工频电场、磁场基础问答

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1、电场和磁场基础

本章会概述一些你需要知道的术语，让你对“电场、磁场”（EMF）有一个基础的认识；同时会将其他形式的电磁能量与“电场、磁场”做比较，并简要地讨论那些“场”会如何影响我们。

问：什么是“电场和磁场”（electric and magnetic fields）？

答：电场和磁场是存在于任何电气设备周围的不可见的电力线或磁力线。输电线，电线已经电气设备都会产生电场、磁场（EMF）。当然还有很多其他的“电场、磁场”源本手册主要关注的是“工频电场、磁场”（power-frequency EMF），即在电力生产、传输和使用过程中伴随其产生的电场和磁场。

电场是由电压产生，随着电压的升高电场强度也会增大。电场计量单位是“伏特每米”（V/m）；磁场是由线路或电气设备中的电流产生的，随着电流的增大磁感应强度也会增加，磁场计量单位是“高斯”（G）或“特斯拉”（T）。

对大多数电气设备而言，要产生磁场，其必须处于工作状态，有电流流动；电场却不一样，即便电气设备已经关闭，只要它的插头没有从电源插座中拔出，电场也会存在。电场、磁场瞬间增高的情况（有时称作瞬变电流）可能在电气设备打开和关闭时产生。

电场可以被导电物体屏蔽或减弱——即便是弱导体，包括树木、建筑和人体皮肤；但是磁场却不一样，他能够穿透绝大多数介质，因此它较难屏蔽。电场和磁场均随着与源的距离增加而迅速减小。

尽管电气设备、家用电器以及输电线路会同时产生电场和磁场，但从现在大多数研究来看，他们都主要关注磁场暴露带来的潜在健康影响。这样做的原因在于：一些流行病学调查通过评估磁场暴露，发现其与癌症增加有关联；但是电场暴露与癌症是没有联系的，很多电场暴露下的生物效应实验基本上都印证了这一观点。

电场和磁场的特征

电场和磁场可以用他们的波长、频率和振幅（强度）来描述。下面的图中就展示了一个交变电场或磁场的波形。场的方向从一个极向变化到了另外一个极向然后再变化回最开始时候的极向，我们把这样的一段时间称为一个周期。

波长用于描述两个相邻且同极向波峰之间的距离。场的频率，单位为赫兹（Hz），用于描述1秒钟之内周期出现的次数。在北美地区的电在1秒钟之内交变60次，也就是60Hz。在世界的其他地方电力频率为50Hz。

问：手册中的电场、磁场术语怎么使用？

答：文中所称的“电场、磁场”通常是指极低频的电场和磁场，例如在使用电力的时候伴随其产生的电场、磁场。当然“电场、磁场（EMF）”一词也可以有延伸的应用，包括用于低频或高频的电磁场。

手册中出现“电场、磁场”一词时，我们都是指的极低频的电场和磁场。频率范围从3到3000Hz（见第XX页），这个频段包含了工频（50或60Hz）场。与高频率不一样的是，在极低频（ELF）时，电场和磁场是不会相互耦合或相互关联的，因此，把它们称作“电场、磁场（EMF）”而不是称作“电磁场（electromagnetic fields）”是表述起来更为明确的。但是，在大众刊物中，你会发现这个两个词都在使用，都简写为“电磁场（EMF）”。

问：“工频电场、磁场”与其他形式的电磁辐射能量有什么不同？

答：X光、可见光、微波、无线电波以及“电场、磁场（EMF）”都是电磁能量。利用其频率特性，可以将不同形式的电磁能量区分开来。频率单位是赫兹（Hz）。“工频电磁、磁场（频率为50Hz或60Hz）”承载的能量微乎其微，没有任何电离效应，通常也没热效应（见第XX页）。正如各种化学效应会从不同渠道来影响我们身体一样，各种不同类型的电磁能量会产生各自不同的生物效应。

一些设备在使用会同时产生不同频率的电磁能量。例如，焊接过程中产生的电磁能量频率覆盖了从紫外线、可见光、红外线、射频段以及工频。微波炉工作时会产生频率为60Hz、强度为数百毫高斯的磁场，同时在微波炉内会产生频率高得多的微波能量（大约2.45GHz），通过屏蔽，我们免于暴露与高频场之下，但是60Hz的磁场我们却没有避开。

手机通过发射高频电磁场进行通讯，广播和电视的工作方式也类似。这些射频、微波场与输电线路、家用电器产生的极低频电场、磁场是完全不一样的。

问：交流电产生的电场、磁场和直流电产生的电场、磁场有什么区别？

一些设备既可以使用交流电也可以使用直流电。在美国大多数地区，如果将设备插头插入墙上的插座，那他使用的就是交流电，交流电在电线中不停的变换方向（每秒钟60次）。如果设备使用直流电，那么电流方向是不会改变的，这就会产生一个“静态的”或者说是稳态的磁场，也叫做直流电场。当然，一些电池供电的设备其功能之一就是为了能够产生时变电场。

问：当我暴露在“电场、磁场”中时，会有什么事情发生？

在大多数情况下，直流电不会在人体内感应出电流。但在一些工业环境当中，会存在强直流磁场，当人在其中走动时，直流磁场就会在人体内感应出显著的电流，这个电流对其他的一些因素更为重要，例如会对植入体内的医疗设备有潜在影响。（见第XX页以了解更多的关于心脏起搏器和其他医疗设备的内容）。

交流电产生的电场和磁场会在人体内产生微弱的电流。也称作“感应电流”。大多数关于“电场、磁场”可能影响人体健康的研究都着眼于交流感应电流。

电场：

当一个人站在高压输电线路下触摸一些能够导电的物体时，可能会感觉到轻微的触电感，这种感觉是由高压线产生的强电场造成的。这种情况只会在距离高

压线较近的范围内发生，因为电场随着与高压线距离的增大会迅速减弱。电场可以被建筑物、树木以及其他导体所屏蔽或进一步衰减。

磁场：

由交流电产生的交变磁场可以在人体内感应出很微弱的电流。但是不用紧张，感应电流的大小实在太小，比大脑、神经和心脏产生的生物电流小多了。

问：地球会产生“电场、磁场”吗？

当然会！地球也会产生“电场、磁场”，而且是静态磁场的形式，和直流电产生的“电场、磁场”类似。电场是由空气扰动和其他大气层活动引起的。地球磁场被认为是由地核中的电流引起的，其强度大概在500mG（或50μT）。由于地球产生的“电场、磁场”都是静态的，所以对于不动的物体而言，它们不会像交变电磁场那样在物体中感应出电流。但是如果物体在移动或者旋转，也是有感应电流产生的（切割磁力线）。