Виды электромагнитных механизмов кратко: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Электромагнитные поля и общественное здравоохранение: мобильные телефоны

\n

\nВ связи с большим числом пользователей мобильных телефонов важно исследовать, понимать и контролировать их потенциальное воздействие на здоровье людей.

\n

\nСвязь по мобильным телефонам осуществляется с помощью радиоволн, распространяемых через сеть фиксированных антенн, называемых базовыми станциями. Радиочастотные волны являются электромагнитными полями, которые в отличие от ионизирующего излучения, такого как рентгеновские лучи или гамма-лучи, не могут ни разрывать химические связи, ни вызывать ионизацию в организме человека.

\n

Уровни воздействия

\n

\nМобильные телефоны представляют собой маломощные радиочастотные передатчики, действующие на частотах от 450 до 2700 МГц при пиковых значениях мощности в диапазоне от 0,1 до 2 ватт. Телефон передает мощность, только когда он включен. Мощность (и, следовательно, воздействие радиочастоты на пользователя) быстро снижается при увеличении расстояния от телефона. Поэтому, человек, пользующийся мобильным телефоном на расстоянии 30-40 см от тела, например, при отправке или чтении текстовых сообщений, пользовании Интернетом или устройством громкой связи, подвергается гораздо меньшему воздействию радиочастотных полей, чем человек, прижимающий телефон к голове.

\n

\nПомимо устройств громкой связи или наушников, которые позволяют держать мобильные телефоны на расстоянии от головы и тела во время телефонных звонков, снижению уровня воздействия способствует также и уменьшение количества и длительности телефонных разговоров. Пользование телефонами в районах хорошего приема также способствует снижению уровня воздействия, так как позволяет осуществлять передачу при меньшей мощности. Эффективности от использования коммерческих устройств для уменьшения радиочастотного воздействия не выявлено.

\n

\nВ больницах и в самолетах мобильные телефоны часто запрещены, так как радиочастотные сигналы могут создавать помехи для некоторых электромедицинских устройств и навигационных систем.

\n

Последствия для здоровья

\n

\nЗа последние 20 лет были проведены многочисленные исследования для оценки того, представляют ли мобильные телефоны потенциальный риск для здоровья. На сегодняшний день каких-либо неблагоприятных последствий для здоровья, вызываемых пользованием мобильными телефонами, не установлено.

\n

Кратковременные последствия

\n

\nОсновным механизмом взаимодействия между радиочастотной энергией и организмом человека является нагрев тканей. На частотах, используемых мобильными телефонами, основная часть энергии поглощается кожей и другими поверхностными тканями, что приводит к незначительному повышению температуры мозга или каких-либо других органов.

\n

\nВ ряде исследований изучалось воздействие радиочастотных полей на электрическую активность мозга, когнитивную функцию, сон, сердечный ритм и кровяное давление. На сегодняшний день не выявлено каких-либо последовательных данных о неблагоприятных последствиях для сердца в результате воздействия радиочастотных полей на более низких уровнях, чем уровни, вызывающие нагрев тканей. Кроме того, научные исследования не предоставляют какие-либо данные, подтверждающие причинно-следственную связь между воздействием электромагнитных полей и симптомами, о которых сообщают сами люди, или \»электромагнитной гиперчувствительностью\».

\n

\nОднако исследования четко продемонстрировали повышенный риск дорожно-транспортных травм в случаях, когда водители пользуются мобильными телефонами (как трубками, так и устройствами громкой связи или наушниками) во время управления транспортными средствами. В некоторых странах водителям запрещено пользоваться мобильными телефонами во время управления транспортными средствами или настойчиво рекомендуется воздерживаться от такого пользования.

\n

Отдаленные последствия

\n

\nЭпидемиологические исследования потенциальных отдаленных рисков радиочастотного воздействия, в основном, направлены на установление связи между опухолями мозга и пользованием мобильными телефонами. Однако из-за того, что многие раковые заболевания выявляются лишь через много лет после взаимодействий, ведущих к образованию опухолей, и в связи с тем, что до начала 1990-х годов мобильные телефоны не использовались в широких масштабах, на сегодняшний день эпидемиологические исследования могут оценивать лишь те раковые заболевания, которые проявляются через небольшой период времени. Тем не менее, результаты исследований на животных последовательно свидетельствуют об отсутствии повышенного риска развития рака в результате длительного воздействия радиочастотных полей.

\n

\nЗавершен или продолжается целый ряд масштабных многонациональных эпидемиологических исследований, включая исследования методом \»случай-контроль\» и проспективные когортные исследования, изучающие некоторые ожидаемые результаты в отношении здоровья среди взрослых людей. Самое значительное на сегодняшний день ретроспективное исследование методом \»случай-контроль\» среди взрослых людей, под названием Интерфон, координируемое Международным агентством по изучению рака (МАИР), было предназначено для выявления связей между пользованием мобильными телефонами и раком в области головы и шеи у взрослых людей. Международный общий анализ данных, собранных в 13 участвующих в исследовании странах, не показал какого-либо повышенного риска развития глиомы и менингиомы, связанного с пользованием мобильными телефонами на протяжении более чем 10 лет. Есть некоторые признаки повышенного риска развития глиомы у людей, сообщающих о самом высоком показателе пользования мобильными телефонами, составляющем 10% кумулятивных часов, однако последовательной тенденции повышения риска по мере увеличения продолжительности пользования не выявлено. Исследователи пришли к выводу, что погрешности и ошибки ограничивают надежность этих заключений и не позволяют сделать причинную интерпретацию. Основываясь в значительной мере на этих данных, МАИР классифицировала радиочастотные поля как возможный канцероген для людей (Группа 2В), то есть как категорию, используемую в случаях, когда взаимосвязь считается надежной, но нельзя с разумной уверенностью исключать случай, погрешность или смешивание.

\n

\nНесмотря на то, что данные Интерфона не указывают на повышенный риск развития опухолей мозга, возрастающие масштабы пользования мобильными телефонами и отсутствие данных о пользовании мобильными телефонами на протяжении периодов времени, превышающих 15 лет, являются основаниями для проведения дальнейших исследований связей между пользованием мобильными телефонами и риском развития рака мозга. В частности, учитывая нынешнюю популярность мобильных телефонов среди молодежи и, следовательно, потенциально более длительное воздействие, ВОЗ содействует проведению дальнейших исследований среди этой группы населения. В настоящее время проводится ряд исследований потенциальных последствий для здоровья среди детей и подростков.

\n

Руководящие принципы по ограничению воздействия

\n

\nПределы радиочастотного воздействия для пользователей мобильных телефонов определяются Удельным коэффициентом поглощения (УКП) — коэффициентом поглощения радиочастотной энергии на единицу массы тела. В настоящее время две международные организации. 1,2 разработали руководящие принципы в отношении воздействия для работников и общего населения, исключая пациентов, проходящих медицинское диагностирование или лечение. Эти руководящие принципы основаны на детальной оценке имеющихся научных данных.

\n

Деятельность ВОЗ

\n

\nПринимая во внимание обеспокоенность общественности и правительств, ВОЗ создала в 1996 году Международный проект по электромагнитным полям (ЭМП) для оценки научных данных о возможных неблагоприятных последствиях воздействия электромагнитных полей на здоровье. К 2016 году ВОЗ проведет официальную оценку риска всех изученных последствий воздействия радиочастотных полей для здоровья. Кроме того, как указано выше, в мае 2011 года Международное агентство по изучению рака (МАИР), специализированное агентство ВОЗ, провело обследование канцерогенного потенциала радиочастотных полей, создаваемых мобильными телефонами.

\n

\nВ ходе своих программ научных исследований ВОЗ также периодически определяет приоритетные исследования, необходимые для заполнения пробелов в знаниях о влиянии радиочастотных полей на здоровье, и содействует их проведению.

\n

\nВОЗ разрабатывает материалы для информирования населения и способствует проведению диалога между учеными, правительствами, промышленностью и общественностью для повышения уровня понимания потенциального неблагоприятного воздействия мобильных телефонов на здоровье.

\n
\n

\n1 International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection – ICNIRP, 2009. ). Statement on the \»Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagetic fields (up to 300 GHz)\», 2009. : http://www.icnirp.org/documents/StatementEMF.pdf\n

\n

\n2 Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). IEEE standard for safety levels with respect to human exposure to radio frequency electromagnetic fields, 3 kHz to 300 GHz, IEEE Std C95.1, 2005.

\n

 

«,»datePublished»:»2014-10-08T13:47:00.0000000+00:00″,»image»:»https://www.who.int/images/default-source/imported/phones-little-girl.jpg?sfvrsn=f96f6f6e_0″,»publisher»:{«@type»:»Organization»,»name»:»World Health Organization: WHO»,»logo»:{«@type»:»ImageObject»,»url»:»https://www.who.int/Images/SchemaOrg/schemaOrgLogo.jpg»,»width»:250,»height»:60}},»dateModified»:»2014-10-08T13:47:00.0000000+00:00″,»mainEntityOfPage»:»https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/electromagnetic-fields-and-public-health-mobile-phones»,»@context»:»http://schema.org»,»@type»:»Article»};

Что такое сила трения, виды силы трения; силы трения покоя и скольжения, законы и модуль силы трения

Определение силы трения

Когда мы говорим «абсолютно гладкая поверхность» — это значит, что между ней и телом нет трения. Такая ситуация в реальной жизни практически невозможна. Избавиться от трения полностью невероятно трудно.

Чаще при слове «трение» нам приходит в голову его «тёмная» сторона —  из-за трения скрипят и  прекращают качаться качели, изнашиваются детали машин. Но представьте, что вы стоите на идеально гладкой поверхности, и вам надо идти или бежать. Вот тут трение бы, несомненно, пригодилось. Без него вы не сможете сделать ни шагу, ведь между ботинком и поверхностью нет сцепления, и вам не от чего оттолкнуться, чтобы двигаться вперёд.

Трение — это взаимодействие, которое возникает в плоскости контакта поверхностей соприкасающихся тел.
Сила трения — это величина, которая характеризует это взаимодействие по величине и направлению. 

Основная особенность: сила трения приложена к обоим телам, поверхности которых соприкасаются, и направлена в сторону, противоположную мгновенной скорости движения тел друг относительно друга. Поэтому тела, свободно скользящие по какой-либо горизонтальной поверхности, в конце концов остановятся. Чтобы тело двигалось по горизонтальной поверхности без торможения, к нему надо прикладывать усилие, противоположное и хотя бы равное силе трения. В этом заключается суть силы трения. 

Откуда берётся трение

Трение возникает по двум причинам:

  1. Все тела имеют шероховатости. Даже у очень хорошо отшлифованных металлов в электронный микроскоп видны неровности. Абсолютно гладкие поверхности бывают только в идеальном мире задач, в которых трением можно пренебречь. Именно упругие и неупругие деформации неровностей при контакте трущихся поверхностей формируют силу трения. 
  2. Между атомами и молекулами поверхностей тел действуют электромагнитные силы притяжения и отталкивания. Таким образом, сила трения имеет электромагнитную природу.

Виды силы трения


В зависимости от вида трущихся поверхностей, различают сухое и вязкое трение. В свою очередь, оба подразделяются на другие виды силы трения.

  1. Сухое трение возникает в области контакта поверхностей твёрдых тел в отсутствие жидкой или газообразной прослойки. Этот вид трения может возникать даже в состоянии покоя или в результате перекатывания одного тела по другому, поэтому здесь выделяют три вида силы трения:
  • трение скольжения,
  • трение покоя,
  • трение качения.  
  1. Вязкое трение возникает при движении твёрдого тела в жидкости или газе. Оно препятствует движению лодки, которая скользит по реке, или воздействует на летящий самолёт со стороны воздуха. Интересная особенность вязкого трения в том, что отсутствует трение покоя. Попробуйте сдвинуть пальцем лежащий на земле деревянный брус и проделайте тот же эксперимент, опустив брус на воду. Чтобы сдвинуть брус с места в воде, будет достаточно сколь угодно малой силы. Однако по мере роста скорости силы вязкого трения сильно увеличиваются.

Сила трения покоя 


Рассмотрим силу трения покоя подробнее.

Обычная ситуация: на кухне имеется холодильник,  его нужно переставить на другое место.

Когда никто не пытается двигать холодильник, стоящий на горизонтальном полу, трения между ним и полом нет. Но как только его начинают толкать, коварная сила трения покоя тут же возникает и полностью компенсирует усилие. Причина её возникновения — те самые неровности соприкасающихся поверхностей, которые деформируясь, препятствуют движению холодильника. Поднатужились, увеличили силу,  приложенную к холодильнику, но он не поддался и остался на месте. Это означает, что сила трения покоя возрастает вместе с увеличением внешнего воздействия, оставаясь равной по модулю приложенной силе, ведь увеличиваются деформации неровностей.

Пока силы равны,  холодильник остаётся на месте:

Сила трения, которая действует между поверхностями покоящихся тел и препятствует возникновению движения, называется силой трения покоя

Сила трения скольжения


Что же делать с холодильником и можно ли победить силу трения покоя? Не будет же она расти до бесконечности? 

Зовём на помощь друга, и вдвоём уже удаётся передвинуть холодильник. Получается, чтобы тело двигалось, нужно приложить силу, большую, чем самая большая сила трения покоя: 

Теперь на движущийся холодильник действует сила трения скольжения. Она возникает при относительном движении контактирующих твёрдых тел.

Итак, сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения — Fтр. пок. макс  И если приложенная сила больше,  чем Fтр. пок. макс, то у холодильника появляется шанс сдвинуться с места.

Теперь, после начала движения, можно прекратить наращивать усилие и ещё  одного друга можно не звать. Чтобы холодильник продолжал двигаться равномерно, достаточно прикладывать силу, равную силе трения скольжения: 

Как рассчитать и измерить силу трения


Чтобы понять, как измеряется сила трения, нужно понять, какие факторы влияют на величину силы трения. Почему так трудно двигать холодильник?

Самое очевидное — его масса играет первостепенную роль. Можно вытащить из него все продукты и тем самым уменьшить его массу, и, следовательно, силу давления холодильника на опору (пол). Пустой холодильник сдвинуть с места гораздо легче!
Следовательно, чем меньше сила нормального давления тела на поверхность опоры, тем меньше и сила трения. Опора действует на тело с точно такой же силой, что и тело на опору, только направленной в противоположную сторону. 

Сила реакции опоры обозначается N. Можно сделать вывод

Второй фактор, влияющий на величину силы трения, — материал и степень обработки соприкасающихся поверхностей. Так, двигать холодильник по бетонному полу гораздо тяжелее, чем по ламинату. Зависимость силы трения от рода и качества обработки материала обеих соприкасающихся поверхностей выражают через коэффициент трения.  

<<Форма демодоступа>>

Коэффициент трения обозначается буквой μ (греческая буква «мю»). Коэффициент определяется отношением силы трения к силе нормального давления. 

Он чаще всего попадает в интервал  от нуля до единицы, не имеет размерности и определяется экспериментально.

Можно предположить, что сила трения зависит также от площади соприкасающихся поверхностей. Однако, положив холодильник набок, мы не облегчим себе задачу.

Ещё Леонардо да Винчи экспериментально доказал, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей при прочих равных условиях.  

Сила трения скольжения, возникающая при контакте твёрдого тела с поверхностью другого твёрдого тела прямо пропорциональна силе нормального давления и не зависит от площади контакта. 

Этот факт отражён в законе Амонтона-Кулона, который можно записать формулой:

где  μ — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.

Для тела, движущегося по горизонтальной поверхности, сила реакции опоры по модулю равна весу тела: 

Сила трения качения


Ещё древние строители заметили, что если тяжёлый предмет водрузить на колёсики, то сдвинуть с места и затем  катить его будет гораздо легче, чем тянуть волоком. Вот бы пригодилась эта древняя мудрость, когда мы тянули холодильник!  Однако всё равно нужно толкать или тянуть тело, чтобы оно не остановилось. Значит, на него действует сила трения качения. Это сила сопротивления движению при перекатывании одного тела по поверхности другого.

Причина трения качения — деформация катка и опорной поверхности. Сила трения качения может быть в сотни раз меньше силы трения скольжения при той же силе давления на поверхность. Примерами уменьшения силы трения за счёт подмены трения скольжения на трение качения служат такие приспособления, как подшипники, колёсики у чемоданов и сумок, ролики на прокатных станах.

Направление силы трения

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно скорости относительного движения соприкасающихся тел. Важно помнить, что на каждое из соприкасающихся тел действует своя сила трения.

Бывают ситуации, когда сила трения не препятствует движению, а совсем наоборот.

Представьте, что на ленте транспортёра лежит чемодан. Лента трогается с места, и чемодан движется вместе с ней. Сила трения между лентой и чемоданом оказалась достаточной, чтобы преодолеть инерцию чемодана, и эти тела движутся как одно целое. На чемодан действует сила трения покоя, возникающая при взаимодействии соприкасающихся поверхностей, которая направлена по ходу движения ленты транспортёра.

 Если бы лента была абсолютно гладкой, то чемодан начал бы скользить по ней, стремясь сохранить своё состояние покоя. Напомним, что это явление называется инерцией.

Сила трения покоя, помогающая нам ходить и бегать, также направлена не против движения, а вперёд по ходу перемещения. При повороте же автомобиля  сила трения покоя и вовсе направлена к  центру окружности. 

Для того чтобы понять, как направлена сила трения покоя, нужно предположить, в каком направлении стало бы двигаться тело, будь поверхность идеально гладкой. Сила трения покоя в этом случае будет направлена как раз в противоположную сторону. Пример, лестница у стены.

Подведём итоги


  1. Сила трения покоя меняется от нуля до максимального значения 0 < Fтр.покоя < Fтр.пок.макс  в зависимости от внешнего воздействия.
  2. Максимальная сила трения покоя почти равна силе трения скольжения, лишь немного её превышая. Можно приближенно считать, что Fтр. = Fтр.пок.макс 
  3. Силу трения скольжения можно рассчитать по формуле Fтр. = μ ⋅ N,  где  μ — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.
  4. При равномерном прямолинейном скольжении по горизонтальной поверхности сила тяги равна силе трения скольжения Fтр. = Fтяги.
  5. Коэффициент трения μ зависит от рода и степени обработки  поверхностей 0 < μ < 1 . 
  6. При одинаковых силе нормального давления и коэффициенте трения сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.
Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72021 вы получите
бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается закон силы трения. 

Задачи на силу трения


Проверьте, насколько хорошо вы разобрались в теме «Сила трения», — решите несколько задач. Решение — приведено ниже. Но чур не смотреть, пока не попробуете разобраться сами.

  1. Однажды в день открытия железной дороги произошёл конфуз: угодливый чиновник, желая выслужиться перед Николаем I, приказал выкрасить рельсы белой масляной краской. Какая возникла проблема и как её удалось решить с помощью сажи?
  2. В один зимний день бабушка Нюра катала внука Алексея по заснеженной горизонтальной дороге. Чему равен коэффициент трения полозьев о снег, если сила трения, действующая на санки, равна 250 Н, а их масса вместе с Алексеем составляет 50 кг?
  3. На брусок массой m = 5 кг, находящийся на горизонтальной шероховатой поверхности μ = 0,7, начинает действовать сила F = 25 Н, направленная вдоль плоскости. Чему при этом равна сила трения, действующая на брусок?

Решения

  1. Масляная краска снизила коэффициент трения между колёсами и рельсами, что привело к пробуксовке, поезд не смог двигаться вперёд. Посыпав рельсы сажей, удалось решить проблему, так как коэффициент трения увеличился, и колёса перестали буксовать.
  2. Санки находятся в движении, следовательно, на них будет действовать сила трения скольжения, численно равная Fтр. = μ ⋅ N, где N — сила реакции опоры, которая, при условии горизонтальной поверхности, равняется весу санок с мальчиком: N = m ⋅ g.  Получаем формулу Fтр. = μ ⋅ m ⋅ g  , откуда выразим искомую величину 

Ответ задачи зависит от того, сдвинется ли брусок под действием внешнего воздействия. Поэтому вначале узнаем значение силы, которую нужно приложить к бруску для скольжения. Это будет максимально возможная сила трения покоя, определяющаяся по формуле Fтр. = μ ⋅ N , где N = mg (при условии горизонтальной поверхности). Подставляя значения, получаем, что Fтр. = 35 Н. Данное значение больше прикладываемой силы, следовательно брусок не сдвинется с места. Тогда сила трения покоя будет равна внешней силе: Fтр. = F = 25 H .

Популярное изложение — Кафедра №40 «Физика элементарных частиц» НИЯУ МИФИ

Физика высоких энергий и физика астрочастиц (космических частиц) являются сегодня двумя наиболее крупными и активно развивающимися направлениями физики элементарных частиц. Экспериментальные исследования именно в этих областях позволяют ученым изучать физический мир природы в его наиболее загадочных проявлениях, таких как поле Хиггса, темная материя Вселенной и др.

Все силы, возникающие в природе, на самом фундаментальном уровне могут быть описаны с помощью четырёх видов взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного. Первые два действуют на любых расстояниях и поэтому знакомы каждому, вторые два — действуют на крошечных расстояниях и поэтому менее известны. Гравитационное взаимодействие присуще всем телам обладающим массой. К электромагнитному сводятся взаимодействие между заряженными телами и частицами, а также упругие, вязкие, молекулярные, химические и др. Сильное взаимодействие удерживает вместе кварки, составляющие нуклоны (протоны и нейтроны), а также сами протоны и нейтроны в атомных ядрах. Слабое взаимодействие на микроуровне отвечает за выделение энергии в звёздах, в том числе и на Солнце, и ответственно за радиоактивный распад ядер.

Каждое из взаимодействий осуществляется при помощи особых элементарных частиц – переносчиков того или иного взаимодействия: фотоны – переносчики электромагнитного взаимодействия, глюоны – переносчики сильного взаимодействия, векторные бозоны — переносчики слабого взаимодействия, гравитоны, пока не открытые экспериментально, являются переносчиками гравитационного взаимодействия.

Рис. 1. Стандартная модель элементарных частиц (источник Википедия: Стандартная модель )

Теоретическая модель, объединяющая все четырёх взаимодействиях и накопленные знания об этих переносчиках, называется Стандартной моделью (СМ). СМ на настоящий момент является самой полной и подтвержденной экспериментально моделью строения нашей Вселенной. СМ состоит из семьнадцати (включая недавно открытый Хиггс бозон) элементарных частиц: шести кварков, шести лептонов и пяти бозонов, как представлено на рисунке 1. Однако до сих пор остаётся немало вопросов относительно СМ, в том числе относительно теоретических следствий, вытекающих из неё. Одним из таких направлений является поиск новых частиц, экспериментальное открытие которых приведет к расширению СМ.

Группа ATLAS МИФИ ведет активную работу в этом направлении, осуществляя поиск частиц с зарядами выше элементарного. Такие частицы не предсказываются СМ, но могли бы объяснить природу скрытой массы — гипотетической формы материи, которая не испускает электромагнитное излучение, следовательно, делает невозможным её прямое наблюдение. В предположении о “составной” природе скрытой массы отдельные частицы, “составляющие” её “атомы”, могут наблюдаться экспериментально на коллайдере (ускорителе элементарных частиц), оставляя уникальный след в детекторах частиц.

Не только новые частицы представляют большой интерес для физиков. Исследование свойств уже открытых крупиц материи позволяет дополнять и проверять существующие теоретические модели. Ярким примером таких работ является исследование свойств нейтрино. Даже малейшая разница, например, в массе этой частицы может привести к пересмотру глобальных теорий.

Для таких исследований на ускорителях создаются мощные нейтринные пучки, которые затем направляются на расположенные в сотнях километрах от них детекторы. Эти исследования позволяют изучать нейтринные осцилляции – удивительный эффект превращения нейтрино одного типа в другой. Они также способствуют поискам ответа на вопрос: почему в нашей Вселенной больше вещества, чем антивещества. С другой стороны, на стыке нейтринной физики и физики астрочастиц ведутся поиски нейтрино от астрофизических источников (сверхновые, гамма-всплески, первичные черные дыры и др.). Эти исследования ведут к более глубокому пониманию эволюции звезд и природы катастрофических процессов во Вселенной.

Рис. 2. Мегапроект «Борексино», реализуемый в международной подземной лаборатории Гран-Сассо (Италия) с участием стран Евросоюза, России и США предусматривает проведение фундаментальных исследований в области нейтринной физики и физики частиц и междисциплинарных исследований для решения актуальных задач астрофизики, атомной отрасли, наук о Земле

Физика нейтрино уже давно выделилась в самостоятельный раздел физики частиц. Достижения в этом сфере способствовали развитию существующих и формированию новых, переживающих сейчас бурный расцвет разделов науки: нейтринная астрофизика и нейтринная геофизика. При помощи нейтрино ведутся невозможные ранее исследования солнечных и земных недр. Изучение нейтрино от широкого спектра природных и искусственных источников является сегодня одним из тех путей, который может позволить нащупать механизмы расширения Стандартной модели физики частиц и прояснить природу целого ряда наблюдаемых, но еще непонятых явлений.

Другим направлением работы группы НИЯУ МИФИ, связанным с подтверждением предсказаний Стандартной модели, является проверка величины сечения рождения переносчиков слабого взаимодействия, т.е. векторных бозонов на эксперименте ATLAS  на Большом адронном коллайдере  (БАК). Векторных бозона на данный момент известно 3 вида: W–, W+, Z0. Эти частицы имеют очень большие массы: mW 85mp, mZ 96mp, где mp – масса протона. В МИФИ занимаются исследованием более сложного процесса: рождением Z бозона совместно с фотоном в процессе столкновений протонных пучков на БАК. Такое исследование позволяет проводить проверку Стандартной Модели с очень высокой (ранее недостижимой) точностью. Оно позволяет “засечь” запрещённые в СМ взаимодействия как в случае, если они происходят напрямую, так и в случае, если они реализуются посредством новых неизвестных ранее частиц.

Рис. 3. Рождение векторного бозона Z на эксперименте ATLAS

В настоящий момент уже однозначно доказано, что электромагнитные и слабые взаимодействия являются проявлением одного и того же взаимодействия, которое получило название электрослабого (1967 г. С.Вайнберг и А.Салам). Гипотеза состояла в следующем: природа слабого и электромагнитного взаимодействий едина, так как на малых расстояниях слабые взаимодействия сравниваются по силе с электромагнитными, и разница между промежуточными векторными бозонами и фотонами стирается. Иными словами, при энергиях, превышающих несколько сотен гигаэлектронвольт электромагнитное и слабое взаимодействия становятся неразличимыми по интенсивности, они как бы сливаются в одно электрослабое взаимодействие.

Таким образом, вместо четырёх фундаментальных взаимодействиях можно говорить лишь о трёх: гравитационном, сильном и электрослабом. Из этой гипотезы следует, что на малых расстояниях промежуточные векторные бозоны не отличаются по своим свойствам от фотонов, а это значит, что промежуточные векторные бозоны и фотоны это по сути два проявления одной и той же частицы – переносчика электрослабого взаимодействия (иначе сила взаимодействия не может быть одинаковой). Это возможно только тогда, когда выполняется принцип локальной калибровочной инвариантности (симметрии).

Выяснилось, что при изменении масштаба, то есть при уменьшении расстояния, переносчики электрослабого взаимодействия переходят из одного своего проявления – фотонов – в другое проявление – промежуточные векторные бозоны. Однако, данное предположение поставило новый вопрос: каким образом промежуточные векторные бозоны и фотоны могут быть проявлениями одних и тех же частиц, если у фотонов масса равна нулю, а промежуточные векторные бозоны имеют очень большие массы?

Для решения этой проблемы в 1964 году английским физиком Питером Хиггсом был предложен механизм, впоследствии названый механизмом Хиггса. Этот механизм основывается на идее спонтанного нарушения симметрии (Spontaneous symmetry breaking — SSB). Явление SSB обычно определяют следующим образом. Физическая система имеет спонтанно нарушенную симметрию, если взаимодействия, определяющие динамику системы, обладают одной симметрией, а основное состояние — другой. Примером спонтанного нарушения симметрии может служить модель с шариком, покоящимся на вершине полностью симметричной горы. Основное состояние при этом будет обладать осевой симметрией, но данное состояние будет неустойчиво. Если шарик предоставить самому себе, то при сколь угодно малом воздействии он скатится с вершины и система перейдёт в состояние устойчивого равновесия. Таким образом изначально симметричное состояние переходит в несимметричное — происходит спонтанное нарушение симметрии. Когда, в свою очередь, спонтанное нарушение симметрии происходит в калибровочных теориях, это явление называют механизмом Хиггса. В теории электрослабого взаимодействия при спонтанном нарушении симметрии появляются четыре безмассовых намбу-голдстоуновских бозона (следствие так называемой теоремы Голдстоуна), которые никак не проявляются в физическом спектре, но объединяются с безмассовыми калибровочными бозонами, придавая им массу. Таким образом, появляются четыре массивные частицы: W–, W+, Z0-бозоны и бозон Хиггса.

Рис. 4. Рождение Хигсс бозона в столкновении встречных пучков на ускорителе на БАК

Изложенные выше положения составляют единую теорию электрослабого взаимодействия. Именно из неё следовало существование трёх видов промежуточных векторных бозонов W–, W+, Z0, а также предсказаны значения их масс. Экспериментальное открытие промежуточных векторных бозонов в 1983 году подтвердило справедливость единой теории электрослабого взаимодействия.

Основным методом исследования в физике элементарных частиц является метод рассеяния, то есть столкновение различных частиц друг с другом, в результате которого рождаются новые частицы. В последнее время широко применяются коллайдеры – ускорители, в которых сталкиваются два пучка частиц с нулевым суммарным импульсом (частицы из разных пучков имеют равные по модулю, но противоположно направленные импульсы). Говорят, что процесс рассматривается в системе центра инерции сталкивающихся частиц. Рождающиеся в коллайдере новые частицы регистрируются различными детекторами. В эксперименте по поиску векторных бозонов на протонном синхротроне на протонном синхротроне   сталкивались протонный и антипротонный пучки, в каждом из которых энергия частицы равна Е. Тогда суммарная энергия столкновения двух частиц равна 2Е. При условии 2Е > Мс2 в этом столкновении может быть рождена частица массой М.

Кварк u из протона и антикварк d из антипротона могут слиться в W+. Аналогично, пары u кварка и его партнера из антимира и d кварка с антипартнером могут дать при слиянии Z0-бозон, пара u анти u кварка – W–-бозон. Родившись, эти частицы быстро распадаются на элекроны, мюоны и нейтрино и их антипартнеров. Позитрон или положительно заряженный мюон с высокой эффективностью могут быть зарегистрированы детекторами, и это будет служить признаком рождения промежуточного векторного бозона. Нейтрино при этом улетают, унося значительную часть энергии. Так экспериментальное открытие векторных промежуточных бозонов подтвердило справедливость единой теории электрослабого взаимодействия.

Рис. 5. Установка эксперимента UA1 на супер протонном синхротроне (SPS CERN), где впервые экспериментально наблюдались векторные бозоны

В настоящий момент самым грандиозным экспериментом в области физики высоких энергий можно по праву считать Большой адронный коллайдер. На пути разгоняемых протонных пучков в точках их столкновений установлены детекторы, регистрирующие разлетающиеся осколки. Одним из таких детекторов является детектор переходного излучения TRT. Этот детектор помогает измерить треки частиц и отделить один тип частиц от другого, а именно электроны от пи-мезонов, что является очень полезной информацией для многих физических анализов. Группа ATLAS МИФИ имеет непосредственное отношение как к разработке этого детектора, так и к поддержанию его в рабочем состоянии в экстремальных условиях внутри ускорителя.

Рис. 6. ATLAS —  oдин из четырёх основных экспериментов на коллайдере БАК в Европейской Организации Ядерных Исследований (CERN) в Женеве (Швейцария). Эксперимент проводится на одноимённом детекторе, предназначенном для исследования процессов, происходящих в протон-протонных и ион-ионных столкновениях при сверхвысоких энергиях

Помимо протонов Большой адронный коллайдер позволяет разгонять и сталкивать друг с другом ядра химических элементов. Каждый год столкновениям ядер свинца отводится порядка одного месяца в рамках научной программы коллайдера. Основная цель таких столкновений — это изучение свойств адронной материи при сверхвысоких давлениях и температурах, особый интерес представляет промежуточная фаза таких столкновений — кварк-глюонная материя.

Главное отличие научных задач в рамках ядро-ядерных столкновений от поиска хиггсовского бозона, суперсимметрии и разнообразных новых частиц заключается в том, что при изучении столкновений ядер возникновения новых частиц не ожидается, но с их помощью можно лучше понять как работает сильное взаимодействие.

Динамическое описание сильного взаимодействия — это исключительно важная (в том числе и с практической точки зрения), сложная и многогранная задача современной физики. Сильное взаимодействие обеспечивает существование конфайнмента, благодаря нему протоны и нейтроны в ядрах удерживаются вместе, и при этом не сливаются друг с другом. При этом, даже в вакууме , вдали от протонов и нейтронов, сильное взаимодействие «живет» исключительно нетривиальной жизнью, что значительно усложняет задачу по его изучению. По этому, описание сильного взаимодействия во всех его проявлениях является не менее важной задачей, чем открытие хиггсовского бозона или суперсимметрии.

Время существования кварк-глюонной материи — миллиардные доли секунды, поэтому не возможно напрямую в эксперименте измерять поведение кварк-глюонной материи и ответы на все вопросы приходится получать из косвенных методов при помощи регистрации многочисленных адронов, рожденных в столкновении.

Рис. 7. Событие столкновения ядер свинца на эксперименте ATLAS. В результате рождается множество “осколков” реакции, которые оставляют свои следы в детекторах

Среди многообразия доступных для наблюдения величин есть несколько ключевых, хорошо «зарекомендовавших себя» в предыдущих коллайдерных экспериментах с более низкими энергиями. Физики группы НИЯУ МИФИ в ATLAS занимаются несколькими из них. Глобальными и наиболее просто измеряемыми характеристиками в эксперименте в столкновениях релятивистских тяжелых ядер являются множественность заряженных частиц и распределение заряженных частиц по поперечному импульсу. По их свойствам можно делать важные заключения о новом состоянии ядерного вещества — кварк-глюонной материи (КГМ). 

НИЯУ МИФИ имеет также длительный опыт успешного участия в крупном международном мегапроекте ALICE в CERN. Работы проводятся в тесном сотрудничестве с НИЦ «Курчатовский институт» — координатором российского участия в этом мегапроекте. Эксперимент ALICE специально разработан и создан для экспериментов по физике ядро-ядерных столкновений при энергиях Большого адронного коллайдера (БАК) в CERN.

Еще одна важнейшая задача ядерной физики  — получение и изучение свойств ядер, находящихся в экстремальном состоянии — экзотических ядер. Примерами являются ядра, имеющие большой угловой момент («бешено» вращающиеся ядра), высокую энергию возбуждения («горячие» ядра), сильно деформированные ядра (также ядра с необычной конфигурацией), ядра с аномальным числом нейтронов или протонов (нейтронно-избыточные или нейтронно-дефицитные ядра и протонно-избыточные или протонно-дефицитные ядра), сверхтяжёлые ядра с числом протонов Z > 110.

Изучение свойств ядерной материи в экстремальных состояниях дает информацию о свойствах микромира и позволяет моделировать различные процессы, происходящие во Вселенной. Поэтому, синтезируя и изучая экзотические состояния ядер, ученые делают важные шаги в понимании не только фундаментальных свойств самого ядра, но и всей Вселенной. Например, внутри звезд и при взрывах сверхновых чрезвычайно высокие температуры и давления приводят к созданию частиц и ядер, которые при обычных условиях не существуют. Количество этих экзотических нестабильных ядер, перемешивающихся в котле Вселенной, находящихся далеко за пределами широкого спектра стабильных изотопов, обычно встречающихся на Земле.

Производство и исследование таких экзотических ядер в современных ускорителях представляет интерес по двум причинам. Во-первых, ученые могут проверить теоретические модели, описывающие свойства ядер не наблюдаемых на Земле в стабильном состоянии. Во-вторых, мы сегодня знаем, что синтез элементов в звездах происходит с участием экзотических ядер. Распад этих ядер происходит через испускание бета-частиц (т.е. высокоскоростных электронов) до появления стабильных ядер, известных на Земле. Таким образом, образование химических элементов (нуклеосинтез) и их распространенность определяется свойствами этих экзотических ядер. Тем самым, исследование экзотических ядер позволяет нам решать важные задачи астрофизики и космологии. Сотрудники НИЯУ МИФИ кафедры элементарных частиц ведут активную исследовательскую работу по поиску экзотических ядер.

Не только предсказания СМ и новые частицы учёные со всего мира надеются разглядеть в сложной мозаике из следов частиц, оставленных в детекторах. Дополнительные пространственные измерения – еще одно направление в физике высоких энергий (ФВЭ), которое занимает умы физиков. Идея о том, что число пространственных измерений в нашем мире может быть больше трех, была выдвинута еще в первой половине XX века в работах Т. Калуцы и О. Клейна. В настоящее время данная идея лежит в основе практически всех попыток объединения четырех физических взаимодействий.(-18) см.

Помимо чисто теоретических аспектов, широко обсуждаются и возможности экспериментального обнаружения дополнительных пространственных измерений. В частности, предполагается, что в высокоэнергичных столкновениях частиц на Большом адронном коллайдере могут рождаться частицы, которые “чувствуют” дополнительные пространства и могут проникать в них. В таком случае, часть суммарной энергии сталкивающихся частиц может теряться для наблюдателя, измеряющего ее в нашем четырехмерном пространстве-времени. Обнаружение подобного дисбаланса энергий явилось бы косвенным свидетельством многомерности пространства.

Все современные эксперименты в области ФВЭ не могли бы обойтись без не менее сложных вычислительных систем и алгоритмов. ФВЭ подразумевает обработку колоссального объема данных, которая невозможна без использования распределенных вычислительных систем: начиная от всем известной технологии всемирной паутины (World Wide Web), придуманной в ЦЕРН и повлиявшей на весь мир, и заканчивая использованием супер компьютеров и современных облачных систем. Так в грид-системе эксперимента АТЛАС за первые 5 лет работы эксперимента была обработано более 100 Пбайт данных (больше чем архив всего интернета в данный момент). При этом, объем данных постоянно возрастает, что вынуждает постоянно развивать новые технологии, которые впоследствии находят применение во всех областях науки.

 

В скором времени в статью будет добавлена информация по следующим разделам:

Космомикрофизика

Детекторы элементарных частиц

 

 

 

Гидронасосы. Типы. Характеристики преимущества и недостатки различных конструкций.

Если вы хотите сказать спасибо автору, просто нажмите кнопку: 

2. Гидронасосы. Типы. Характеристики преимущества и недостатки различных конструкций.

Гидравлические насосы предназначены для преобразования механический энергии (крутящий момент, частоту вращения)  в гидравлическую (подача, давление). Существует большое разнообразие типов и конструкций гидравлических насосов, но всех их объединяет единый принцип действия – вытеснение жидкости. Насосы использующие принцип вытеснения называются объемными. Во время работы внутри насоса образуются изолированные камеры, в которых рабочая жидкость перемещается из полости всасывания в полость нагнетания. Поскольку между полостями всасывания и нагнетания не существует прямого соединения, объемные насосы очень хорошо приспособлены для работы в условиях высокого давления в гидросистеме.

Основными параметрами гидронасосов являются:

• Рабочий объем (удельная подача) [см3/об] – это объем жидкости вытесняемый насосом за 1 оборот вала.

• Максимальное рабочее давлени [МПа, bar]

• Максимальная частота вращения [об/мин]

Классификация объемных насосов по типу вытесняющего элемента показана на Схеме 1.


Схема 1.

При выборе типа насоса для гидросистемы необходимо учитывать ряд факторов свойственных определенным типам насосов и особенности разрабатываемой гидросистемы. Основными критериями выбора насоса являются:

  • Диапазон рабочих давлений
  • Интервал частот вращения
  • Диапазон значений вязкости рабочей жидкости
  • Габаритные размеры
  • Доступность конструкции для обслуживания
  • Стоимость

Далее будут рассмотрены различные типы насосов с описанием их конструктивных преимуществ и недостатков.

1.Поршневые Насосы

1.1 Ручные насосы

Простейшим насосом использующим принцип вытеснения жидкости является ручной насос. Данный вид насосов используется в современной технике для обеспечения гидравлической энергией  исполнительных гидродвигателей (в основном линейного перемещения) вспомогательных механизмов. Вторым, часто встречающимся, назначением ручных насосов в гидросистемах является использование его как аварийного источника гидравлической энергии.Давления развиваемые этими насосами лежат в диапазоне до 50МПа, но чаще всего данные насосы используют на давлениях не более 10-15МПа. Рабочий объем до 70 см3. Рабочий объем для ручного насоса это суммарный объем жидкости вытесняемый им за прямой и обратный ход рукоятки. Обычно насосы с малым рабочим объемом способны достигать больших величин рабочего давления, это связано с ограничением силы прикладываемой к рычагу пользователем.

Принцип действия ручного насоса одностороннего действия изображен на рис.1. При ходе поршня вверх через обратный клапан КО2 происходит всасывание жидкости из бака, клапан КО1 при этом закрыт. При ходе поршня вниз происходит вытеснение жидкости через клапан КО1 в напорный трубопровод, клапан КО2 – закрыт.

На рис. 2 показан  ручной насос двустороннего действия. При ходе поршня вверх через обратный клапан КО4 происходит всасывание жидкости из бака в нижнюю полость. Одновременно происходит вытеснение рабочей жидкости внапорный трубопровод через клапан КО1. Клапана КО2 и КО3 при этом закрыты. При ходе поршня вниз через обратный клапан КО2происходит всасывание жидкости из бака в нижнюю полость. Одновременно происходит вытеснение рабочей жидкости в напорный трубопровод через клапан КО3. Клапана КО1 и КО4 при этом закрыты.

Внешний вид ручного насоса показан на рис. 3.


Рис. 1


Рис. 2


Рис. 3

Достоинства и недостатки:

Достоинства

  • простота конструкции.
  • высокая надежность.
  • отсутствие приводного двигателя.

Недостатки

  • Низкая производительность

1.2Радиально-поршневые насосы

Радиально-поршневые насосы это разновидность роторно-поршневыхгидромашин. Эти насосы применяются для гидросистем с высоким давлением (свыше 40МПа). Эти насосы способны длительно создавать давления до 100МПа.Отличительной особенностью насосов данного типа является их тихоходность, частота вращения насосов данного типакак правило не превышает 1500-2000 об/мин. Частоты вращения до 3000 об/мин можно встретить только для насосов рабочим объемом не более 2-3 см3/об.

Радиально-поршневые насосы бывают двух типов:

  • С эксцентричным ротором
  • С эксцентричным валом

Радиально-поршневой насос с эксцентричным ротором изображен на рис. 4. Конструктивно поршневая группа насоса установлена в роторе насоса. Ось вращения ротора и ось неподвижного статора смещены на величину эксцентриситета e. При вращении ротора поршни совершают поступательное движение. Величина хода составит 2e. Насос данной конструкции имеет золотниковое распределение. При вращении цилиндры поочередно соединяются с полостями слива и нагнетания разделенными перегородкой золотника, расположенного в центре.


Рис.4

Радиально-поршневой насос с эксцентричным валом изображен на рис. 5. Конструктивно поршневая группа насоса установлена в статоре насоса. Ось вращения вала и ось неподвижного статора совпадают, но на валу имеется кулачок, который смещен на величину е относительно центра вращения вала. При вращении вала, кулачок заставляет поршни совершать поступательное движение. Величина хода составит 2e.  Насос данной конструкции имеет клапанное распределение.  При вращении вала поршни выдвигаясь из цилиндров наполняются жидкостью через клапана всасывания. Нагнетание жидкости происходит через клапана нагнетания  при вхождении поршней в цилиндры.

Данная конструкция редко используется как насосная и намного чаще используется в гидромоторах, о которых будет рассказано в одной из следующих статей.


Рис.5

Рабочий объем гидромашин данного типа можно рассчитать по формуле:


где       z – число поршней

dп – диаметр поршня

е – эксцентриситет

Радиально поршневые насосы могут иметь конструкцию с переменным рабочим объемом. Регулировка рабочего объема происходит за счет изменения величины эксцентриситета е.

Из двух описанных конструкций большее распостранение получили радиально-поршневые насосы с эксцентричным валом. Это явилось следствием более простой конструкции. Фотографии радиально-поршневых насосов с эксцентричным валом представлены на рис. 6.


Рис. 6(а)


Рис. 6(б)

Достоинства и недостатки насосов радиально-поршневого:

Достоинства

  • простота конструкции.
  • высокая надежность.
  • Работа на давлениях до 100МПа.
  • Относительно малый осевой размер.

Недостатки

  • Высокая пульсация давления
  • Малые частоты вращения вала
  • Больший вес конструкции по отношению к аксиально-поршневым машинам.

1.3Аксиально-поршневые насосы

Аксиально-поршневые насосы – это разновидность роторно-поршневых гидромашин с аксиальным расположением цилиндров (т.е. располагаются вокруг оси вращения блока цилиндров, параллельны или располагаются под небольшим углом к оси).Существует деление по типу вытеснителя на аксиально-плунжерные и аксиально-поршневые гидромашины. Отличаются они тем, что в первых в качестве вытеснителей используются плунжеры, а во вторых — поршни см. рис. 7.


Рис. 7

Насосы данного типа являются самыми распространёнными в современных гидроприводах. По количеству конструктивных исполнений они во много раз превосходят прочие типы гидронасосов. Эти насосы обладают наилучшими габаритно-весовыми характеристики (иными словами имеют высокую удельную мощность), обладают высоким КПД.Насосы этого типа способны даватьдавление до 40МПа и работать на высоких частотах вращения (насосы общего применения имеют частоты до 4000 об/мин, но существуют специализированные насосы этого типа с частотами вращения до 20000 об/мин).

Все аксиально поршневые насосы можно разделить на 2 типа:

  • Снаклонным блоком (ось вращения блока цилиндров располагается по углом к оси вращения вала)
  • С наклоннымдиском (ось вращения блока цилиндров совпадает с осью вращения вала)

На рис. 8 показана конструктивная схема аксиально поршневого насоса с наклонным блоком. При вращении вала насоса, вращается шарнирно соединенный с ним блок цилиндров. При этом поршни совершают поступательные движения. Блок цилиндров прилегает к распределителю  который имеет два паза: один паз соединен с линией всасывания, а другой с линией нагнетания. При выдвижении поршня цилиндр движется над пазом всасывания (см. вид А рис.8) и наполняется жидкостью. После прохождения нижней мертвой точки (точки в которой поршень находится в максимально выдвинутом состоянии) цилиндр соединяется с пазом нагнетания в распределителе и начинает вытеснять жидкость из цилиндра пока не достигнет верхней мертвой точки (точки в которой поршень находится в максимально утоленном в цилиндр состоянии). Далее Цилиндр снова соединяется с пазом всасывания и цикл повторяется. Система распределения используемая в данной конструкции насоса называется золотниковой.


Рис.8

Утечки из цилиндров во время нагнетания скапливаются в корпусе насоса. Чтобы не допустить роста давления в корпусе, на насосах данной конструкции имеется линия дренажа. Если ее заглушить, то это приведет к выходу из строя манжеты вала и нарушению герметичности насоса, а в некоторых случаях – к разрушению корпуса насоса.

На рис.9 показана конструкция насоса с наклонным диском.


Принцип работы насоса с наклонным диском аналогичен работе насоса с наклонным блоком. Насос данной конструкции так-же имеет золотниковое распределение.  Отличие конструкций состоит в соосности осей вала и блока цилиндров.

Рабочий объем аксиально-поршневых насосов можно рассчитать из следующего выражения:


где       z – число поршней

dп – диаметр поршня

Dц– диаметр расположения цилиндров

γ – угол наклона диска(блока)

Для насосов конструкций рис. 8,9возможны исполнения с изменяемым рабочим объемом. Изменение рабочего объема происходит за чет изменения угла наклона диска или блока (в зависимости от конструкции).

Для аксиально-поршневых насосов необходим механизм синхронизации вращения приводного вала и блока цилиндров. Существует четыре основных способа такой синхронизации:

  • Синхронизация одинарным (силовым) карданом
  • Синхронизация двойным (несиловым) карданом
  • Синхронизация шатунами поршней (бескарданная схема)
  • Синхронизация коническим зубчатым зацеплением.

Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком представлен на рис. 10. В данной конструкции синхронизация вращения вала и блока цилиндров осуществлена посредством конической зубчатой передачи.

Регулируемый аксиально-поршневой насос с наклонным диском  представлен на рис. 11.



Рис. 11

Рассмотрим еще одну довольно распространённую конструкцию  насоса с наклонным диском. Это конструкция аксиально-плунжерного насоса с неподвижным блоком, клапанным распределением и приводом плунжеровкулачкового типа (вращающейся наклонной шайбой). По ГОСТ  17398-72 этот тип насоса классифицируется как аксиально-кулачковый. Схема такого насоса показана на рис. 12.


Рис. 12

Эта конструкция имеет принципиальные отличия от конструкции изображенной на рис. 9. Насос на рис. 12 в отличие от предыдущей конструкции на рис. 9 имеет неподвижный блок цилиндров, совмещенный с корпусом, наклонный диск объединенный с валом и клапанное распределение рабочей жидкости. Ход плунжера определяется вращением наклонного диска. Система распределения работает следующим образом: выдвигаясь из цилиндра поршень создает в камере разряжение и через клапан всасывания камера наполняется жидкостью из полости корпуса, объединенной со всасыванием. При вхождении в цилиндр клапан всасывания находится в закрытом состоянии, происходит вытеснение рабочей жидкости из рабочей камеры через клапан нагнетания в линию нагнетания.

Некоторые конструкции аксиально-кулачковых насосов могут работать на давлениях до 70МПа.

Примечательным является факт отсутствия в данной конструкции линии дренажа так как всасывание осуществляется непосредственно из корпуса насоса. При этом в корпусе насоса абсолютное давления ниже атмосферного. По этой причине в данной конструкции повышенные требования предъявляются к уплотнению вала, при выходе из строя которого насос подсасывает воздух и подает гидросистему смесь воздуха и рабочей жидкости. Такой «воздушный коктейль» приводит к вибрациям в гидросистеме и выходу из строя ее элементов, включая насос.

Рабочий объем рассчитывается по той-же зависимости что и для описанных выше конструкций аксиально-поршневых насосов. Следует отметить что насос данной конструкции не имеет исполнения с регулируемым рабочим объемом.

Фотография насоса сконструктивным вырезом показана на рис. 13.


Достоинства и недостатки насосов аксиально-поршневого типа:

Достоинства

  • простота конструкции.
  • Работа на давлениях до 70МПа.
  • Высокий КПД.
  • Частоты вращения до 4000 об/мин
  • Высокая удельная мощность.

Недостатки

  • Высокая пульсация давления
  • Высокая стоимость по сравнению с другими типами гидронасосов.

2. Шестеренные насосы

Шестеренные насосы относятся к типу роторныхгидромашин.  Рабочими элементами (вытеснителями) являются две вращающиеся шестерни. Различают два основных типа таких насосов:

  • Насосы внешнего зацепления
  • Насосы внутреннего зацепления.

Частным случаем шестеренных насосов с внутренним зацеплением являются героторные насосы.

Шестеренные насосы широко распространены в гидросистемах с невысокими (до 20 МПа) давлениями.  Они широко применяются в сельскохозяйственной, дорожной технике, мобильной гидравлике, системах смазки. Используются для обеспечения гидравлической энергией гидроприводов вспомогательных механизмов в сложных гидросистемах. Столь широкое распространение шестеренные насосы получили за простоту конструкции, компактность и малый вес. Платой за простоту конструкции стало довольно низкое значение КПД (не более 0,85), низкое рабочее давление, и небольшой ресурс (особенно на давлениях ≈20МПа). Шестеренные насосы могут работать на частотах вращения до 5000об/мин.

Существуют образцы шестеренных насосов на давления до 30МПа однако ресурс таких насосов на порядок ниже.

2.1Шестеренные насосы внешнего зацепления

Основными элементами шестеренных насосов внешнего зацепления являются шестерни. При вращении шестерен жидкость, заключенная во впадинах зубьев переносится из линии всасывания в линию нагнетания (рис.14).   Поверхности зубьев А1 и А2 вытесняют при вращении шестерен больше жидкости чем может поместиться в пространстве освобождаемом  зацепляющимися зубьями B1 и B2. Разность объемов, высвобождаемых двумя парами зубьев вытесняется в линию нагнетания. В месте зацепления шестерен при работе насоса образуются области «запертого» объема, что вызывает пульсации давления в линии нагнетания.

Рабочий объем шестеренного насоса можно определить из зависимости:


Где     m – модуль зубьев

z – число зубьев

b – ширина зуба

h – высота зуба

Шестерни насосов внешнего зацепления в большинстве конструкций имеют прямой зуб, однако встречаются конструкции таких насосов с косым и шевронным зубом. Преимущество применения косого зуба состоит в меньшем уровне пульсаций за счет того что в месте зацепления «запертые» объемы не образуются. Недостатком конструкций с косым зубом является возникающая осевая сила, для восприятия которой нужно включать в конструкцию упорные подшипники. Этот недостаток отсутствует в насосах с шевронным зубом, где осевая сила компенсируется формой зуба. У насосов с шевронным зубом также малый уровень пульсаций.


Рис. 14

Конструктивный разрез шестеренного насоса с внешним зацеплением показан на рис. 15.


Рис. 15

Достоинства и недостатки шестеренных насосов внешнего зацепления:

Достоинства

  • простота конструкции.
  • Частоты вращения до 5000 об/мин
  • Низкая стоимость

Недостатки

  • Высокая пульсация давления
  • Низкий КПД
  • Сравнительно низкие давления

2.2   Шестеренные насосы внутреннего зацепления

Отличительной особенностью шестеренных насосов внутреннего зацепления является меньший уровень пульсаций и как следствие малый уровень шума. В связи с этим они находят широкое в стационарных машинах и механизмах, а так-же на мобильной технике работающей в закрытых помещениях.

Принцип работы шестеренного насоса с внутренним зацеплением  состоит, как и у насосов внешнего зацепления, в переносе жидкости во впадинах шестерен от линии всасывания в линию нагнетания. В зоне всасывания при вращении шестерен объем камеры, образованной зубьями шестерен и серпообразным разделителем, увеличивается(см. рис. 16). При этом происходит наполнение рабочей камеры жидкостью из линии всасывания. В зоне нагнетания происходит процесс вытеснения рабочей жидкости в линию нагнетания, т.к. объем камеры в этой зоне при вращении шестерен уменьшается.


Рабочий объем шестеренного насоса с внутренним можно определить из зависимости:


Где     m – модуль зубьев

z – число зубьев внутренней шестерни

b – ширина зуба

h – высота зуба

Конструктивный разрез шестеренного насоса с внутренним зацеплением показан на рис. 17.


Рис.17

Достоинства и недостатки шестеренных насосов внутреннего зацепления:

Достоинства

  • простота конструкции.
  • Частоты вращения до 4000 об/мин
  • Низкий уровень шума
  • Низкая стоимость

Недостатки

  • Низкий КПД
  • Сравнительно низкие давления

2.3 Героторные насосы.

Героторные насосы это разновидность шестеренных насосов с внутренним зацеплением. Отличие от классической конструкции шестеренного насоса с внутренним зацеплением состоит в отсутствии серпообразного разделителя. Разделение полостей всасывания и нагнетания реализовано за счет применения специального профиля. Его форма такова что в зоне где должен находиться серпообразный разделитель обеспечен постоянный контакт шестерен. (рис.18). Принцип работы насоса данной конструкции точно такой же как и шестеренного насоса с внутренним зацеплением.Героторные насосы обычно используют при невысоких давлениях (до 15МПа) и подачах до 120 л/мин. При этом частоты вращения составляют не более 1500 об/мин.

Изображение героторногопоказано насосана рис. 19.


Рис.18

Рабочий объем героторного насоса можно определить из выражения:


Где     Аmin,Аmin – минимальная и максимальная площадь межзубьевой камеры

z – число зубьев внутренней шестерни

b – ширина зуба

\

Рис.19

Достоинства и недостатки героторных насосов:

Достоинства

  • Простота конструкции
  • Низкий уровень шума

Недостатки

  • Невысокий КПД
  • Высокая по сравнению с шестеренными насосами стоимость

2.4 Роторно-винтовые насосы.

Еще одной разновидностью шестеренного насоса можно считать винтовые насосы. Их рабочие элементы можно представить как косозубые шестерни с количеством зубьев равному числу заходов винтовой нарезки. Главным преимуществом этих насосов является равномерность подачи и как следствие низкий уровень шума. Достоинством насоса также является его способность перекачивать жидкости с твердыми включениями. Давление развиваемое насосом может составлять до 20МПа. Частоты вращения до 1500 об/мин.

Ввиду сложности изготовления данного типа насосов, они не получили широкого распространения и применяются лишь в специфических гидросистемах. Существуют двух (рис. 20) и трехвинтовые (рис. 21) конструкции насосов.



Достоинства и недостаткироторно-винтовых насосов:

Достоинства

  • Низкий уровень шума
  • Низкий уровень пульсаций

Недостатки

  • Невысокий КПД
  • Высокая стоимость

3.  Пластинчатые насосы.

Пластинчатые гидронасосы это гидромашины в которых роль вытеснителя рабочей жидкости выполняют радиально расположенные пластины, которые совершают возвратно-поступательные движения при вращении ротора. В российской литературе пластины часто называют – шиберами, а насосы – шиберными.

Различают пластинчатые гидронасосы однократного действия и двойного действия. У насосов однократного действия за один оборот вала гидромашины процесс всасывания и нагнетания осуществляется один раз, в машинах двойного действия — два раза.

Пластинчатые насосы имеют низкий уровень шума и хорошую равномерность подачи. Также эти насосы имеют сравнительно большие рабочие объемы при небольших габаритах. Пластинчатые гидронасосы могут работать на давлениях до 21МПа при частотах вращения до 1500 об/мин.

3.1 Насос однократного действия

Принцип работы насоса однократного действия состоит в следующем. При сообщении вращающего момента валу насоса ротор насоса приходит во вращение (см. рис. 22). Под действием центробежной силы пластины прижимаются к корпусу статора, в результате чего образуется две полости, герметично отделённых друг от друга. При прохождении пластин через область всасывания, объем рабочих камер между ними увеличивается и происходит всасывание рабочей жидкости.При прохождении пластин через область нагнетания, объем рабочих камер между ними уменьшается и происходит вытеснение рабочей жидкости в линию нагнетания. Для обеспечения прижима пластин в зоне нагнетания в полость под ними подводится давление из линии нагнетания. В некоторых случаях дополнительный прижим пластин организуется за счет установки пружин под пластины.

Рабочий объем пластинчатого насоса однократного действия рассчитывается как:


Где     e – эксцентриситет

b – ширина пластины

Насосы однократного действия конструктивно могут иметь исполнения с регулируемым рабочим объемом. Регулировка рабочего объема происходит за счет изменения величины эксцентриситета e.


Рис. 22

Достоинства и недостаткипластинчатых насосов однократного действия:

Достоинства

  • Низкий уровень шума
  • Низкий уровень пульсаций
  • Возможность регулировки рабочего объема
  • Низкая по сравнению с роторно-поршневыми насосами стоимость.
  • Менее требователен к чистоте рабочей жидкости.

Недостатки

  • Большие нагрузки на подшипники ротора.
  • Сложность уплотнения торцов пластин
  • Низкая ремонтопригодность
  • Сравнительно невысокие давления (до 7МПа)

3.2 Насос двойного действия

Принцип действия насоса двойного действия полностью аналогичен принципу работы насоса однократного действия (рис. 23). Отличием является наличие двух зон всасывания и двух зон нагнетания. Для обеспечения прижима пластин в зоне нагнетания, также как и насосов однократного действия, подводится давление нагнетания.


Рис. 23

Рабочий объем пластинчатого насоса двойного действия рассчитывается как:


Где     b – ширина пластины

Изображение внутреннего устройства пластинчатого насоса двойного действия показано на рис. 24.


Рис. 24

Достоинства и недостаткипластинчатых насосов двойного действия:

Достоинства

  • Низкий уровень шума
  • Низкий уровень пульсаций
  • Возможность регулировки рабочего объема
  • Уравновешенность радиальных нагрузок в роторе.
  • Низкая по сравнению с роторно-поршневыми насосами стоимость.
  • Менее требователен к чистоте рабочей жидкости.
  • Большие по сравнению пластинчатыми насосами однократного действия давления (до 21МПа)

Недостатки

  • Низкая ремонтопригодность
  • Сложность уплотнения торцов пластин

4. Рекомендации по выбору насоса для гидросистемы.

Выбор типа и насоса нужно осуществлять исходя из условий работы гидросистемы, ее назначения и требований к параметрам потребного потока рабочей жидкости.

Основными параметрами при выборе типа насоса являются:

  • Уровень действующих давлений рабочей жидкости;
  • Класс чистоты рабочей жидкости;
  • Диапазон вязкостей рабочей жидкости;
  • Экономическое обоснование применения.

При выборе насоса для гидросистемы следует учитывать большое количество определяющих факторов. Основными критериями с которых необходимо начать выбор насоса являются необходимая подача Qи давлениеp. Также в начале процедуры подбора необходимо четкое представление о типе приводного двигателя. В зависимости от предназначения и базирования механизма приводимого в действие гидросистемой приводной двигатель может быть электрическим или двигателем внутреннего сгорания. При выборе мощности приводного двигателя следует определить необходимую для гидросистемы гидравлическую мощность, которую можно приблизительно определить по зависимости (1).


где     Q – подача насоса [л/мин]

p – давление в гидросистеме [МПа]

ɳ — КПД насоса (шестеренного и пластинчатого ɳ=0,85, для роторно-поршневого ɳ=0,9)

После определения мощностивыбирается тип гидронасоса исходя из характеристик свойственных для каждого из типов насосов и рабочего давления. Необходимый рабочий объем гидронасоса определяется как:


где     Q – необходимая подача насоса [л/мин]

n – частота вращения двигателя [об/мин]

Определив необходимый рабочий объем насоса,выбираем по каталогу насос выбранного типа с наиболее близким значением рабочего объема. После чего взяв из каталога реальные значения q0и ɳ, рассчитываем реальное значение подачи насосаQ:


и проверяем насос на совместимость с выбранным двигателем по мощности (см. выражение (1)).

При необходимости наличия регулируемой подачи насоса, помимо установки регулируемого насоса, можно применить насос постоянного рабочего объема при этом подачу регулировать оборотами приводного двигателя. Данный способ регулирования может быть осуществлен в ограниченных характеристиками двигателя пределах.

Для ступенчатой регулировки скорости гидродвигателя в гидросистеме можно применять два насоса илимногосекционные насосы, фактически представляющие собой несколько насосовконструктивно выполненных одним блоком. Для регулировки скорости в этом случае необходимо подключать или отключать секции насоса изменяя тем самым суммарную подачу насоса. Способы коммутации секций будут описаны в статьях 7 и 8.

5. Причины отказа насосов.

При эксплуатации насоса следует обращать внимание на условия его работы. Наиболее часто неисправность насоса бывает вызвана:

  • Попаданием посторонних частиц (грязи)
  • Масляным голоданием
  • Работой на водно-масляной эмульсии
  • Работой на воздушно-масляной смеси
  • Работой с перегрузкой по давлению
  • Превышением допустимых оборотов
  • Превышение давления в корпусе
  • Перегревом рабочей жидкости

6. Заключение.

Данная статья написана в помощь специалистам осуществляющим ремонт, обслуживание и эксплуатацию гидросистем станочного оборудования и мобильных машин. Ознакомившись с вышенаписанным материалом, читатель получает базовые сведения о самых распространённых типах гидравлических насосов, их преимуществах и недостатках. Также в материале имеется простейший алгоритм определения мощности насоса и подбора приводного двигателя.

Следует отметить что практически все описанные конструктивные типы насосов могут использоваться в качестве гидромоторов, но об этом в следующей статье…

Все типы насосов описанные в данной статье можно приобрести в компании RGC гидроагрегаты.Возможна поставка гидрооборудования и запасных частей под заказ. Также в нашей компании можно получить консультации по гидрооборудованию.

Внимание! Данная статья авторская. При копировании ее с сайта обязательно указывать источник!

С Уважением,

Начальник конструкторского отдела

Лебедев М.К.

Тел.: 8(800) 550-42-20 


Гимназия №45 — муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение города Ростова-на-Дону

ВАЖНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Уважаемые родители!

В соответствии с письмами Управления Роспотребнадзора по Ростовской области, Министерства общего и профессионального образования Ростовской области осенние каникулы в образовательных организациях города Ростова-на-Дону начинаются 25 октября 2021 г. (понедельник) и оканчиваются 10 ноября 2021 г. (среда). Первый день занятий второй четверти – 11 ноября 2021 г. (четверг).

Каникулярными считаются дни с 25 октября по 29 октября , с 8 ноября по 10 ноября. Период с 30 октября по 7 ноября на основании Указа Президента РФ – нерабочие дни.

С 25 по 27 октября в гимназии будут проводиться мероприятия по плану воспитательной работы в классных коллективах. Конкретная информация будет сообщена дополнительно каждым классным руководителем.

Обращаем ваше внимание на необходимость соблюдения в период каникул всех правил комплексной безопасности детей; просим воздержаться от посещения мест массового скопления людей. С информацией по безопасности и различными памятками вы можете ознакомиться на сайте гимназии.

Обращаем ваше внимание, что согласно вступившим в силу новым ограничениям, дончане, отсутствующие в регионе более 72 часов, по возвращении обязаны пройти ПЦР-тестирование и обеспечить режим самоизоляции до получения результата.
Напоминаем вам, что на сайте гимназии размещен список литературы для внеклассного чтения.
По всем интересующим вопросам вы можете обратиться к классным руководителям, администрации гимназии.

Указ Президента об установлении нерабочих дней
Памятки родителям по комплексной безопасности детей
Письмо МОРО об установлении срока начала каникул
Письмо Ростпотребнадзора о принятии дополнительных мер

С уважением,
Наталья Алексеевна Путилина

Присвоение учреждению знака качества LabelFrancEducation

Администрация и педагогический коллектив МБОУ «Гимназия № 45» рады сообщить о LabelFrancEducation. Французское Министерство Европы и иностранных дел присуждает данный знак качества учебным учреждениям, которые отвечают высоким критериям качества билингвального обучения на французском языке.

В 2021 году 12 обучающихся 11 класса получили дипломы международного образца, обучающиеся 10 класса по итогам защиты проекта показали лучший результат среди билингвальных отделений школ Российской Федерации.

Просмотреть документ можно по ссылке — Письмо о присвоении знака качества LabelFranceEducation

Поздравляем и благодарим педагогов и учеников гимназии!

Программа воспитания МБОУ города Ростова-на-Дону Гимназия № 45

С программой воспитания муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения города Ростова-на-Дону Гимназии № 45 Вы можете ознакомится, скачав файл по ссылке.

Великая Победа в рисунках детей



МБОУ «Гимназия № 45» – одно из старейших учебных заведений города Ростова-на-Дону. В здании постройки середины XIX века располагались различные учебные заведения. С 1937 года в этом здании – средняя школа № 45 имени С.М. Кирова.

Углубленное изучение французского языка в учебном заведении функционирует и развивается с 1969 года и охватывает 3 уровня обучения: начальное, основное и среднее общее образование. В 1996 году средняя общеобразовательная школа № 45 с углубленным изучением французского языка Постановлением Мэра города Ростова-на-Дону реорганизована в гимназию.

На сегодняшний день педагогический коллектив МБОУ «Гимназия № 45» насчитывает 45 человек: 100 % учителей имеют высшую квалификационную категорию. В составе педагогического коллектива кандидаты наук, Заслуженный учитель РФ, отличники народного просвещения, лауреаты премии Губернатора Ростовской области, учителя, награжденные медалями «За доблестный труд на благо Донского края», «За вклад в развитие города Ростова-на-Дону», Почетными грамотами Министерства образования и науки РФ, отмеченные Благодарственными письмами Администрации города Ростова-на-Дону, Ростовской области, Законодательного собрания, городской Думы.

Ежегодно среди выпускников МБОУ «Гимназия № 45» награжденные золотыми медалями «За особые успехи в учении», «За особые успехи выпускнику Дона», лауреаты премии Губернатора Ростовской области. Выпускники гимназии демонстрируют одни из самых высоких в районе, городе и области результаты ЕГЭ, ОГЭ.

С 2005 года в гимназии реализуется оригинальная модель профильного обучения. Учебный план, наряду с углубленным преподаванием учебных предметов «Русский язык» и «Французский язык», включает ряд предпрофильных и профильных курсов: второй иностранный язык (английский), «Многоликая Франция и франкофония», «Литература Франции», «Деловой французский», «Латинский язык и основы Древнеримской цивилизации».

В течение многих лет обучающиеся гимназии становятся призерами и победителями различных этапов Всероссийской предметной олимпиады школьников, Всероссийских олимпиад первого уровня, международных конкурсов.

С 2013 по 2017 годы МБОУ «Гимназия № 45» входила в рейтинг «Лидеры в образовании (ТОП-500)». В 2014-2017 годах – в рейтинги «Олимпиадный топ (ТОП-200)» и «Профильный топ (ТОП-100)». (С 2018 года данные рейтинги не формируются).

МБОУ «Гимназия № 45» реализует программы международного сотрудничества:

  • дружеские связи с муниципалитетом города-побратима во Франции Лё Ман;
  • реализации международного проекта (начало – 2010 год) двуязычного французско-русского отделения под патронажем Посольства Франции в РФ на средней и старшей ступенях обучения;
  • участие в международных проектах под патронажем Французского института (г. Москва).

Важным проектом в учебно-воспитательной работе гимназии является музыкальный театр, созданный в 2005 году. За прошедшие годы осуществлены следующие проекты: рок-опера А. Рыбникова «Юнона» и «Авось», мюзиклы «Норд-Ост», «Трубадур и его друзья», «Маленький принц», опера «Репка» на русском языке; мюзиклы «Ромео и Джульетта», «Король-Солнце», «Нотр-Дам», «Моцарт. Рок-опера» – на французском языке; мюзиклы «Кошки» и «Мама Миа» — на английском языке. Музыкальный театр гимназии неоднократно побеждал на различных муниципальных, всероссийских и международных конкурсах.

Здание МБОУ «Гимназия № 45» является памятником архитектуры регионального значения («Доходный дом П.Д. Мухина, в котором находились частные еврейские учебные заведения»).

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ — это… Что такое ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ?

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ

        преобразователь силы электрич. тока в механич. перемещение на основе вз-ствия магн. поля катушки, по обмоткам к-рой протекает ток, пропорц. измеряемой величине, с ферромагн. сердечниками, образующими обычно подвижную часть механизма; применяется для измерений в цепях пост. и перем. тока.

Рис. 1. Устройство эл.-магн. измерит. механизма с плоской катушкой: 1 — катушка; 2 — ферромагн. сердечник; 3 — пружины, создающие противодействующий механич. момент; 4 — стрелка; 5 — шкала.

Наиболее распространены Э. и. м. с плоской (прямоуг.) и круглой катушкой. В Э. и. м. с плоской катушкой (рис. 1) ферромагн. сердечник при протекании тока по катушке втягивается в неё, противодействующий момент создаётся пружинами. В Э. и. м. с круглой катушкой (рис. 2) внутри катушки расположены неподвижный и подвижный сердечники. При протекании тока по катушке сердечники одноимённо намагничиваются и вращающий момент возникает за счёт отталкивания сердечников. Существуют лаб. вольтметры и амперметры с Э. и. м. на пост. и перем. токе (до 2,5 кГц), однако осн. область применения Э. и. м.— щитовые амперметры и вольтметры для измерений в цепях перем. тока пром. частоты (50 Гц) с осн. погрешностью в % от верхнего предела измерений 1,5—2,5%. В виде логометров Э. и. м. применяются также в щитовых фазометрах (в т. ч. трёхфазных), ёмкости измерителях.

Рис. 2. Устройство эл.-магн. измерит. механизма с круглой катушкой: 1 — катушка; 2 и 3 — неподвижный и подвижный сердечники; 4 — пружина, создающая противодействующий механич. момент; 5 — стрелка.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

.

  • ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
  • ЭЛЕКТРОН

Полезное


Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ» в других словарях:

  • Измерительный механизм — совокупность элементов средства измерений, которые обеспечивают необходимое перемещение указателя (стрелки, светового пятна и т. д.) Содержание 1 Электроизмерительные механизмы 1.1 …   Википедия

  • Электромагнитный прибор —         Измерительный прибор, принцип действия которого основан на взаимодействии магнитного поля, пропорционального измеряемой величине, с сердечником, выполненным из ферромагнитного материала. Основные элементы Э. п.: измерительная схема,… …   Большая советская энциклопедия

  • Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений меры, преобразователи, комплексные установки.… …   Википедия

  • Электроизмерительный прибор — Электроизмерительные приборы класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений меры, преобразователи …   Википедия

  • 1: — Терминология 1: : dw Номер дня недели. «1» соответствует понедельнику Определения термина из разных документов: dw DUT Разность между московским и всемирным координированным временем, выраженная целым количеством часов Определения термина из… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Словесные названия российского оружия — …   Википедия

  • Электрический предохранитель — Символы обозначения предохранителя У этого термина существуют и другие значения, см. Предохранитель. Электрический предохранитель  электрический апп …   Википедия

  • амперметр — а; м. [от сл. ампер и греч. metron мера]. Прибор для измерения силы электрического тока. * * * амперметр (от ампер и …метр), прибор для измерения силы постоянного и (или) переменного тока; в электрическую цепь включается последовательно с… …   Энциклопедический словарь

  • АМПЕРМЕТР — прибор для измерения силы электрич. тока. В соответствии с верх. пределом измерений различают кило , милли , микро и наноамперметры. А. включается в цепь тока последовательно. Для уменьшения искажающего влияния А. должен обладать малым входным… …   Физическая энциклопедия

1. Введение в электромагнитные поля

1. Введение в электромагнитные поля
  • 1.1 Что такое электромагнитные поля?
  • 1.2 Как была проведена повторная оценка опасности электромагнитных полей для здоровья?
1.1 Что такое электромагнитные поля?

Электромагнитные поля представляют собой сочетание невидимого электрического и магнитные поля силы.Они порождаются природными явлениями, такими как Магнитное поле Земли, но также в результате человеческой деятельности, в основном за счет использования электричество.

Мобильные телефоны, линии электропередач и компьютерные экраны являются примерами. оборудования, которое производит электромагнитные поля.

Самый рукотворный электромагнитные поля меняют их направление через равные промежутки времени, изменяя с высоких радиочастот (мобильные телефоны) через промежуточных частот (компьютер экранов) до предельно низких частот (мощность линий).

Термин статический относится к полям, которые не изменяются со временем (т.е. с частотой 0 Гц). Статический магнитные поля используются в медицинские изображения и генерируются приборами, использующими постоянный ток. Более…

Типовые источники электромагнитных полей
Диапазон частот Частоты Некоторые примеры источников облучения
Статический 0 Гц единиц видеодисплея; МРТ (медицинский изображения) и другие диагностические или научные приборостроение; промышленный электролиз; сварка устройства
ELF [Чрезвычайно низкие частоты] 0-300 Гц линий электропередачи; внутренние распределительные сети; одомашненный Техника; электрические двигатели в автомобилях, поездах и трамваи; сварочные аппараты
IF [Промежуточные частоты] 300 Гц — 100 кГц единиц видеодисплея; противоугонные устройства в магазинах; системы контроля доступа без помощи рук, кард-ридеры и металлоискатели; МРТ; сварка устройства
RF [Радиочастоты] 100 кГц — 300 ГГц мобильных телефонов; радиовещание и телевидение; микроволновые печи; радиолокационные и радиопередатчики; портативные радиоприемники; МРТ

Источник и ©: Возможное влияние электромагнитных полей (ЭМП) на здоровье человека

1.2 Как были переоценены риски для здоровья, связанные с электромагнитными полями?

Обзор соответствующих научных отчетов был проведен с акцент на статьях, опубликованных в 2007 и 2008 годах, и исследованиях считается релевантным, комментируются в заключении.Области, где литературы особенно мало. дается объяснение, почему результаты некоторых исследований не добавить полезную информацию в базу. Эта оценка оценивает оба возможных воздействия на группы людей, у которых подвергся воздействию электромагнитные поля в их повседневная жизнь (эпидемиологические данные) и потенциальные эффекты, наблюдаемые в лабораторных экспериментах, проводимых на добровольцев, животных и культуры клеток (экспериментальные свидетельство).

Основываясь на этих совокупных доказательствах, оценка оценивает существует ли причинно-следственная связь между воздействием электромагнитные поля и некоторые неблагоприятные последствия для здоровья. Ответ на этот вопрос не обязательно однозначный: да. или нет, но выражает весомость доказательства ссылки между экспозицией и эффектом.Если такая ссылка найдена, оценки риска насколько сильно воздействие на здоровье и насколько велик риск для здоровья будет для разных уровней воздействия и схем воздействия (зависимость доза-реакция). Характер и степень выделяются неопределенности и то, как электромагнитные поля могут вызывать эффекты (вероятный механизм) оцениваются.Подробнее …

Электромагнитная волна — обзор

2.1.2 Спектр электромагнитных волн

Электромагнитные волны определяются как распространяющаяся пара компонентов электрического и магнитного поля, при этом векторы электрического и магнитного поля включают угол 90 градусов в среде, которую мы обычно найти в POFs. Частота f является ответственной физической величиной, определяющей физические свойства электромагнитных волн.Однако по историческим причинам длина волны λ часто используется как характерный размер электромагнитной волны. Он описывает длину распространения света за период T = f -1 . На рис. 2.1 схематически представлена ​​электромагнитная волна.

Рисунок 2.1. Схема электромагнитной волны.

Типичный спектр длин волн ЭМ волн составляет от 10 −15 м (1 фм; космическое излучение) до 10 7 м (10 000 км; переменные токи высокой, средней и низкой частоты).Лишь небольшая часть всех электромагнитных волн видна человеческому глазу и находится в диапазоне от 450 до 700 нм. Обычно окончание «света» определяется для длин волн от 300 до 2000 нм. В следующих главах термин «свет» используется для этой части электромагнитного спектра. Обзор спектра электромагнитных волн представлен на рис. 2.2.

Рисунок 2.2. Частотный спектр электромагнитных волн.

Хотя физическая основа электромагнитных волн лежит в классической электродинамике, несколько экспериментов показали, что классического понимания электромагнитных волн недостаточно.Примерно в 1900 году Макс Планк установил теорию, согласно которой электромагнитное излучение ведет себя не только как классическая волна, но и как безмассовая частица. В 1904 году Альберт Эйнштейн подтвердил эту теорию, открыв фотоэффект, который нельзя объяснить с помощью классических объяснительных подходов [EIN05]. Энергия такой безмассовой «легкой частицы», так называемого фотона, напрямую коррелирует с его частотой:

(2.4) E = h · f

, где h — квант Планка и определяется как:

(2.5) h = 6,62607 · 10−34Js = 4,13567 · 1015eVs

ЭМ-волны демонстрируют частотно-зависимые взаимодействия с окружающей средой, что делает их привлекательными для нескольких приложений. Хорошо известными примерами широко используемых электромагнитных волн являются рентгеновские лучи с частотами от 2,5 · 10 17 до 6 · 10 19 Гц (1 пм – 10 нм) или микроволны с частотами от 1 до 300 ГГц (1–300 мм). Рентгеновские лучи используются в медицинской визуализации, при этом микроволны используются для нагрева водосодержащих объектов из-за того, что они могут взаимодействовать с дипольным моментом молекул воды.Другой хорошо известный пример — возбуждение свободных носителей заряда в фотоэлектрических материалах, таких как кремний [DEM10]. Из-за своей атомной и молекулярной структуры каждый материал определенным образом взаимодействует с электромагнитными волнами. Наиболее важными типами взаимодействия электромагнитных волн с окружающей средой являются поглощение и излучение. Для определенных частот электромагнитных волн разные материалы не показывают никакой формы взаимодействия с падающими электромагнитными волнами. Способность электромагнитного излучения проходить сквозь вещество называется пропусканием.Третьим важным явлением является отражение, которое означает, что волновой фронт электромагнитных волн меняет свое направление на границе раздела двух различных сред. Физические принципы поглощения, пропускания и отражения, а также преломления и дифракции будут обсуждаться далее в рамках этой главы книги. Теперь мы определяем оптические волокна как волокна, которые показывают коэффициент пропускания и направление волны для определенной части (то есть определенной полосы частот) электромагнитного спектра. Следовательно, понимание механизмов взаимодействия и рассеяния между окружающим материалом и падающей электромагнитной волной является фундаментальным для различения областей применения различных оптических волокон и понимания влияния производственного процесса на физические свойства оптического волокна.

Материалы для оптических волокон обладают высоким коэффициентом пропускания для определенной части спектра ЭМ. Следовательно, понимание механизмов рассеяния, которые особенно сильны в оптических полимерах, важно для уменьшения потерь в оптическом волноводе.

Поляризация: ключевое различие между искусственными и естественными электромагнитными полями в отношении биологической активности

Все критические биомолекулы либо электрически заряжены, либо полярны. 11 . В то время как естественные неполяризованные ЭМП / ЭМИ любой интенсивности не могут вызвать какие-либо специфические / когерентные колебания на этих молекулах, поляризованные искусственные ЭМП / ЭМИ будут вызывать когерентные вынужденные колебания на каждой заряженной / полярной молекуле в биологической ткани.Это фундаментально для нашего понимания биологических явлений. Эти колебания будут наиболее очевидны для свободных (подвижных) ионов, которые несут чистый электрический заряд и существуют в больших концентрациях во всех типах клеток или внеклеточной ткани, определяя практически все клеточные / биологические функции 11 . Хотя все молекулы колеблются случайным образом с гораздо более высокими скоростями из-за теплового движения, это не имеет никакого биологического эффекта, кроме повышения температуры ткани. Но когерентное поляризованное колебание даже с энергией в миллионы раз меньшей, чем средняя тепловая молекулярная энергия 26 , может вызвать биологические эффекты.

Вынужденные колебания подвижных ионов, вызванные внешней поляризованной ЭДС, могут привести к нерегулярному закрытию каналов электроприводных ионов на клеточных мембранах. Это подробно описано в Panagopoulos et al . 19,20 . Согласно этой теории — правдоподобие которой в реальных биологических условиях было подтверждено численным тестом 27 — вынужденные колебания ионов вблизи датчиков напряжения управляемых по напряжению ионных каналов могут оказывать на эти датчики силы, равные или больше, чем известные физиологически силы, закрывающие эти каналы.Нерегулярное закрытие этих каналов может потенциально нарушить электрохимический баланс и функцию любой клетки 11 , что приведет к множеству биологических / медицинских последствий, включая самые пагубные, такие как повреждение ДНК, гибель клеток или рак 28 .

Большинство катионных каналов (Ca +2 , K + , Na + и т. Д.) На мембранах всех клеток животных управляются напряжением 11 . Они взаимно преобразуются между открытым и закрытым состояниями, когда электростатическая сила, действующая на электрические заряды их датчиков напряжения из-за трансмембранного изменения напряжения, превышает некоторое критическое значение.Датчики напряжения этих каналов представляют собой четыре симметрично расположенных трансмембранных положительно заряженных спиральных домена, каждый из которых обозначен как S4. Изменения трансмембранного потенциала порядка 30 мВ обычно требуются для закрытия электрочувствительных каналов 29,30 . Несколько ионов могут одновременно взаимодействовать с доменом S4 на расстоянии порядка 1 нм, поскольку — за исключением одного иона, который может проходить через поры канала, когда канал открыт — еще несколько ионов связаны близко к поры канала в определенных сайтах связывания ионов (например,грамм. три в калиевых каналах) 31 . Подробную информацию о структуре и функции катионных электросенсорных каналов можно найти в 11,29,31 .

Рассмотрим, например, четыре иона калия на расстоянии порядка 1 нм от каналов-датчиков (S4) и приложенная извне осциллирующая ЭДС / ЭМИ. Электрическая (и магнитная) сила, действующая на каждый ион из-за любого неполяризованного поля, равна нулю (уравнение 8). Напротив, сила, обусловленная поляризованным полем с электрическим компонентом E , равна F = Ezq e .Для синусоидального переменного поля Ε = Ε 0 sin ωt уравнение движения свободного иона с массой м i , составляет 19,20 :

, где r — ион смещение из-за вынужденных колебаний, z — валентность иона ( z = 1 для ионов калия), q e = 1,6 × 10 −19 Кл элементарный заряд, λ затухание коэффициент смещения иона (рассчитанный как имеющий значение внутри канала), ω 0 = 2πν 0 0 собственная частота колебаний иона, принятая равной зарегистрированной частоте спонтанных внутриклеточных колебаний иона порядка 0.1 Гц), ω = 2πν (ν частота поля / излучения) и E 0 амплитуда поля 19,20 .

Общее решение уравнения. 22, это 19,20 :

Член в решении представляет постоянное смещение, но не влияет на колеблющийся член. Это постоянное смещение удваивает амплитуду вынужденных колебаний в тот момент, когда поле прикладывается или прерывается, или во время его первого и последнего периодов, и смещение иона будет в два раза больше амплитуды вынужденных колебаний.Для импульсных полей (таких как большинство областей современной цифровой связи) это будет происходить постоянно с каждым повторяющимся импульсом. Таким образом, импульсные поля — теоретически — вдвое более сильные, чем непрерывные / непрерывные поля с теми же другими параметрами, что согласуется с несколькими экспериментальными данными 1,32 .

Амплитуда вынужденных колебаний (без учета постоянного члена в уравнении 23) составляет:

Сила, действующая на эффективный заряд q домена S4 через колеблющийся одновалентный свободный катион, равна: , ( r — расстояние свободного иона от эффективного заряда S4).Каждый колеблющийся катион, смещенный на dr , индуцирует силу на каждом датчике S4:

В то время как в случае неполяризованного приложенного поля и, в случае поляризованного приложенного поля, суммарная сила на датчик канала из всех четыре катиона, это:

Это даже более важное различие между поляризованными и неполяризованными ЭМП в отношении биологической активности, чем способность интерференции.

Эффективный заряд каждого домена S4 составляет: q = 1.7 q e 30 . Минимальная сила, действующая на этот заряд, обычно необходимая для закрытия канала, равная силе, создаваемой изменением на 30 мВ мембранного потенциала 30 , рассчитывается как 19 и составляет:

Смещение одного одновалентного катиона внутри канала, необходимое для приложения этой минимальной силы рассчитывается по формуле. 25 должно быть:

Для 4 катионов, колеблющихся в фазе и в параллельных плоскостях из-за внешнего поляризованного поля / излучения, минимальное смещение уменьшается до: dr = 10 −12 м.

Следовательно, любая внешняя поляризованная осциллирующая ЭДС, способная заставить свободные ионы колебаться с амплитудой, способна нерегулярно закрывать катионные каналы на клеточных мембранах. Для z = 1 (ионы калия) и подставляя значения для q e , λ в последнем условии, получаем:

(ν в Гц, 0 в В / м)

Для двухвалентных катионов ( z = 2) (например, Ca +2 ) условие принимает следующий вид:

(ν в Гц, Ε 0 в В / м)

[Подробное описание Кратко представленный механизм можно найти в 19,20 .]

Для электрических силовых полей (ν = 50 Гц) Условие 27 становится,

Таким образом, ЭДС промышленной частоты с интенсивностью, превышающей 5 мВ / м, потенциально способны нарушить функцию клетки. Для количества источников ЭДС N одинаковой поляризации (например, N количества параллельных линий электропередачи) последнее значение делится на N (согласно уравнению 19) в местах конструктивных помех и, следовательно, даже больше. уменьшилось. Такие минимальные значения напряженности поля промышленной частоты распространены в повседневной городской среде и даже ближе к высоковольтным линиям электропередачи 7 .

Для импульсных полей вторая часть условия 27 делится на 2 и становится:

(ν в Гц, Ε 0 в В / м).

Для полей / излучения цифровой мобильной телефонной связи, излучающих импульсы СНЧ с частотой повторения импульсов ν = 217 Гц (среди других частот СНЧ, которые они передают) 33 , Условие 29 становится:

Для частоты повторения импульсов ν = 8,34 Гц ( также включается в сигналы мобильной телефонии) 33,34 , Условие 29 становится:

Как видно из описанного механизма, поле не закрывает канал силами, действующими непосредственно на датчики канала.Для этого потребуется поле порядка трансмембранного поля (10 6 –10 7 В / м). Именно посредничество колеблющихся свободных ионов в непосредственной близости от датчиков канала S4 позволяет таким слабым полям создавать необходимые силы для закрытия канала.

Таким образом, электрические поля СНЧ, излучаемые мобильными телефонами и базовыми станциями сильнее 0,0004 В / м, также потенциально способны нарушить работу любой живой клетки. Это значение интенсивности ELF излучается обычными сотовыми телефонами на расстоянии до нескольких метров и базовыми станциями на расстоянии до нескольких сотен метров 6,34,35 .Для количества вертикально ориентированных антенн мобильной телефонной связи N последнее значение делится на N (согласно уравнению 19) в местах возникновения конструктивных помех.

Мы не делаем различия между ЭМП, приложенными извне и внутренне индуцированными внутри живой ткани, особенно в случае СНЧ по следующим причинам: 1. Живая ткань не является металлом для защиты от электрических полей и, конечно же, не является ферромагнитным металлом (Fe, Co, Ni) для защиты от магнитных полей.Более того, известно, что особенно поля КНЧ не могут быть легко экранированы даже клетками Фарадея, и для того, чтобы значительно их минимизировать, рекомендуется полностью заключать их в закрытые металлические коробки 6 . Таким образом, электрические поля СНЧ проникают в живую ткань с определенной степенью затухания, а магнитные поля проникают с нулевым затуханием. 2. Даже в том случае, если поля СНЧ значительно ослаблены во внутренних тканях живого тела, глаза, мозг, клетки кожи или мириады окончаний нервных волокон, которые оказываются на внешнем эпидермисе, подвергаются прямому воздействию интенсивности поля, измеренные снаружи на поверхности живой ткани.

Было показано, что препараты ткани (такие как фибробласты крупного рогатого скота или куриные сухожилия) реагируют на приложенные извне импульсные или синусоидальные электрические поля СНЧ (изменениями в скорости синтеза ДНК или белка, скорости пролиферации, выравнивании по направлению поля и т. Д. ), при очень низких порогах ~ 10 −3 В / м 1,36,37,38 . Эти пороговые значения очень близки к прогнозируемым в настоящем исследовании.

За исключением воздействия прямого электрического поля внешним полем, в тканях может быть электрическое поле, индуцированное приложенным извне осциллирующим магнитным полем, которое, как объяснялось, проникает в живую ткань с нулевым затуханием.Туор и др. . 34 измерили магнитные поля СНЧ от сотовых телефонов порядка 1 Гс (= 10 −4 Тл) при 217 Гц. Это может индуцировать электрические поля порядка ~ 0,1 В / м в человеческом теле, как может быть показано применением закона электромагнитной индукции Максвелла:

(,, напряженности магнитного и индуцированного электрического поля соответственно, возрастающая по замкнутому пути циркуляции индуцированного электрического поля, охватывающего поверхность S.- единичный вектор, вертикальный к поверхности S ).

Предполагая, что параллельно и независимо от l , вертикально и независимо от S и l круговой путь радиуса α, включая поверхность S , уравнение. 32 становится:

, что дает:

( E ind в В / м, B в T, α в м).

Путем замены в последнем уравнении α = 0,20 м (достаточно большой радиус для окружности тела взрослого человека) и [согласно Туору и др. . 34 ], получаем E ind ~ 0,1 В / м. Это напряженность электрического поля, наведенного внутри человеческого тела импульсами мобильной телефонной связи с частотой 217 Гц, и она примерно в десять раз больше минимального расчетного значения, способного вызвать биологические эффекты на этой частоте в соответствии с Условием 30.

Влияние электричества, Магнитные и электромагнитные поля в циркадной системе: текущий уровень знаний

Одним из побочных эффектов работы каждого электрического устройства является электромагнитное поле, генерируемое рядом с его рабочим местом.Все организмы, включая человека, ежедневно подвергаются воздействию различных типов этого поля, характеризующегося различными физическими параметрами. Поэтому важно точно определить влияние электромагнитного поля на физиологические и патологические процессы, происходящие в клетках, тканях и органах. Многочисленные эпидемиологические и экспериментальные данные показывают, что чрезвычайно низкочастотное магнитное поле, создаваемое линиями электропередачи и устройствами с электрическим приводом, а также высокочастотное электромагнитное излучение, излучаемое электронными устройствами, потенциально отрицательно влияет на циркадную систему.С другой стороны, несколько исследований не обнаружили влияния этих полей на хронобиологические параметры. В соответствии с текущим уровнем знаний, некоторые ранее предложенные гипотезы, в том числе гипотеза о ключевой роли нарушения секреции мелатонина в патогенезе заболеваний, вызванных электромагнитным полем, нуждаются в пересмотре. В этой статье рассматриваются данные о влиянии электрических, магнитных и электромагнитных полей на ритмы мелатонина и кортизола — двух основных маркеров циркадной системы, а также сна.Он также предоставляет основную информацию о характере, классификации, параметрах и источниках этих полей.

1. Введение

Одним из побочных эффектов работы любого электрического устройства является электромагнитное поле, возникающее рядом с его рабочим местом. Все организмы, включая человека, ежедневно подвергаются воздействию различных типов этого поля, характеризующегося различными физическими параметрами. Поэтому важно точно определить влияние электромагнитного поля на организмы.Все устройства с электропитанием и линии передачи генерируют низкочастотное (обычно 50 или 60 Гц) поле, которое имеет квазистационарный характер, и две его составляющие — электрическое и магнитное поле — можно анализировать отдельно. Считается, что это поле оказывает потенциально негативное воздействие на организмы, хотя механизм его биологического действия остается неизвестным. С другой стороны, электронные устройства, такие как мобильные телефоны, телевизоры или радиопередатчики, излучают электромагнитное излучение с высокими частотами (от 300 МГц до 300 ГГц).Излучение высокой энергии этого типа вызывает тепловой эффект, который может повышать температуру тканей и органов, а также вызывать серьезные повреждения клеток. Международное агентство по исследованию рака (IARC) в 2002 году классифицировало чрезвычайно низкочастотное магнитное поле, создаваемое электрическими устройствами, как возможное канцерогенное для человека [1]. В 2011 году радиочастоты электромагнитных полей были квалифицированы МАИР и ВОЗ как потенциально повышающие риск развития злокачественной опухоли головного мозга [2].

Видимая часть электромагнитного излучения с относительно узкой полосой частот от 389 до 789 ТГц играет ключевую роль в регуляции суточных ритмов, влияя на активность супрахиазматического ядра через меланопсин-положительные ганглиозные клетки сетчатка [3]. Тем не менее, несколько отчетов предоставили доказательства того, что электрические и магнитные поля также влияют на циркадную систему. Было высказано предположение, что дефицит секреции мелатонина может быть ответственным за онкогенное действие электромагнитного поля [4].

Целью статьи был обзор данных о влиянии электрических, магнитных и электромагнитных полей на ритмы мелатонина и кортизола, двух основных маркеров циркадной системы, а также на сон. Мы также включили информацию о природе, физических параметрах, классификации и источниках полей, которая может быть полезна биологам и врачам.

2. Природа электрических, магнитных и электромагнитных сил

В физических науках электромагнитное поле — это состояние пространства, характеризующееся электродинамической природой сил, действующих на электрически заряженные объекты.В этом контексте электромагнитное поле можно рассматривать как состоящее из двух независимых компонентов [5]: (i) электрическое — представленное состоянием пространства, известным как электрическое поле, в котором кулоновские силы действуют на неподвижные электрически заряженные объекты, (ii) магнитное — представленное состоянием пространства, известным как магнитное поле, в котором силы Лоренца действуют на нестационарные (движущиеся) электрически заряженные объекты (представляющие электрические токи). Может быть интересно отметить, что согласно специальной теории относительность, электрическое и магнитное поля — это два аспекта одного и того же явления в зависимости от выбранной системы отсчета наблюдения — электрическое поле в одной системе отсчета может восприниматься как магнитное поле в другой системе отсчета.

В пределах своего воздействия электромагнитные поля могут воздействовать на физические объекты, включая живые организмы. Эффекты этого влияния зависят от многих факторов. Среди них наиболее важными являются [5] (i) напряженность поля — в случае электрического поля его напряженность выражается в вольтах на метр (В / м), а в случае магнитного поля (МП) — в интенсивность выражается в амперах на метр (А / м), (ii) расстояние до объекта выражается в метрах (м), (iii) частота излучаемой энергии — в случае полей, зависящих от времени, она выражается в герцах (Гц) , в то время как для полей, не зависящих от времени, их частота равна 0, (iv) поверхностная плотность мощности (удельная мощность), представляющая интенсивность излучаемой энергии (мощности) с площадью по всей этой излучаемой энергии, выраженная в ваттах на квадратный метр (Вт / м 2 ).

Здесь стоит упомянуть, что напряженность магнитного поля выражается в амперах на метр (А / м) в соответствии со стандартами SI. Однако в литературе и научной практике очень часто вместо этого используется индукция магнитного поля, которая выражается в теслах (Тл). Эти величины — и — взаимосвязаны через магнитную проницаемость среды.

3. Электромагнитные поля в среде обитания живых организмов

Электромагнитное излучение и поля сопровождают живые организмы с самого начала жизни на Земле.Однако их нынешнюю интенсивность и повсеместность следует отнести, прежде всего, к человеческой деятельности — технологическим достижениям в современном машиностроении, связанным с разработкой и практическим использованием систем передачи электроэнергии, электрического оборудования и телекоммуникаций.

Источники электромагнитного излучения и полей можно разделить на естественные и неестественные. К естественным источникам относятся небесные тела, такие как звезды и магнитары, Земля и биологические процессы, связанные с потоком электрических импульсов в живых организмах (рис. 1).Электромагнитное излучение, которое достигает поверхности Земли из космоса в виде микроволнового фонового излучения, является следствием Большого взрыва и эволюции Вселенной в самые первые секунды ее существования. Этот тип излучения характеризуется распределением тепловой энергии как наиболее совершенное черное тело в природе и имеет почти идеальный планковский спектр при температуре около 2,7 К, в то время как максимум его поверхностной плотности мощности соответствует длине волны 272 ГГц [6 ]. Солнечное излучение, достигающее поверхности Земли, имеет относительно небольшую поверхностную плотность мощности около 3 мкм Вт / м 2 [6] и состоит из отличительных полос частот, так называемых атмосферных окон, представляющих те полосы частот, которые не поглощаются атмосфера Земли.Их можно перечислить как (i) радиоокно — представленное длинами электромагнитных волн от 15 МГц до 300 ГГц, (ii) оптическое окно — представленное длинами электромагнитных волн от 150 ТГц до 1000 ТГц, (iii) микроволновое окно — представленное электромагнитными длинами волн от 23,1 ТГц до 37,5 ТГц. Магнитное поле Земли — это еще одно естественное поле, исходящее из ядра планеты, которое простирается до обширного пространства, окружающего Землю, известного как магнитосфера. Важным источником сильных электромагнитных полей являются атмосферные разряды, известные как молния.Быстрые выбросы радиации, которые сопровождают эти природные явления, характеризуются высокой плотностью мощности и высокими частотами. В живых организмах электромагнитные поля возникают из-за передачи сигналов в нервной системе и из структур, автономно генерирующих электрические импульсы (например, сердца).


История неестественных источников электромагнитного излучения и полей относительно коротка и охватывает только последние сто лет. Неестественные источники электромагнитного излучения или полей относятся к двум группам.Первая группа включает ионизирующее излучение, характеризующееся относительно высокой энергией, которое может приводить к ионизации частиц вещества. Присутствие этого вида излучения имеет в первую очередь естественные причины (статистическая годовая доза облучения составляет около 2,4 мЗв). Однако неприродные источники ионизирующего излучения, такие как технические устройства, в которых используются различные радиоактивные изотопы, в настоящее время считаются наиболее важными проблемами в охране здоровья населения. Вторая группа — это неионизирующее излучение с энергией, которая слишком мала для ионизации частиц вещества.Обычными источниками этого вида излучения являются все средства, используемые для производства, передачи и использования электроэнергии (высоковольтные линии электропередач, подстанции, двигатели, генераторы, промышленные и бытовые приборы, домашняя электропроводка и т. Д.). Очень важные источники электромагнитного излучения включают телекоммуникационные системы (радио, телевидение, Интернет и Wi-Fi), а также медицинские устройства, используемые для диагностики или терапии.

Согласно Европейской комиссии, неионизирующее излучение можно разделить на несколько уровней [7]: (i) статические поля, (ii) поля крайне низкой частоты (поля СНЧ), (iii) поля промежуточной частоты (поля ПЧ), ( iv) радиочастотные поля (радиочастотные поля).Чтобы проиллюстрировать соображения авторов, типичные источники электромагнитных полей / излучения, влияющих на живые организмы и упомянутые выше, перечислены и описаны в таблице 1.


Уровень Диапазон частот Излучение источник

Статический 0 Гц Земля, видеоэкраны, магнитно-резонансная томография и другое диагностическое / научное оборудование, электролиз, сварка

Сверхнизкочастотные поля 0–300 Гц Линии электропередачи, домашняя проводка, автомобильные электродвигатели , электропоезда и трамваи, сварочные аппараты

Промежуточная частота 300 Гц – 100 кГц Видеоэкраны, противоугонные устройства, используемые в автомобилях, домах, магазинах, считыватели карт, металлодетекторы, магнитно-резонансная томография , сварочные аппараты

Радиочастота 100 кГц – 300 ГГц Радио, телевидение, мобильные телефоны, микроволновые печи, радары и радиопередатчики, магнитно-резонансная томография

4.Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции мелатонина

Мелатонин является основным гормоном системы суточного ритма у всех позвоночных, включая человека [8]. Суточный ритм его секреции в шишковидной железе млекопитающих управляется супрахиазматическим ядром — центральным эндогенным осциллятором, непосредственно связанным с сетчаткой [8–10]. В физиологических условиях регуляторные механизмы обеспечивают правильное включение этого ритма в цикл свет-темнота, и, следовательно, повышенная секреция мелатонина в ночное время может служить для всех клеток организма часами и календарем [8, 11, 12].Мелатонин играет ключевую роль в контроле многих физиологических процессов, происходящих в суточных или сезонных ритмах, таких как сон, обмен веществ и размножение [13]. Более того, мелатонин также участвует в регуляции иммунной системы [14], сердечно-сосудистой системы [15] и развития рака [13, 16, 17]. Это также очень мощный поглотитель свободных радикалов [18].

Следует отметить, что уровень секреции мелатонина заметно различается у разных людей, как у людей [19, 20], так и у животных [21, 22].Основываясь на измерениях мелатонина в моче, человеческая популяция может быть разделена на выделителей мелатонина с низким и высоким содержанием мелатонина [19, 20]. Исследование на овцах продемонстрировало, что индивидуальная вариабельность уровня мелатонина в плазме находится под строгим генетическим контролем и связана с массой шишковидной железы и секрецией мелатонина, но не с катаболизмом гормонов [21]. Индивидуальные дневные профили мелатонина плазмы хорошо воспроизводятся в последовательные дни, недели и месяцы как у людей, так и у животных [20, 22].Уровень ночной секреции мелатонина снижается с возрастом [23].

Несколько факторов, например световое загрязнение в ночное время или перемещение по часовым поясам, могут привести к нарушению ритма секреции мелатонина и циркадной дезорганизации, что, несомненно, оказывает негативное влияние на различные аспекты здоровья [13, 14, 16, 24, 25].

Секреция мелатонина шишковидной железой обычно считается особенно чувствительной к воздействиям электрического, магнитного и электромагнитного полей.Влияние этих полей на активность пинеальной железы было проанализировано в эпидемиологических исследованиях [26–41] и экспериментальных исследованиях, проведенных с использованием различных моделей in vivo, [42–94] и in vitro, [95–100].

4.1. Эпидемиологические исследования

Эпидемиологические исследования предоставили интересные и очень важные данные о влиянии электромагнитных полей на мелатонин и его метаболит — 6-сульфатоксимелатонин — у людей. Многие из этих исследований касались эффектов чрезвычайно низкочастотного магнитного поля (ELF-MF), которое генерируется внешними линиями электропередачи высокого и среднего напряжения, внутренним источником электропитания и электрическими приборами [25].

Связь между воздействием магнитных полей с частотой 16,7 Гц и здоровьем человека интенсивно изучалась у железнодорожников [26, 101, 102]. Pfluger и Minder [26] сравнили, используя план повторных измерений, выделение 6-сульфатоксимелатонина с мочой у 108 швейцарских железнодорожников мужского пола между периодами отдыха и днями после начала работы на двигателях с электрическим приводом или выполнения других задач. Исследование показало, что экскреция 6-сульфатоксимелатонина с мочой была ниже в рабочие дни, чем в дни отдыха у водителей двигателей, подвергавшихся воздействию 16.Магнитное поле 7 Гц со средней напряженностью 20 мк Тл, но не среди других рабочих. Следует отметить, что эпидемиологические исследования швейцарских железнодорожников продемонстрировали значительно повышенную (на 0,9% на μ T-год кумулятивного воздействия) смертность от лейкозов [101]. Статистические данные также предполагают связь между профессиональным воздействием магнитного поля с частотой 16,7 Гц и риском болезни Альцгеймера [102].

Люди широко подвергаются воздействию магнитных полей с частотой 50 Гц (в Европе) или 60 Гц (в Северной Америке), создаваемых источниками питания и электрическими устройствами, обычно используемыми в домах и на рабочих местах.Уменьшение экскреции 6-сульфатоксимелатонина с мочой наблюдалось у электриков, подвергавшихся воздействию магнитных полей с частотой 60 Гц [27–29]. Значительные изменения были отмечены после второго дня рабочей недели, и эффект воздействия магнитного поля был наиболее заметным у субъектов с низким уровнем освещенности на рабочем месте [28]. Кроме того, было продемонстрировано, что снижение экскреции 6-сульфатоксимелатонина происходило у рабочих, подвергавшихся воздействию более двух часов и в трехфазной среде [29].У людей, работающих в однофазной среде, изменений не обнаружено. Слабое влияние профессионального воздействия низкоинтенсивного магнитного поля на экскрецию 6-сульфатоксимелатонина также наблюдалось у работающих женщин [30].

Дэвис и др. [31] предположили, что домашнее воздействие магнитного поля 60 Гц снижает активность пинеальной железы у женщин, в первую очередь у женщин, принимающих лекарства. Уровень экскреции 6-сульфатоксимелатонина был ниже у младенцев, содержащихся в инкубаторах, и повышался, когда их переводили в место, свободное от электрических устройств [103].Анализ, проведенный Юутилайненом и Кумлином [32], предполагает, что воздействие магнитного поля с частотой 50 Гц может усиливать эффекты воздействия ночного света на выработку мелатонина; однако исследование проводилось на относительно небольшой группе субъектов.

Следует подчеркнуть, что небольшое количество эпидемиологических исследований не выявило влияния воздействия КНЧ-МФ на секрецию мелатонина [33–37]. Gobba et al. [33] отметили схожие уровни экскреции 6-сульфатоксимелатонина в двух группах рабочих, подвергавшихся воздействию полей ≤0.2 μ T и> 0,2 μ T. Никакой связи между воздействием магнитного поля 60 Гц в жилых помещениях и экскрецией 6-сульфатоксимелатонина не наблюдалось у взрослых в возрасте 50–81 лет [34]. Touitou et al. [35] показали, что длительное воздействие КНЧ-МФ не изменяет уровень и суточную секрецию мелатонина. Эти данные предполагают, что магнитные поля не обладают кумулятивным действием на секрецию мелатонина у людей.

В отличие от ELF-MF, в эпидемиологических исследованиях гораздо меньше внимания уделялось влиянию электромагнитных полей промежуточного диапазона частот (от 300 Гц до <10 МГц) и радиочастотного диапазона (от 10 МГц до 300 ГГц).Не было обнаружено изменений в экскреции 6-сульфатоксимелатонина с мочой у женщин, проживающих рядом с передатчиками радио- и телевещания [38]. Использование мобильного телефона более 25 минут в день снижает уровень секреции мелатонина [39]. Радиовещательные передатчики с коротковолновыми электромагнитными полями (6–22 МГц) снижали секрецию мелатонина на 10% [40]. Исследование, проведенное с участием 50 техников по обслуживанию электронного оборудования, подвергавшихся воздействию полей различного типа, выявило значительно более низкие уровни мелатонина в сыворотке крови по сравнению с контрольной группой [41].

4.2. Экспериментальные исследования на добровольцах

В отличие от эпидемиологических исследований, большинство исследований, проведенных на добровольцах, не выявили влияния КНЧ-МФ на уровни мелатонина и / или 6-сульфатоксимелатонина [42–51]. В исследовании Warman et al. [42], 2-часовое воздействие поля 50 Гц с интенсивностью 200–300 мк Тл не вызывало значительных изменений в повышении уровня мелатонина в ночное время. Аналогичным образом, воздействие на добровольцев в течение одной ночи полем 50 Гц с интенсивностью 20 мк Тл не влияло на уровень мелатонина в плазме [43].Selmaoui et al. [44] продемонстрировали, что острое ночное воздействие непрерывного или прерывистого 50 Гц линейно поляризованного магнитного поля силой 10 мк Тл не влияет на секрецию мелатонина у людей. В серии экспериментов, проведенных Graham et al. [45–49], ночная секреция и метаболизм мелатонина не изменялись у людей при воздействии КНЧ-МП с интенсивностью в пределах профессионального диапазона воздействия в течение одной или нескольких ночей. Не было обнаружено изменений мелатонина в слюне после воздействия на добровольцев 16.Электромагнитное поле 7 Гц [50, 51]. В отличие от данных, представленных выше, Davis et al. [52] продемонстрировали, что воздействие магнитного поля от 0,5 до 1 мк Тл, превышающего уровень окружающей среды, в течение 5 ночей подряд снижает выведение 6-сульфатоксимелатонина у женщин.

4.3. Экспериментальные исследования на животных

Большинство из экспериментов in vivo по влиянию воздействия магнитного поля на активность пинеальной железы было проведено на лабораторных грызунах [53–85].

В исследованиях воздействия КНЧ-МФ были получены весьма изменчивые результаты. Непрерывное воздействие магнитного поля 10 мкм Тл 50 Гц на крыс Sprague-Dawley в течение 91 дня снижало уровень мелатонина в крови [53]. Однако в другом исследовании той же группы не удалось продемонстрировать стойкий эффект воздействия магнитного поля 100 мк Тл 50 Гц на уровень мелатонина у крыс, поскольку не наблюдалось его снижения или отсутствия изменений [54]. Снижение активности пинеальной железы в ответ на КНЧ-МФ было отмечено также в нескольких других экспериментах, проведенных на лабораторных крысах [55–63] и джунгарских хомяках [64, 65].С другой стороны, повышенная экскреция 6-сульфатоксимелатонина наблюдалась у крыс Sprague-Dawley, подвергшихся воздействию магнитного поля с частотой 50 Гц и интенсивностью 100 мк Тл в течение 24 часов [66]. Аналогичным образом Dyche et al. [67] продемонстрировали, что у крыс-самцов, подвергшихся воздействию магнитного поля 100 мк Тл в течение 1 месяца, наблюдается несколько повышенная экскреция 6-сульфатоксимелатонина. Повышенная секреция мелатонина после воздействия слабого магнитного поля также была обнаружена у джунгарского хомяка Niehaus et al.[68]. В других исследованиях, проведенных на крысах и хомяках, изменений секреции мелатонина в ответ на магнитное поле с частотой 50/60 Гц не наблюдалось [69–77]. Об отсутствии влияния ELF-MF на активность пинеальной железы также сообщалось у мышей [78].

Исследования на грызунах предоставили интересные данные о влиянии радиочастотного диапазона электромагнитного поля на активность пинеальной железы. Воздействие на крыс электромагнитного поля частотой 900 МГц и удельной адсорбцией 0.9 Вт · кг −1 (мобильный телефон) в течение 2 часов в день и повторения в течение 45 дней приводили к статистически значимому снижению содержания мелатонина в пинеальной железе [81]. Кроме того, поле с частотой 1800 МГц и мощностью 200 Вт · см −2 (2 часа в сутки в течение 32 дней; 0,5762 Вт · кг −1 ) нарушало ритм секреции мелатонина у крыс [82]. Однако в другом эксперименте животных подвергали аналогичному воздействию в течение 30 минут в день, 5 дней в неделю в течение 4 недель, и никаких изменений уровня мелатонина в сыворотке крови крыс не было отмечено [83].Точно так же воздействие на джунгарских хомяков электромагнитным полем с частотами 383, 900 и 1800 МГц (80 мВт · кг -1 ) в течение 60 дней (24 часа в сутки) не приводило к изменениям секреции мелатонина. [84].

Исследования воздействия электрических и магнитных полей на негрызуны проводились лишь от случая к случаю [86–94]. Воздействие на молочный скот вертикального электрического поля 10 кВ / м и однородного горизонтального магнитного поля 30 мкм Тл в течение 28 дней не изменяло ночной уровень мелатонина в крови [86].Аналогичным образом не наблюдалось изменений секреции мелатонина в других экспериментах, проведенных на дойных коровах [87, 88] и ягнятах [89, 90]. Исследования американских пустельг показали, что длительное воздействие электромагнитных полей (60 Гц, 30 мк Тл, 10 кВ · м -1 ) вызывает изменения секреции мелатонина [91]. Магнитное поле увеличивало уровень мелатонина в шишковидной железе и сыворотке крови форели в ночное время [92].

4.4.
In Vitro Исследования

In vitro исследования влияния электромагнитных полей на секрецию мелатонина были проведены на шишковидной железе джунгарских хомяков [95, 100] и крыс [96–99].Результаты экспериментов с шишковидной железой хомяка в культуре суперфузионных органов показали, что КНЧ-МФ с интенсивностью 86 мк Тл и частотой 16,67 или 50 Гц вызывают снижение секреции мелатонина, активируемое изопротеренолом [95]. Снижение стимулируемой изопротеренолом секреции мелатонина и активности арилалкиламин-N-ацетилтрансферазы также было обнаружено в исследованиях пинеалоцитов крыс после воздействия КНЧ-МФ [96, 97]. Напротив, Lewy et al. [98] отметили повышенную активность ферментов, синтезирующих мелатонин, в то время как Tripp et al.[99] не обнаружили изменений секреции мелатонина в пинеалоцитах крыс в ответ на КНЧ-МФ.

Влияние воздействия электромагнитного поля с частотой 1800 МГц на секрецию мелатонина шишковидной железой джунгарского хомячка было исследовано [100] на той же экспериментальной установке, которая использовалась в экспериментах с КНЧ-МФ [95]. Это исследование продемонстрировало, что как непрерывные, так и импульсные сигналы при определенном уровне адсорбции 800 мВт · кг -1 , продолжительностью семь часов, увеличивают уровень секреции мелатонина, стимулированной изопротеренолом [100].

5. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции кортизола

Кортизол является важным стероидным гормоном, вырабатываемым надпочечниками. Подобно мелатонину, он демонстрирует постоянный и воспроизводимый суточный ритм в физиологических условиях [104–107]. Debono et al. [105] в исследовании 33 здоровых людей с 20-минутным интервалом профилирования кортизола в течение 24 часов показали, что концентрация кортизола достигает самых низких уровней около полуночи.Затем он начал расти в 02: 00–03: 00, а пик пришелся примерно на 08:30. Затем уровень кортизола медленно снизился до надира. Максимальный уровень кортизола в крови человека составлял приблизительно 399 нмоль / л, в то время как надирный уровень кортизола был <50 нмоль / л. Как и многие другие физиологические процессы в организме, происходящие в суточных циклах, ритм секреции кортизола регулируется супрахиазматическим ядром, расположенным в гипоталамусе.

Кортизол управляет голодом и аппетитом, стрессом, воспалительной реакцией и многими другими функциями [108–110].Важность кортизола особенно очевидна, когда он становится недостаточным в состоянии, известном как надпочечниковая недостаточность [111]. Было высказано предположение, что кортизол действует как вторичный посредник между центральными и периферическими часами и может быть важным фактором синхронизации циркадных ритмов тела [111]. Изменения ритмической продукции и уровня кортизола приводят к значительным побочным эффектам [108, 112]. У детей с аутизмом часто наблюдаются большие различия в дневных моделях кортизола и значительное повышение уровня кортизола в слюне в ответ на несоциальный стрессор [113].

Люди и животные живут в среде с электромагнитными полями разного происхождения. Они подвергаются воздействию электромагнитного поля естественного происхождения, такого как магнитная сила Земли и искусственного происхождения, которое возникает в результате деятельности человека. Изменения магнитного поля Земли влияют на все живые существа на планете. Кроме того, электрические и магнитные поля, которые существуют везде, где генерируется или передается электричество, кажутся очень важными для подвергшихся воздействию организмов.

5.1. Экспериментальные исследования на животных

Результаты исследований влияния электромагнитного поля на секрецию кортизола у животных очень разнообразны. У морских свинок ELF-MF вызывал изменения уровня кортизола, который зависел от частоты и интенсивности поля [114]. Воздействие на животных в течение 2 и 4 часов в день в течение 5 дней поля с частотой 50 Гц и 0,207 мк Т показало значительное снижение уровня кортизола [114]. Однако в группах, подвергнутых воздействию поля 5 Гц и 0.013 μ T, никаких значительных изменений кортизола через 2 или 4 часа воздействия не наблюдалось [114]. У швейцарских мышей, непрерывно подвергавшихся воздействию низкочастотного (50 Гц) поля в течение 350 дней, снижение уровня кортизола наблюдалось на 190 день эксперимента [115]. На 90-е и 350-е сутки воздействия значимых различий отмечено не было [115]. Повышение уровня кортизола наблюдалось у крыс, подвергавшихся воздействию однородных магнитных полей 10 –3 Тл и 10 –2 Тл по 1 часу каждый день в течение десяти дней [116].Воздействие на самок хомяков мобильных телефонов, работающих на частоте 950 МГц в течение короткого (10 дней, 3 часа ежедневно) и длительных (60 дней, 3 часа ежедневно) периодов, вызывало значительное повышение уровня кортизола по сравнению с контрольной группой [117].

Сообщалось также об отсутствии влияния электромагнитного поля на концентрацию кортизола. Burchard et al. [118] не показали изменений в концентрации кортизола, что могло быть связано с воздействием на дойных коров электрического и магнитного полей (вертикальное электрическое поле 10 кВ и горизонтальное магнитное поле 30 мТл).У овцематок также не сообщалось об эффекте воздействия магнитного поля 60 Гц в течение 43 недель на уровень кортизола в сыворотке [119]. Отсутствие влияния электромагнитного поля на концентрацию кортикостерона, независимо от характеристик и продолжительности воздействия, было обнаружено также в экспериментах на крысах [120, 121].

5.2. Исследования на людях

Исследования влияния магнитной силы Земли на человеческое тело показали, что уровни кортизола в сыворотке зависят от направления головы во время сна по отношению к Северному и Южному магнитным полюсам [122].Биологический эффект воздействия антропогенных электромагнитных полей на человека был предметом нескольких исследований [123–127]. Стоматология — одна из категорий профессий с высоким уровнем воздействия СНЧ-МФ. Воздействие на стоматологов полей, излучаемых кавитронами, вызывало снижение уровня кортизола в сыворотке крови по сравнению с контрольной группой [123]. Низкочастотные магнитные поля применяются в физиотерапии (магнитотерапия и магнитостимуляция). Исследования длительного применения этих процедур предполагают регулирующее влияние магнитных полей на концентрацию кортизола [124].Однако следует подчеркнуть, что многочисленные исследования не обнаружили влияния магнитных полей 50/60 Гц (1–20 мк Тл) и радиочастотных электромагнитных полей на уровень кортизола, независимо от времени эксперимента, возраста или возраста. пол особей или время отбора проб [125–127].

6. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на сон

Суточные ритмы генерируются внутренней системой биологических часов, которые синхронизируются с 24-часовым днем ​​под воздействием факторов окружающей среды, в первую очередь цикла свет-темнота.Многие ритмы очевидны и легко распознаются, например, цикл сна и бодрствования, двигательная активность и пищевое поведение.

Цикл сна-бодрствования, вероятно, является основным выходным ритмом циркадных часов, потому что регуляция многих форм поведения и физиологической активности зависит от того, спит ли организм или бодрствует. Предполагается, что расстройства сна — часто встречающиеся клинические симптомы — частично связаны с воздействием электромагнитного поля. В последние годы появляется все больше экспериментальных и эпидемиологических данных о влиянии неионизирующих электромагнитных полей на физиологию мозга и сон [40, 128–144].

Сон — это эндогенный самостоятельный церебральный процесс. Можно измерить определенные и различимые фазы сна. Низкочастотная активность (<10 Гц) и частотная активность веретена сна (приблизительно 12-15 Гц) - это две безмолвные характеристики сна с небыстрым движением глаз (NREM), которые можно количественно оценить и использовать в качестве маркеров процессов регуляции сна [145]. Несколько экспериментов показали, что электроэнцефалографическая (ЭЭГ) спектральная мощность в альфа (8–12 Гц) и веретено (12–14 Гц) частотах увеличивается как во время, так и после воздействия импульсно-модулированного радиочастотного поля [128–133].Недавно также наблюдалось увеличение дельта-мощности (<4,5 Гц) [129]. Mann и Röschke [134] сообщили о снижении скорости сна с быстрым движением глаз (REM) и изменениях спектральной мощности ЭЭГ во время REM-сна в ответ на высокочастотное электромагнитное поле, излучаемое цифровыми мобильными радиотелефонами. Regel et al. [130] провели исследование влияния воздействия радиочастотного электромагнитного поля путем изменения интенсивности сигнала в трех экспериментальных сессиях. Анализ ЭЭГ сна выявил дозозависимое увеличение мощности в частотном диапазоне веретена во время медленного сна.Это дало первые признаки дозозависимой связи между интенсивностью поля и его влиянием на физиологию мозга. Huber et al. [137] также продемонстрировали увеличение мощности в диапазоне частот быстрого шпинделя ЭЭГ во время воздействия импульсного радиочастотного поля, но не дозозависимым образом. Следует также подчеркнуть, что во многих исследованиях [135, 139–141] не удалось показать каких-либо эффектов воздействия радиочастотного поля на сон или ЭЭГ во сне.

Несмотря на несколько сообщений, показывающих влияние импульсно-модулированного радиочастотного электромагнитного поля на ЭЭГ во сне, механизм этих изменений, вызванных воздействием, все еще неясен.Кроме того, нет подтверждающих доказательств того, что этот эффект связан с такими последствиями для здоровья, как изменение качества сна [128–130, 136].

На сегодняшний день проведено несколько контролируемых лабораторных исследований ЭЭГ сна в низкочастотных электрических и магнитных полях. Åkerstedt et al. [143] провели двойное слепое плацебо-контролируемое исследование с участием 18 здоровых субъектов, чтобы изучить влияние магнитного поля 50 Гц на сон. Результаты показали, что эффективность сна, медленный сон и медленная активность, а также субъективная глубина сна были значительно снижены под воздействием СНЧ-МФ.Хотя эти результаты предполагают интерференцию низкочастотного поля, авторы подчеркивают, что эти изменения все еще находятся в пределах нормы. В двойном слепом лабораторном исследовании Graham et al. [144] исследовали влияние магнитного поля 60 Гц на сон во время непрерывного, прерывистого или фиктивного воздействия. Они продемонстрировали, что периодическое воздействие приводит к явному искажению сна и изменению архитектуры сна по сравнению с фиктивными условиями и непрерывным воздействием. Следует подчеркнуть, что напряженность поля в обоих упомянутых исследованиях [143, 144] была ниже той, которая используется для медицинских диагностических целей, таких как магнитно-резонансная томография.

Анализ эпидемиологических данных, касающихся качества сна и цикла мелатонина, собранных в течение десяти лет в районе коротковолновой (6–22 МГц) радиовещательной станции, предоставил доказательства того, что воздействие электромагнитного поля влияет только на тех, кто плохо спит, и это может быть группой людей, чувствительных к такому воздействию [40]. Это явление было описано как гиперчувствительность к электромагнитным полям, EHS. Это также наблюдалось в нескольких других сообщениях [146, 147].

Хотя биологическое объяснение связи между воздействием радиочастотного электромагнитного поля и ухудшением качества сна не было идентифицировано, предполагается, что в этом процессе может быть задействовано подавление ночной секреции мелатонина [148].Два сравнительно недавних исследования предполагают связь между снижением секреции мелатонина в ночное время и увеличением использования мобильных телефонов, излучающих радиочастотное поле [39, 149]. Однако четыре перекрестных испытания [127, 141, 150, 151] не обнаружили корреляции между воздействием мобильного телефона и секрецией мелатонина. Гипотеза о связи между циклом мелатонина и воздействием электромагнитного поля требует дальнейшего изучения [152].

7. Выводы

Результаты исследований влияния электрических, магнитных и электромагнитных полей на секрецию мелатонина и кортизола, а также на сон во многом противоречивы.Неблагоприятные данные, связанные с влиянием этих физических факторов на секрецию обоих «циркадных» гормонов, были получены во всех группах исследований, включая эпидемиологические исследования, исследования на добровольцах и исследования на животных. Более того, исследования шишковидной железы грызунов in vitro, , также дали противоречивые результаты. Источники расхождений остаются неизвестными; однако такие факторы, как неправильная оценка уровня воздействия, влияние других факторов, таких как свет и лекарства, различия в фазах циркадного ритма во время воздействия и индивидуальная изменчивость чувствительности к электромагнитным полям, по-видимому, заслуживают особого внимания.Идея о том, что некоторые люди более чувствительны к электромагнитному полю, чем другие, из-за генетического фона и / или текущего состояния здоровья, кажется очень привлекательной и должна стать предметом дальнейших исследований. Следует отметить, что противоречивые результаты были также получены в исследованиях, посвященных другим воздействиям электрических, магнитных и электромагнитных полей на организм, включая их опухолево-промотирующее действие [153–157].

Несмотря на расхождения в представленных результатах, КНЧ-СЧ и радиочастотное электромагнитное поле следует рассматривать как факторы, которые могут влиять на функцию циркадной системы, потому что значительное количество исследований продемонстрировало изменения в секреции мелатонина и кортизола, а также во сне после экспозиция в этих областях.Из-за широко распространенного воздействия на людей и животных КНЧ-СЧ и радиочастотного электромагнитного поля исследования их биологических эффектов должны быть продолжены. Важным и до сих пор нерешенным вопросом является взаимосвязь между физическими характеристиками и биологическими эффектами полей, а также механизмами воздействия полей на циркадную систему.

В свете существующей литературы гипотеза, указывающая на нарушение секреции мелатонина, как одного из основных факторов, ответственных за канцерогенные эффекты электрических, магнитных или электромагнитных полей [158, 159], не подтверждается эпидемиологической и экспериментальные данные.Следовательно, в настоящее время его следует рассматривать как отрицательно проверенный.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Электромагнитные поля и здоровье населения: мобильные телефоны

Учитывая большое количество пользователей мобильных телефонов, важно исследовать, понимать и контролировать любое потенциальное воздействие на здоровье населения.

Мобильные телефоны обмениваются данными, передавая радиоволны через сеть фиксированных антенн, называемых базовыми станциями.Радиочастотные волны представляют собой электромагнитные поля, и в отличие от ионизирующего излучения, такого как рентгеновские лучи или гамма-лучи, не могут ни разорвать химические связи, ни вызвать ионизацию в организме человека.

Уровни воздействия

Мобильные телефоны — это маломощные радиочастотные передатчики, работающие на частотах от 450 до 2700 МГц с пиковой мощностью от 0,1 до 2 Вт. Трубка передает энергию, только когда она включена. Мощность (и, следовательно, радиочастотное воздействие на пользователя) быстро падает с увеличением расстояния от телефона.Таким образом, человек, использующий мобильный телефон на расстоянии 30-40 см от тела — например, при обмене текстовыми сообщениями, доступе в Интернет или использовании устройства «свободные руки», будет подвергаться гораздо меньшему воздействию радиочастотных полей, чем тот, кто держит телефон рядом с ним. их голова.

В дополнение к использованию устройств «свободные руки», которые удерживают мобильные телефоны подальше от головы и тела во время телефонных звонков, воздействие также сокращается за счет ограничения количества и продолжительности звонков. Использование телефона в зонах с хорошим приемом также снижает экспозицию, поскольку позволяет телефону передавать с пониженной мощностью.Использование коммерческих устройств для уменьшения воздействия радиочастотного поля не показало свою эффективность.

Мобильные телефоны часто запрещены в больницах и в самолетах, поскольку радиочастотные сигналы могут мешать работе некоторых электромедицинских устройств и навигационных систем.

Есть ли последствия для здоровья?

За последние два десятилетия было проведено большое количество исследований, чтобы оценить, представляют ли мобильные телефоны потенциальный риск для здоровья. На сегодняшний день не установлено никаких неблагоприятных последствий для здоровья, вызванных использованием мобильного телефона.

Краткосрочные эффекты

Нагревание тканей — это основной механизм взаимодействия между радиочастотной энергией и телом человека. На частотах, используемых мобильными телефонами, большая часть энергии поглощается кожей и другими поверхностными тканями, что приводит к незначительному повышению температуры в головном мозге или любых других органах тела.

В ряде исследований изучалось влияние радиочастотных полей на электрическую активность мозга, когнитивные функции, сон, частоту сердечных сокращений и артериальное давление у добровольцев.На сегодняшний день исследования не предлагают каких-либо убедительных доказательств неблагоприятных последствий для здоровья от воздействия радиочастотных полей на уровнях ниже тех, которые вызывают нагревание тканей. Кроме того, исследования не смогли подтвердить причинно-следственную связь между воздействием электромагнитных полей и симптомами, о которых сообщают сами люди, или «электромагнитной гиперчувствительностью».

Долгосрочные эффекты

Эпидемиологические исследования, изучающие потенциальные долгосрочные риски радиочастотного воздействия, в основном искали связь между опухолями мозга и использованием мобильных телефонов.Однако, поскольку многие виды рака не обнаруживаются в течение многих лет после взаимодействий, которые привели к опухоли, и поскольку мобильные телефоны широко не использовались до начала 1990-х годов, эпидемиологические исследования в настоящее время могут оценивать только те виды рака, которые проявляются в более короткие периоды времени. Однако результаты исследований на животных неизменно показывают отсутствие повышенного риска рака при длительном воздействии радиочастотных полей.

Несколько крупных международных эпидемиологических исследований были завершены или продолжаются, включая исследования случай-контроль и проспективные когортные исследования, изучающие ряд конечных точек здоровья у взрослых.Крупнейшее на сегодняшний день ретроспективное исследование «случай-контроль» среди взрослых, Interphone, координируемое Международным агентством по изучению рака (IARC), было разработано, чтобы определить, существует ли связь между использованием мобильных телефонов и раком головы и шеи у взрослых.

Международный объединенный анализ данных, собранных из 13 стран-участниц, не выявил повышенного риска глиомы или менингиомы при использовании мобильного телефона более 10 лет. Есть некоторые признаки повышенного риска глиомы для тех, кто сообщил о самых высоких 10% совокупных часов использования сотового телефона, хотя не было устойчивой тенденции к увеличению риска при большей продолжительности использования.Исследователи пришли к выводу, что предубеждения и ошибки ограничивают силу этих выводов и препятствуют причинной интерпретации.

Основываясь в основном на этих данных, IARC классифицировал радиочастотные электромагнитные поля как потенциально канцерогенные для человека (Группа 2B), категория, используемая, когда причинно-следственная связь считается достоверной, но когда случайность, предвзятость или смешение не могут быть исключены с разумной уверенностью.

Хотя повышенный риск опухолей головного мозга не установлен, растущее использование мобильных телефонов и отсутствие данных об использовании мобильных телефонов в течение периодов времени, превышающих 15 лет, требуют дальнейших исследований использования мобильных телефонов и риска рака мозга.В частности, в связи с недавней популярностью использования мобильных телефонов среди молодых людей и, следовательно, потенциально более длительным сроком воздействия, ВОЗ способствовала дальнейшим исследованиям в этой группе. В настоящее время проводится несколько исследований, изучающих потенциальное воздействие на здоровье детей и подростков.

Руководство по предельным значениям воздействия

Пределы воздействия радиочастот для пользователей мобильных телефонов даны в виде удельного коэффициента поглощения (SAR) — коэффициента поглощения радиочастотной энергии на единицу массы тела.В настоящее время две международные организации 1, 2 разработали руководящие принципы воздействия для рабочих и населения в целом, за исключением пациентов, проходящих медицинскую диагностику или лечение. Эти рекомендации основаны на подробной оценке имеющихся научных данных.

Ответ ВОЗ

В ответ на озабоченность общественности и правительств ВОЗ в 1996 г. учредила Международный проект по электромагнитным полям (ЭМП) для оценки научных данных о возможных неблагоприятных воздействиях электромагнитных полей на здоровье.К 2016 году ВОЗ проведет официальную оценку риска всех изученных последствий для здоровья от воздействия радиочастотных полей. Кроме того, как отмечалось выше, Международное агентство по изучению рака (IARC), специализированное агентство ВОЗ, провело обзор канцерогенного потенциала радиочастот. области, начиная с мобильных телефонов в мае 2011 года.

ВОЗ также определяет и продвигает приоритеты исследований в области радиочастот и здравоохранения, чтобы заполнить пробелы в знаниях посредством своих программ исследований.

ВОЗ разрабатывает материалы для общественной информации и способствует диалогу между учеными, правительствами, промышленностью и общественностью, чтобы повысить уровень понимания потенциальных неблагоприятных рисков для здоровья, связанных с мобильными телефонами.


(1) Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP). Положение о \ «Рекомендациях по ограничению воздействия изменяющихся во времени электрических, магнитных и электромагнитных полей (до 300 ГГц) \» , 2009. \ n

(2) Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) . Стандарт IEEE для уровней безопасности в отношении воздействия на человека радиочастотных электромагнитных полей, от 3 кГц до 300 ГГц , IEEE Std C95.1, 2005.

«,» datePublished «:» 2014-10-08T13: 47: 00.0000000 + 00: 00 «,» image «:» https://www.who.int/images/default-source/ import /phones-little-girl.jpg? sfvrsn = f96f6f6e_0 «,» publisher «: {» @ type «:» Organization «,» name «:» Всемирная организация здравоохранения: ВОЗ «,» logo «: {» @ type » : «ImageObject», «url»: «https://www.who.int/Images/SchemaOrg/schemaOrgLogo.jpg», «width»: 250, «height»: 60}}, «dateModified»: «2014- 10-08T13: 47: 00.0000000 + 00: 00 «,» mainEntityOfPage «:» https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/electromagnetic-fields-and-public-health-mobile- телефоны «,» @context «:» http: // schema.org «,» @ type «:» Article «};

[PDF] Информация о механизмах электромагнитного взаимодействия

ПОКАЗЫВАЕТ 1-10 ИЗ 64 ССЫЛОК

СОРТИРОВАТЬ по релевантностиСамые популярные статьиНедавно

Взаимодействуют ли электромагнитные поля напрямую с ДНК?

Механизм транскрипции, стимулированной электромагнитным полем, может быть связан с процессом в поперечно-полосатых мышцах, где эндогенная электрическая активность индуцирует синтез новых белков. Развернуть
  • Просмотреть 1 отрывок, справочная информация

Влияние электромагнитных полей на молекулы и клетки.

Нет никаких доказательств того, что прямые посттранскрипционные эффекты возникают в результате воздействия ЭМП, а недостаточность генотоксических эффектов подтверждает предположение, что поля действуют скорее на продвижение опухоли, чем на ее инициацию. Развернуть
  • Просмотреть 1 отрывок, справочная информация

Электромагнитные поля могут действовать непосредственно на ДНК

В этой статье рассматривается несколько линий доказательств, подтверждающих гипотезу о том, что магнитные поля стимулируют реакцию на стресс, напрямую взаимодействуя с движущимися электронами в ДНК, и обсуждается роль ЕМТ в этом ответе.Развернуть
  • Просмотреть 1 отрывок, справочная информация

Чувствительный к магнитному полю домен в промоторе HSP70 человека

В этой работе сообщается об идентификации третьего сайта связывания c-myc (между -158 и -162), который является важным регулятор индуцированной магнитным полем экспрессии HSP70 и показывает, что элемент теплового шока (HSE), лежащий между -180 и -203, необходим для индукции экспрессии гена HSP 70 с помощью магнитных полей. Развернуть
  • Просмотреть 5 выдержек, справочную информацию и методы

Изменения транскрипции определенных генов, вызванные магнитным полем.

Данные указывают на важную роль воздействия магнитного поля в изменении клеточных процессов, и было обнаружено, что изменения уровней транскриптов, оцениваемые с помощью анализа слот-блоттинга, параллельны изменениям в транскрипции генов. Развернуть
  • Просмотреть 1 отрывок, справочная информация

На регуляцию c-fos влияют электромагнитные поля

Целью настоящего исследования было определить, реагируют ли регуляторные области гена c-fos на воздействие электромагнитного поля.В проекте исследования использовались трансфицированные клетки для увеличения… Развернуть

  • Просмотреть 1 выдержку, справочная информация

NWS JetStream — Передача тепловой энергии

Источником тепла для нашей планеты является солнце. Энергия от Солнца передается через космос и через атмосферу Земли к поверхности Земли. Поскольку эта энергия нагревает поверхность Земли и атмосферу, часть ее является или становится тепловой энергией. Есть три способа передачи тепла в атмосферу и через нее:

  • радиация
  • проводимость
  • конвекция

Излучение

Если вы стояли перед камином или возле костра, вы почувствовали теплопередачу, известную как излучение.Сторона вашего тела, ближайшая к огню, нагревается, в то время как другая сторона остается незатронутой жаром. Хотя вы окружены воздухом, воздух не имеет ничего общего с передачей тепла. По такому же принципу работают тепловые лампы, которые согревают пищу. Радиация — это передача тепловой энергии через пространство электромагнитным излучением.

Большая часть электромагнитного излучения, приходящего на Землю от Солнца, невидима. Только небольшая часть излучается видимым светом. Свет состоит из волн разной частоты.Частота — это количество случаев, когда событие повторяется в течение установленного времени. В электромагнитном излучении его частота — это количество электромагнитных волн, проходящих через точку каждую секунду.

Наш мозг интерпретирует эти разные частоты в цвета, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Когда глаз видит все эти разные цвета одновременно, он интерпретируется как белый. Волны от солнца, которые мы не можем видеть, — это инфракрасные волны, которые имеют более низкие частоты, чем красные, и ультрафиолетовые, которые имеют более высокие частоты, чем фиолетовый свет.[подробнее об электромагнитном излучении] Именно инфракрасное излучение вызывает ощущение тепла на нашем теле.

Большая часть солнечной радиации поглощается атмосферой, и большая часть того, что достигает поверхности Земли, излучается обратно в атмосферу, превращаясь в тепловую энергию. Объекты темного цвета, например асфальт, поглощают лучистую энергию быстрее, чем объекты светлого цвета. Однако они также излучают свою энергию быстрее, чем объекты более светлого цвета.

Обучающий урок: тает в сумке, а не в руке

Проводимость

Проводимость — это передача тепловой энергии от одного вещества к другому или внутри вещества.Вы когда-нибудь оставляли металлическую ложку в кастрюле с супом, разогретой на плите? Через некоторое время ручка ложки нагреется.

Это происходит из-за передачи тепловой энергии от молекулы к молекуле или от атома к атому. Кроме того, когда объекты свариваются, металл нагревается (оранжево-красное свечение) за счет передачи тепла от дуги.

Это называется теплопроводностью и является очень эффективным методом передачи тепла в металлах. Однако воздух плохо проводит тепло.

Конвекция

Конвекция — это передача тепловой энергии в жидкости.Этот вид отопления чаще всего встречается на кухне с кипящей жидкостью.

Воздух в атмосфере действует как жидкость. Солнечное излучение падает на землю, нагревая скалы. Когда температура породы повышается из-за теплопроводности, тепловая энергия выделяется в атмосферу, образуя воздушный пузырь, который теплее окружающего воздуха. Этот пузырь воздуха поднимается в атмосферу. Когда он поднимается, пузырек охлаждается за счет тепла, содержащегося в пузыре, движущемся в атмосферу.

По мере того, как масса горячего воздуха поднимается, воздух заменяется окружающим более прохладным и более плотным воздухом, который мы ощущаем как ветер. Эти движения воздушных масс могут быть небольшими в определенном регионе, например, локальные кучевые облака или большие циклы в тропосфере, охватывающие большие участки земли. Конвекционные течения ответственны за многие погодные условия в тропосфере.

Быстрые факты

Это не тепло, которое вы чувствуете, а ультрафиолетовое излучение солнца, вызывающее солнечные ожоги, которые приводят к раку кожи.Солнечное тепло не приводит к солнечным ожогам.

Согласно данным Американской академии дерматологии, солнечный свет состоит из двух типов вредных лучей, которые достигают Земли — ультрафиолетовых лучей A (UVA) и ультрафиолетовых лучей B (UVB). Чрезмерное воздействие на них может привести к раку кожи. Каждый из этих лучей не только вызывает рак кожи, но и делает следующее:

  • Лучи UVA могут преждевременно состарить вашу кожу, вызвать появление морщин и пигментных пятен, а также могут проходить через оконное стекло.
  • Лучи
  • UVB являются основной причиной солнечных ожогов и блокируются оконным стеклом.

Безопасного способа загара не существует. Это включает излучение от искусственных источников, таких как солярии и солнечные лампы. Каждый раз, загорая, вы повреждаете кожу. По мере нарастания этого ущерба вы ускоряете старение кожи и повышаете риск развития всех типов рака кожи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.