第7章电磁污染与防治

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电磁场屏蔽主要是依靠屏蔽体的反射和吸收 起作用。
(1)吸收:电损耗、磁损耗及介质损耗等共同 组成了屏蔽体的吸收作用。通过这些损耗在屏蔽 体内转化为热消耗,从而达到阻止电磁辐射和防 止电磁干扰的目的。
一. 电磁波的周期、频率、波长和波速
电磁振荡产生电磁波,各种电磁波的频率 与波长不同,在空气中均以光速传播 c=2.993× 108m/s。
周期是指电磁波发生一次完全振动所需要 的时间,单位是s,周期与频率互为倒数。
频率是电磁波每一秒振动的次数,单位是 Hz。微波的频率很高,常用KHz,MHz等表示。
电磁波谱图
6.2.3 射频电磁场与电磁辐射的量度 单位
一般交流电的频率在50Hz左右,当交流电 的频率达到105Hz以上时,其周围就形成了高 频率电场和磁场,即射频电磁场,通常将每 秒钟振荡十万次以上的交流电称为高频电流, 因此射频电磁场也称高频电磁场。
射频电磁场是非电离辐射,其电子能量在 1.2 x10-6~4 x10-4eV,没有电离作用。初期 多应用在无线电广播事业中,故又称为无线 电波。通常射频电磁场按频率划分不同的频 段。其中低—高频段应用的对象为无线电广 播,甚高频段应用的对象为电视,特高—极 高频段应用对象为微波技术。
we
1
2
E2
we 电场能量密度,J/m3 ε介电常数,F/m
E电场强度,V/m
磁场中所具有的能量可用磁场中各点的能 量密度来表示,即
wm

1
2
H2
wm 磁场能量密度,J/m3 μ磁导率,H/m
H磁场强度,A/m
电磁场的能量密度 w 等于各点电场能量和 磁场能量之和,即
w we wm
4.电磁波在不同介质中的衰减
均匀介质(如空气)中,由于没有能量损耗, 电磁波的波形不随距离改变。电场和磁场在 时间上同相,在空间上互相垂直,均做正弦 函数形式的周期性变化,而且也都与传播方 向垂直。
电磁波在无耗损介质中的传播
金属等传导介质有大量自由电子,在电磁 场的作用下形成定向运动而产生电流,形成 的电流在传导介质中做功产生焦耳热,引起 电磁波能量的损耗、衰减。金属电导率很大, 导体内的电荷密度为零,电荷只能分布在导 体的表面层,加之电磁波在导体内强烈衰减, 不能深人到导体内层,所以,电磁波在传导 介质中的传播,实际上只在传导介质的表面 层或界面上进行。电磁波在传导介质中传播 会强烈衰减。
1.近区场 以场源为零点或中心,在1/6波长范围之
内的区域称为近区场。由于近区场的作用方 式为电磁感应,故又称为感应场,感应场内 的电磁能量随着与场源距离的增大而较快衰 减。近区场具有如下特性:
(1)在近区场内,电场强度E与磁场强度H的大 小无确定的比例关系。电场强度值较大时磁 场强度比较小;槽路线圈等部位附近,磁场 强度值很大而电场强度值则很小。高电压小 电流的场源(如天线、馈线等)电场强度比磁 场强度大得多,低电压大电流的场源(如电流 线圈)磁场强度则大于电场强度。
天然的电磁辐射来源
人工的电磁辐射来源
三、电磁辐射的危害
电磁辐射对人体的健康、生态环境以及装置设备 都能产生影响和危害。
对人健康的危害的因素与辐射源、周围环境及受 体差异有关,主要是频率、电磁场强度、波形、与 辐射源的距离、照射时间与累计频次影响人体健康。
按对人体危害程度由大到小顺序排列,依次为微 波、超短波、短波、中波、长波,即波长越短,危 害越大。
(2)按照屏蔽的内容分为电磁屏蔽、静电屏蔽和磁屏 蔽三种。
电磁屏蔽采取一定的措施以消除电磁感应的影响;
静电屏蔽是利用静电场的特性,使电场线终止于 屏蔽体的表面上,从而抑制电场的干扰;
磁屏蔽是用高磁导率材料制成的磁屏蔽体将磁场 封闭在内,以防止电磁辐射的危害。实际防治工作 中采用最多的是电磁屏蔽。
2.电磁场屏蔽机理
2.磁场(H)
在电流通过的导体周围所产生的具有磁力的 场称为磁场。若通过导体的是直流电,相应 产生的磁场是恒定的;若通过的电流是交流 电,则产生的磁场是变化的。磁场频率随着 电场频率的变化而变化,两者大小呈正比关 系。
7.2.2 电磁场与电磁辐射
交变的电场周围会产生电场,交变的磁场 周围也会产生新的磁场,它们相互作用,方 向相互垂直,并与自己的运动方向垂直。这 种交替产生的具有电场和磁场作用的物质空 间,称为电磁场。电磁场以一定速度在空间 传播,在其传播过程中不断向周围空间辐射 能量,此能量wenku.baidu.com为电磁辐射,也称为电磁波。
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7.2 电磁辐射基础
7.2.1 电场与磁场
1. 电场(E) 电荷存在于一切物体之中,通常正负电荷的作用
正好相互抵消,所以觉察不到。凡是有电荷的地方, 四周就存在电场,即任何电荷都在自己周围空间激 发电场,而电荷与电荷之间通过电场发生相互作用, 电荷与电场时不可分割的整体。静止电荷周围的电 场称为静电场,运动电荷周围的电场称为动电场, 起电的过程就是电场建立的过程。
②在作业人员层面(包括其工作环境)所采取 的防护措施。增加电磁波在介质中的传播衰 减,使到达人体时的场强和能量水平降低到 电磁波照射卫生标准以下。
二、电磁辐射防治的基本方法
(一)屏蔽 1.屏蔽的分类 屏蔽是指采取—切可能的措施将电磁辐射的作 用与影响限定在一个特定的区域内。 (1)按照屏蔽的方法分为主动场屏蔽与被动场屏蔽。 区别在于场源与屏蔽体的位置不同。前者场源位于 屏蔽体之内,用来限制场源对外部空间的影响;后 者场源位于屏蔽体之外,主要用于防治外界电磁场 对屏蔽室内的影响。
E 0 / 0 H 120 H 377H
μ0 真空中的磁导率,H/m ε0 真空中的介电常数,F/m
(2)电场E与磁场H相互垂直,并且都与传播 方向垂直。
(3)电磁波在真空中的传播速度为
c 1 3108 m / s
0 0
三.电磁场的能量
电场中所具有的能量可用电场中各点的 能量密度来表示,即
波长是电磁波在一个周期内所经过的距离, 单位有Å(埃),μm(微米)或m(米)。
1m=106μm=1010Å
电磁波的传播速度与所处介质的电和磁的 特性有关,其影响参数有介质的介电常数ε 和磁导率μ。
相对介电常数是同一平板电容器在含有某 种介质εr时的电容量与真空电容量之比。真 空介电常数ε0=8.85×10-12F/m,通常以真空 值代替空气值。
1 (
2
E2 H2)
四. 电磁波的传播特性
1. 电场分量和磁场分量 若作简谐振动的电磁波沿着z方向传播,作x
分量的电场Ex的表达式为
Ex Em cos(t kz)
Em 电磁波的振幅,V/m
k 2 2 v
y分量的磁场Hy的表达式为
Hy

Ex

Ex
第7章 电磁污染与防治
7.1 概述
一、电磁电磁环境和电磁辐射污染
电磁环境 指某个存在电磁辐射的空间范围。电 磁辐射以电磁波的形式在空间环境中传播,不能静 止的存在于某个空间。人类生活的环境中充满了电 磁辐射。
二、电磁辐射污染源 1. 电磁辐射污染源的种类
天然的电磁辐射源,又称为宇宙射线。 人工电磁场源。
(2)近区场电磁场强度比远区场的要大得多, 且近区场电磁场强度比远区场电磁场强度的 衰减速度快。
(3)近区场电磁感应现象与场源密切相关, 近区场不能脱离场源而独立存在。
2.远区场
在1/6波长范围之外的区域称为远区场,由于该 区域内的电磁波以辐射状态出现,故又称为辐射场。 远区场按自己的规律运动变化;远区场电磁辐射强 度随距离衰减比近区场缓慢。具有如下特性: (1)远区场的电场强度与磁场强度有固定的关系, 即
电磁波在有耗损介质中的传播
电磁波在良导体(金属)中衰减很快,通常只能在 表面层或界面上传播,尤其在频率很高的情况下, 只能透人良导体中一薄层。电磁波能够穿入金属的 深度常用趋肤厚度(又称穿透深度)来表示,即
1 f
穿透深度,m
μ介质的磁导率,H/m
介质的电导率,m/s
5. 电磁波的反射和透射 电磁波在传播中遇到分界面时会发生反射和透射
国际电磁辐射标准:目前,大约有20个国 家制定了工频电场的电磁辐射标准,少数国 家制定了工频磁场卫生标准,国际辐射防护 协会制定了射频电磁辐射标准,无线电通信 标准以及磁场标准。
7.4 电磁辐射污染的防治
一、电磁辐射防护基本原则 制订电磁辐射防护技术措施的基本原则是:
①主动防护与治理,即抑制电磁辐射源,包括所有 电子设备以及电子系统。包括:设备的合理设计; 加强电磁兼容性设计的审查与管理;做好模拟预测 和危害分析工作等。
②被动防护与治理,即从被辐射方着手进行防护, 包括:采用调频、编码等方法防治干扰;对特定区 域和特定人群进行屏蔽保护。
根据电磁辐射防护技术原则,可将电磁辐 射防护的形式分为两大类:
①在泄漏和辐射源层面采取防护措施。减少 设备的电磁漏场和电磁漏能,使泄漏到空间 的电磁场强度和功率密度降低到最小程度。
射频电磁场的频段不同,其测量采用的单 位也有所不同。高频(100 kHz—30MHz)与甚 高频(30—300 MHz)的电场强度用V/m、mV/ m、 μV/m或分贝表示。特高频(>300 MHz)是 以功率密度量度,其单位为W/cm2、mW/cm2 或μW/cm2。
7.3 电磁辐射的防护标准
我国自20世纪80年代以来先后制定了作 业场所电磁辐射安全卫生标准、电磁辐射环 境安全卫生标准和干扰控制标准三类标准。
Hy
——介质的本征阻抗
2. 电磁波的传播方向
电场强度E和磁场强度H互相垂直的关系 可以用右手螺旋法则来描述,即右手四指由 电场强度方向转向磁场强度方向时,垂直伸 直的大拇指的方向就是电磁波的传播方向, 用矢量S来表示
S=E×H
3.波的极化 指电场E的取向,由电场的方 向来决定。电场的水平分量和垂直分量的相 位相同或相反时为直线极化波;电场的水平 分量和垂直分量振幅相等,而相位相差90° 或者270 °则称为圆极化波;若电场两个分 量的振幅和相位都不相等,则为椭圆极化波。 工程上常使用的是直线极化波与圆极化波。
磁导率是描述介质对磁场的影响,相对磁 导率μr是介质磁导率与真空磁导率之比。真 空磁导率μ0=1.257×10-6H/m
电磁波在介质中传播的速度v
v c0
r r
C0真空中的光速2.993×108m/s 定义空气中εr 和μr的值均为1 电磁波的波长与频率的关系为
c
f
二.场区分类及其特点
d
dk
7. 电磁波谱
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和7 射线等都是电磁波,但各自的频率(或波长)不同, 按其频率(或波长)的大小依次排列成谱图,即为电 磁波谱。
所有交流电磁场都处于电磁波的频谱中。无线电 波波长为10 000m至0.1mm,在电磁波谱中占有很大 的频段,按频率高低(即波长的长短)可以将无线电 波再进行划分。继无线电波之后为红外线、可视线、 紫外线,X射线等。
电磁波的反射和透射
平面波在理想的导电平面上垂直入射时, 其反射系数R和传输系数(透射系数)T分别 为
R 1 2 1 2
T 2 2 1 2
6. 电磁波的相速与群速 电磁波相位变化称为相速度vp,

vp k
电磁波信号传播的速度,即能量传播的速度
称为群速度vg
vg

射频电磁场的频率
电磁辐射的量度单位
1.电场强度E 电场强度是用来表示电场中各点电场的强弱和方
向的物理量,用单个电荷在电场中所受到的力的大 小来衡量,同一电荷在电场中所受力大的地方其场 强就大,反之场强就弱。电场强度的表示单位一般 用V/m(伏/米)、mV/m(毫伏/米)和μ V/m(微伏 /米)表示。
在表示电场干扰大小时,常用dB(分贝)来衡量, 在微波领域,电磁场的强弱常用功率密度来表示, 如W/m2(瓦/厘米2)、 mW/m2(毫瓦/厘米2)和 μ W /m2(微瓦/厘米2)。
2.磁场强度H
磁场强度与电介质中的电位移矢量相对应。 磁场强度的单位通常用A/m(安/米)、mA/ m(毫安/米)、μA/m(微安/米)表示。
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