Що означає низькочастотні магнітні поля. Вплив низькочастотних електромагнітних випромінювань на живі організми

Про ЕМІ в розломних зонах:

Відзначено, що «над приземним шаром зон активних геологічних розломів спостерігається підвищений рівень природного імпульсного електро магнітного поля навіть поза відчутною сейсмічності », обумовлений,« швидше за все, зміною умов проходження атмосфериків (в іоносфері) над зонами активних розломів ». Земна кора розбита глибинними розломами (общекоровимі розривними порушеннями) на окремі блоки, за формою близькі до прямокутним. Ширина зон глибинних розломів становить сотні метрів - десятки кілометрів, протяжність - десятки, сотні і перші тисячі кілометрів. на земної поверхні розривні тектонічні порушення представлені зонами з великою кількістю тріщин різного характеру (зонами дроблення).
Показаний геоелектріческого розріз зони дроблення, що має низький опір r в межах 200 - 1000 Ом · м і ширину ~ 50 м (хребет Улан - Бургаси, Байкальська рифтова зона)

Розглянемо більш детально завдання поширення земної хвилі над многокусочнимі імпедансними радиотрасс, що проходять над зонами розломів. Нехай приймач сейсмоелектромагнітних емісій розташований в середині разломной області. Джерело випромінювань може мати будь-який азимут щодо приймача і осі розламу. Траса поширення електромагнітних хвиль може проходити: а) поперек осі розлому; б) під довільним кутом щодо осі розлому; в) уздовж осі розламу. Щодо зони Френеля ці ситуації виглядають наступним чином

Можливі типи двовимірних імпедансних радиотрасс, що проходять над зонами розломів. δ1, δ2 - поверхневі імпеданс «шматка» траси, Т - передавач, R - приймач, L - ширина розлому, l - довжина радиотрасс

Так як зона розлому зазвичай має високу провідність щодо оточуючих порід σразл. \u003e\u003e σокр. порід, то відбувається «підтікання» енергії з верхньої частини області поширення в подошвенную область (дифузія уздовж хвильових фронтів). Чисельні розрахунки для модельної траси в діапазоні 2 - 1000 кГц показують яскраво виражене посилення поля в зоні розлому - ефект «відновлення».

Модуль функції ослаблення в діапазоні 2 - 1000 кГц (Ділянка 1: ρ \u003d 100 Ом · м, ε \u003d 20; ділянка 2: ρ \u003d 3000 Ом · м, ε \u003d 10; ділянка 3: ρ \u003d 1 ÷ 50 Ом · м, ε \u003d 20)

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

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

Відразу ж можна берегової ефект полярного сяйва згадати ...

Про слабкі і надслабких ефекти, трохи - але цікаво:

Сенсибілізовані до дії ЕМП щури нз протягом 24 діб щодоби піддавалися біля півночі часовому впливу змінним магнітним полем з вельми складним малюнком варіацій; середні значення індукції знаходилися в межах 20-500 нанотесла; при спостереженнях над поведінкою тварин систематично фіксувалося число різних поведінкових актів, включаючи агреcсію.
Обробка вимірювань дозволила авторам дійти такого висновку: групова агресія щурів може бути посилена або ослаблена дією ЕМП в залежності від деяких їх морфологічних і динамічних характеристик. Ці ж автори виявили у подібних піддослідних тварин зростання актів агресії зі збільшенням геомагнітної збуреності ...

Як уже зазначалося, магнітна компонента електромагнітних варіацій середовища проживання є досить проникаючим агентом - вільно проникає під кілометри гірських порід, Пронизує всі біологічні тканини. Тому виявляється можливим прямий вплив низькочастотних ЕМП на ембріон, надійно захищений, здавалося б, гомеостатом від екологічних впливів. Вже найперші найпростіші спроби вивчити вплив варіацій ЕМП на ембріональний розвиток людини дали вражаючі результати ...

Існує також цікавий історичний аспект досліджень екологічного значення ЕМП. Багато спостереження були зроблені в минулому (біологічні провісники землетрусів - зв'язок біологічних показників зі змінами числа сонячних плям), навіть в далекому минулому (біолокація). У кожному разі для тлумачення спостережень постулировалось існування особливого "випромінювання" - в гелиобиологии довгий час фі-гуріровалі, Z - випромінювання і X - агент; метеорологічні процеси супроводжувалися "випромінюванням погоди" (індикатором-були "бактерії); з грунту виділялися" оргонная енергія "або" мікролептони газ ". феноменологічні властивості цих міфічних випромінювань були дуже схожі і, як тепер відомо, повторювали властивості низькочастотних ЕМП

Чи впливає "космічна погода" на суспільне життя?

Зєємановських резонансне поглинання - не єдиний спосіб впливу на спіновий стан. Інший шлях випливає з властивості постійного магнітного поля пригнічувати триплет-сінглнтную конверсію і, таким чином, впливати на кінетику спін-залежного процесу. Низькочастотні ЕМП, кілометрових і довших хвиль, бисгропротекающімі 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 в роботах по вивченню фізики пластичності кристалів. Вони показали, що ЕМП, на 5-7 порядків слабкіше кТ, збільшують пластичність всупереч рівноважної термодинаміки. Механізм ефекту, названого магнітопластіческім, наступний: зміщення дислокацій в сусідню долину Пайерлса, ініційоване пара-магнітним станом ядра дислокації, відбувається за час, менший часу спінової релаксації дислокацій. Джерелом енергії таких проскоків є механічні напруги, які завжди є в кристалах. Роль ЕМП тут зводиться до придушення триплет-синглетної конверсії парамагнітних пар, що збільшує час життя ядер дислокацій в парамагнітному стані і, відповідно, збільшує шанс зміщення дислокації ще на один елементарний крок.

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

Магнітний матеріал, який використовується в змінних полях, повинен мати, можливо, менші втрати на перемагнічування, які складаються в основному з втрат на гістерезис і вихрові струми.

Для зменшення втрат на вихрові струми в трансформаторах вибирають магнитомягкие матеріали з підвищеним питомим опором. Зазвичай магнітопроводи збирають з окремих ізольованих один від одного тонких листів. Широке застосування отримали стрічкові сердечники, навивати з тонкої стрічки з міжвиткової ізоляцією з діелектричного лаку. До листовим і стрічковим матеріалами ставиться вимога високої пластичності, завдяки якій полегшується процес виготовлення виробів з них.

Важливою вимогою до магнітомягкого матеріалами є забезпечення стабільності їх властивостей, як у часі, так і по відношенню до зовнішніх впливів, таким, як температура і механічні напруги. З усіх магнітних характеристик найбільших змін в процесі експлуатації матеріалу схильні магнітна проникність (особливо в слабких полях) і коерцитивної сила.

Ферити.

Як зазначалося вище, ферити являють собою оксидні магнітні матеріали, у яких спонтанна намагніченість доменів обумовлена \u200b\u200bнекомпенсованим антиферомагнетизмом.

Велике 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 ферити 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	високопроніцаемие		4000НМ, 6000НМ, 6000НМ1, 10000НМ, 20000НМ
IV	Для телевізійної техніки		2500НМС1, 3000НМС
V	Для імпульсних трансформаторів	300ННІ, 300ННІ1, 350ННІ, 450ННІ, 1000ННІ, 1100ННІ	1100НМІ
VI	Для перебудовуються контурів	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 і марки магнитомягких феритів.

Високопроніцаемие ферити. Як магнитомягких матеріалів найбільш широко застосовують нікель-цинкові і марганець-цинкові ферити. Вони кристалізуються в структурі шпінелі і являють собою тверді розчини заміщення, утворені двома простими ферритами, один з яких (NiFe 2 O 4 або MnFe2O4) є феримагнетика, 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 спостережувані закономірності, необхідно взяти до уваги, що катіони цинку в структурі шпінелі завжди займають тетраедричних кисневі междуузлія, а катіони тривалентного заліза можуть перебувати як в тетра , так і в октаедричних проміжках. Склад твердого розчину з урахуванням розподілу

катіонів по кисневим междуузлій можна охарактеризувати наступною формулою:

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

де стрілки умовно вказують напрямок магнітних моментів іонів у відповідних підгратках. Звідси видно, що входження цинку в кристалічну решітку супроводжується витісненням заліза в октаедричні позиції. Відповідно зменшується намагніченість тетраедричних (А) підґратки і знижується ступінь компенсації магнітних моментів катіонів, що знаходяться в різних підгратках (А і В). В результаті виникає дуже цікавий ефект: збільшення концентрації немагнитного компонента призводить до збільшення намагніченості насичення (а отже, і В s) твердого розчину (рис.2). Однак розведення твердого розчину немагнітним ферритом викликає ослаблення основного обмінного взаємодії типу А-О-У, що виражається в монотонному зниженні температури Кюрі (Т к) при збільшенні мольной частки ZnFe 2 O 4 в складі феррошпінелі. Швидкий спад індукції насичення в області х\u003e 0,5 пояснюється тим, що магнітні моменти невеликої кількості іонів в тетраедричних підгратці вже не в змозі орієнтувати антипараллельно собі магнітні моменти всіх катіонів, що знаходяться в У-підгратці. Іншими словами, обмінна взаємодія типу А-О-У стає настільки слабким, що не може придушити конкуруюче взаємодія типу В-О-В, яке також є негативним і прагне викликати антипаралельну орієнтацію магнітних моментів катіонів в В-підгратці.

Ослаблення обмінного взаємодії між катіонами при збільшенні вмісту немагнитного компонента призводить до зменшення констант кристалографічної анізотропії і магнітострикції. Завдяки цьому полегшується перемагнічування феримагнетика в слабких полях, тобто зростає початкова магнітна проникність. Наочне уявлення про залежність початкової магнітної проникності від складу твердої фази дає рис.3. Максимального значення проникності відповідає точка в трикутнику складів з орієнтовними координатами 50% Fe 2 O 3, 15% NiO і 35% ZnO. Цій точці відповідає твердий розчин Ni 1-x Zn x Fe 2 O 4 з х »0,7. З зіставлення рис.2 і 3 можна зробити висновок, що ферити з високою початковою магнітною проникністю повинні мати невисокою температурою Кюрі. Аналогічні закономірності спостерігаються для марганець-цинкових феритів.

Значення початкової магнітної проникності і коерцитивної сили визначаються не тільки складом матеріалу, а й його структурою. Перешкодами, які заважають вільному переміщенню доменних меж при впливі на ферит слабкого магнітного поля, є мікроскопічні пори, включення побічних фаз, ділянки з дефектною кристалічною решіткою і ін. Усунення цих структурних бар'єрів, також ускладнюють процес намагнічування, дозволяє істотно підвищити магнітну проникність матеріалу. Великий вплив на значення початкової магнітної проникності феритів надає розмір кристалічних зерен. Марганець-цинкові ферити з крупнозернистою структурою можуть мати початковою магнітною проникністю до 20000. Це значення близьке до початкової магнітної проникності кращих марок пермаллоя.

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

Інерційність зміщення доменних кордонів, виявляються на високих частотах, призводить не тільки до зростання магнітних втрат, але і до зниження магнітної проникності феритів. Частоту f гр, при якій 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 області частот до 1 МГц марганець-цинкові ферити мають суттєво менший відносний тангенс кута втрат, ніж нікель-цинкові ферити. Це пояснюється дуже малими втратами на гістерезис у марганець-цинкових феритів в слабких полях. Додатковою перевагою високопроникних марганець-цинкових феритів є підвищена індукція насичення і більш висока температура Кюрі. У той же час нікель-цинкові ферити мають більш високим питомим опором і кращими частотними властивостями.

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

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

електричні властивості. За електричними властивостями ферити відносяться до класу напівпровідників або навіть діелектриків. Їх електропровідність обумовлена \u200b\u200bпроцесами електронного обміну між іонами змінної валентності ( "стрибкові" механізм). Електрони, які беруть участь в обміні, можна розглядати як носії заряду, концентрація яких практично не залежить від температури. Разом з тим, при підвищенні температури експоненціально збільшується ймовірність перескоку електронів між іонами змінної валентності, тобто зростає рухливість. Тому температурне зміна питомої провідності і питомого опору феритів з достатньою для практичних цілей точністю можна описати наступними формулами:

g \u003d g 0 exp [-Е 0 / (kT)]; r \u003d r 0 exp [Е 0 / (kT)]

де g 0 і r 0 - постійні величини для даного матеріалу; Е 0 - енергія активації електропровідності.

Серед багатьох чинників, що впливають на електричний опір феритів, основним є концентрація в них іонів двовалентного заліза Fe 2+. Під впливом теплового руху слабкозв'язаного 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 і одночасно зменшується енергія активації Е 0. Звідси випливає, що при зближенні іонів змінної валентності знижується висота енергетичних бар'єрів, які повинні долати електрони при переході від одного іона до сусіднього. У феритів-шпинелей енергія активації електропровідності зазвичай лежить в межах від 0,1 до 0,5 еВ. Найбільшою концентрацією іонів двовалентного заліза і, відповідно, найменшим питомим опором володіє магнетит Fe 3 O 4 (ферит заліза), у якого r \u003d 5 · 10 -5 Ом · м. У той же час в феррогранатов концентрація іонів Fe 2+ мізерно мала, тому їх питомий опір може досягати високих значень (до 10 9 Ом · м).

Експериментально встановлено, що присутність в ферритах-шпінелі певної кількості іонів двовалентного заліза призводить до ослаблення анізотропії і магнітострикції; це сприятливо відбивається на значенні початкової магнітної проникності. Звідси випливає наступна закономірність: ферити з високою магнітною проникністю, як правило, володіють невисоким питомим опором.

Для феритів характерна відносно велика діелектрична проникність, яка залежить від частоти і складу матеріалу. З підвищенням частоти діелектрична проникність феритів падає. Так, нікель-цинковий ферит з початковою проникністю 200 на частоті 1 кГц має e \u003d 400, а на частоті 10 МГц e \u003d 15. Найбільш високе значення e притаманне марганець-цинковим фериту, у яких вона досягає сотень або тисяч.

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

Все різноманіття живого на нашій планеті виникло, еволюціонувало і нині існує завдяки безперервному взаємодії з різними факторами зовнішнього середовища, пристосовуючись до їх впливу і змін, використовуючи їх в процесах життєдіяльності. А більшість цих чинників мають електромагнітну природу. Протягом всієї епохи еволюції живих організмів електромагнітні випромінювання існують в місці їх існування - біосфері. Такі електромагнітні поля називають природними.

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

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

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

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

Виконані для дійсних умов розрахунки показали, що в будь-якій точці електромагнітного поля низької частоти, що виникає в електроустановках, на промислових об'єктах, і. т. д., поглинена тілом живого організму енергія магнітного поля приблизно в 50 разів менше поглинутої ним енергії 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, в той час як шкідливу дію магнітного поля на біологічний об'єкт виявляється при напруженості , у багато разів більшою.

На підставі цього можна зробити висновок, що негативна дія електромагнітного поля на біологічні об'єкти в промислових електроустановках обумовлено електричним полем; магнітне ж полі має незначний біологічну дію, і в практичних умовах їм можна знехтувати.

Електричне поле низької частоти можна розглядати в кожен даний момент як електростатичне поле, т. Е. Застосовувати до 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 би не пропускав це випромінювання важко. Радіохвилі будуть його безперешкодно огинати. Тому низькочастотні радіохвилі, які мають достатній запас енергії можуть поширяться на досить великі відстані.

Передбачається, що низькочастотні електромагнітні випромінювання найбільш масштабний вид забруднення, що має глобальні несприятливі наслідки для живих організмів і для людини.

Досліджено низькочастотні електромагнітні поля (НЧ ЕМП) в побутових

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

В процесі експлуатації електроенергетичних установок - відкритих розподільних пристроїв (ВРП) і повітряних ліній (ПЛ) електропередачі надвисокої напруги (330 кВ і вище) було відмічено погіршення стану здоров'я персоналу, який обслуговує зазначені установки. Суб'єктивно це виражалося в погіршенні самопочуття працюючих, які скаржилися на підвищену стомлюваність, млявість, головні болі. поганий сон. болю в серці і т. п.

В умовах населених місць основним зовнішнім джерелом низькочастотних електричних і магнітних полів в квартирах житлових будинків, є ЛЕП різної напруги. У будівлях розташованих поблизу ЛЕП від 75 до 80% обсягу приміщень квартир знаходяться під впливом високих рівнів НЧ ЕМП і населення, яке проживає в них піддається цілодобовому впливу даного несприятливого фактора.

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

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

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 рефлекторного дії поля, а гальмівний ефект - результат прямого впливу поля на структури головного і спинного мозку. Вважається що, кора головного мозку, а також проміжний мозок особливо чутливі до дії електричного поля. Передбачається також, що основним матеріальним чинником, що викликає зазначені зміни в організмі, є індукований в тілі струм (т. Е. Наведений магнітної складової поля), а вплив самого електричного поля значно менше. Потрібно відзначити, що насправді вплив надають і індукований струм і саме електричне поле.

Дія електромагнітних полів на клітини.

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

Ефекти, викликані дією електричних полів на клітинні мембрани можуть бути класифіковані в такий спосіб: 1) оборотне підвищення проникності клітинних мембран (електропорація), 2) електросліяніе, 3) руху в електричному полі (електрофорез, діелектрофорез і електроврашеніе), 4) деформації мембран, 5 ) електротрансфекція, 6) електроактивації мембранних білків.

Рух клітин в електричному полі буває двох типів. Постійне поле викликає переміщення клітин, що мають поверхневий заряд, - явище електрофорезу. При впливі на клітинні суспензії змінного неоднорідного поля відбувається рух клітин, зване діелектрофорезом. При діелектрофорезе поверхневий заряд клітин не має істотного значення. Рух відбувається через взаємодію наведеного дипольного моменту з зовнішнім полем.

В теорії діелектрофореза клітку зазвичай розглядають у вигляді сфери, що має діелектричну оболонку. Частотно-залежна складова индуцируемого дипольного моменту для такої сферичної частинки запісивется у вигляді:

де, - циклічна частота. Параметри A1, A2, B1, B2, C1, C2 визначаються незалежними від частоти значеннями провідності і діелектричної проникності зовнішньої і внутрішньої середовищ, а також розділяє оболонки.

З наведених співвідношень розраховані частотні залежності діелектрофоретіческой сили ,. Діючою на клітини в неоднорідному електричному полі, а також зусилля, що визначає обертання клітин в обертовому електричному полі. Відповідно до теорії, джіелектрофоретіческая сила пропорційна дійсної частини безрозмірного параметра До і градієнту квадрата напруженості поля:

F \u003d 1/2 · Re (K) · grad E2

Момент, що обертає пропорційний уявної частини парпметра До і квадрату напруженості обертового поля:

F \u003d Im (K) · E2

Різниця напрямків діелектрофоретіческой сілина низьких (кілогерц) і високих (мегагерци) частотах обумовлено різною орієнтацією індукованого дипольного моменту по відношенню до зовнішнього електричного поля. Відомо, що дипольні моменти погано проводять діелектричних частинок в провідному середовищі орієнтуються протилежно вектору напруженості електричного поля, а дипольні моменти добре провідних частинок, оточених малопроводящей середовищем, навпаки, орієнтуються сонаправлени з вектором напруженості.

У разі впливу низькочастотного поля мембрана являє собою хороший ізолятор, і струм йде в обхід клітини по провідному середовищі. Індуковані заряди розподіляються як показано на малюнку, і підсилюють напруженість поля всередині частинки. При цьому дипольний момент антирівнобіжний напруженості поля. Для високочастотного поля провідність мембран висока, отже дипольний момент буде сонаправлени з вектором напруженості електричного поля.

Деформація мембран під впливом електромагнітних полів відбувається через дію на поверхню клітини сил, званих максвелловскую напруженнями. Величина і 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 дії на клітину низькочастотного поля силові лінії обходять клітку, т. Е. Поле направлено вздовж поверхні. Отже векторний добуток E дорівнює нулю. Тому

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

Коли на клітку діє високочастотне поле, то сила, що діє на мембрану, розтягує кінці клітин в 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 і частотою 1 кГц. Істотно, що електричні поля такої слабкої напруженості не роблять шкідливої \u200b\u200bдії на функції клітин і їх морфологію. Слабкі поля низької частоти (60 В / см, 10 Гц) багатодітній родині і стимулюючий вплив на синтез АТФ мітохондріальної АТФазой. Припускають, що електроактивації обумовлена \u200b\u200bвпливом поля на конформацію білків. Теоретичний аналіз моделі полегшеного мембранного транспорту за участю переносника (модель з чотирма станами транспортної системи) указивет на взаємодію транспортної системи зі змінним полем. В результаті такої взаємодії енергія поля може використовуватися транспортною системою і перетворюватися в енергію хімічного зв'язку АТФ.

Вплив слабких НЧ ЕМП на біоритми.

Характер і вираженість біологічних ефектів ЕМП своєрідно залежать від параметрів останніх. В одних випадках ефекти максимальні при деяких "оптимальних" интенсивностях ЕМП, в інших - зростають при зменшенні інтенсивності, по-третє - протилежно спрямовані при малих і великих інтенсивностях. Що стосується залежності від частот і модуляційно-тимчасових характеристик ЕМП, то вона має місце для специфічних реакцій (умовні рефлекси, зміни орієнтації, відчуття).

Аналіз цих закономірностей приводить до висновку, що біологічні ефекти слабких низькочастотних полів, незрозумілі їх енергетичним 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 організмів.

НЧ ЕМП антропогенного походження близькі за параметрами до природних електричним і магнітних полів Землі. Тому в біологічній системі, що знаходиться під впливом штучних НЧ ЕМП, може статися порушення біоритмів, властивої цій системі.

Наприклад, в організмі здорової людини найбільш характерними короткопериодной ритмами центральної нервової системи (ЦНС) у стані спокою слід вважати колебательную активність електричних і 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) і температури (0.05 Гц). Якщо тривалий час впливати на людину НЧ ЕМП, амплітуда яких досить велика то може статися порушення природних ритмів (дізрітмія), що спричинить фізіологічні порушення.

Всі біологічні об'єкти знаходяться під впливом електричного і магнітного полів Землі. Тому більшість змін, що відбуваються в біосфері, в тій чи іншій мірі пов'язані зі зміною цього поля. Очевидно, що зміни геомагнітного поля носять періодичний характер. Якщо відбуваються якісь відхилення від усталеного періоду змін, 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 носить антропогенний характер, наслідком якої є порушення частотного спектра параметрів зовнішнього середовища. У загальному випадку шкідливим слід вважати будь-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 зовнішнього середовища як джерела інформації, яка забезпечувала безперервне пристосування організмів до змін різних факторів зовнішнього середовища: узгодження процесів життєдіяльності з регулярними змінами, захист від спонтанних ізмененій.А це призвело до використання ЕМП як носіїв інформації , що забезпечує взаємозв'язок на всіх рівнях ієрархічної організації живої природи, від клітини до біосфери. Формування в живій природі інформаційних зв'язків за допомогою ЕМП на додаток до відомих видів передачі інформації за допомогою органів почуттів, нервової та ендокринної систем було обумовлено надійністю і економічністю "біологічної радіозв'язку".

Останні новини

24.01.18 Відкрито клітини відповідають за реєстрацію зайвої ваги
Шведські вчені, науковим шляхом, встановили, що клітини людини. Знаходяться в кістковій тканині, відповідають за реєстрацію зміни маси тіла людини, а потім повідомляють про це всьому організму.
Наукові співробітники провели ряд експериментів, в Гетеборзького університеті на піддослідних мишах, які страждають ожирінням. Першій групі піддослідних під шкіру були імплантовані невеликі вантажі, що становлять 15 відсотків їх ваги, другої групи вживлені порожнисті капсули, які складали 3 відсотки ваги гризуна.
Перша група піддослідних, з реальними вантажами, за два тижні скинула вагу, який дорівнював масі впровадженого вантажу, при цьому у них істотно зменшилася жировий прошарок. При зворотному ході експерименту, коли імплантовані вантажі були видалені, 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 і спостереження тривають.
01.12.17 Запропоновано експеримент для пошуку квантових властивостей гравітації
Уже багато десятиліть йдуть спроби з'єднання квантової механіки зі спеціальною теорією відносності. Висунуто безліч теорій, включаючи знамениту теорію струн, але немає ясності навіть в наявності у гравітації квантових властивостей.
Один шлях вирішення проблеми пов'язаний з наглядом гравітаційних хвиль, побудовою їх докладної теорії і винятком тих моделей квантової гравітації, які будуть їй суперечити.
Нещодавно фізики запропонували кардинально інший підхід - експериментальний пошук відхилень від прогнозів класичної фізики. Якщо гравітація і правда квантів, то і сам простір-час буде не безперервним, а значить, в найпростіших системах виявляться мізерно малі відхилення від класичних законів природи.
Вчені пропонують дослідити різноманітні Оптомеханические системи з високою чутливістю і шукати в них відхилення. На відміну від великих систем для пошуку гравітаційних хвиль, розміри яких становлять десятки кілометрів, пропонується використовувати дуже компактні системи, оскільки квантова гравітація неоднорідна на виключно малих масштабах.
Стверджується, що зараз наші технічні можливості достатні і успіх такого експерименту цілком можливий.
09.10.17 Нейронна мережа навчилася читати образи в чоловічком мозку
Вчені провели безліч вимірів на функціональному апараті МРТ і вельми точно виміряли активність різних ділянок мозку при перегляді відеороликів. Троє піддослідних подивилися під наглядом сотні відеороликів, що відносяться до різних типів.
Завдяки цій детальної інформації дослідники змогли скористатися нейронною мережею і навчити програму передбачати параметри мозкової діяльності у межах відеокліпа. Вирішувалася і зворотна задача - за активними областям мозку визначити тип відеоролика.
При показі нових роликів нейронна мережа могла передбачати свідчення магнітно-резонансного томографа з точністю до 50%. Коли навчену на одній з учасниць мережу застосовували для прогнозу типу проглядається іншою учасницею ролика, точність передбачення знижувалася до 25%, що теж відносно багато.
Вчені наблизилися до перекладу ментальних образів в цифровий формат, їх збереження і передачі іншим людям. Вони стали краще розуміти людський мозок і особливість обробки в ньому відеоінформації. Можливо, коли-небудь завдяки розвитку цієї технології люди зможуть показувати один одному свої сновидіння.

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

Вплив ЕМП промислової частоти пов'язано з високовольтними лініями електропередач, джерелами постійних магнітних полів, що застосовуються на промислових підприємствах.

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

Магнітоїмпульсной і електрогідравлічні установки є джерелами низькочастотного імпульсного магнітного поля.

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

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

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

Повітряні лінії електропередачі (50 Гц). Вплив ЕМП промислової частоти пов'язано з високовольтними лініями (Bл) електропередач, джерелами постійних магнітних полів, що застосовуються на промислових підприємствах.

Інтенсивності ЕМП від повітряних ліній електропередачі (50 Гц) багато в чому залежать від напруги лінії (110, 220, 330 кВ і вище). Середні значення на робочих місцях електромонтерів: Е \u003d 5 ... 15 кВ / м, Η \u003d 1 ... 5 А / м; на маршрутах обходу обслуговуючого персоналу: Е \u003d 5..30 кВ / м, Н \u003d 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 \u003d 0,25 ... 2 , 5 мТ).

Магнітне поле поблизу ліній електропередач (ЛЕП) напругою 765 кВ становить 5 мкТл безпосередньо під ЛЕП і 1 мкТл - на відстані 50 м від ЛЕП. Картина розподілу електромагнітного поля в залежності від відстані до ЛЕП представлена \u200b\u200bна рис. 5.6.

ЕМП промислової частоти в основному поглинається грунтом, тому на невеликій відстані (50 ... 100 м) від ліній електропередач електрична напруженість поля зменшується з десятків тисяч вольт на метр до нормативних значень. Значну небезпеку становлять магнітні поля, що виникають в зонах близько ліній електропередач (ЛЕП) струмів промислової частоти, і в зонах, прилеглих до електрифікованих залізницях. Магнітні поля високої інтенсивності виявляються і в будівлях, розташованих в безпосередній близькості від цих зон.

Мал. 5.6. Електричне і магнітне поле під ЛЕП напругою 765 кВ (60 Гц) при струмі 426 А в залежності від відстані до ЛЕП (висота лінії 15 м)

Рейковий електротранспорт. Найсильніші магнітні поля на великих площах в щільно населеної міському середовищі і на робочих місцях породжуються суспільним рейковим електротранспортом. Теоретично розрахована картина магнітного поля, що генерується типовими струмами від залізниці, зображена на рис. 5.7. Проведені експериментальні вимірювання на відстані 100 м від рейкового шляху дали величину магнітного поля в 1 мкТл.

Рівень транспортних магнітних полів може перевищувати відповідний рівень від ЛЕП в 10 ... 100 разів; його можна порівняти, а часто перевищує магнітне поле Землі (35 ... 65 мкТл).

Електричні мережі житлових будинків і побутові НЧ-прилади. У побуті джерелами ЕМП і випромінювань є телевізори, дисплеї, печі СВЧ і інші пристрої. Електростатичні поля в умовах зниженої вологості (менше 70%) створюють одяг і побутові речі (тканини, килими, накидки, фіранки і т.д.). Мікрохвильові печі в промисловому виконанні не становлять небезпеки, проте несправність їх захисних екранів може істотно підвищити витоку електромагнітного випромінювання. Екрани телевізорів і дисплеїв як джерела електромагнітного випромінювання в побуті не становлять великої небезпеки навіть при тривалому впливі на людину, якщо відстані від екрану перевищують 30 см.

Мал. 5.7. Конфігурація магнітного поля від електрифікованої залізниці

Досить сильні магнітні поля можна виявити 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 в робочих зонах сталеливарного виробництва при використанні електропечей.

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

У табл. 5.6 наведені значення магнітної індукції близько деяких побутових приладів.

У переважній більшості випадків в житлових будинках використовується мережа з одним нульовим (нульовим робочим) провідником, мережі з нульовими робітникам і захисним провідниками зустрічаються досить рідко. При такій ситуації зростає ризик ураження електричним струмом при замиканні фазного проводу на металевий корпус або шасі приладу; металеві кожухи, шасі та корпуса приладів не заземлені та є джерелом електричних полів (при вимкненому приладі з виделкою в розетці) або електричних і магнітних полів промислової частоти (при включеному приладі).

Таблиця 5.6. Значення магнітної індукції В поблизу побутових приладів, МКТ

	Відстані від приладів, див

		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