Физик

Примеры использования

Антенна СВЧ.

• Мазер представляет собой устройство , похожее на лазер , за исключением того, что она работает в диапазоне сверхвысоких частот.
• Микроволны используются для спутниковой передачи, потому что эта частота легко проходит через атмосферу Земли и с меньшими помехами на более высоких длинах волн [ исх.  желаемый] (особенно в случае с GPS ).
• РЛС также использовать отражение микроволн для определения расстояния, скорости и других характеристик удаленных объектов.
• В протоколы беспроводной передачи данных в локальных сетях , таких как Wi-Fi , Bluetooth , DECT также используют микроволны в полосах 2,4 и 1,9  ГГц соответственно; некоторые варианты Wi-Fi ( например, IEEE 802.11n и 802.11ac ) используют полосу частот от 5 до 6  ГГц для связи на небольших расстояниях (<100  м ).
• Глобальные сети, такие как мобильный WiMAX , используют диапазон 3,5  ГГц .
• Распространение излучения DTT использует некоторые из более низких микроволновых частот.
• Местные беспроводные видеопередатчики (наблюдение за ребенком, просмотр телевизора в комнате без проводной антенны и т. Д.) Используют микроволновые печи.
• Мобильной телефонии на основе микроволновой печи (несколько полос между 700  МГц и 2,7  ГГц ).
• Микроволны также могут использоваться для передачи энергии на большие расстояния; после Первой мировой войны было проведено исследование, чтобы изучить эту возможность.
• В 1970 — х и начале 1980 — х лет , НАСА провело исследование по разработке солнечных батарей спутниковых систем (SPS) с большими солнечными батареями , которые перенаправляют захваченную энергию в виде микроволн на поверхность земли. Земля.
• В микроволновой печи в качестве микроволнового генератора используется магнетрон с частотой примерно 2,45  ГГц для нагрева пищи. Бытовые микроволновые печи впервые появились в домах в начале 1980-х годов, и сейчас их распространяют сотни миллионов людей по всему миру.
• Магнитный импульс ультракороткие , который используется для лечения рака и может быть использован , чтобы сделать оружие разрушения электронного противным (2008).

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.

Плоские вакуумные триоды.

Хотя клистроны
и магнетроны более предпочтительны как СВЧ-генераторы, благодаря
усовершенствованиям в какой-то мере восстановлена важная роль вакуумных
триодов, особенно в качестве усилителей на частотах до 3 млрд. герц.

Трудности, связанные с временем пролета, устранены
благодаря очень малым расстояниям между электродами. Нежелательные
межэлектродные емкости сведены к минимуму, поскольку электроды сделаны
сетчатыми, а все внешние соединения выполняются на больших кольцах, находящихся
вне лампы. Как и принято в СВЧ-технике, применен объемный резонатор. Резонатор
плотно охватывает лампу, и кольцевые соединители обеспечивают контакт по всей
окружности резонатора.

Как микроволны нагревают пищу?

В состав продуктов питания входят многие вещества: минеральные соли, жиры, сахар, вода. Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом — отрицательный. К счастью, подобных молекул в пище предостаточно — это молекулы и жиров и сахаров, но главное, что диполем является молекула воды — самого распространенного в природе вещества.

Каждый кусочек овощей, мяса, рыбы, фруктов содержит миллионы дипольных молекул.

В отсутствие электрического поля молекулы расположены хаотически. В электрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, «плюсом» в одну сторону, «минусом» в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на 180 градусов.

А теперь вспомним, что частота микроволн 2450 МГц. Один герц — это одно колебание в секунду, мегагерц — один миллион колебаний в секунду. За один период волны поле меняет свое направление дважды: был «плюс», стал «минус», и снова вернулся исходный «плюс». Значит, поле, в котором находятся наши молекулы, меняет полярность 4.900.000.000 раз в секунду! Под действием микроволнового излучения молекулы кувыркаются с бешеной частотой и в буквальном смысле трутся одна о другую при переворотах. Выделяющееся при этом тепло и служит причиной разогрева пищи.

Продукты нагреваются под действием микроволн примерно так же, как нагреваются наши ладони, когда мы быстро трем их друг о друга.

Продукты нагреваются под действием микроволн примерно так же, как
нагреваются наши ладони, когда мы быстро трем их друг о друга.

Клистрон.

Для этого
электровакуумного прибора, основанного на несколько ином принципе, не требуется
внешнее магнитное поле. В клистроне (рис. 2) электроны движутся по прямой от
катода к отражательной пластине, а затем обратно. При этом они пересекают
открытый зазор объемного резонатора в форме бублика. Управляющая сетка и сетки
резонатора группируют электроны в отдельные «сгустки», так что электроны
пересекают зазор резонатора только в определенные моменты времени. Промежутки
между сгустками согласованы с резонансной частотой резонатора таким образом,
что кинетическая энергия электронов передается резонатору, вследствие чего в
нем устанавливаются мощные электромагнитные колебания. Этот процесс можно
сравнить с ритмичным раскачиванием первоначально неподвижных качелей.

Рис. 2. КЛИСТРОН, электровакуумный прибор отражательного типа. Применяется в СВЧ-технике. Изменяющиеся электрические поля периодически группируют электроны в «сгустки». Электронный пучок, модулированный по скорости, поступает в объемный резонатор, где и вызывает генерацию или усиление. 1 – катод; 2 – резонатор; 3 – отражательная пластина; 4 – резонаторные сетки; 5 – выходная петля связи; 6 – управляющая сетка.

Первые клистроны были довольно маломощными приборами,
но позднее они побили все рекорды магнетронов как СВЧ-генераторов большой
мощности. Были созданы клистроны, выдававшие до 10 млн. ватт мощности в
импульсе и до 100 тыс. ватт в непрерывном режиме. Система клистронов
исследовательского линейного ускорителя частиц выдает 50 млн. ватт СВЧ-мощности
в импульсе.

Клистроны могут работать на частотах до 120 млрд.
герц; однако при этом их выходная мощность, как правило, не превышает одного
ватта. Разрабатываются варианты конструкции клистрона, рассчитанного на большие
выходные мощности в миллиметровом диапазоне.

Клистроны могут также служить усилителями
СВЧ-сигналов. Для этого нужно входной сигнал подавать на сетки объемного
резонатора, и тогда плотность электронных сгустков будет изменяться в
соответствии с этим сигналом.

Лампа бегущей волны (ЛБВ).

Еще один электровакуумный прибор для генерации и
усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона – лампа бегущей волны. Она
представляет собой тонкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую
магнитную катушку. Внутри трубки имеется замедляющая проволочная спираль. Вдоль
оси спирали проходит электронный луч, а по самой спирали бежит волна
усиливаемого сигнала. Диаметр, длина и шаг спирали, а также скорость электронов
подобраны таким образом, что электроны отдают часть своей кинетической энергии
бегущей волне.

Радиоволны распространяются со скоростью света, тогда
как скорость электронов в луче значительно меньше. Однако, поскольку СВЧ-сигнал
вынужден идти по спирали, скорость его продвижения вдоль оси трубки близка к
скорости электронного луча. Поэтому бегущая волна достаточно долго
взаимодействует с электронами и усиливается, поглощая их энергию.

Если на лампу не подается внешний сигнал, то
усиливается случайный электрический шум на некоторой резонансной частоте и ЛБВ
бегущей волны работает как СВЧ-генератор, а не усилитель.

Выходная мощность ЛБВ значительно меньше, чем у
магнетронов и клистронов на той же частоте. Однако ЛБВ допускают настройку в
необычайно широком частотном диапазоне и могут служить очень чувствительными
малошумящими усилителями. Такое сочетание свойств делает ЛБВ очень ценным
прибором СВЧ-техники.

Установленные нормы ЭМИ для человека

Каждый орган в нашем теле вибрирует. Благодаря вибрации вокруг нас создается электромагнитное поле, содействующее гармоничной работе всего организма. Когда на наше биополе воздействуют другие магнитные поля, это вызывает в нем изменения. Иногда организм справляется с влиянием, иногда – нет. Это становится причиной ухудшения самочувствия.

Даже большое скопление людей создает электрический заряд в атмосфере. Полностью изолироваться от электромагнитного излучения невозможно. Есть допустимый уровень ЭМИ, который лучше не превышать.

Вот безопасные для здоровья нормы:

• 30-300 кГц, возникающие при напряженности поля 25 Вольт на метр (В/м),
• 0,3-3 МГц, при напряженности 15 В/м,
• 3-30 МГц – напряженность 10 В/м,
• 30-300 МГц – напряженность 3 В/м,
• 300 МГц-300 ГГц – напряженность 10 мкВт/см2.

При таких частотах работают гаджеты, радио- и телеаппаратура.

Принцип работы микроволновой печи:

Микроволны являются одной из форм электромагнитной энергии, как и световые волны или радиоволны. Это очень короткие электромагнитные волны, которые перемещаются со скоростью света (299,79 тысяч км в секунду). В современной технике микроволны используются в микроволновой печи, для междугородной и международной телефонной связи, передачи телевизионных программ, работы Интернета на Земле и через спутники. Но микроволны наиболее известны нам в качестве источника энергии для приготовления пищи — микроволновая печь.

Каждая микроволновая печь содержит магнетрон, который преобразует электрическую энергию в сверхвысокочастотное электрическое поле частотой 2450 МГц или 2,45 ГГц, которое и взаимодействует с молекулами воды в пище. Микроволны «атакуют» молекулы воды в пище, заставляя их вращаться с частотой миллионы раз в секунду, создавая молекулярное трение, которое и нагревает еду.

Что ещё запрещено размещать в негативных зонах?

Санитарная зона возле сильных источников электромагнитного поля устанавливается надзорными органами. В этом месте все объекты размещаются только после согласования с ними. Запрет касается помещений и площадок, отведенных под хранение горюче-смазочных материалов. Нельзя строить нефтебазы, заправки, стоянки под любой вид транспорта, кроме электрического.

Также в зоне не должны находиться люди. Запрещается размещать остановки, рынки, устраивать собрания. При необходимости организации подобных мест используется экранирование источника. На крышах, где имеются передающие станции, часто можно увидеть металлическую сетку вокруг антенны. Так добиваются сужения санитарной зоны.

Подобные меры принимаются для защиты жилых и производственных построек от обычных и шаровых молний. На крыше устанавливается металлическая антенна, заземленная глубоко в грунт. Вокруг здания образуется скопление положительного потенциала, а электроны уходят по искусственной цепи. При размещении нового прибора в своём доме лучше позаботиться заранее о месте его установки подальше от спального помещения.

Влияние ЭМИ на человека

Считается, что электромагнитное излучение оказывает негативное влияние как на здоровье человека, так и на его поведение, жизненный тонус, физиологические функции и даже мысли. Сам человек также является источником такого излучения, и если на наше электромагнитное поле начинают воздействовать другие, более интенсивные источники, то в человеческом организме может наступить полный хаос, который приведёт к различным заболеваниям.

Учёные установили, что вредны не сами волны, а их торсионная (информационная) составляющая, которая имеется в любом электромагнитном излучении, то есть именно торсионные поля оказывают неправильное воздействие на здоровье, передавая человеку негативную информацию.

Опасность излучения состоит и в том, что оно способно накапливаться в организме человека, и если длительно пользоваться, например, компьютером, мобильным телефоном и т. п., то возможны головная боль, высокая утомляемость, постоянные стрессы, снижение иммунитета, а также возрастает вероятность заболеваний нервной системы и головного мозга. Даже слабые поля, особенно такие, которые совпадают по частоте с ЭМИ человека, способны нанести вред здоровью, искажая наше собственное излучение, и, тем самым, вызывая различные болезни.

Огромное влияние на здоровье человека играют такие факторы электромагнитного излучения, как:

• мощность источника и характер излучения;
• его интенсивность;
• длительность воздействия.

Также стоит отметить, что воздействие излучения может быть общим или местным. То есть, если взять мобильный телефон, то он оказывает влияние только на отдельный орган человека — головной мозг, а от радиолокатора происходит облучение всего организма.

Какое излучение возникает от тех или иных бытовых приборов, и их диапазон, видно из рисунка.

Глядя на эту таблицу, можно для себя уяснить, что чем дальше от человека располагается источник излучения, тем меньше его вредоносное влияние на организм. Если фен находится в непосредственной близости от головы, и его воздействие наносит ощутимый вред человеку, то холодильник практически никак не влияет на наше здоровье.

Воздействие метровых волн

Метровые волны большой интенсивности, излучаемые импульсными генераторами метровых радиолокационных станций (РЛС), имеющих импульсную мощность более мегаватта (таких, например, как станция дальнего обнаружения П-16) и соизмеримые с протяженностью спинного мозга человека и животных, а таже длиной аксонов, нарушают проводимость этих структур, вызывая диэнцефальный синдром (СВЧ-болезнь).

Последняя приводит к быстрому развитию (в течение от нескольких месяцев до нескольких лет) полному или частичному (в зависимости от полученной импульсной дозы излучения) необратимому параличу конечностей человека, а также нарушению иннервации кишечника и других внутренних органов.

Воздействие дециметровых волн

Дециметровые волны соизмеримы по длине волны с кровеносными сосудами, охватывающими такие органы человека и животных, как легкие, печень и почки. Это одна из причин, почему они вызывают развитие «доброкачественных» опухолей (кист) в этих органах. Развиваясь на поверхности кровеносных сосудов, эти опухоли приводят к остановке нормального кровообращения и нарушению работы органов.

Если вовремя не удалить такие опухоли оперативным путем, то наступает гибель организма. Дециметровые волны опасных уровней интенсивности излучают магнетроны таких РЛС, как мобильная РЛС ПВО П-15, а также РЛС некоторых воздушных судов.

Воздействие сантиметровых волн

Мощные сантиметровые волны вызывают такое заболевание, как лейкемию — «белокровие», а также другие формы злокачественных опухолей человека и животных. Волны достаточной для возникновения этих заболеваний интенсивности генерируют РЛС сантиметрового диапазона П-35, П-37 и практически все РЛС воздушных судов.

Описание

Микроволны имеют длины волн приблизительно от 30  см (1  ГГц ) до 1  мм (300  ГГц ); однако границы между дальними инфракрасными , микроволновыми и УВЧ радиоволнами весьма условны и варьируются в зависимости от области исследования. Микроволны охватывают конец диапазона УВЧ (от 1 до 3  ГГц ), СВЧ (от 3 до 30  ГГц ) и КВЧ (от 30 до 300  ГГц ).

В году Джеймс Клерк Максвелл предсказал существование электромагнитных волн, таких как микроволны, на основе его знаменитых уравнений .

В году Генрих Рудольф Герц первым продемонстрировал существование электромагнитных волн, сконструировав устройство, излучающее радиоволны.

Методы и техники защиты от излучения

Условно способы защиты можно разделить на три группы:

• временные,
• технические,
• экранирующие.

Те или иные методы применимы во всех сферах жизнедеятельности. Нормируйте время пребывания рядом с источником опасности, сокращайте время работы приборов путем выключения их из сети электропитания.

Приобретайте технику, оборудованную специальной рассеивающей сеткой, делайте заземление розеток и крупных бытовых приборов у себя дома, особенно крупных — стиральных и посудомоечных машин, электропечей.

Оборудуйте дома и квартиры экранирующими сетками, их легко найти в строительных магазинах, по стоимости такие материалы вполне доступны. Оконные проемы можно защитить специальной пленкой или шторами из рассеивающего материала.

Общее пространство

Ученые установили уровень природного волнового фона, в котором организм привык существовать. У земного шара имеется два отличающихся полюса, и каждый день мы на себе испытываем влияние спектра излучения. Изменяясь под действием внешних факторов, электромагнитное поле человека нарушается, что приводит к проблемам со здоровьем.

Исследователи давно заметили, что самые крупные войны в мире происходили после вспышек на Солнце, когда нарушался естественный магнитный фон Земли. В последнее время этот показатель приводится в прогнозах погоды по телевидению. В природе существуют особые места с горными породами. Здесь человек не может находиться по следующей причине: электромагнитное излучение и электромагнитное поле собственное не совпадают.

Как воздействуют радиоволны на облучаемый физический объект?

Проходящая в пространстве электромагнитная
волна возбуждает в проводнике (антенне)
колебательные движения электронов и
соответствующий ей переменный ток, но
часть энергии может отразиться.

6. Какие
радиоволны называют отраженными?

Радиоволны,
которые отразились от объектов, размеры
которых превышают длину волны радиоволны,
диэлектриков и слоев атмосферы,
проводников.

7. Что
такое поляризация радиоволны?

а) Поляризация
радиоволн определяется ориентировкой
вектора напряженности электрического
поля радиоволны в пространстве, причем
направление вектора определяет
направление поляризации Поляризация
радиоволны.

Б) Характеристика
радиоволны, определяющая направление
вектора напряженности электрического
поля

8. Что
такое вертикальная поляризация
радиоволны?

Вертикально
поляризованная волна – это электромагнитная
волна, вектор электрического поля
которой направлен перпендикулярно
относительно проводящей поверхности,
над которой она распространяется.

9. Что
такое горизонтальная поляризация
радиоволны?

Горизонтально
поляризованная волна – это электромагнитная
волна, вектор электрического поля
которой направлен параллельно относительно
проводящей поверхности, над которой
она распространяется.

10. Что
такое вращающаяся поляризация радиоволны?

Вращающаяся
поляризация – при этом типе поляризации
векторы электрического и магнитного
поля вращаются в плоскости распространения
радиоволны. Вращение их происходит по
синусоидальному закону с угловой
скоростью вращения равной угловой
частоте (т.е. вращение происходит с
частотой сигнала). Вращающейся поляризацией
могут обладать волны с круговой и
эллиптической поляризацией.

11. Что
называют амплитудой радиоволны?

Амплитуда —
это максимальное отклонение от положения
равновесия, амплитуда радиоволны
соответствует величине напряженности
электрического и магнитного поля.

12. Как
зависит амплитуда радиоволны от дальности
распространения?

Интенсивность
электромагнитной волны обратно
пропорциональна квадрату расстояния
до источника. Интенсивность гармонической
электромагнитной волны прямо
пропорциональна квадрату амплитуды
напряженности электрического поля.

13. Как
изменяется путь, проходимый радиоволной?

На проходимый
путь радиоволны влияет множество
факторов:

Отражение
и преломление
при переходе из одной
среды в другую. Угол падения равен углу
отражения.

Дифракция.
Встречая на своем пути непрозрачное
тело, радиоволны огибают его. Дифракция
проявляется в разной мере в зависимости
от соотношения геометрических размеров
препятствия и длины волны.

Рефракция.
В неоднородных средах, свойства которых
плавно изменяются от точки к точке,
радиоволны распространяются по
криволинейным траекториям. Чем резче
изменяются свойства среды, тем больше
кривизна траектории.

Полное
внутреннее отражение.
Если при переходе
из оптически более плотной среды в менее
плотную, угол падения превышает некоторые
критические значения, то луч во вторую
среду не проникает и полностью отражается
от границы раздела сред. Критический
угол падения называют углом полного
внутреннего отражения.

Интерференция.
Это явление наблюдается при сложении
в пространстве нескольких волн. В
различных точках пространства получается
увеличение или уменьшение амплитуды
результирующей волны в зависимости от
соотношения фаз складывающихся волн.

Как понять опасность ЭМИ?

Определить вред от ЭМИ можно двумя способами. В первом случае — купить дозиметр для замера излучения и проверить приборы дома и на рабочем месте. Сравнить полученные результаты с допустимыми нормами.

Во втором варианте — проверить на своем здоровье. Проявляющаяся совокупность негативных симптомов подскажет, что есть проблема. Особенно, если такая картина вырисовывается на фоне смены работы или места жительства. Поскольку вред от излучения накапливается постепенно, то для проявления признаков потребуется какое-то время.

Комплекс симптомов примерно таков:

• иммунная система перестает справляться с самыми простыми простудами,
• нервная система становится более лабильной и восприимчивой,
• снижается либидо,
• ухудшается выносливость,
• значительно снижается рабочая активность.

Однозначно, лучшим вариантом будет прибегнуть к способу замеров. Так можно понять, какой точно прибор и какую опасность несет, и принять необходимые меры защиты.

Какие бывают виды электромагнитных волн

Определение

Электромагнитная волна — распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля.

Первыми материалами о существовании предполагаемых электромагнитных волн поделился английский ученый-физик Фарадей в 1832 году. Позднее Дж.Максвелл выстроил теорию электромагнитного поля, обосновав ее математическим путем. Выводы Максвелла подтвердил практическим экспериментом Герц, хотя первоначально он стремился их опровергнуть.

Успешной в изучении электромагнитных волн была деятельность П.Н. Лебедева.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Электромагнитное поле распространяется в пространстве посредством электромагнитных волн (ЭМВ). Те из них, которые возникают вокруг электрического заряда и способны распространяться вдаль от самого движущегося заряда, относят к понятию «излучение». При этом его сила по мере увеличения расстояния постепенно затухает. Исключение составляет вакуумная среда, т.е. пространство, в котором нет прочих тел или веществ, способных поглотить существующие либо испустить новые волны.

В физике в зависимости от диапазона существует следующая классификация видов ЭМВ:

• радиоволны;
• терагерцевые;
• инфракрасные;
• видимые (свет);
• ультрафиолетовые;
• рентгеновские;
• гамма-излучение.

Примечание

Для гамма-излучения существует параллельный термин «жесткое».

Скорость распространения ЭМВ зависит от ее длины. В вакууме она равна скорости света, в других средах имеет более низкие значения. Этим показателем определяется, будет ли излучение подчиняться законам геометрической оптики. Это происходит тогда, когда расстояние в несколько раз превышает длину волны.

Еще одной важной характеристикой является частота излучения, которая обозначается λ. Определение

Определение

Частота излучения равна числу гребней, проходящих через регистрационное устройство за единицу времени — секунду.

С учетом положений теории колебаний и электродинамики, для ЭМВ характерно существование 3х векторов, располагающихся перпендикулярно друг к другу. Это вектора:

• волновой;
• напряженности электрополя (обозначение Е) и магнитного поля (обозначение Н).