). Середні значення робочих місцях електромонтерів: Е = 5...15 кВ/м, Η = 1...5 А/м; на маршрутах обходу обслуговуючого персоналу: Е = 5.30 кВ/м, Н = 2...10 А/м. У житлових будинках, розташованих поблизу високовольтних ліній, напруженість електричного поля, як правило, не перевищує 200...300 В/м, а магнітного поля 0,2...2 А/м (В = 0,25...2 5 мТ).

Магнітне поле поблизу ліній електропередач (ЛЕП) напругою 765 кВ становить 5 мкТл безпосередньо під ЛЕП та 1 мкТл – на відстані 50 м від ЛЕП. Картина розподілу електромагнітного поля в залежності від відстані до ЛЕП представлена ​​на рис. 5.6.

ЕМП промислової частоти в основному поглинається ґрунтом, тому на невеликій відстані (50... 100 м) від ліній електропередач електрична напруженістьполя падає із десятків тисяч вольт на метр до нормативних значень. Значну небезпеку становлять магнітні поля, що у зонах біля ліній електропередач (ЛЕП) струмів промислової частоти, й у зонах, прилеглих до електрифікованим залізницям. Магнітні поля високої інтенсивності виявляються і в будинках, розташованих у безпосередній близькості від цих зон.

Рис. 5.6. Електричне та магнітне поле під ЛЕП напругою 765 кВ (60 Гц) при струмі 426 А залежно від відстані до ЛЕП (висота лінії 15 м)

Рейковий електротранспорт. Найсильніші магнітні поля на великих площах у щільно населеному міському середовищі та на робочих місцях породжуються громадським рейковим електротранспортом. Теоретично розрахована картина магнітного поля, що генерується типовими струмами від залізниці, зображена на рис. 5.7. Проведені експериментальні вимірювання з відривом 100 м від рейкового шляху дали величину магнітного поля 1 мкТл.

Рівень транспортних магнітних полів може перевищувати відповідний рівень від ЛЕП у 10...100 разів; він порівняний, а часто перевищує магнітне поле Землі (35...65 мкТл).

Електричні мережі житлових будинків та побутові НЧ-прилади. У побуті джерелами ЕМП та випромінювань є телевізори, дисплеї, печі НВЧ та інші пристрої. Електростатичні поляв умовах зниженої вологості (менше 70%) створюють одяг та побутове приладдя (тканини, полоси, накидки, фіранки тощо). Мікрохвильові печі у промисловому виконанні не становлять небезпеки, проте несправність їх захисних екранів може суттєво підвищити виток електромагнітного випромінювання. Екрани телевізорів та дисплеїв як джерела електромагнітного випромінювання в побуті не становлять великої небезпеки навіть за тривалого впливу на людину, якщо відстані від екрана перевищують 30 см.

Рис. 5.7. Конфігурація магнітного поля від електрифікованої залізниці

Досить сильні магнітні поля можна знайти на частоті 50 Гц поблизу домашньої побутової техніки. Так, холодильник створює поле 1 мкТл, кавоварка – 10 мкТл, мікрохвильова піч – 100 мкТл. Подібні магнітні поля набагато більшої протяжності (від 3...5 до 10 мкТл) можна спостерігати у робочих зонах сталеливарного виробництва під час використання електропечей.

Напруженості електричних полів поблизу протяжних проводів, включених у мережу 220 В, становлять 0,7...2 кВ/м, поблизу побутових приладів із металевими корпусами (пилососи, холодильники) - 1...4 кВ/м.

У табл. 5.6 наведено значення магнітної індукції біля деяких побутових приладів.

У переважній більшості випадків у житлових будинкахвикористовується мережа з одним нульовим (нульовим робочим) провідником, мережі з нульовими робочим та захисним провідниками зустрічаються досить рідко. За такої ситуації зростає ризик ураження електричним струмомпри замиканні фазного дроту на металевий корпус чи шасі приладу; металеві кожухи, шасі та корпуси приладів не заземлені та є джерелом електричних полів (при вимкненому приладі з вилкою в розетці) або електричних та магнітних полів промислової частоти (при включеному приладі).

Таблиця 5.6. Значення магнітної індукції поблизу побутових приладів, мкт

	Відстань від приладів, см
			Менш 0,01...0,3
Електробритви			Менш 0,01...0,3
Пилососи
Електропроводка
Переносні обігрівачі
Телевізори			Менш 0,01...0,15
Пральні машини			Менш 0,01...0,15
Електропраски
Вентилятори
Холодильники

Електричне поле людини існує на поверхні тіла та зовні, поза ним.

Електричне поле поза тілом людини обумовлено головним чином трибозарядами, тобто зарядами, що виникають на поверхні тіла внаслідок тертя про одяг або про будь-який діелектричний предмет, при цьому на тілі створюється електричний потенціал декількох вольт. Електричне поле безперервно змінюється у часі: по-перше, відбувається нейтралізація трибозарядів – вони стікають із високоомної поверхні шкіри з характерними часами – 100 – 1000 с; по-друге, зміни геометрії тіла внаслідок дихальних рухів, биття серця тощо. приводять до модуляції постійного електричного поля поза тілом.

Ще одним джерелом електричного поля поза тілом людини є електричне поле серця. Наблизивши два електроди до поверхні тіла, можна безконтактно та дистанційно зареєструвати таку ж кардіограму, що й традиційним контактним методом (див. гл. 5). Зазначимо, що цей сигнал набагато менше, ніж поле трибозарядів.

У медицині безконтактний методВимірювання електричних полів, пов'язаних з тілом людини, знайшов своє застосування для вимірювання низькочастотних рухів грудної клітки.

При цьому на тіло пацієнта подається змінна електрична напруга частотою - 10 МГц, а кілька антен-електродів підносять до грудної клітини на відстані 2-5 см. Антена і тіло є двома обкладками конденсатора. Переміщення грудної клітини змінює відстань між обкладками, тобто ємність цього конденсатора і, отже, ємнісний струм, що вимірюється кожною антеною. З вимірів цих струмів можна побудувати карту переміщень грудної клітини під час дихального циклу. У нормі вона має бути симетрична щодо грудини. Якщо симетрія порушена і з одного боку амплітуда рухів мала, це може свідчити, наприклад, про прихований перелом ребра, при якому блокується скорочення м'язів з боку грудної клітки.

Контактні виміриЕлектричного поля в даний час знаходять найбільше застосування в медицині: в кардіографії та електроенцефалографії.

Магнітне полетіла людини створюється струмами, що генеруються клітинами серця та кори головного мозку. Воно винятково мало -10 млн. - 1 млрд. разів слабше магнітного поля Землі. Для його виміру використовують квантовий магнітометр. Його датчиком є ​​надпровідний квантовий магнітометр (СКВІД), на вхід якого включені приймальні котушки. Цей датчик вимірює надслабкий магнітний потік, що пронизує котушки. Щоб СКВІД працював, його треба охолодити до температури, за якої з'являється надпровідність, тобто до температури рідкого гелію (4 К). Для цього його і приймальні котушки поміщають у спеціальний термос для зберігання рідкого гелію - кріостат, точніше, у вузьку хвостову частину, яку вдається максимально близько піднести до тіла людини.

У Останніми рокамипісля відкриття високотемпературної надпровідності з'явилися СКВІДи, які достатньо охолоджувати до температури рідкого азоту (77 К). Їхня чутливість достатня для вимірювання магнітних полів серця.

Індукція магнітного організму людини та довкілля:

Серце – 10^-11 Тл; мозок-10^-13 Тл; поле Землі -5*10^-5 Тл; геомагнітний шум - 10^-8 - 10^-9 Тл; магнітна ЯМР томографія – 1Тл.

Як видно, магнітне поле, створюване організмом людини, набагато порядків менше, ніж магнітне поле Землі, його флуктуації (геомагнітний шум) або поля технічних пристроїв. Щоб від них відбудуватися, вимірюють не саме магнітне поле, яке градієнт, тобто його зміна у просторі. У кожній точці простору повна індукція магнітного поля є сума індукцій полів перешкоди Вп і серця Вс, а саме В = Вп + Вс, причому Вп > Вс. Поле перешкод: Землі, металевих предметів (труб опалення), вантажівок, що проїжджають вулицею і т.д. - Повільно змінюється по простору, в той час як магнітне поле серця або мозку спадає швидко при віддаленні від тіла.

Тому індукції магнітного поля перешкод Вп1 і Вп2, виміряні безпосередньо на поверхні тіла і на відстані, скажімо, 5 см від нього, практично не відрізняються: Вп1 = Вп2, а індукції поля Вс1 і Вс2, створюваного серцем в цих же точках, відрізняються майже в 10 разів: Нд1 » Нд2. Тому, якщо відняти друг з друга два значення вимірюваної індукції магнітного поля В1 і В2, то різницевий сигнал В1 – В2 = Вс1- Вс2 мало містить вкладу від перешкоди, а сигнал від серця лише слабко спотвориться. Для реалізації, описаної найпростішої схеми - градіометра першого порядку - можна використовувати дві паралельні один одному котушки, розташовані одна за одною на відстані кілька сантиметрів і включені назустріч один одному. В даний час використовують складніші конструкції - градіометри другого порядку (їх датчик містить більше двох котушок). Ці пристрої дозволяють вимірювати магнітоенцефалограми у клініці.

Магнітокардіограма та динамічна магнітна карта людини.Джерело магнітного поля серця людини те саме, що й електричного, - межа області збудження міокарда, що переміщається. Розрізняють два способи дослідження цього поля: (1) вимірювання магнітокардіограм (МКГ) та (2) побудова динамічної магнітної карти (ДМК). У першому випадку вимірювання проводять у якійсь одній точці над серцем, в результаті отримують залежності величини магнітного поля від часу, що часто збігаються за формою з традиційними електрокардіограмами. Щоб побудувати динамічну магнітну карту, необхідно виміряти набір МКГ у різних точках над серцем. Для цього пацієнта на спеціальному немагнітному ліжку переміщують поблизу нерухомого датчика. Поле вимірюється області 20 х 20 см^2 по сітці з 6 х 6 елементів, тобто. всього у 36 точках. У кожній точці записують кілька періодів серцевого циклу, щоб усереднити записи, потім переміщають пацієнта так, щоб виміряти наступну точку. Потім у певні моменти часу, що відраховуються від R-піка, будують миттєві динамічні магнітні карти. Кожна ДМК відповідає певній фазі серцевого циклу.

Основні медичні застосування вимірювань магнітних полів тіла людини – це магнітокардіографія (МКГ) та магнітоенцефалографія (МЕГ). Перевагою МКГ у порівнянні з традиційною електрокардіографією (ЕКГ) є можливість локалізувати джерела поля з високою точністю близько 1 см. Це пов'язано з тим, що динамічні магнітні карти дозволяють оцінити координати струмового диполя.

Інфрачервоне випромінювання. Найбільш яскраву інформацію про розподіл температури поверхні тіла людини та її зміни у часі дає метод динамічного інфрачервоного теплобачення. У технічному відношенні це повний аналог телебачення, тільки датчик вимірює не оптичне випромінювання, відбите від об'єкта, яке бачить людське око, як у телебаченні, яке власне, не видиме оком, інфрачервоне випромінювання. Тепловізор складається з сканера, що вимірює теплове випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 3 до 10 мкм, пристрої для збору даних та ЕОМ для обробки зображення. Діапазон 3-10 мкм обраний тому, що саме в цьому діапазоні спостерігаються найбільші відмінності інтенсивності випромінювання при зміні температури тіла. Найпростіші сканери зібрані за наступною схемою: теплове випромінювання від різних ділянок тіла послідовно, за допомогою дзеркал, що коливаються, проектують на один приймач інфрачервоного випромінювання, що охолоджується рідким азотом. Зображення має формат 128 х 128 елемента або 256 х 256, тобто за чіткістю мало поступається телевізійному. Тепловізори передають за 1 секунду 16 кадрів. Чутливість тепловізора при вимірі одного кадру - близько 0,1 К, проте її можна різко збільшити, використовуючи ЕОМ для обробки зображень. Теплобачення у біології та медицині.Найбільш яскравий результат застосування теплобачення в біології (це виявлення та реєстрація просторового розподілу температури кори головного мозку тварин – народився фактично новий розділ фізіології – термоенцефалоскопія). Для вимірювань тепловізор наводять на поверхню черепної коробки, з якою заздалегідь знімають скальп.

Все різноманіття живого на нашій планеті виникло, еволюціонувало і нині існує завдяки безперервній взаємодії з різними факторами зовнішнього середовища, пристосовуючись до їхнього впливу та змін, використовуючи їх у процесах життєдіяльності. А більшість цих факторів мають електромагнітну природу. Протягом усієї епохи еволюції живих організмів електромагнітні випромінювання існують у середовищі їх проживання - біосфері. Такі електромагнітні поля називають природними.

До природних випромінювань відносються слабкі електромагнітні поля, створювані живими організмами, поля атмосферного походження, електричні та магнітні поля Землі, сонячне випромінювання, а також космічне випромінювання. Коли людина стала активно використовувати електроенергію, користуватися радіозв'язком і. т. д., то біосферу стало надходити штучне електромагнітне випромінювання, у широкому діапазоні частот (приблизно від 10-1 до 1012 Гц).

Електромагнітне поле необхідно розглядати як, що складається з двох полів: електричного та магнітного. Можна вважати, що в об'єктах, що містять електричні ланцюги, електричне поле виникає при напрузі на струмоведучих частинах, а магнітне при проходженні струму по цих частинах. Припустимо також вважати, що з малих частотах, (зокрема 50 Гц), електричне і магнітне поля пов'язані, тому їх можна розглядати окремо, як і які впливають на біологічний об'єкт.

Ефект впливу електромагнітного поля на біологічний об'єкт прийнято оцінювати кількістю електромагнітної енергії, що поглинається цим об'єктом при знаходженні його в полі.

Штучні низькочастотні електромагнітні поля здебільшого створюються енергетичними установками, лініями електропередач (ЛЕП), електропобутовою технікою, що працює від мережі.

Виконані для дійсних умов розрахунки показали, що у будь-якій точці електромагнітного поля низької частоти, що виникає в електроустановках, на промислових об'єктах, та. т. д., поглинена тілом живого організму енергія магнітного поля приблизно в 50 разів менша за поглинуту ним енергію електричного поля. Разом з тими вимірами в реальних умовах було встановлено, що напруженість магнітного поля в робочих зонах відкритих розподільних пристроїв і повітряних ліній з напругою до 750 кВ не перевищує 25 А/м, тоді як шкідлива дія магнітного поля на біологічний об'єкт виявляється при напруженості. , набагато більше.

З цього можна дійти невтішного висновку, що негативне дію електромагнітного поля на біологічні об'єкти у промислових електроустановках обумовлено електричним полем; магнітне ж поле має незначну біологічну дію, і в практичних умовах їм можна знехтувати.

Електричне поле низької частоти можна як кожен момент як електростатичне полі, т. е. застосовувати щодо нього закони електростатики. Це поле створюється, принаймні, між двома електродами (тілами), які несуть заряди різних знаків і на яких починаються і закінчуються силові лінії.

Низькочастотні радіохвилі мають дуже велику довжину хвилі (від 10 до 10000 км), тому встановити екран, який не пропускав би це випромінювання важко. Радіохвилі його безперешкодно обгинатимуть. Тому низькочастотні радіохвилі, що мають достатній запас енергії, можуть поширюватися на досить великі відстані.

Передбачається, що низькочастотні електромагнітні випромінювання є найбільш масштабним видом забруднення, що має глобальні несприятливі наслідки для живих організмів і для людини.

Досліджено низькочастотні електромагнітні поля (НЧ ЕМП) у побутових

умовах від різних зовнішніх та внутрішніх джерел, вивчено вплив даного фактора на стан здоров'я населення.

У процесі експлуатації електроенергетичних установок - відкритих розподільних пристроїв (ВРП) та повітряних ліній (ПЛ) електропередачі надвисокої напруги (330 кВ і вище) було відзначено погіршення стану здоров'я персоналу, який обслуговує зазначені установки. Суб'єктивно це виражалося у погіршенні самопочуття працюючих, які скаржилися на підвищену стомлюваність, млявість, головний біль. поганий сон. біль у серці тощо.

В умовах населених місць основним зовнішнім джерелом низькочастотних електричних та магнітних полів у квартирах житлових будівель є ЛЕП різної напруги. У будинках розташованих поблизу ЛЕП від 75 до 80% обсягу приміщень квартир перебувають під впливом високих рівнівНЧ ЕМП і населення, що проживає в них, піддається цілодобовому впливу даного несприятливого фактора.

Спеціальні спостереження та дослідження, що проводяться в Радянському Союзі, в Росії та за кордоном, підтвердили обґрунтованість цих скарг та встановили, що фактором, що впливає на здоров'я персоналу, що працює з електроустаткуванням, є електромагнітне поле, що виникає у просторі навколо струмопровідних частин діючих електроустановок.

Інтенсивне електромагнітне поле промислової частоти викликає у працюючих порушення функціонального стану центральної нервової та серцево-судинної системи. При цьому спостерігається підвищена стомлюваність, зниження точності робочих рухів, зміна кров'яного тиску та пульсу, виникнення болів у серці, що супроводжуються серцебиттям та аритмією, тощо.

Передбачається, що порушення регуляції фізіологічних функцій організму обумовлено впливом низькочастотного електромагнітного поля на різні відділи. нервової системи. При цьому підвищення збудливості центральної нервової системи відбувається внаслідок рефлекторної дії поля, а гальмівний ефект – результат прямого впливу поля на структури головного та спинного мозку. Вважається, що кора головного мозку, а також проміжний мозок особливо чутливі до впливу електричного поля. Передбачається також, що основним матеріальним фактором, що викликає зазначені зміни в організмі, є струм, що індукується в тілі (тобто наведений магнітної складової поля), а вплив самого електричного поля значно менше. Слід зазначити, що насправді впливають і струм, що індукується, і саме електричне поле.

Дія електромагнітних полів на клітини.

Розглянемо дію електромагнітних полів (у тому числі низькочастотних) на клітини живих організмів.

Ефекти, що викликаються дією електричних полів на клітинні мембрани можуть бути класифіковані наступним чином: 1) оборотне підвищення проникності клітинних мембран (електропорація); 2) електрозлиття; ) електротрансфекція; 6) електроактивація мембранних білків.

Рух клітин у електричному полі буває двох типів. Постійне поле викликає переміщення клітин, що мають поверхневий заряд, явище електрофорезу. При дії на клітинні суспензії змінного неоднорідного полявідбувається рух клітин, званий діелектрофорез. При діелектрофорезі поверхневий заряд клітин немає істотного значення. Рух відбувається через взаємодію наведеного дипольного моменту із зовнішнім полем.

Теоретично діелектрофореза клітину зазвичай розглядають як сфери, має діелектричну оболонку. Частотно-залежна складова індукованого дипольного моменту для такої сферичної частки записується у вигляді:

де, ― циклічна частота. Параметри A1, A2, B1, B2, C1, C2 визначаються незалежними від частоти значеннями провідності та діелектричної проникності зовнішньої та внутрішнього середовища, а також розділяє оболонки.

З наведених співвідношень розраховані частотні залежності діелектрофоретичної сили. Діюча на клітини в неоднорідному електричному полі, а також зусилля, що визначає обертання клітин у електричному полі, що обертається. Відповідно до теорії, джіелектрофоретична сила пропорційна дійсної частини безрозмірного параметра К і градієнту квадрата напруженості поля:

F=1/2·Re(K)·grad E2

Обертовий момент пропорційний уявній частині парпметра К і квадрату напруженості поля, що обертається:

F=Im(K)·E2

Відмінність напрямків діелектрофоретичної силини на низьких (кілогерці) та високих (мегагерці) частотах зумовлена ​​різною орієнтацією індукованого дипольного моменту по відношенню до зовнішнього електричного поля. Відомо, що дипольні моменти погано провідних діелектричних частинок у провідному середовищі орієнтуються протилежно вектору напруженості електричного поля, а дипольні моменти добре провідних частинок, оточених малопровідним середовищем, навпаки, орієнтуються співспрямовано з вектором напруженості.

У разі впливу низькочастотного поля мембрана є хорошим ізолятором, і струм йде в обхід клітини по провідному середовищі. Індуковані заряди розподіляються як показано на малюнку, і посилюють напруженість поля всередині частки. При цьому дипольний момент антипаралелен напруженості поля. Для високочастотного поля провідність мембран висока, отже дипольний момент буде направлений з вектором напруженості електричного поля.

Деформація мембран під впливом електромагнітних полів відбувається через дію на поверхню клітини сил, які називаються максвеллівськими напругами. Величина та напрям сили, що діє на клітинні мембрани в електричному полі, визначається співвідношенням

де T – сила, E – напруженість поля, n – вектор нормалі до поверхні, ε – відносна діелектрична проникність діелектрика, ε0 – абсолютна діелектрична проникність вакууму.

У разі на клітину низькочастотного поля силові лінії обходять клітину, т. е. поле спрямоване вздовж поверхні. Отже векторний добуток E дорівнює нулю. Тому

Ця сила діє клітину, змушуючи її витягуватися вздовж силових ліній поля.

Коли на клітину діє високочастотне поле, сила, що діє на мембрану, розтягує кінці клітин у напрямку електродів.

Як приклад електроактивації мембранних ферментів можна назвати активацію Na, К-АТФази в еритроцитах людини при дії змінного поля з амплітудою 20 В/см та частотою 1 кГц. Істотно, що електричні поля такої слабкої напруженості не надають шкідливого на функції клітин та його морфологію. Слабкі поля низької частоти (60 В/см, 10 Гц) мають також стимулюючий вплив на синтез АТФ мітохондріальною АТФазою. Припускають, що електроактивація обумовлена ​​впливом поля конформацію білків. Теоретичний аналіз моделі полегшеного мембранного транспорту за участю переносника (модель із чотирма станами транспортної системи) вказує на взаємодію транспортної системи зі змінним полем. Внаслідок такої взаємодії енергія поля може використовуватися транспортною системоюі перетворюватися на енергію хімічного зв'язкуАТФ.

Вплив слабких НЧ ЕМП на біоритми.

Характер та виразність біологічних ефектів ЕМП своєрідно залежать від параметрів останніх. В одних випадках ефекти максимальні при деяких "оптимальних" інтенсивностях ЕМП, в інших – зростають при зменшенні інтенсивності, у третіх – протилежно спрямовані за малих та великих інтенсивностей. Що ж до залежності від частот і модуляционно-часовых характеристик ЭМП, вона має місце для специфічних реакцій (умовні рефлекси, зміни орієнтації, відчуття).

Аналіз цих закономірностей призводить до висновку, що біологічні ефекти слабких низькочастотних полів, незрозумілі їх енергетичною взаємодією з речовиною живих тканин, можуть бути обумовлені інформаційними взаємодіями ЕМП з кібернетичними системами організму, що сприймають інформацію з навколишнього середовища і відповідно регулюють процеси життєдіяльності.

НЧ ЕМП антропогенного походження близькі за параметрами до природних електричних та магнітних полів Землі. Тому в біологічній системі, що під впливом штучних НЧ ЕМП, може відбутися порушення біоритмів, властивої цій системі.

Наприклад, в організмі здорової людини найбільш характерними короткоперіодними ритмами центральної нервової системи (ЦНС) у стані спокою слід вважати коливальну активність електричних та магнітних полів головного мозку (2-30 Гц), частоту серцевих скорочень (1.0-1.2 Гц), частоту дихальних рухів ( 0.3 Гц), періодичність коливань артеріального тиску (0.1 Гц) та температури (0.05 Гц). Якщо тривалий час впливати на людину НЧ ЕМП, амплітуда яких досить велика, то може відбутися порушення природних ритмів (дизритмія), що спричинить фізіологічні порушення.

Усі біологічні об'єкти перебувають під впливом електричного та магнітного полів Землі. Тому більшість змін, що відбуваються в біосфері, тією чи іншою мірою пов'язані зі зміною цього поля. Очевидно, що зміни геомагнітного поля мають періодичний характер. Якщо відбуваються якісь відхилення від періоду змін, що встановився, то можуть відбутися порушення фізіологічних параметрів біологічних систем.

Ці відхилення можуть статися з двох причин. Перша причина – природна (наприклад, вплив сонячної активності на геополя). Причому більшість відхилень також періодичні. Друга причина має антропогенний характер, наслідком якої є порушення частотного спектрупараметрів довкілля. У випадку шкідливим слід вважати будь-яке помітне відхилення частотного спектра штучних полів від оптимального, що визначається спектром геомагнітного поля Землі.

Можна сказати, що в процесі еволюції жива природа використовувала природні ЕМП довкілля як джерела інформації, що забезпечувала безперервне пристосування організмів до змін різних факторівзовнішнього середовища: узгодження процесів життєдіяльності з регулярними змінами, захист від спонтанних змін. Формування в живій природі інформаційних зв'язків за допомогою ЕМП на додаток до відомих видів передачі інформації за допомогою органів чуття, нервової та ендокринної систем було обумовлено надійністю та економічністю "біологічного радіозв'язку".

Останні новини

• 24.01.18 Відкриті клітини, які відповідають за реєстрацію зайвої ваги

  Шведські вчені, науковим шляхомвстановили, що клітини людини. Ті, що знаходяться в кістковій тканині, відповідають за реєстрацію зміни маси тіла людини, а потім повідомляють про це всьому організму.
  Наукові співробітникипровели ряд експериментів, в Гетеборгському університеті на піддослідних мишах, які страждають на ожиріння. Першій групі піддослідних під шкіру були імплантовані невеликі вантажі, що становлять 15 відсотків їхньої ваги, другій групі вживлені порожнисті капсули, які становили 3 відсотки ваги гризуна.
  Перша група піддослідних, з реальними вантажами, за два тижні скинула вагу, яка дорівнювала масі впровадженого вантажу, при цьому у них суттєво зменшився жировий прошарок. При зворотному ході експерименту, коли імплантовані вантажі було видалено, піддослідні знову набрали колишню вагу.
  Вчені вважають, що реєстрацією надлишкового навантаження займаються клітини, які продукують кісткову тканину в організмі людини. Такі клітини називаються остеоцитами. В даний час експерименти та спостереження продовжуються.

• 01.12.17 Запропоновано експеримент для пошуку квантових властивостей гравітації

  Вже багато десятиліть йдуть спроби з'єднання квантової механіки зі спеціальною теорієювідносності. Висунуто безліч теорій, включаючи знамениту теорію струн, але немає ясності навіть у гравітації. квантових властивостей.

  Один шлях вирішення проблеми пов'язаний із спостереженням гравітаційних хвиль, побудовою їх докладної теоріїта винятком тих моделей квантової гравітації, які їй суперечитимуть.

  Нещодавно фізики запропонували кардинально інший підхід – експериментальний пошук відхилень від передбачень класичної фізики. Якщо гравітація і справді квантується, то й сам простір-час буде не безперервним, а значить, у найпростіших системах виявляться мізерно малі відхилення від класичних законів природи.

  Вчені пропонують досліджувати різноманітні оптомеханічні системи з високою чутливістю та шукати в них відхилення. На відміну від величезних систем для пошуку гравітаційних хвиль, розміри яких становлять десятки кілометрів, пропонується використовувати дуже компактні системи, оскільки квантова гравітація неоднорідна виключно на малих масштабах.

  Стверджується, що зараз наші технічні можливості є достатніми і успіх такого експерименту цілком можливий.

• 09.10.17 Нейронна мережа навчилася читати образи у чоловічому мозку

  Вчені провели безліч вимірювань на функціональному апараті МРТ і точно виміряли активність різних ділянок мозку при перегляді відеороликів. Троє піддослідних переглянули під наглядом сотні відеороликів, що стосуються різних типів.

  Завдяки цій детальній інформації дослідники змогли скористатися нейронною мережею та навчити програму передбачати параметри мозкової діяльності з відеоролика. Вирішувалося і зворотне завдання - по активних галузях мозку визначити тип відеоролика.

  При показі нових роликів нейронна мережа могла прогнозувати показання магнітно-резонансного томографа з точністю до 50%. Коли навчену на одній з учасниць мережу застосовували для прогнозу типу ролика, що переглядається іншою учасницею, точність передбачення знижувалася до 25%, що теж відносно багато.

  Вчені наблизилися до переведення ментальних образів у цифровий формат, їх збереження та передачі іншим людям. Вони стали краще розуміти людський мозокта особливість обробки у ньому відеоінформації. Можливо, колись завдяки розвитку цієї технології люди зможуть показувати один одному свої сновидіння.

Основні вимоги до матеріалів.Крім високої магнітної проникності і малої коерцитивної сили магнитомягкие матеріали повинні мати великий індукцією насичення, тобто. пропускати максимальний магнітний потік через задану площу поперечного перерізу магнітопроводу. Виконання цієї вимоги дозволяє зменшити габаритні розміри та масу магнітної системи.

Магнітний матеріал, що використовується в змінних полях, повинен мати, можливо, менші втрати на перемагнічування, які складаються в основному із втрат на гістерезис та вихрові струми.

Для зменшення втрат на вихрові струми в трансформаторах вибирають магнітом'які матеріали з підвищеним питомим опором. Зазвичай магнітопроводи збирають із окремих ізольованих один від одного тонких листів. Широке застосування отримали стрічкові осердя, що навиваються з тонкої стрічки з міжвітковою ізоляцією з діелектричного лаку. До листових та стрічкових матеріалів пред'являється вимога високої пластичності, завдяки якій полегшується процес виготовлення виробів із них.

Важливою вимогою до магнітом'яких матеріалів є забезпечення стабільності їх властивостей, як у часі, так і по відношенню до зовнішніх впливів, таких, як температура та механічна напруга. З усіх магнітних характеристик найбільшим змінам у процесі експлуатації матеріалу схильні магнітна проникність (особливо у слабких полях) та коерцитивна сила.

Феріти.

Як зазначалося вище, ферити є оксидними магнітними матеріалами, у яких спонтанна намагніченість доменів обумовлена ​​некомпенсованим антиферомагнетизмом.

Великий питомий опір, що перевищує питомий опір заліза в 10 3 -10 13 разів, а, отже, і відносно незначні втрати енергії в області підвищених і високих частот поряд з досить високими магнітними властивостями забезпечують ферит широке застосування в радіоелектроніці.

Номер	Назва	Марка феритів
групи	групи	Ni-Zn	Mn-Zn
I	Загального застосування	100НН, 400НН, 400НН1, 600НН, 1000НН, 2000НН	1000НМ, 1500НМ, 2000НМ, 3000НМ
II	Термостабільні	7ВН, 20ВН, 30ВН, 50ВН, 100ВН, 150ВН	700НМ, 1000НМ3, 1500НМ1, 1500НМ3, 2000НМ1, 2000НМ3
III	Високопроникні		4000НМ, 6000НМ, 6000НМ1, 10000НМ, 20000НМ
IV	Для телевізійної техніки		2500НМС1, 3000НМС
V	Для імпульсних трансформаторів	300ННІ, 300ННІ1, 350ННІ, 450ННІ, 1000ННІ, 1100ННІ	1100НМІ
VI	Для контурів, що перебудовуються	10ВНП, 35ВНП, 55ВНП, 60ВНП, 65ВНП, 90ВНП, 150ВНП, 200ВНП, 300ВНП
VII	Для широкосмугових трансформаторів	50ВНС, 90ВНС, 200ВНС, 300ВНС
VIII	Для магнітних головок	500НТ, 500НТ1, 1000НТ, 1000НТ1, 2000НТ	500МТ, 1000МТ, 2000МТ, 5000МТ
IX	Для датчиків температури	1200НН, 1200НН1, 1200НН2, 1200НН3, 800НН
X	Для магнітного екранування	200ВНРП, 800ВНРП

Табл. 2 Групи та марки магнітом'яких феритів.

Високопроникні ферити.Як магнітом'які матеріали найбільш широко застосовують нікель-цинкові і марганець-цинкові ферити. Вони кристалізуються в структурі шпінелі і є твердими розчинами заміщення, утвореними двома простими феритами, один з яких (NiFe 2 O 4 або MnFe2O4) є феримагнетиком, а інший (ZnFe 2 O 4) - немагнітний. Основні закономірності зміни магнітних властивостей від складу в подібних системах представлені на рис.2 і 3. Щоб пояснити закономірності, що спостерігаються, необхідно взяти до уваги, що катіони цинку в структурі шпінелі завжди займають тетраедричні кисневі міжвузля, а катіони тривалентного заліза можуть знаходитися як в тетра- , і в октаедричних проміжках. Склад твердого розчину з урахуванням розподілу

катіонів за кисневими міжвузлями можна охарактеризувати такою формулою:

(Zn 2+ x Fe 3+ 1-x)O 4

де стрілки умовно вказують напрямок магнітних моментів іонів у відповідних гратках. Звідси видно, що входження цинку в кристалічні ґрати супроводжується витісненням заліза в октаедричні позиції. Відповідно зменшується намагніченість тетраедричної (А) грати і знижується ступінь компенсації магнітних моментів катіонів, що знаходяться в різних гратках (А і В). В результаті виникає дуже цікавий ефект: збільшення концентрації немагнітного компонента призводить до збільшення намагніченості насичення (а отже, і s) твердого розчину (рис.2). Однак розведення твердого розчину немагнітним феритом викликає послаблення основної обмінної взаємодії типу А-О-В, що виражається в монотонному зниженні температури Кюрі (Т до) зі збільшенням мольної частки ZnFe 2 O 4 у складі феррошпінелі. Швидкий спад індукції насичення в ділянці х > 0,5 пояснюється тим, що магнітні моменти невеликої кількості іонів у тетраедричній підрешітці вже не в змозі орієнтувати антипаралельно собі магнітні моменти всіх катіонів, що знаходяться в підрешітці. Іншими словами, обмінна взаємодія типу А-О-В стає настільки слабкою, що не може придушити конкуруючу взаємодію типу В-О-В, яке також є негативним і прагне викликати антипаралельну орієнтацію магнітних моментів катіонів у В-підгратці.

Ослаблення обмінної взаємодії між катіонами зі збільшенням вмісту немагнітного компонента призводить до зменшення констант кристалографічної анізотропії та магнітострикції. Завдяки цьому полегшується перемагнічування феримагнетика слабких полях, тобто. зростає початкова магнітна проникність. Наочне уявлення про залежність початкової магнітної проникності складу твердої фази дає рис.3. Максимальному значенню проникності відповідає точка у трикутнику складів з орієнтовними координатами 50% Fe 2 O 3 , 15% NiO та 35% ZnO. Цій точці відповідає твердий розчин Ni 1-x Zn x Fe 2 O 4 з х»0,7. З порівняння рис.2 і 3 можна дійти невтішного висновку, що ферити з високої початкової магнітної проникністю повинні мати невисоку температуру Кюрі. Аналогічні закономірності спостерігаються для марганець-цинкових феритів.

Значення початкової магнітної проникності та коерцитивної сили визначаються як складом матеріалу, а й його структурою. Перешкодами, що заважають вільному переміщенню доменних кордонів при впливі на ферит слабкого магнітного поля, є мікроскопічні пори, включення побічних фаз, ділянки з дефектною кристалічною решіткоюта ін. Усунення цих структурних бар'єрів, що також ускладнюють процес намагнічування, дозволяє істотно підвищити магнітну проникність матеріалу. Велике впливом геть значення початкової магнітної проникності феритів надає розмір кристалічних зерен. Марганець-цинкові ферити з крупнозернистою структурою можуть мати початкову магнітну проникність до 20000. Це значення близьке до початкової магнітної проникності кращих марок пермалою.

Магнітні властивості.Для феритів, що використовуються у змінних полях, крім початкової магнітної проникності однією з найважливіших характеристик є тангенс кута втрат tgd. Завдяки низькій провідності складова втрат на вихрові струми у феритах практично мала і нею можна знехтувати. У слабких магнітних полях незначними виявляються втрати на гістерезис. Тому значення tgd у феритах на високих частотах переважно визначається магнітними втратами, зумовленими релаксаційними та резонансними явищами. Для оцінки допустимого частотного діапазону, в якому може використовуватися цей матеріал, вводять поняття критичної частоти f кр. Зазвичай під fкр розуміють таку частоту, коли tgd досягає значення 0,1.

Інерційність усунення доменних кордонів, що виявляються на високих частотах, призводить не тільки до зростання магнітних втрат, а й до зниження магнітної проникності феритів. Частоту f гр, за якої початкова магнітна проникність зменшується до 0,7 від її значення в постійному магнітному полі, називають граничної. Як правило, f кр< f гр. Для сравнительной оценки качества магнитомягких ферритов при заданных значениях H и f удобной характеристикой является относительный тангенс угла потерь, под которым понимают отношение tgd/m н.

Порівняння магнітних властивостей феритів з однаковою початковою магнітною проникністю показує, що в ділянці частот до 1 МГц марганець-цинкові ферити мають істотно менший відносний тангенс кута втрат, ніж нікель-цинкові ферити. Це дуже малими втратами на гістерезис у марганець-цинкових феритів в слабких полях. Додатковою перевагою високопроникних марганець-цинкових феритів є підвищена індукція насичення та більш висока температура Кюрі. У той же час нікель-цинкові ферити мають більш високий питомий опір і кращі частотні властивості.

У феритах, як і в феромагнетиках, реверсивна магнітна проникність може істотно змінюватися під впливом напруженості постійного поля, що підмагнічує, причому у високопроникних феритів ця залежність виражена більш різко, ніж у високочастотних феритів з невеликою початковою магнітною проникністю.

Магнітні властивості феритів залежать від механічних напруг, які можуть виникати при нанесенні обмотки, кріпленні виробів та інших причин. Щоб не було погіршення магнітних характеристик, ферити слід оберігати від механічних навантажень.

Електричні властивості. За електричними властивостями ферити належать до класу напівпровідників або навіть діелектриків. Їхня електропровідність обумовлена ​​процесами електронного обміну між іонами змінної валентності ("стрибковий" механізм). Електрони, що у обміні, можна як носії заряду, концентрація яких мало залежить від температури. Разом про те, у разі підвищення температури експоненційно збільшується ймовірність перескоку електронів між іонами змінної валентності, тобто. зростає рухливість носіїв заряду. Тому температурну зміну питомої провідності та питомого опору феритів з достатньою для практичних цілей точністю можна описати такими формулами:

g = g 0 exp [-Е 0 / (kT)]; r = r 0 exp [Е 0 /(kT)]

де g 0 і r 0 - постійні величинидля цього матеріалу; Е 0 - Енергія активації електропровідності.

Серед багатьох факторів, що впливають на електричний опір феритів, основним є концентрація в них іонів двовалентного заліза Fe2+. Під впливом теплового рухуслабозв'язані електрони перескакують від іонів заліза Fe 2+ до іонів Fe 3+ і знижують валентність останніх. Зі збільшенням концентрації двовалентних іонів заліза лінійно зростає провідність матеріалу та одночасно зменшується енергія активації Е 0 . Звідси випливає, що з зближенні іонів змінної валентності знижується висота енергетичних бар'єрів, які мають долати електрони під час переходу від однієї іона до сусіднього. У ферит-шпинелей енергія активації електропровідності зазвичай лежить в межах від 0,1 до 0,5 еВ. Найбільшу концентрацію іонів двовалентного заліза і, відповідно, найменший питомий опір має магнетит Fe 3 O 4 (ферит заліза), у якого r=5·10 -5 Ом·м. У той самий час у ферогранатах концентрація іонів Fe 2+ мізерно мала, тому їх питомий опір може досягати високих значень (до 10 9 Ом·м).

Експериментально встановлено, що присутність у феритах-шпінелях певної кількості іонів двовалентного заліза призводить до ослаблення анізотропії та магнітострикції; це сприятливо відбивається на значенні початкової магнітної проникності. Звідси випливає наступна закономірність: ферити з високою магнітною проникністю, як правило, мають невисокий питомий опір.

Для феритів характерна відносно велика діелектрична проникність, яка залежить від частоти та складу матеріалу. Зі збільшенням частоти діелектрична проникність феритів падає. Так, нікель-цинковий ферит з початковою проникністю 200 на частоті 1 кГц має e = 400, а на частоті 10 МГц e = 15. Найбільш високе значення e властиве марганець-цинковим феритам, у яких вона досягає сотень або тисяч.

Великий вплив на поляризаційні властивості феритів мають іони змінної валентності. Зі збільшенням їх концентрації спостерігається зростання діелектричної проникності матеріалу.

Про ЕМІ в розломних зонах:

Зазначається, що «над приземним шаром зон активних геологічних розломів спостерігається підвищений рівеньприродного імпульсного електромагнітного поля навіть поза відчутною сейсмічності», обумовлений, «швидше за все, зміною умов проходження атмосфериків (в іоносфері) над зонами активних розломів». Земна корарозбита глибинними розломами (загальнокоровими розривними порушеннями) на окремі блоки, формою близькі до прямокутних. Ширина зон глибинних розломів становить сотні метрів – десятки кілометрів, протяжність – десятки, сотні та перші тисячі кілометрів. на земної поверхнірозривні тектонічні порушення представлені зонами із великою кількістю тріщин різного характеру (зонами дроблення).

Показано геоелектричний розріз зони дроблення, що має низький опір r в межах 200 - 1000 Ом · м і ширину ~ 50 м (хребет Улан - Бургаси, рифтова Байкальська зона)

Розглянемо детальніше завдання поширення земної хвилі над багатокусковими імпедансними радіотрасами, що проходять над зонами розломів. Нехай приймач сейсмоелектромагнітних емісій розташований у середині розломної області. Джерело випромінювань може мати будь-який азимут щодо приймача та осі розлому. Траса розповсюдження електромагнітних хвильможе проходити: а) поперек осі розлому; б) під довільним кутом щодо осі розлому; в) вздовж осі розлому. Щодо зони Френеля ці ситуації виглядають так

Можливі типи двовимірних імпедансних радіотрас проходять над зонами розломів. δ1, δ2 – поверхневі імпеданси «шматка» траси, Т – передавач, R – приймач, L – ширина розлому, l – довжина радіотраси

Так як зона розлому зазвичай має високу провідність щодо навколишніх порід розл. >> σокр. порід, відбувається «підтікання» енергії з верхньої частини області поширення в підошовну область (дифузія вздовж хвильових фронтів). Чисельні розрахунки для модельної траси в діапазоні 2 – 1000 кГц показують яскраво виражене посилення поля у зоні розлому – ефект «відновлення».

Модуль функції ослаблення в діапазоні 2 - 1000 кГц (Ділянка 1: ρ = 100 Ом·м, ε = 20; ділянка 2: ρ = 3000 Ом·м, ε = 10; ділянка 3: ρ = 1÷50 Ом·м, ε = 20)

Ефект відновлення посилюється до 3.8 разів при зростанні частоти з 2 до 1000 кГц, при цьому відносне збільшення поля дуже слабо залежить від опору розлому. Варіації r не більше 1÷50 Ом·м мало змінюють відносини |W|160км/|W|150км і перебіг спектральної характеристики імпедансного каналу. Таким чином, підвищений рівень природного імпульсного електромагнітного поля, що спостерігається в багатьох розломних зонах, пояснюється не підвищеним випромінюванням із зони розлому, а впливом «посадкового» майданчика, що має високу провідність.

"Характеристики природного імпульсного електромагнітного поля Землі в ОНЧ діапазоні"; І.Б. Нагуслаєва, Ю.Б. Башкуєв

Відразу ж можна береговий ефект полярних сяйв згадати...

Про слабкі та надслабкі ефекти, трохи - але цікаво:

Сенсибілізовані до дії ЕМП щури протягом 24 діб щодобово піддавалися близько опівночі вартовому впливу змінним магнітним полем з дуже складним малюнком варіацій; середні значення індукції перебували у межах 20-500 нанотесла; при спостереженнях над поведінкою тварин систематично фіксувалося кількість різних поведінкових актів, включаючи агресію.

Обробка вимірювань дозволила авторам зробити такий висновок: групова агресія щурів може бути посилена або ослаблена дією ЕМП залежно від деяких їх морфологічних та динамічних характеристик. Ці ж автори виявили у подібних піддослідних тварин зростання актів агресії зі збільшенням геомагнітної збуреності.

Як уже зазначалося, магнітна компонента електромагнітних варіацій довкілля є дуже проникаючим агентом - вільно проникає під кілометри гірських порідпронизує всі біологічні тканини. Тому можливий прямий вплив низькочастотних ЕМП на ембріон, надійно захищений, здавалося б, гомеостатом від екологічних впливів. Вже перші найпростіші спроби вивчити вплив варіацій ЕМП на ембріональний розвиток людини дали вражаючі результати.

Існує також цікавий історичний аспект досліджень екологічного значенняЕМП. Багато спостережень було зроблено у минулому (біологічні провісники землетрусів - зв'язок біологічних показників із змінами числа сонячних плям), навіть у далекому минулому (біолокація). У кожному випадку для тлумачення спостережень постулювали існування особливого "випромінювання" - в геліобіології довгий час фігурували, Z - випромінювання і X - агент; метеорологічні процеси супроводжувалися "випромінюванням погоди" (індикатором -були" бактерії), з грунту виділялися "оргона енергія" або "мікролептонний газ".

Чи впливає "космічна погода" на суспільне життя?

Зееманівське резонансне поглинання - не єдиний спосіб на спиновий стан. Інший шлях випливає з властивості постійного магнітного поля пригнічувати триплет-синглнтну конверсію і, таким чином, впливати на кінетику спин-залежного процесу. Низькочастотні ЕМП, кілометрових і довших хвиль, бисгропротекающими процесами (<10"сек) воспринимаются как квази-постоянные поля и могут влиять на них по механизму подавления триплет-синглетной конверсии

Переконливий доказ провідної ролі спинового стану було отримано у роботах з вивчення фізики пластичності кристалів. Вони показали, що ЕМП, на 5-7 порядків слабше за кТ, збільшують пластичність всупереч рівноважній термодинаміці. Механізм ефекту, названого магнітопластичним, наступний: зміщення дислокацій у сусідню долину Пайєрлса, ініційоване пара-магнітним станом ядра дислокації, відбувається за час, менший за час спинової релаксації дислокацій. Джерелом енергії таких проскоків є механічна напруга, яка завжди є в кристалах. Роль ЕМП тут зводиться до придушення триплет-синглетної конверсії парамагнітних пар, що збільшує час життя ядер дислокацій у парамагнітному стані і, відповідно, збільшує шанс зміщення дислокації ще один елементарний крок.