Физика в быту

Как уже говорилось, излучение электромагнитных волн радиотехническими устройствами становится существенным при достаточно высоких частотах изменения полей: выше 30 тысяч герц (30 кГц). С этой частоты начинается отсчёт частотных диапазонов радиовещания. Со стороны высоких частот радиодиапазон граничит с инфракрасным диапазоном (частота около 300 миллиардов герц, то есть 300 ГГц). Всему диапазону радиочастот соответствуют длины волн в вакууме от 10 км до 0,1 мм.

Конечно, радиоволны могут иметь длины волн и больше 10 км, но излучение сверхдлинных волн – технически очень сложная задача, так как с ростом длины волны увеличиваются размеры излучающих антенн. Сверхдлинные волны использовались для связи с подводными лодками, так как более короткие волны сильно поглощаются морской водой. Но из-за крайне высокой технической сложности передатчики сверхдлинных волн были только в СССР и США.

Влияние переменных полей на человека усиливается с ростом частоты, поэтому среди радиоволн особо выделяют диапазон микроволн, или сверхвысокочастотный (СВЧ) диапазон. Ему соответствуют частоты выше 300 миллионов герц (300 МГц) и длины волн менее 1 м. Источники микроволн – это спутниковое телевидение, мобильные телефоны, радионяни, беспроводные наушники, спутниковая навигация, микроволновые печи, беспроводные компьютерные сети. В общем, самые необходимые в современной жизни устройства.

При высоких интенсивностях радиоизлучения могут представлять опасность для здоровья, а при малых интенсивностях быть даже полезными. Так, в медицине применяют УВЧ-терапию: воздействие на очаг воспаления слабым электромагнитным излучением дециметрового диапазона (это самый «мягкий» вариант микроволн, называемый ультравысокими частотами). Наиболее вредным для организма человека является более высокочастотное СВЧ-излучение сантиметрового диапазона (частоты от 3 до 30 ГГц).

Отметим ещё, что глубина проникновения микроволн в ткани организма с ростом частоты становится всё меньше и меньше (так называемый скин-эффект), что связано с более сильным поглощением энергии волны в организме на каждом отрезке пути. Если частота излучения возросла в 4 раза, глубина проникновения уменьшилась в 2 раза; если частота возросла в 100 раз, глубина проникновения уменьшилась в 10 раз. Волны метрового диапазона (частота меньше 300 МГц) пронизывают всё тело. При частотах в районе 1–3 ГГц глубина проникновения излучений в биологические ткани составляет несколько сантиметров (именно поэтому пища в микроволновке, работающей на частоте 2,45 ГГц, греется в слое толщиной несколько см, оставаясь холодной внутри). При частотах выше примерно 10 ГГц практически всё излучение поглощается в поверхностном слое тела.

Механизмы действия и нормирование радиоизлучений

Переменное электрическое поле волны возбуждает индукционные токи в проводящих тканях организма (кровь, лимфа, слизистые, хрусталик…). При достаточно низких частотах (менее 1 МГц) на мышцы и нервы воздействуют сами эти токи. А при более высоких частотах механизмом воздействия становится нагревание тканей индукционными токами – подобно тому, как индукционная плита нагревает еду в кастрюле. Организм спасается от перегрева путём дополнительного притока крови к нагретым тканям. Но некоторые органы не содержат кровеносных сосудов или их очень мало, и этот механизм терморегуляции не срабатывает. Так, хрусталик лишён кровеносных сосудов, и СВЧ-облучение может привести к его помутнению и разрушению. По той же причине уязвимы для микроволн мозг, желчный пузырь, мочевой пузырь и желудочно-кишечный тракт: отток теплоты от этих органов с помощью кровотока затруднён.