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工频电磁场

 共同成长888 2013-06-29

工频电磁场  

 

电磁场 是指有内在联系,相互依存的电场和磁场的统一体和总称。随时间变化的电场产生磁场,随时间变化的磁场产生电场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起,也可由强弱变化的电流引起,不论原因如何,电磁场总是以光速向四周传播,形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物,具有能量和动量,是物质存在的一种形式。电磁场的性质,特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。

电磁场由近及远的传播形成电磁波,当电磁波频率低时,主要藉由有形的导电体才能传递;当频率渐提高时,电磁波就会外溢到导体之外,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。

电磁辐射可分为两大类:致电离辐射(也叫游离辐射)和非致电离辐射(也叫非游离辐射),其中非致电离辐射又可细分为有热效应的非游离辐射和无热效应的非游离辐射。

由于输变电工程工频辐射能量非常小,频率为50赫兹,电磁波波长达6000公里,即使是500千伏的超高压线路,也不会产生强烈磁场。否则,通过辐射导致的能量损耗将是个天文数字,架设输电线路也变得没有意义。把电磁辐射这一概念作为一种环境影响因子引用到电磁场环境健康领域中来是不合适的。首先,应该强调,从电磁辐射传递能量的角度出发,输电线和变电站设备是不可能向其周围空间形成有效的能量辐射。输电线和变电站设备在其周围产生的是频率为50Hz的工频电场和工频磁场,它们与高频电磁场在发射电磁波的能力上截然不同。50Hz工频场的波长长达6000km,输电线路本身的长度远远不足以构成有效的发射天线,根本不能形成有效的能量辐射。计算表明,典型的由输电线路所发射的最大功率密度将小于0.0001μW/cm2,比晴朗的夜晚由满月送到地球表面的辐射能量(0.2μW/cm2)还小2000倍。因此,仅从能否形成有效能量辐射的角度,在极低频(300Hz)以下频率范围内引用“电磁辐射”概念也是极不妥当的。另外,低频电场、磁场与高频电磁场的存在形式及其对生物体的作用机理和生物效应是截然不同的。在非电离辐射频段中,100kHz以下的较低频率范围,电场和磁场是以“场”的形式分别存在。按工程电磁场理论分析,人处在距输电线路仅数十米的距离r处,相对于长达6000km的波长λ而言,完全是处于所谓的近场区(r λ)。在该区域内,电场与磁场事实上是分别存在、分别作用的。此时的场是一种似稳场或缓变场。空间各点的电场和磁场在相位上不存在滞后现象,即不表现为空间传播形式。根据麦克斯韦方程组描述的宏观电磁现象,只有在场源的频率足够高、所研究区域离场源的距离r远大于波长λ(r λ)时(即在所谓的远场区域或迅变场区域),必须考虑由于磁场变化产生感应电场,以及由于电场变化产生感应磁场。这时,时变电场和时变磁场表现为相互依存又相互制约的。这种相互作用和相互耦合的时变电磁场通常被称为动态电磁场。动态电磁场以电磁波动形式在场域空间的传播,被称为电磁波。在近场区内,电场、磁场与人体的相互作用机理,仅表现为通过电场或磁场耦合,在人体内感应较小的电场或电流,而不会像高频电磁波那样,电场和磁场以波阻抗关系紧密耦合向外传播,形成电磁波发射,并产生对人体的电磁场穿透。因此,极低频电场与磁场对人体产生的生物效应与高频电磁场也不同,它们只会分别通过体内感应电流或电场,导致神经与肌肉组织的刺激,而不像1MHz以上电磁波那样,会在人体中产生发热效应。

随着电磁辐射研究的发展,已经把工频辐射能量非常小,波长长的电磁波称为电磁感应这一更科学的表述,以便于与高频率的射频电磁辐射区分开。

电磁感应强调人对电磁的感应,其能量非常小。在电磁学上,将50Hz的工频辐射称为电磁感应,其辐射性质较弱,对人体不会造成影响。由于采用50Hz的工作频率,输变电工程也会产生电磁感应现象,人体可以感觉得到。一个很明显的例子就是,在天气潮湿的情况下,人体接触到高压架空电线下工作着的未能接地的金属物体充电,会产生麻痛的感觉,这就是电磁感应现象,但是其能量非常小,类似冬天脱毛衣时产生的静电效应,不会对人体产生危害。

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