请教电磁辐射方面的问题

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-03
请教电磁辐射问题

●能对人体造成伤害的电压并不是人体与高压源之间的电压,而是直接加在
人体上的电压,后者在整个回路电压中只是一段分压。人体与高压源之间的空气层通常有很大的电阻,该电阻比人体本身的电阻要大好多个量级,所以高压场中的人体并不是真在高压作用之下。只要空气未击穿,高压就不会危及人的生命。
1958年,我国高校第一台100kV 的静电感应加速器在我校物理系诞生了。次年夏天,轮到比我高一届的一位江西老表值大夜班。到了后半夜,瞌睡虫使他向加速器方向倾倒过去,他的脑袋立即变成为“刺猬”,也就是说,所有的头发都竖立起来,结果居然安恙无事。这次事故是头发尖端放电引起的,同性电荷相互排斥,使所有的头发都分离开来。他之所以未送命,是因为地上有橡胶板,与橡胶板相比,人体的电阻可以忽略不计。在放电的一瞬间,100kV 的高压基本上都转移到了橡胶板上,加在人体上的电压还是很有限的。

●能引起极化的是电场力而不是电势。在经典理论中,电场强度是
E = -grad u -эA∕эt
其中u 和A 分别是标量势和矢量势。
电场一般是由静场和波场叠加而成的,静场只能使感应电荷分布在人体的表皮上,对体内的器官无任何影响,因而只需研究波场。
上式中的第一项是与电压降对应的场强,第二项是与磁场的洛仑兹力对应的涡旋电场的强度。由于u 和A 是属于同一个四维矢量,它们满足洛仑兹条件,所以上式中的两项实际上有相同的振幅,我们只要研究第一项就够了。
为简单起见,我们假定u 是单色平面波(在离波源足够远的微小区域内总能近似地成立),即
u =( 2^1/2) U cos(kx - ωt)
其中 U 是电压有效值。与 u 对应的电场强度为
-grad u = (2^1/2) U k sin(kx - ωt)
它的峰值显然为
Em =( 2^1/2) U k =(2^1/2) U ω/c
=(2^1/2) 2πνU /c
其中ν为频率。
若 ν=50Hz,U = 220 kν,则 Em = 0.325 V/m 。这就意味着,对于身高
为2m的篮球运动员来说,头顶与脚底之间的电压至多为0.65 V ,还不及干电池
电压(1.5 V)的一半! 比法定的安全电压(36 V)小将近2个量级!
在氢原子内,原子核向第一玻尔轨道处提供的电场强度为5.1×10^13 V/m,比0.325 V/m 大14个量级! 这就表明:高压电网的辐射几乎完全不能影响电荷在原子内的分布。
若ν=10^16 Hz(这是X射线),U = 220 kν,则 Em = 6.5×10^13 V/m。此值已超过了氢原子内的电场强度,意味着X射线能使氢原子电离。

●上文是采用经典理论,未考虑辐射场的量子性。220 kν是借用高压电网的参数,而不是辐射场本身的参数,因而上面的讨论只具有定性的参考意义。较可靠的讨论应采用能量观点,光子的能量与辐射源的电压实际上毫不相干。频率一定的光子有完全确定的能量,各种原子的电离能和各种化合物的化学键能也是完全确定的,只要看一看光子能量是否超过电离能和键能,就可以判断这种光子是否有可能损害人体。50Hz光子的能量要比电离能、键能小十多个量级,因而可以肯定地说:50Hz 的交流电网的辐射基本上对人体无害。只说是“基本上” 而不说“绝对”,是因为低频辐射总会有热效应,过分强的辐射会引起“烧伤”。任何事都有个“适度”,过分了就会走向反面。进食过多就会导致拉稀,不能由此而得出“食物对人体有害”的结论。

●如果说“辐射是一种污染”,那么就应当指出:提高电网的电压正是为了
大幅度地减少辐射。可以证明:在总功率一定的前提下,辐射量同电压的平方成反比。
从本质上看,辐射是由电流决定的,与电压无关。电磁势u 和A 满足洛仑兹方程,它们分别由电荷和电流决定。 如果电流为零,那么A就必定为零,意味着磁场为零。电波与磁波是有机的统一体,磁场为零意味着能流密度为零。
当输电线的终端处于开路状态时,电流应等于零,自然也就不存在焦耳热损耗,但还存在着不为零的开路电压。
在电路处于工作状态时,如果总功率不变,而让电压提高一倍,那么电流就会减半,而焦耳热正比于电流的平方,所以热辐射损耗就会减少75% 。
注意:交流电路不可能有严格的开路状态,因而电流不可能严格等于零。如果电流严格等于零,那么标量势u 就必须是严格的静电场。在开路状态下,可以通过输电线之间的分布电容C构成回路,应当存在量值为uωC的位移电流。但因容抗1/ωC很大,所以交变的高压不足以使电流达到可观的值。

●高压电网的辐射基本上是属于焦耳热引起的热辐射, 50Hz 的低频辐射几乎为零。这是因为:远途输电都是采用三相制,三根相线中的电流依次为
i = Im cos ωt
i′= Im cos(ωt + 2π/3)
i〃= Im cos(ωt - 2π/3)
三者之和为
i + i′+i〃= 0 。
三根相线是分离的,相距 2~3 m。一般说,分离的电流是不可叠加的,但因这里的三个波源是相干的,与6000公里的波长相比,2~3 m 就微不足道了。在远处,三种辐射趋于相同的方向,而振幅和相位都非常接近,这三种相干的电磁波是可以叠加的,代数和趋于零。
既然 50Hz 的低频辐射几乎为零,而常温下的热辐射又可以肯定是对人体无害的,所以可以下结论:高压电网的辐射对人体无害。

  国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)于1998年发布了《限制时变电场、磁场和电磁场曝露的导则(300GHz以下)》。在这个导则中,对公众的限值是5千伏/米,对公众工频磁感应强度的限值是0.1毫特(即100微特)。此限值对保护公众健康已留有足够的安全裕度,得到世界卫生组织的认可与推荐,已被包括欧美发达国家在内的许多国家所采用。
  电磁辐射与工频电磁场的区别
  2008-11-14
  用“电磁辐射”描述输变电设施产生的工频电场、磁场不确切概念,经常在社会上传播增加了公众的误解与担忧。输变电设施产生的是工频电场和工频磁场。电磁辐射的概念是指电磁能量从辐射源发射到空间,在电场与磁场之间以波阻抗联系交变在空间以电磁波的形式传播的能量流现象,电磁辐射能量的大小与波源的频率有关,频率越高,即波长越短,越容易产生电磁辐射并形成电磁波。在电力或动力领域中,通常将50或60赫兹频率称之为“工业频率”(简称“工频”)。在临近输电线路或电力设施的周围环境中产生工频电场与工频磁场,它们属于低频感应场。其波长达6000km,按照天线理论,要想成为有效的辐射源,其天线必须具有与波长可比的长度。相对于如此长的“波”而言,输电线路本身的长度远远不足以构成有效的“发射天线”,从而不能形成有效的辐射。 工频电场与工频磁场是分别存在、分别作用,沿传播方向上电场与磁场无固定关系,而不像高频场那样,电场、磁场矢量以波阻抗关系紧密耦合,形成“电磁辐射”,并穿透生物体。工频电、磁场不能以电磁波形式形成有效的电磁能量辐射或形成体内能量吸收。工频电场、磁场与高频电磁波相比,在存在形式、生物作用等方面,存在极大的差异。工频电、磁场为感应场,电压感应出电场,电流感应出磁场。它们是可以被看作为两个独立的实体,其特点是随着距离的增大成指数级衰减。在我们生活环境中使用的家用电器,如电视机、吸尘器、冰箱、电热毯、交流电动剃须刀等均产生工频电、磁场。
  国际上推荐的健康的暴露极限导则需要有已经发表的可能对健康有危害影响的科学的和药理知识的估价。这必须是主要基于科学的而与既得利益无关。国际非电离辐射防护委员会ICNIRP作为一个独立的科学组织,它具有所有的基本科学学科,他和世界卫生组织一起是有资质去执行对可能有害健康的因素作评估工作的机构。ICNIRP是被世界卫生组织、国际劳工组织、欧盟正式认可的非电离辐射防护的非政府组织。   EMF(电场、磁场、电磁场)暴露对健康有害影响的估价和ICNIRP限制EMF暴露的以健康为基础的导则是建立在科学数据之上并且与既得利益无关。他们并不考虑政治的、社会的和经济的诸因素。 《限制时变电场、磁场和电磁场暴露(300GHz以下)导则》为100kHz及以下频率范围内确定的,用于防止对健康不利影响的“基本限值”物理量为“电流密度”。经过实验室实验确认电流密度为100 毫安/平方米 的为健康阈值,为了进一步保护职业和公众的健康,ICNIRP对职业与公众暴露分别赋予10倍与50倍安全因子,即取基本限值分别为10 毫安/平方米与2 毫安/平方米,来确定电场与磁场暴露的职业与公众暴露“参照水平”。换句话说,标准限值是在已知对健康有影响的阈值基础之上对职业和公众分别给予了10倍与50倍的安全裕度。由于“基本限值”物理量 “电流密度”为体内物理量,难以直接测量。因此为了便于实际曝露评估,ICNIRP导则引入了便于实际测量的物理量,称为“参照水平”。由此导出的物理量包括:电场强度、磁场强度、磁感应强度等。
  我国的电磁场标准能够有效保护公众健康吗?
  2008-11-14
  世界卫生组织经过10年的研究,于2006年已经正式发布了关于电磁场研究结果的官方文件(题名为《制定以健康为基础的电磁场标准框架》。在该文件中,世界卫生组织对各成员国发出了:“强烈推荐采纳国际标准(包括曝露标准和排放标准)” 的要求。WHO在这个官方出版物中推荐的曝露标准是它正式批准的“国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP,1998)导则”。 其中针对公众的电场和磁场允许曝露限值分别为:电场强度5千伏/米,磁场强度为100μT。在确定有害的基础上,对职业曝露者给予10倍、公众曝露给予50倍的安全裕度,此国际标准对人体曝露已有足够的安全裕度,因此国际标准能够保证人体健康的安全。
  把我国现行的电磁场环境评价标准(电场强度4千伏/米,磁场强度100μT)与上述两个标准的限值进行对照,可以明显看出,我国现行标准的各项限值指标都是严于或等同于上述国际标准的。

国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)于1998年发布了《限制时变电场、磁场和电磁场曝露的导则(300GHz以下)》。在这个导则中,对公众的限值是5千伏/米,对公众工频磁感应强度的限值是0.1毫特(即100微特)。此限值对保护公众健康已留有足够的安全裕度,得到世界卫生组织的认可与推荐,已被包括欧美发达国家在内的许多国家所采用。
电磁辐射与工频电磁场的区别
2008-11-14
  用“电磁辐射”描述输变电设施产生的工频电场、磁场不确切概念,经常在社会上传播增加了公众的误解与担忧。输变电设施产生的是工频电场和工频磁场。电磁辐射的概念是指电磁能量从辐射源发射到空间,在电场与磁场之间以波阻抗联系交变在空间以电磁波的形式传播的能量流现象,电磁辐射能量的大小与波源的频率有关,频率越高,即波长越短,越容易产生电磁辐射并形成电磁波。在电力或动力领域中,通常将50或60赫兹频率称之为“工业频率”(简称“工频”)。在临近输电线路或电力设施的周围环境中产生工频电场与工频磁场,它们属于低频感应场。其波长达6000km,按照天线理论,要想成为有效的辐射源,其天线必须具有与波长可比的长度。相对于如此长的“波”而言,输电线路本身的长度远远不足以构成有效的“发射天线”,从而不能形成有效的辐射。 工频电场与工频磁场是分别存在、分别作用,沿传播方向上电场与磁场无固定关系,而不像高频场那样,电场、磁场矢量以波阻抗关系紧密耦合,形成“电磁辐射”,并穿透生物体。工频电、磁场不能以电磁波形式形成有效的电磁能量辐射或形成体内能量吸收。工频电场、磁场与高频电磁波相比,在存在形式、生物作用等方面,存在极大的差异。工频电、磁场为感应场,电压感应出电场,电流感应出磁场。它们是可以被看作为两个独立的实体,其特点是随着距离的增大成指数级衰减。在我们生活环境中使用的家用电器,如电视机、吸尘器、冰箱、电热毯、交流电动剃须刀等均产生工频电、磁场。
国际上推荐的健康的暴露极限导则需要有已经发表的可能对健康有危害影响的科学的和药理知识的估价。这必须是主要基于科学的而与既得利益无关。国际非电离辐射防护委员会ICNIRP作为一个独立的科学组织,它具有所有的基本科学学科,他和世界卫生组织一起是有资质去执行对可能有害健康的因素作评估工作的机构。ICNIRP是被世界卫生组织、国际劳工组织、欧盟正式认可的非电离辐射防护的非政府组织。   EMF(电场、磁场、电磁场)暴露对健康有害影响的估价和ICNIRP限制EMF暴露的以健康为基础的导则是建立在科学数据之上并且与既得利益无关。他们并不考虑政治的、社会的和经济的诸因素。 《限制时变电场、磁场和电磁场暴露(300GHz以下)导则》为100kHz及以下频率范围内确定的,用于防止对健康不利影响的“基本限值”物理量为“电流密度”。经过实验室实验确认电流密度为100 毫安/平方米 的为健康阈值,为了进一步保护职业和公众的健康,ICNIRP对职业与公众暴露分别赋予10倍与50倍安全因子,即取基本限值分别为10 毫安/平方米与2 毫安/平方米,来确定电场与磁场暴露的职业与公众暴露“参照水平”。换句话说,标准限值是在已知对健康有影响的阈值基础之上对职业和公众分别给予了10倍与50倍的安全裕度。由于“基本限值”物理量 “电流密度”为体内物理量,难以直接测量。因此为了便于实际曝露评估,ICNIRP导则引入了便于实际测量的物理量,称为“参照水平”。由此导出的物理量包括:电场强度、磁场强度、磁感应强度等。
我国的电磁场标准能够有效保护公众健康吗?
2008-11-14
   世界卫生组织经过10年的研究,于2006年已经正式发布了关于电磁场研究结果的官方文件(题名为《制定以健康为基础的电磁场标准框架》。在该文件中,世界卫生组织对各成员国发出了:“强烈推荐采纳国际标准(包括曝露标准和排放标准)” 的要求。WHO在这个官方出版物中推荐的曝露标准是它正式批准的“国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP,1998)导则”。 其中针对公众的电场和磁场允许曝露限值分别为:电场强度5千伏/米,磁场强度为100μT。在确定有害的基础上,对职业曝露者给予10倍、公众曝露给予50倍的安全裕度,此国际标准对人体曝露已有足够的安全裕度,因此国际标准能够保证人体健康的安全。
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高频是1380

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