11484

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ ЗАЩИТЫ БИООБЬЕКТОВ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Лабораторная работа

Биология и генетика

Инженерно-технические методы и средства защиты от отрицательного воздействия на биообъекты (в первую очередь человека) электромагнитных полей направлены на прямое снижение интенсивности поля до допустимого уровня. Защита осуществляется либо за счет изменения пространственного распределения электромагнитного поля (например, за счет использования рельефа местности и лесопосадок), либо с использованием различных экранов. В последнем случае, наиболее используемым на практике

Русский

2016-09-07

64.5 KB

1 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ ЗАЩИТЫ БИООБЬЕКТОВ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Цель работы: Изучение защитного действия металлических экранов.

Инженерно-технические методы и средства защиты от отрицательного воздействия на биообъекты (в первую очередь человека) электромагнитных полей направлены на прямое снижение интенсивности поля до допустимого уровня. Защита осуществляется либо за счет изменения пространственного распределения электромагнитного поля (например, за счет использования рельефа местности и лесопосадок), либо с использованием различных экранов. В последнем случае, наиболее используемым на практике, возможно экранирование, как самого источника излучений, так и индивидуальное экранирование биообъекта. Экранирующее действие зависит от целого ряда факторов, таких как частота электромагнитного поля, материал экрана, геометрические параметры и конструкция экрана, пространственные неоднородности электромагнитного поля и др. В связи с этим применяют экраны различного типа: отражающие или поглощающие, сплошные или сетчатые, замкнутые или плоские.

Защитное действие металлических экранов, которое изучается в данной работе, основано на эффекте сильного затухания электромагнитной волны в металлах, связанном с высокой электропроводностью указанных сред. Если на поверхность металла падает из диэлектрической среды (например воздуха) электромагнитная волна чистотой f, то по мере распространения в металле, амплитуда данной волны А будет изменяться по закону

        (1)

где А0 - амплитуда падающей волны, Ах - амплитуда волны на расстоянии х от поверхности, Кi и - мнимая часть волнового вектора (коэффициент затухания волны) и глубина проникновения волны, определяемые соотношениями:

          (2)

,          (3)

- удельная электропроводность металла, - удельное сопротивление, -относительная магнитная проницаемость металла. Таким образам, зная материальные параметры металла и частоту ЭМП можно рассчитать глубину проникновения волны в металл и оценить экранирующее действие слоя металла толщиной х по отношению амплитуд волны Ах/А (рис. 1).


 

Рисунок 1.

Несмотря на то, что ф. (1-3) получены для падения плоской волны на границу раздела двух сред, их можно применять для оценки проникающего действия ЭМ излучения и определения защитных свойств экрана.

В данной работе источником электромагнитного поля служит катушка электромагнита, возбуждаемая генератором звуковых колебаний, а приемником - аналогичная катушка, соосно расположенная относительно первой. Генерируемые излучающей катушкой электромагнитные колебания вызывают в приемной катушке переменную ЭДС, измеряемую вольтметром. Амплитуда данной ЭДС пропорциональна амплитуде вектора напряженности магнитного поля и следовательно ее изменения соответствуют изменениям амплитуды поля А.

Часть I.  Исследование частотных характеристик металлического экрана

Порядок выполнения работы.

  1.  Подсоедините излучающую катушку к выходу генератора звуковых колебаний, а приемную - к вольтметру.  Включите генератор  и, изменяя его частоту в диапазоне 50 Гц - 10 кГц, снимите зависимость выходного сигнала U0 от частоты (в каждой декаде измерения проводить на 10 значениях частоты). Данные измерений занесите в таблицу 1.
  2.  Поместите излучатель и приемник в экранирующую металлическую трубку и повторите измерения. Данные занесите в табл. 1.
  3.  По данным табл. 1 рассчитайте степень ослабления поля данным экраном  n (дБ)= 20 lg U/U0 и постройте полученные зависимости n(f).
  4.  По формулам (1-3) рассчитайте глубину проникновения волны в металл для различных частот (данные занесите в таблицу 2), а также постройте на экспериментальных графиках теоретические зависимости n(f), приняв за Х удвоенную толщину экрана при одновременном экранировании излучателя и приемника и одинарную толщину d - при экранировании одного приемника. Выполните качественное сравнение результатов и сделайте выводы по работе.

Часть П. Изучение влияния толщины и материала экрана на степень ослабления электромагнитного поля

Порядок выполнения работы

  1.  Возьмите экраны, выполненные из одного материала, но с различной толщиной стенки d.
  2.  Установите частоту генератора f  = 200 Гц и, измеряя напряжение приемного сигнала U, определите зависимость напряжения U и степень ослабления сигнала n от толщины d стенки экрана. Данные занесите в таблицу 3.
  3.  Измените материал экрана и повторите измерения по пунктам 1-2. Данные занесите в таблицу 3.
  4.  Постройте графики зависимости n(d) по результатам эксперимента и сравните данную зависимость с теоретическим результатом (расчеты выполнить аналогично расчетам части I).

Таблица  1

№№ образца,   d материал          мм

f, Гц

U0, В

f, Гц

U, В

Таблица 2

Материал

f, Гц

, мм

Таблица 3

Материал

d, мм

U, В

n, дБ

Контрольные вопросы:

  1.  Объясните физические причины экранирующего действия металлов.
  2.  Оцените толщину экранирующего медного слоя для СВЧ поля (f = 1 ГГц)
  3.  Объясните установленные экспериментально зависимости степени ослабления поля от толщины экрана и его материала.

Литература:

Давыдов Б.И. Биологическое действие, нормирование и защита от электромагнитных  излучений. М., 1984 г.

Справочные данные

Электрические параметры биотканей

Удельноесопротивление /Омсм/

Диэлектрическая проницаемость

Частота, Гц

10

102

103

104

105

106

107

108

109

1010

Мышцы

960

107

890

8105

800

105

760

5104

170

2104

160

2103

150

---

100

70

75

50

12

40

Кровь

---

---

166

---

166

---

147

2800

147

2740

140

2040

190

200

82

72

64

58

9,3

50

Жировая ткань

5102   –    5103

1,5105             5104              2104

1250  –   4300       240  –  370

8 – 13           3 – 10         3,5 – 3,9

Удельная теплоемкость мышц – 3500 Дж/кгград

Постоянная Больцмана к = 1,3810-23 Дж/град

Постоянная Планка = 6,6210-34 Джс

Электрическая постоянная = 8,8510-12 Ф/м

Магнитная постоянная = 1,2610-6 Гн/м


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73709. Закон Джоуля-Ленца для участка цепи 387 KB
  Проводимость шариков много больше проводимости земного шара. Будем считать что в среде выполняется закон Ома в дифференциальной форме где проводимость среды в данной точке. Проводимость анизотропных сред. линейная проводимость квадратичная проводимость.
73710. Постоянное магнитное поле. Сила Лоренца 227.5 KB
  Постоянное магнитное поле. Можно полагать что в процессе движения заряд создает некоторое поле которое называется магнитное поле. Если один заряд или система зарядов создали поле с вектором то на другой заряд движущийся в этом поле действует сила. Поместим проводник в магнитное поле.
73713. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля 223 KB
  Рассмотрим провод с током выделим в нем прямолинейный участок и выделим в нем замкнутый контур. Выполним такое разбиение для каждого участка контура и просуммируем учтя что индукция магнитного поля созданного длинным проводом равна. Пусть теперь имеется много проводов и они пересекают поверхность натянутую на контур.
73715. Граничные условия для векторов и на границах раздела двух сред 384.5 KB
  Гаусса для вектора. Запишем поток вектора через поверхность. Устремим к нулю тогда где нормальная компонента вектора. получаем граничные условия вектора Выбреем замкнутый контур в виде прямоугольника со сторонами и и запишем теорему о циркуляции для вектора по данному замкнутому контуру.
73716. Парамагнетики. Диамагнетики. Ферромагнетики 164 KB
  Поместим наше тело во внешнее магнитное поле. Поле будем считать однородным. Суммарное поле будет больше. Если поместить атом во внешнее магнитное поле то электронная орбита начнет прецессироватьподробнее в лекции № 18.
73717. Уравнения кинематики манипулятора 1011.5 KB
  Манипулятор состоит из последовательности твердых тел (или звеньев), первое из которых соединено с опорной стойкой, а последнее снабжено рабочим инструментом