МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МВЭ

6.75 Балл

Дерзайте!

ОТЧЕТ

по ИДЗ №1 по дисциплине «Микроволновая электроника»

Студент гр.	______________________
Преподаватель	______________________	Иванов В.А.

Санкт-Петербург

Задание 1

1. Представьте Ваши аргументы (логические и цифровые) по оценке природы и особенностей воздействия микроволнового излучения на человека. Для этого используйте результаты следующих расчётов.

Рассчитайте энергию кванта микроволнового излучения с частотой: f0 стандарта GSM +Ngroup [ГГц], f0 стандарта 5G+ Ngroup [ГГц]

Сравните эту энергию с энергией тепловых колебаний молекул при Т=42⁰С.

Сравните энергию кванта микроволнового излучения с частотой 2,45ГГц с энергией связи кластеров в воде. До какой температуры нужно нагреть воду, чтобы разрушить ее кластерную структуру?

Сравните энергию кванта микроволнового излучения частоты 2,45ГГц с энергией химической связи атомов в молекуле ДНК. Используйте результаты п.1.2.

Решение

Для выполнения вычислений все основные формулы будут браться из учебника^[1].

Возьмем стандартный частоту GSM = 1800 МГц. В таком случае в моём варианте частота будет равна:

f₀ = 1,8 + 3 = 4,8 ГГц

Посчитаем энергию кванта:

Теперь посчитаем энергию кванта, частота которого соответствует 5G+:

Возьмем большую f₀ = 25 ГГц. Тогда в моём варианте частота будет равна 25+3 = 28 ГГц

Вычислим энергию кванта ЭМВ:

Найдем энергию тепловых колебаний молекул при Т = 42°C:

По полученным значениям видно, что энергия тепловых колебаний молекул при 42°C больше энергии кванта стандарта 5G+ на два порядка и на три порядка больше энергии кванта GSM-стандарта.

Теперь найдём энергию кванта излучения с частотой 2,45ГГц:

Энергия водородной связи в кластере воды равна 0,24 эВ^[2]. Это намного больше энергии кванта. Кластер не разрушится.

Но в случае, если мы хотим разрушить кластерную структуру, нам надо будет нагреть её. Через формулу для кинетической энергии молекулы найдем температуру:

Теперь надо сравнить энергию кванта частоты 2,45ГГц с энергией связи атомов в молекуле ДНК. Поскольку известно, что разрушение молекулы происходит при температуре 42°C, мы можем рассматривать энергию, значение которой уже было получено ранее. И энергия тепловых колебаний при температуре 42°C на три порядка больше энергии кванта, соответствующего частоте 2,45 ГГц. То есть это излучение, как и любое другое посчитанное в этом задании, не приводит к разрушению молекул ДНК из-за того, что кванты не обладают достаточно высокой энергией.

1.5 Балл

Задание 2

2. Какая плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту и на производстве по стандартам РФ? По международным стандартам?

2.1. Оцените, как повысится температура Вашего тела в быту и на производстве при уровне плотности мощности, равным (50 + Nstudent)% от максимально допустимого. Какую роль играют потери тепла в этом процессе?

2.2. Оцените, сколько квантов микроволнового излучения потребуется для такого нагрева.

Решение

Нормативные плотности мощности микроволнового излучения в России установлены СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96^[3].

Таблица 1. Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ.

Назначение помещений или территории	Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ, мкВт/см2
Территория жилой застройки и мест массового отдыха; помещения жилых, общественных и производственных зданий (внешнее ЭМИ РЧ, включая вторичное излуче­ние);рабочие места лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности	10,0 100,0*

* для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования.

Иными словами, для нас в обычной бытовой обстановке предельно допустимым является значение в 10 мкВт/см².

На производстве, как это обычно и бывает, значения свои^[4]. Там плотность мощности не должна превышать значение в 1000 мкВт/см²

Предельно допустимые значения энергетической нагрузки на организм СВЧ облучения в течение рабочего дня составляют:

при непрерывном облучении 200 мкВт*ч/см²

при прерывистом облучении 2000 мкВт*ч/см²

Иностранные стандарты отличаются от российских. Они допускают большие значения плотности мощности.

ANSI считает безопасным излучение с плотностью мощности 10 мВт/см². На производстве же считается допустимой плотность мощности в 50 мВт/см².

Теперь перейдем к следующему заданию и оценим изменение температуры тела в быту и на производстве в случае воздействия на тело излучения с плотностью мощности излучения равной 50 + 16 = 66% от максимально допустимого уровня

Для решения этой задачи надо знать свою площадь поверхности. Её я найду по формуле:

Предельное значение в быту:

Значение излучения в задаче: .

Мощность: .

Зададим время излучения, равное 8 часам:

Вычислим увеличение температуры, зная теплоёмкость человека.

Аналогично посчитаем нагрев тела за то же время на производстве.

Предельное значение:

Значение излучения в задаче: .

Мощность: .

Облучение у нас идёт 8 часов:

Увеличение температуры тела:

По полученным значениям видно, что на производстве нагрев тела больше, что логично, ведь там и плотность мощности больше.

Теперь вопрос про потери тепла.

Нагрев тела происходит как раз из-за протекания высокочастотных токов, возникающих из-за воздействия излучения. Но тело человека не является простой однородной структурой, поэтому на все органы воздействие имеет разную степень опасности. Пожалуй, наиболее опасным излучение является слизистой, кровеносной системы и для глаз. Изменение температурного режима влечет за собой опасность для работы органов в теле человека. В частности, хрусталик глаза может помутнеть, это повлечет за собой слепоту.

Посчитаем, сколько надо квантов излучения для нагрева до тех температур, что были получены ранее.

Энергия одного кванта:

Теперь найдем число квантов, необходимых для нагрева в быту и на производстве:

На производстве понадобится больше квантов. И это верно, ведь там и нагрев был больше.