СТАТИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ
Martino Grandolfo
На улице, в офисах, дома и на рабочих местах окружающая нас естественная и искусственная среда генерирует электрические и магнитные силы разной величины. В связи с этим возникает два важных вопроса: (1) вызывает ли воздействие этих сил на человека какие-либо вредные последствия для здоровья, и (2) какие ограничения могут быть установлены, при попытке определить пределы (лимиты) "безопасной" экспозиции такого рода?
В этой статье рассматриваются статические электрические и магнитные поля. Описываются исследования, проведенные на работниках различных отраслей, а также на животных. Эти исследования не смогли продемонстрировать каких-либо ясно выраженных вредных биологических эффектов при тех уровнях экспозиции электрическим и магнитным полям, с которыми мы, обычно, сталкиваемся в повседневной деятельности. Тем не менее, в статье предпринята попытка обсудить усилия ряда международных организаций по выработке директив по защите рабочих и населения от любого потенциально опасного уровня экспозиции.
Определение терминов
Когда на объект, например электрический проводник, воздействует напряжение или электрический ток, то он (проводник) заряжается. При этом возникают силы, которые начинают воздействовать на заряды, расположенные вблизи от этого проводника. Можно выделить два типа сил: силы, возникающие из-за стационарных электрических зарядов и известные как электростатические силы, и силы, возникающие только при движении зарядов (электрического тока в проводнике) и известные как магнитная сила. Для описания существования и пространственного распределения этих сил физики и математики создали концепцию поля. Таким образом, говорят о поле силы, или просто об электрических и магнитных полях.
Термин "статический" описывает ситуацию, когда все заряды неподвижны в пространстве, или движутся как непрерывный поток. В результате, как заряд, так и плотность тока постоянны во времени. В случае с неподвижным зарядом, мы имеем электрическое поле, напряженность которого в любой точке пространства зависит от величины и геометрии всех зарядов. В случае с непрерывным током в контуре, мы имеем постоянные во времени электрическое и магнитное поля (статические поля), поскольку плотность заряда в любой точке контура не изменяется.
Электричество и магнетизм, это - явления, отличающиеся друг от друга до тех пор, пока заряды и ток статичны. В ситуации такой статики исчезает любая взаимосвязь между электрическими и магнитными полями, и поэтому их можно рассматривать по отдельности (в отличие от ситуации с изменяющимися во времени полями). Статические электрические и магнитные поля четко характеризуются непрерывной, независимой от времени напряженностью и соответствуют пределу нулевой частоты в диапазоне сверхнизких частот (ELF).
Статические электрические поля
Естественная и профессиональная экспозиция
Статические электрические поля создаются электрически заряженными телами, в которых электрический заряд индуцируется на поверхности объекта, находящегося внутри статического электрического поля. Как следствие, электрическое поле на поверхности объекта, особенно с малым радиусом (например, в точке) может быть больше, чем невозмущенное электрическое поле (то есть, поле, без присутствия в нем объекта). Поле внутри объекта может быть очень маленьким или нулевым. Электрические поля воспринимаются электрически заряженными объектами как сила. Например, на волосяной покров тела воздействует сила, которую человек может ощущать.
В среднем, поверхностный заряд Земли отрицателен, хотя верхние слои атмосферы несут в себе положительный заряд. Результирующее статическое электрическое поле около поверхности Земли имеет напряженность приблизительно 130 V/m. Это поле уменьшается по мере увеличения высоты, и его величина составляет приблизительно 100 V/m на высоте над уровнем моря 100 m, 45 V/m - на высоте 1 km, и менее 1 V/m - на 20 km. Реальные величины широко варьируются в зависимости от локального профиля температуры и влажности, и присутствия ионизированных примесей. Например, под грозовыми облаками, и по мере их приближения, происходят большие изменения поля на уровне Земли, поскольку, обычно, нижняя часть облака заряжена отрицательно, в то время как верхняя его часть содержит положительный заряд. Кроме того, между облаком и Землей существует свободное пространство. По мере приближения облака, поле на уровне Земли может сначала увеличиваться, а затем уменьшаться. При этом Земля становится заряженной положительно. Во время этого процесса, даже при отсутствии в этом месте молний, можно наблюдать поля от 100 V/m до 3 kV/ m. Полное изменение полей происходит очень быстро, в течение одной минуты, и большая напряженность поля может сохраняться на протяжении всей грозы. Обычные облака, так же, как и грозовые, содержат электрические заряды и, поэтому, сильно влияют на электрическое поле на уровне Земли. Большие, до 200%, отклонения от величины поля при ясной погоде могут возникать в случае тумана, дождя и естественно возникающих крупных и мелких ионов. Изменения электрического поля во время дневного цикла могут ожидаться даже при абсолютно ясной погоде. За эти суточные вариации, возможно, несут ответственность довольно регулярные изменения локальной ионизации, температуры или влажности, возникающие вследствие этого изменения в электрической проводимости атмосферы около Земли, а также механический перенос заряда локальным движением воздуха.
Стандартные уровни созданных человеком в офисах и домах электростатических полей колеблются в диапазоне от 1 до 20 kV/m. Эти поля часто возникают вокруг высоковольтного оборудования, например, телевизоров и мониторов (VDUs) или создаются трением. Линии передачи постоянного тока создают как статическое электрическое, так и магнитное поле и являются экономичным средством распределения энергии в условиях больших расстояний.
Статические электрические поля широко используются в таких отраслях промышленности, как химическая, текстильная, авиационная, бумажная, резиновая и транспорт.
Биологические эффекты
Экспериментальные исследования дают слишком незначительные биологические доказательства того, чтобы говорить о каких-либо вредных эффектах воздействия статических электрических полей на здоровье человека. Несколько проведенных на животных исследований также не добыли никаких данных, свидетельствующих о вредных генетических эффектах, росте опухолей, или воздействии полей на эндокринную или сердечно-сосудистую систему. (В таблице 49.9 дан обзор этих исследований на животных).
--------------------------------------------------------------------------------
Таблица 49.9 Исследования на животных, подвергавшихся экспозиции статическим электрическим полям
|
Биологические объекты воздействия |
Отмеченные эффекты |
Условия экспозиции |
|
Гематология и иммунология |
Изменения во фракциях альбумина и глобулина в белках сыворотки у крыс. |
Непрерывная экспозиция полям от 2.8 до kV/m |
|
Нервная система |
Стимуляция существенных изменений, наблюдаемых на ЭЭГ крыс. |
Экспозиция электрическому полю с напряженностью до 10 kV/m |
|
Поведение |
Недавние, тщательно проведенные исследования предполагают отсутствие эффектов воздействия на поведение грызунов |
Экспозиция полю с напряженностью до 12 kV/m |
|
Репродукция и развитие |
Нет существенных различий в общем количестве потомства или проценте выживающих мышей |
Экспозиция полю 340 kV/m 22 ч/день перед, во время и после беременности |
--------------------------------------------------------------------------------
Для оценки эффекта воздействия статического электрического поля на клетки не проводилось никаких исследований на живых организмах. 
Следующая часть документа