3.5.2 Характеристики електромагнітних полів

Змінне електромагнітне поле є сукупністю двох взаємозалежних змінних полів – електричного і магнітного, які характеризуються векторами напруженості електричного поля (В/м) і напруженості магнітного поля (А/м) або магнітної індукції (Тл).

Напруженості електричних і магнітних полів оцінюються за формулами:

; (3.62)

(3.63)

де U – напруга, В; l – відстань, м; I – струм, А; r – радіус кола силової лінії навколо провідника, по якому тече струм, м.

Магнітна індукція зв'язана з напруженістю магнітного поля співвідношенням

В = ₀ Н, (3.64)

де  ─ магнітна проникність речовини; ₀ – магнітна проникність вакууму, або магнітна стала, гн/м.

Фази коливання Е та Н відбуваються у взаємно перпендикулярних площинах. При поширенні у вакуумі чи в повітрі

Е = 377 Н. (3.65)

Електромагнітне поле несе енергію, яка визначається густиною потоку енергії (Вт/м² ) чи інтенсивністю I (Вт/м²):

. (3.66)

У випадку поширення ЕМП у вакуумі чи в повітрі з урахуванням виразу (3.65):

. (3.67)

Інтенсивність ЕМП показує, яка кількість енергії протікає протягом однієї хвилини крізь перерез в 1 м², який розташований перпендикулярно руху хвилі.

При випромінюванні сферичних хвиль ГПЕ може бути виражена через потужність Р(Вт), яка підводиться до випромінювача:

, (3.68) де R – відстань від джерела випромінювання, м.

Сумарний потік енергії, що проходить через одиницю поверхні, яка опромінюється, за час дії Т (год), являє собою енергетичне навантаження ЕН (Вт · год/м²):

ЕН = ГПЕ  Т, (3.69)

Залежно від частоти f (Гц) чи довжини хвилі  (м) при поширенні ЕМП у вакуумі або в повітрі f та λ зв'язані між собою співвідношенням :

, (3.70)

де с – швидкість світла, що дорівнює 310⁸ м/с, увесь радіочастотний діапазон розбито на піддіапазони (табл. 3.7).

Таблиця 3.7 – Класифікація електромагнітних полів радіочастотного діапазону

Частоти f, Гц	Високі (ВЧ) 3104 – 3106	Ультрависокі (УВЧ) 3106 – 3108	Надвисокі (НВЧ) 3108 – 31011
Довжина хвилі , м	Довгі 104–103 і середні 103–102	Короткі 102–10 і метрові 10–1	Децимет- рові 1–10-1	Сантимет- рові 10-1–10-2	Мілімет- рові 10-2–10-3

Простір навколо джерела ЕМП умовно поділяють на три зони: ближню (зона індукції), проміжну (зона інтерференції) і дальню (зона випромінювання, або хвильова зона).

Максимальна довжина ближньої зони R _Б.З для ізотропного випромінювача, який не створює спрямованого випромінювання, визначається за формулою

. (3.71) У ближній зоні електромагнітна хвиля ще не сформувалася. Електричні і магнітні поля слід вважати незалежними одне від одного, тому цю зону можна характеризувати як електричною, так і магнітною напруженістю.

У зоні індукції Е  377Н, а їх векторні величини зміщені по фазі на 90^о. На працюючого впливає або тільки електричне, або тільки магнітне поле, або обидва поля. В установках діелектричного нагрівання Е  377Н, отже, небезпека опромінення визначається напруженістю електричного поля. В установках індукційного нагрівання (плавка, нагрівання металу при термічній обробці) Е  377Н і небезпека опромінення визначається характеристиками магнітного поля.

При збільшенні відстані від джерела Е убуває обернено пропорційно кубу відстані, а Н – обернено пропорційно квадрату цієї відстані.

Дальня зона починається на відстані від джерела

R _Д.З  . (3.72)

У деяких роботах пропонується визначати цю відстань залежністю R _Д.З  2π.

Дальня зона характеризується електромагнітною хвилею, що вже сформувалася, коли електрична і магнітна складові ЕМП збігаються за фазою. Саме для цієї зони характерне виконання співвідношення (3.65). На організм працюючого можливий лише одночасний вплив електричного і магнітного полів, тому їх дію можна характеризувати . У зоні випромінювання Е та Н убувають обернено пропорційно відстані від джерела.

Протяжність проміжної зони визначається співвідношенням

. (3.73)

Як відомо, явище інтерференції при накладенні когерентних хвиль з однаковими періодами коливань приводить до появи зон максимумів і мінімумів інтенсивності. За деякими даними може спостерігатися зростання інтенсивності в 13–42 рази і становити особливу небезпеку для людини.

На характер розподілу поля у виробничому приміщенні впливають устаткування, прилади і металеві конструкції будівлі, які створюють ЕМП вторинного випромінювання. Деформація поля відбувається також через присутність і недосконалість діелектриків.