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环境电磁学

2023-03-13 15:59自然百科人已围观

[拼音]：huanjing diancixue

[外文]：environmental electromagnetism

环境物理学中新形成的一个分支学科，主要研究各种电磁污染的来源及其对人类生活环境的影响。电磁污染是指天然的和人为的各种电磁波干扰和有害的电磁辐射。

研究内容和现状

环境电磁学是以电磁学各分支学科为基础发展起来的。它的一个重要研究内容是研究和提高电子仪器和电气设备在强烈电磁波干扰的环境中工作的稳定性和可靠性。1943年成立的国际无线电干扰特别委员会(CISPR)，早就在测定方法、干扰标准和抑制技术等方面开展了研究工作。此后，随着电工、无线电技术的飞跃发展，抗干扰的研究不断取得成果。目前人们从环境科学的角度对这一问题也有了新的认识。

环境电磁学的另一重要研究内容是高强度电磁辐射的物理、化学和生物效应，特别是它对人体的作用和危害。由于无线电广播、电视以及微波技术等事业迅速普及，射频设备的功率成倍提高，地面上的电磁辐射大幅度增加，目前已达到可以直接威胁人身健康的程度。通常射频电磁辐射按频率划分为不同的频段（见附表）。在50年代美国、日本、苏联等国开始研究射频电磁辐射对机体的作用机理、危害程度和防护技术。60年代以来已有十多个国家先后制定了电磁辐射安全卫生标准。近年来就静磁场以及一般电磁场对人体的作用等问题做了进一步的研究。

中国自60年代以来，在监测、控制电磁干扰的影响以及探讨电磁辐射对机体的作用等方面已取得良好进展。截至1980年已制成射频电磁场近区场强测定仪、射频远区场强测定仪和干扰测量仪、微波漏能测试仪等测试仪器；初步确定了高频电磁辐射安全卫生标准；制定了微波辐射卫生标准。在防护技术上也有了很大提高。

电磁污染源

影响人类生活环境的电磁污染源可分天然的和人为的两大类。

天然的电磁污染是某些自然现象引起的。最常见的是雷电，除了可能对电气设备、飞机、建筑物等直接造成危害外，而且会在广大地区从几千赫到几百兆赫以上的极宽频率范围内产生严重电磁干扰。火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等都会产生电磁干扰。天然的电磁污染对短波通信的干扰特别严重。

人为的电磁污染主要有：

（1）脉冲放电。例如切断大电流电路时产生的火花放电，其瞬时电流变率很大，会产生很强的电磁干扰。它在本质上与雷电相同，只是影响区域较小。

（2）工频交变电磁场。例如在大功率电机、变压器以及输电线等附近的电磁场，它并不以电磁波形式向外辐射，但在近场区会产生严重电磁干扰。

（3）射频电磁辐射。例如无线电广播、电视、微波通信等各种射频设备的辐射，频率范围宽广，影响区域也较大，能危害近场区的工作人员。目前，射频电磁辐射已经成为电磁污染环境的主要因素。重要的污染源如图 1所示。

电磁污染的防护

电磁污染传递途径有二：一是通过空间直接辐射；二是借助电磁耦合由线路传导。电磁辐射的防护手段是在电磁场传递的途径中安设电磁屏蔽装置，使有害的电磁场强度降低至容许范围以内。电磁屏蔽装置一般为金属材料制成的封闭壳体。当交变的电磁场传向金属壳体时，一部分被金属壳体表面所反射，一部分在壳体内部被吸收，这样透过壳体的电磁场强度便大幅度衰减。电磁屏蔽的效果与电磁波频率、壳体厚度和屏蔽材料特性等有关。一般地说，频率越高，壳体越厚，材料导电性能越好，屏蔽效果也就越大。电磁屏蔽可分有源场屏蔽和无源场屏蔽两类。前者是把电磁污染源用良好接地的屏蔽壳体包围起来，以防止它对壳体外部环境的影响；后者则是用屏蔽壳体包围需要保护的区域，以防止外部的电磁污染源对壳体内部环境产生干扰。

对于不同的屏蔽对象和要求，应采用不同的电磁屏蔽装置或措施。主要有：

（1）屏蔽罩。对小型仪器或器件适用，一般为铜制或铝制的密实壳体。对于低频电磁干扰，则往往用铁或铍钼合金等铁磁性材料制作壳体，以提高屏蔽效果。在低温条件下进行精密电磁测量，用超导材料可以起完满的电磁屏蔽作用。

（2）屏蔽室。对大型机组或控制室等适用，一般为铜板或钢板制成的六面体。当屏蔽要求较低时，可用一层或双层金属细网来代替金属板。

（3）屏蔽衣、屏蔽头盔和屏蔽眼罩。用于个人防护，主要保护微波工作人员。屏蔽衣和屏蔽头盔内夹有铜丝网或微波吸收材料。屏蔽眼罩通常为三层结构，中间一层为铜丝网（图2）。