Njia inayojulikana zaidi ya nishati ya umeme ni mwanga wa jua. Mzunguko wa mwanga wa jua (mwanga unaoonekana) ni mstari wa kugawanya kati ya mionzi yenye nguvu zaidi, ya ionizing (miale ya x, miale ya cosmic) kwenye masafa ya juu na mionzi isiyo na ionizing zaidi, isiyo ya ionizing katika masafa ya chini. Kuna wigo wa mionzi isiyo ya ionizing. Ndani ya muktadha wa sura hii, kwenye sehemu ya juu chini kidogo ya mwanga unaoonekana kuna mionzi ya infrared. Chini ya hiyo ni anuwai pana ya masafa ya redio, ambayo ni pamoja na (katika mpangilio wa kushuka) microwaves, redio ya rununu, runinga, redio ya FM na redio ya AM, mawimbi mafupi yanayotumika katika hita za dielectric na induction na, mwisho wa chini, sehemu zilizo na frequency ya nguvu. Wigo wa sumakuumeme umeonyeshwa kwenye mchoro 1. 

Kielelezo 1. Wigo wa sumakuumeme

Kama vile nuru inayoonekana au sauti inavyopenya katika mazingira yetu, nafasi tunamoishi na kufanya kazi, ndivyo pia nguvu za nyanja za sumakuumeme. Pia, kama vile nishati nyingi za sauti tunazokabili hutokezwa na shughuli za binadamu, ndivyo pia nguvu za sumaku-umeme: kutoka viwango dhaifu vinavyotolewa kutoka kwa vifaa vyetu vya kila siku vya umeme—vile vinavyofanya redio na televisheni zetu kufanya kazi—hadi kiwango cha juu. viwango ambavyo madaktari hutumika kwa madhumuni ya manufaa—kwa mfano, diathermy (matibabu ya joto). Kwa ujumla, nguvu za nishati hizo hupungua kwa kasi na umbali kutoka kwa chanzo. Viwango vya asili vya nyanja hizi katika mazingira ni chini.

Mionzi isiyo ya ionizing (NIR) hujumuisha mionzi yote na nyanja za wigo wa sumakuumeme ambazo hazina nishati ya kutosha kuzalisha ionization ya suala. Hiyo ni, NIR haina uwezo wa kutoa nishati ya kutosha kwa molekuli au atomi ili kuharibu muundo wake kwa kuondoa elektroni moja au zaidi. Mstari wa mpaka kati ya NIR na mionzi ya ionizing kawaida huwekwa katika urefu wa wimbi wa takriban nanomita 100.

Kama ilivyo kwa aina yoyote ya nishati, nishati ya NIR ina uwezo wa kuingiliana na mifumo ya kibayolojia, na matokeo yanaweza kutokuwa na umuhimu wowote, yanaweza kuwa na madhara kwa viwango tofauti, au yanaweza kuwa ya manufaa. Kwa mionzi ya radiofrequency (RF) na microwave, utaratibu kuu wa mwingiliano ni inapokanzwa, lakini katika sehemu ya chini ya mzunguko wa wigo, mashamba ya kiwango cha juu yanaweza kushawishi mikondo katika mwili na hivyo kuwa hatari. Mifumo ya mwingiliano ya nguvu za uwanja wa kiwango cha chini, hata hivyo, haijulikani.

Kiasi na Vitengo

Maeneo katika masafa ya chini ya takriban 300 MHz yanakadiriwa kulingana na nguvu ya uwanja wa umeme (E) na nguvu ya shamba la sumaku (H). E inaonyeshwa kwa volts kwa mita (V / m) na H katika amperes kwa mita (A/m). Zote mbili ni sehemu za vekta-yaani, zina sifa ya ukubwa na mwelekeo katika kila hatua. Kwa masafa ya chini-frequency uwanja wa sumaku mara nyingi huonyeshwa kwa suala la wiani wa flux, B, pamoja na kitengo cha SI tesla (T). Wakati nyanja katika mazingira yetu ya kila siku zinajadiliwa, subunit microtesla (μT) kawaida ni kitengo kinachopendekezwa. Katika baadhi ya fasihi msongamano wa mtiririko huonyeshwa kwa gauss (G), na ubadilishaji kati ya vitengo hivi ni (kwa sehemu za hewa):

T 1 = 10⁴ G au 0.1 μT = 1 mG na 1 A/m = 1.26 μT.

Mapitio ya dhana, idadi, vitengo na istilahi kwa ulinzi wa mionzi isiyo ya ionizing, ikiwa ni pamoja na mionzi ya radiofrequency, inapatikana (NCRP 1981; Polk na Postow 1986; WHO 1993).

mrefu mionzi Inamaanisha tu nishati inayopitishwa na mawimbi. Mawimbi ya sumakuumeme ni mawimbi ya nguvu za umeme na sumaku, ambapo mwendo wa wimbi hufafanuliwa kama uenezaji wa usumbufu katika mfumo wa mwili. Mabadiliko katika uwanja wa umeme yanafuatana na mabadiliko katika uwanja wa magnetic, na kinyume chake. Matukio haya yalielezewa mwaka wa 1865 na JC Maxwell katika milinganyo minne ambayo imekuja kujulikana kama Milinganyo ya Maxwell.

Mawimbi ya sumakuumeme yana sifa ya seti ya vigezo ambavyo ni pamoja na frequency (f), urefu wa mawimbi (λ), nguvu ya uwanja wa umeme, nguvu ya uwanja wa sumaku, mgawanyiko wa umeme (P) (mwelekeo wa E shamba), kasi ya uenezi (c) na vekta ya kupenyeza (S) Kielelezo cha 2  inaonyesha uenezi wa wimbi la sumakuumeme katika nafasi huru. Mzunguko hufafanuliwa kama idadi ya mabadiliko kamili ya uwanja wa umeme au sumaku katika hatua fulani kwa sekunde, na huonyeshwa kwa hertz (Hz). Urefu wa wimbi ni umbali kati ya mikondo miwili mfululizo au vijiti vya mawimbi (maxima au minima). Mzunguko, urefu wa wimbi na kasi ya wimbi (v) yanahusiana kama ifuatavyo:

v = f λ

Kielelezo 2. Wimbi la ndege linaloenea kwa kasi ya mwanga katika mwelekeo wa x

Kasi ya wimbi la umeme katika nafasi ya bure ni sawa na kasi ya mwanga, lakini kasi ya nyenzo inategemea mali ya umeme ya nyenzo-yaani, juu ya ruhusa yake (ε) na upenyezaji (μ). Ruhusa inahusu mwingiliano wa nyenzo na uwanja wa umeme, na upenyezaji unaonyesha mwingiliano na uwanja wa sumaku. Dutu za kibayolojia zina vibali vinavyotofautiana kwa kiasi kikubwa na ile ya nafasi huru, ikitegemea urefu wa mawimbi (hasa katika safu ya RF) na aina ya tishu. Upenyezaji wa vitu vya kibaolojia, hata hivyo, ni sawa na nafasi ya bure.

Katika wimbi la ndege, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu 2 , uwanja wa umeme ni perpendicular kwa shamba la magnetic na mwelekeo wa uenezi ni perpendicular kwa nyanja zote za umeme na magnetic.

Kwa wimbi la ndege, uwiano wa thamani ya nguvu ya shamba la umeme kwa thamani ya nguvu ya shamba la sumaku, ambayo ni ya mara kwa mara, inajulikana kama impedance ya tabia (Z):

Z = E/H

Katika nafasi ya bure, Z= 120π ≈ 377Ω lakini vinginevyo Z inategemea ruhusa na upenyezaji wa nyenzo ambazo wimbi linapitia.

Uhamisho wa nishati unaelezewa na vekta ya Poynting, ambayo inawakilisha ukubwa na mwelekeo wa msongamano wa umeme wa flux:

S = E x H

Kwa wimbi la kueneza, kiungo cha S juu ya uso wowote inawakilisha nguvu ya papo hapo inayopitishwa kupitia uso huu (wiani wa nguvu). Ukubwa wa vekta ya Poynting huonyeshwa kwa wati kwa kila mita ya mraba (W/m²) (katika baadhi ya fasihi kitengo mW/cm² inatumika - ubadilishaji kwa vitengo vya SI ni 1 mW / cm² = 10 W/m²) na kwa mawimbi ya ndege yanahusiana na maadili ya nguvu za uwanja wa umeme na sumaku:

S = E² / 120π = E² / 377

na

S =120π H² = 377 H²

Sio hali zote za mfiduo zinazopatikana katika mazoezi zinaweza kuwakilishwa na mawimbi ya ndege. Katika umbali wa karibu na vyanzo vya mionzi ya redio-frequency uhusiano tabia ya mawimbi ya ndege si kuridhika. Sehemu ya sumakuumeme inayotolewa na antena inaweza kugawanywa katika kanda mbili: ukanda wa karibu na ukanda wa mbali. Mpaka kati ya kanda hizi kawaida huwekwa katika:

r = 2a² / λ

ambapo a ndio kipimo kikubwa zaidi cha antena.

Katika ukanda wa karibu wa shamba, mfiduo lazima ubainishwe na uga wa umeme na sumaku. Katika nyanja ya mbali moja ya haya inatosha, kwani yanahusiana na milinganyo ya hapo juu inayohusisha E na H. Kwa mazoezi, hali ya eneo la karibu mara nyingi hugunduliwa kwa masafa ya chini ya 300 Mhz.

Mfiduo kwa nyanja za RF ni ngumu zaidi na mwingiliano wa mawimbi ya sumakuumeme na vitu. Kwa ujumla, mawimbi ya sumakuumeme yanapokutana na kitu baadhi ya nishati ya tukio huakisiwa, nyingine hufyonzwa na nyingine hupitishwa. Uwiano wa nishati inayopitishwa, kufyonzwa au kuonyeshwa na kitu hutegemea mzunguko na polarization ya shamba na mali ya umeme na sura ya kitu. Uwepo wa juu zaidi wa tukio na mawimbi yaliyoakisiwa husababisha mawimbi yaliyosimama na usambazaji wa uwanja usio sare katika anga. Kwa kuwa mawimbi yanaonyeshwa kabisa kutoka kwa vitu vya metali, mawimbi yaliyosimama huunda karibu na vitu kama hivyo.

Kwa kuwa mwingiliano wa nyanja za RF na mifumo ya kibaolojia hutegemea sifa nyingi tofauti za uwanja na nyanja zinazopatikana katika mazoezi ni ngumu, mambo yafuatayo yanapaswa kuzingatiwa katika kuelezea mfiduo kwa nyanja za RF:

• kama mfiduo hutokea katika ukanda wa karibu au wa mbali

• ikiwa karibu na uwanja, basi maadili ya zote mbili E na H zinahitajika; ikiwa ni uwanja wa mbali, basi ama E or H

• tofauti ya anga ya ukubwa wa uwanja(s)

• polarization ya shamba, yaani, mwelekeo wa shamba la umeme kwa heshima na mwelekeo wa uenezi wa wimbi.

Kwa mfiduo wa uga za sumaku za masafa ya chini bado haijabainika kama nguvu ya shamba au msongamano wa mtiririko ndiyo jambo muhimu pekee linalozingatiwa. Inaweza kubainika kuwa mambo mengine pia ni muhimu, kama vile muda wa mfiduo au kasi ya mabadiliko ya uga.

mrefu uwanja wa umeme (EMF), kama inavyotumiwa katika vyombo vya habari na vyombo vya habari maarufu, kwa kawaida hurejelea sehemu za umeme na sumaku kwenye mwisho wa masafa ya chini ya wigo, lakini pia inaweza kutumika kwa maana pana zaidi kujumuisha wigo mzima wa mionzi ya sumakuumeme. Kumbuka kuwa katika masafa ya chini-frequency E na B nyanja hazijaunganishwa au kuunganishwa kwa njia sawa na ziko kwenye masafa ya juu, na kwa hivyo ni sahihi zaidi kuzirejelea kama "sehemu za umeme na sumaku" badala ya EMFs.

Back