Токи высокочастотные: Высокочастотный ток — переменный электрический ток высокой частоты

Высокочастотные токи. Скин-эффект

Свойства быстропеременных токов

Определение 1

Токами высокой частоты считают токи, которые имею частоту выше, чем $10000 Гц$. Для этих токов не выполняются условия квазистационарности. В процессе протекания такого тока по проводнику, в проводнике появляются вихревые токи, которые порождаются изменениями магнитного поля с высокой скоростью.

Изменения магнитного поля в проводнике происходят такие, что на его оси вихревой ток имеем направление встречное к основному току, а у поверхности проводника течение этого тока совпадает с направлением основного тока. Значит, ток высокой частоты имеет непостоянную плотность по поперечному сечению. Плотность тока в центре сечения проводника почти равна нулю. Она увеличивается при движении в направлении к наружной поверхности. При очень высокой частоте ток течет по тонкому наружному слою проводника.

Сейчас токи высокой частоты широко применяются. Высокочастотные плавильные печи применяют для быстрого прогрева металлических тел. С помощью высокочастотных токов проводят закаливание стальных деталей. Объект на короткое время размещают внутри катушки с током высокой частоты. Поверхностный слой детали разогревается вихревыми токами, ее внутренность при этом остается холодной. Деталь вынимают из катушки, внутренняя часть быстро отнимает тепло у поверхностного слоя, поверхность быстро охлаждается и закаляется. Глубину прогрева регулируют временем выдержки детали в катушке и частотой тока. После такой процедуры поверхность детали становится твердой и прочной, внутри металл сохраняет упругость и пластичность.

Готовые работы на аналогичную тему

Скин —эффект

Определение 2

Постоянный ток по поперечному сечению проводника распределяется равномерно. У переменного тока из-за индукционного взаимодействия разных элементов тока проходит перераспределение плотности тока по поперечному сечению проводника. Явление, при котором ток преимущественно сосредотачивается в поверхностном слое проводника, называется скин-эффектом.

Пусть мы имеем цилиндрический проводник, по которому течет ток. Вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Силовые линии этого поля — концентрические окружности, центр которых лежит на оси проводника. Если силу тока увеличить, то повысится индукция магнитного поля, но форма силовых линий не изменится. Соответственно, производная $\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}$ направлена по касательной к линии индукции магнитного поля, линии производной также — окружности, которые совпадают с силовыми линиями. Мы знаем из закона электромагнитной индукции, что:

Вектор напряженности индукционного поля в областях расположенных ближе к оси проводника имеет направление противоположное вектору напряженности электрического поля, которое создает ток, в дальних областях направления этих векторов совпадают. В результате плотность тока уменьшается около оси и увеличивается ближе к поверхности проводника, то есть появляется скин-эффект.

В металлах в виду их высокой проводимости током смещения можно пренебречь в сравнении с током проводимости. Из-за чего проникновение магнитного поля в металл аналогично процессу диффузии в математическом отношении. За основу возьмем уравнение (1) и уравнение (2):

Используем закон Ома:

приравняем правые части выражений (2) и (3) и продифференцируем полученное выражение, в результате имеем:

Или учитывая формулу (1):

Используем известные соотношения:

окончательно получим:

Если ток течет по однородному бесконечному проводнику, который занимает полупространство y$>$0 вдоль оси X, причем поверхность проводника плоская, и можно записать:

В таком случае уравнение (7) преобразуется к виду:

Можно предположить, что:

Подставив выражение (11) в уравнение (10) получим:

Решением уравнения (12) является функция:

где $\alpha =\sqrt{\frac{\omega \sigma {\mu }_0\mu }{2}}$. Возьмем действительную часть выражения (13) и перейдем к плотности тока, используя закон Ома, получим:

Если считать, что амплитуда плотности тока $j_0=j_x\left(0,0\right)$, то выражение (14) примет вид:

Толщина скин-слоя

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. На расстоянии $\triangle =\frac{1}{\alpha }\ \ от\ поверхности\ $она становится в e раз меньше. Почти весь ток находится в $\triangle $ слое, который называют толщиной скин — слоя. Толщина скин — слоя равна:

При высокой частоте тока толщина скин — слоя весьма мала.

Пример 1

Задание: Во сколько раз уменьшится толщина скин — слоя меди, если ${\omega }_1={10}^4с^{-1}$, а ${\omega }_2={10}^6с^{-1}$.

Решение:

Толщина скин — слоя проводника рассчитывается по формуле:

\[\triangle =\sqrt{\frac{2}{\sigma \mu {\mu }_0\omega }}\left(1.1\right).\]

Если дважды записать выражение (1.1) для разных частот тока, то получим:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}}\left(1.2\right).\]

Проведем вычисления:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{10}^6}{{10}^4}}=10.\]

Ответ: Толщина уменьшится в 10 раз.

Пример 2

Задание: Почему при высокой частоте тока можно убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только проводящую оболочку?

Решение:

Как было показано в предыдущем примере, с увеличением частоты тока, глубина слоя в котором распространяется ток, становится очень небольшой. То есть ток течет лишь в малой части поперечного сечения проводника около его поверхности (скин — эффект). Следовательно, ничего не изменится, если убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только цилиндрическую оболочку толщиной скин — слоя. Если проводник толстый, а частота его невелика, то ток течет по всему поперечному сечению и только немного ослабевает к оси провода. Так, при технической частоте в $50 Гц$ скин — эффект в обычных проводниках выражается очень слабо.

Воздействие токов высокой частоты и индукционного нагрева на здоровье.

14 октября 2013

По утверждению Теслы, год, проведенный им в Питсбурге, был потерян для исследовательских работ в области многофазных токов. Возможно, что это утверждение близко к истине, но возможно и то, что именно этот год стал началом дальнейших творческих успехов изобретателя. Дискуссия с инженерами завода Вестингауза не прошла бесследно. Обоснование предложенной им частоты переменного тока в 60 периодов требовало более тщательного анализа экономической эффективности применения как меньших, так и более высоких частот. Научная добросовестность Теслы не позволяла ему оставить этот вопрос без тщательной проверки.

Возвратившись в 1889 году из Европы, он принялся за конструирование генератора переменного тока большой частоты и вскоре создал машину, статор которой состоял из 348 магнитных полюсов. Этот генератор давал возможность получать переменный ток с частотой в 10 тысяч периодов в секунду (10 кГц). Вскоре ему удалось создать и еще более высокочастотный генератор и начать изучение различных явлений при частоте 20 тысяч периодов в секунду.

Исследования показали, что по мере увеличения частоты переменного тока можно значительно уменьшить объем железа в электромагнитных электродвигателях, а начиная с определенной частоты, можно создавать электромагниты, состоящие из одних только обмоток, вообще без железа в катушках. Двигатели, созданные из таких электромагнитов без железа, были бы чрезвычайно легкими, но во многих других отношениях неэкономичны, и уменьшение затрат металла не окупалось бы из-за значительного увеличения потребления электроэнергии.

Исследуя широкий диапазон частот переменного тока первоначально в пределах, которые могли бы быть применены в многофазной системе (25-200 периодов в секунду), Тесла вскоре перешел к изучению свойств и возможностей практического использования токов повышенных (10-20 тысяч периодов в секунду) и высоких (20-100 тысяч периодов в секунду) частот. Для получения значительно большего числа периодов и значительно более высоких напряжений, чем это могло быть достигнуто созданными им генераторами токов высокой частоты, необходимо было найти и опереться на иные принципы. Хорошо знакомый с мировой литературой по электрофизике и электротехнике, Тесла изучил работу знаменитого американского физика Джозефа Генри, высказавшего еще в 1842 году предположение, что при некоторых электрических разрядах (в том числе и разряде лейденской банки) имеются не только «главные разряды», но и встречные, причем каждый последующий несколько слабее предыдущего. Так было впервые замечено существование затухающего двухстороннего электрического разряда.

Тесла знал и о том, что спустя одиннадцать лет после Генри английский физик лорд Кельвин экспериментально доказал, что электрический разряд конденсатора есть процесс двухсторонний, продолжающийся до тех пор, пока энергия его не будет израсходована на преодоление сопротивления среды. Частота этого двухстороннего процесса достигает 100 миллионов колебаний в секунду. Искра между шариками разрядника, кажущаяся однородной, в действительности состоит из нескольких миллионов искр, проходящих в короткий промежуток времени в обе стороны.

Кельвин дал математическое выражение процесса двухстороннего разряда конденсатора. Позднее Феддерсон, Шиллер, Кирхгоф, Гельмгольц и другие исследователи не только проверили правильность этого математического выражения, но и значительно дополнили теорию электрического разряда. Знаком был Тесла и с работами Антона Обербанка, наблюдавшего явление электрического резонанса, то есть процесс резкого возрастания амплитуды (размаха) колебаний при приближении частоты внешнего колебания к частоте собственные внутренних колебаний системы.

Хорошо известны были ему и опыты Герца и Лоджа, занимавшихся изучением электромагнитных волн. Особенно большое впечатление на Теслу произвели эксперименты Генриха Герца, подтвердившие теоретические предположения Джемса К. Максвелла о волновой природе электромагнитных явлений. Надо заметить, что в работах Герца Тесла впервые нашел указание на явление так называемых «стоячих электромагнитных волн», то есть волн, накладывающихся одна на другую так, что они в одних местах усиливают друг друга, создавая «пучности», а в других уменьшают до нуля, создавая «узлы».

Зная все это, Никола Тесла в 1891 году закончил конструирование прибора, сыгравшего исключительную роль в дальнейшем развитии самых различных отраслей электротехники и особенно радиотехники. Для создания токов высокой частоты и высокого напряжения он решил воспользоваться известным свойством резонанса, то есть явлением резкого возрастания амплитуды собственных колебаний какой-либо системы (механической или электрической) при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. На основании этого известного явления Тесла создал свой резонансный трансформатор.

Действие резонансного трансформатора основано на настройке в резонанс его первичного и вторичного контуров. Первичный контур, содержащий как конденсатор, так и индукционную катушку, позволяет получить переменные токи весьма высокого напряжения с частотами в несколько миллионов периодов в секунду. Искра между шариками разрядника вызывает быстрые изменения магнитного поля вокруг первичной катушки вибратора. Эти изменения магнитного поля вызывают возникновение соответствующего высокого напряжения в обмотке вторичной катушки, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки, причем частота переменного тока в ней соответственно количеству искровых разрядов достигает нескольких миллионов перемен в секунду.

Наибольшей величины частота достигает в момент, когда периоды первичной и вторичной цепи совпадают, то есть когда наблюдается явление резонанса в этих цепях.

Тесла разработал очень простые методы автоматической зарядки конденсатора от источника тока низкого напряжения и разрядки его через трансформатор с воздушным сердечником. Теоретические расчеты изобретателя показали, что даже при самых незначительных величинах емкости и индукции в созданном им резонансном трансформаторе при соответствующей настройке можно получить путем резонанса весьма высокие напряжения и частоты.

Открытые им в 1890 году принципы электрической настройки резонансного трансформатора и возможность изменять емкость для изменения длины волны электромагнитных колебаний, создаваемых трансформатором, стали одним из наиболее важных оснований радиотехники, а мысли Теслы об огромной роли конденсатора и вообще емкости и самоиндукции в развитии электротехники оправдались.

При создании резонансного трансформатора пришлось решить еще одну практическую задачу: найти изоляцию для катушек сверхвысокого напряжения. Тесла занялся вопросами теории пробоя изоляции и на основании этой теории нашел лучший способ изолировать витки катушек — погружать их в парафиновое, льняное или минеральное масло, называемое теперь трансформаторным. Позднее Тесла еще раз возвратился к разработке вопросов электрической изоляции и сделал весьма важные выводы из своей теории.

Едва начав опыты с токами высокой частоты, Никола Тесла ясно представил себе огромные перспективы, открывавшиеся перед человечеством при широком использовании токов высокой частоты. Направление работ Теслы свидетельствует о необычайно разносторонних выводах, которые он сделал из своего открытия.

Прежде всего, он пришел к убеждению, что электромагнитные волны играют исключительно важную роль в большинстве явлений природы. Взаимодействуя друг с другом, они либо усиливаются, либо ослабляются, либо вызывают новые явления, происхождение которых мы иногда приписываем совершенно другим причинам. Но не только электромагнитные излучения играют огромную роль в самых различных явлениях природы. Тесла интуицией большого ученого понял значение различных излучений еще до замечательных открытий радиоактивных элементов. Когда позднее, в 1896 году, Анри Беккерель, а затем Пьер и Мария Кюри открыли это явление, Тесла нашел в этом подтверждение своих предвидений, высказанных им еще в 1890 году.

Огромное значение переменных токов в развитии промышленности, получившей, наконец, необходимый ей электродвигатель, стало ясно Николе Тесле при первом же знакомстве с преимуществами трехфазного тока, требующего для его передачи всего лишь три провода. Для Теслы уже в то время было несомненно, что должен быть открыт способ передачи электроэнергии и вовсе без проводов, с помощью электромагнитных волн. Эта проблема привлекла внимание Теслы, стала предметом его занятий еще в конце 1889 года.

Однако практическое применение токов высокой частоты для самых разнообразных целей требовало изучения на первый взгляд самых различных, не связанных между собой вопросов. Эти-то эксперименты в широком масштабе и начал проводить в своей лаборатории Никола Тесла.

Начав систематические опыты с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла должен был прежде всего разработать меры защиты от опасности поражения электрическим током. Эта частная, вспомогательная, но весьма важная задача привела его к открытиям, заложившим основу электротерапии — обширной области современной медицины.

Ход мыслей Николы Теслы был чрезвычайно оригинален. Известно, рассуждал он, что постоянный ток низкого напряжения (до 36 вольт) не оказывает вредных действий на человека. По мере повышения напряжения возможность поражения быстро возрастает.

С увеличением напряжения, поскольку сопротивление тела человека практически неизменно, сила тока так же увеличивается и достигает при 120 вольтах угрожающей величины. Более высокое напряжение становится опасным для здоровья и жизни людей.

Иное дело ток переменный. Для него предел опасного напряжения значительно выше, чем для постоянного, и этот предел отодвигается с повышением частоты. Известно, что электромагнитные волны очень высокой частоты не оказывают никакого болезненного действия на человека10. Пример тому свет, воспринимаемый при нормальной яркости здоровым глазом без всяких болезненных ощущений. В пределах каких же частот и напряжений переменный ток опасен? Где начинается зона безопасного тока?

Шаг за шагом исследовал Тесла действие переменного электрического тока на человека при разных частотах и напряжениях. Опыты он проводил на самом себе. Сначала через пальцы одной руки, затем через обе руки, наконец, через все тело пропускал он токи высокого напряжения и высокой частоты. Исследования показали, что действие электрического тока на человеческий организм складывается из двух составляющих: воздействия тока на ткани и клетки нагревом и непосредственного воздействия тока на нервные клетки.

Оказалось, что нагревание далеко не всегда вызывает разрушительные и болезненные последствия, а воздействие тока на нервные клетки прекращается при частоте свыше 700 периодов, аналогично тому, как слух человека не реагирует на колебания свыше 2 тысяч в секунду, а глаз — на колебания за пределами видимых цветов спектра.

Так была установлена безопасность токов высоких частот даже при высоких напряжениях. Более того, тепловые действия этих токов могли быть использованы в медицине, и это открытие Николы Теслы нашло широкое применение; диатермия, лечение УВЧ и другие методы электротерапии есть прямое следствие его исследований. Тесла сам разработал ряд электротермических аппаратов и приборов для медицины, получивших большое распространение как в США, так и в Европе. Его открытие было затем развито другими выдающимися электриками и врачами.

Однажды, занимаясь опытами с токами высокой частоты и доведя напряжение их до 2 миллионов вольт, Тесла случайно приблизил к аппаратуре медный диск, окрашенный черной краской. В то же мгновение густое черное облако окутало диск и тотчас поднялось вверх, а сам диск заблестел, словно чья-то невидимая рука соскоблила всю краску и отполировала его.

Удивленный Тесла повторил опыт, и снова краска исчезла, а диск сиял, поддразнивая ученого. Повторив десятки раз опыты с разными металлами, Тесла понял, что он открыл способ их очистки токами высокой частоты.

«Любопытно, — подумал он, — а не подействуют ли эти токи и на кожу человека, не удастся ли с их помощью снимать с нее различные, трудно поддающиеся удалению краски».

И этот опыт удался. Кожа руки, окрашенная краской, мгновенно стала чистой, как только Тесла внес ее в поле токов высокой частоты. Оказалось, что этими токами можно удалять с кожи лица мелкую сыпь, очищать поры, убивать микробы, всегда в изобилии покрывающие поверхность тела человека. Тесла считал, что его лампы оказывают особое благотворное действие не только на сетчатку глаза, но и на всю нервную систему человека. К тому же лампы Теслы вызывают озонирование воздуха, что также может быть использовано в лечении многих болезней. Продолжая заниматься электротерапией, Тесла в 1898 году сделал обстоятельное сообщение о своих работах в этой области на очередном конгрессе Американской электротерапевтической ассоциации в Буффало.

В лаборатории Тесла пропускал через свое тело токи напряжением в 1 миллион вольт при частоте 100 тысяч периодов в секунду (ток достигал при этом величины в 0,8 ампера). Но, оперируя с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла был очень осторожен и требовал от своих помощников соблюдения всех им самим выработанных правил безопасности. Так, при работе с напряжением в 110- 50 тысяч вольт при частоте в 60-200 периодов он приучил их работать одной рукой, чтобы предотвратить возможность протекания тока через сердце. Многие другие правила, впервые установленные Теслой, прочно вошли в современную технику безопасности при работе с высоким напряжением.

Создав разнообразную аппаратуру для производства опытов, Тесла в своей лаборатории начал исследование огромного круга вопросов, относящихся к совершенно новой области науки, в которой его больше всего интересовали возможности практического использования токов высокой частоты и высокого напряжения. Работы его охватывали все многообразие явлений, начиная от вопросов генерирования (создания) токов высокой частоты и кончая детальным изучением различных возможностей их практического использования. С каждым новым открытием возникали все новые и новые проблемы.

Как одна из частных задач Теслу заинтересовала возможность использовать открытие Максвеллом и Герцем электромагнитной природы света. У него возникла мысль: если свет представляет собой электромагнитные колебания с определенной длиной волны, нельзя ли искусственно получить его не путем нагрева нити электрической лампы накаливания (что дает возможность использовать лишь 5 процентов энергии, превращающейся в световой поток), а путем создания таких колебаний, которые вызвали бы появление световых волн? Эта задача и стала предметом исследований в лаборатории Теслы в начале 1890 года.

Вскоре он накопил огромное количество фактов, позволивших перейти к обобщениям. Однако осторожность Теслы заставила его проверять десятки и сотни раз каждое свое утверждение. Он повторял сотни раз каждый опыт, прежде чем делал из него какие-либо выводы. Необычайность всех открытий Николы Теслы и огромный авторитет его привлекли внимание руководителей Американского института электроинженеров, вновь, как и три года назад, пригласивших Теслу прочесть лекцию о своих работах. Тесла избрал тему: «Опыты с переменными токами весьма высокой частоты и их использование для искусственного освещения».

По традиции, установившейся с первых лет существования института, было разослано ограниченное число приглашений лишь самым выдающимся электротехникам. Перед такой избранной аудиторией 20 мая 1892 года Тесла и прочел одну из своих самых вдохновенных лекций и продемонстрировал опыты, уже осуществленные им в своей лаборатории.

— Нет ничего, что в большей степени могло бы привлечь внимание человека и заслужило бы быть предметом изучения, чем природа. Понять ее огромный механизм, открыть ее созидательные силы и познать законы, управляющие ею, — величайшая цель человеческого разума, — этими словами начал Тесла свое выступление.

И вот он уже демонстрирует перед слушателями результаты своих исследований в новой, еще никем не изученной области токов высокой частоты.

— Рассеяние электромагнитной энергии в пространстве, окружающем источник токов высокой частоты, позволяет использовать эту энергию для самых различных целей, — убежденно говорит ученый и тут же показывает замечательный опыт. Он выдвигает гениальное положение о возможности передачи электроэнергии без проводов и в доказательство заставляет как обычные лампы накаливания, так и специально им созданные лампы без нитей внутри светиться, внося их в переменное электромагнитное поле высокой частоты. — Освещение лампами подобного рода, — говорит Тесла, — где свет возникает не под действием нагрева нитей протекающим током, а вследствие особых колебаний молекул и атомов газа, будет проще, чем освещение современными лампами накаливания. Освещение будущего, — подчеркивал ученый, — это освещение токами высокой частоты.

Особенно подробно остановился Тесла на описании своего резонансного трансформатора как источника волн весьма высокой частоты и снова подчеркнул значение разряда конденсатора в создании таких колебаний. Тесла правильно оценил большое будущее этой важнейшей детали современных радиотехнических средств. Он выразил эту мысль следующими словами:

— Я думаю, что разряд конденсатора будет в будущем играть важную роль, так как он не только предоставит возможность получать свет более простым способом в том смысле, какой указывает изложенная мною теория, но окажется важным и во многих других отношениях.

Подробно изложив результаты экспериментов с токами высокой частоты, получаемыми с помощью резонансного трансформатора, Тесла завершил лекцию словами, свидетельствующими о его ясном представлении значения дальнейшего изучения явлений, над которыми его работы едва приоткрыли завесу тайны:

— Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство; все окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен найтись более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известные в настоящее время. И когда свет получится из окружающей нас среды и когда таким же образом без усилий будут получаться все формы энергии из своего неисчерпаемого источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами.

Одно созерцание этой великолепной перспективы подымает наш дух, укрепляет нашу надежду и наполняет наши сердца величайшей радостью.

Под бурные аплодисменты Тесла закончил свое замечательное выступление. Необычайность всего показанного и особенно смелые выводы ученого, видевшего революционные последствия своих открытий, поразили слушателей, хотя далеко не все поняли содержание лекции так глубоко, как того хотелось бы Николе Тесле.

Токи высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот.




Кроме рассмотренного нами тока промышленной частоты (50 Гц), сегодня все большее распространение как в радиосвязи, так и в энергетике получили токи высокой (от 30 КГц до ЗО0 МГц) и сверхвысокой (от 300 МГц до 300 ГГц) частоты. Указанные диапазоны расположены между участками длинных радиоволн и инфракрасных тепловых излучений. Они применяются в телевизорах, радиоприемниках, видеомагнитофонах, МКВ-печах и др. В крупных городах увеличивается число передатчиков на башнях телецентров, находящихся в черте жилых застроек. Их размещение весьма привлекательно из-за большой высоты башни, но в то же время это существенно осложняет обстановку в прилегающих жилых районах. В последнее время широкое распространение получили такие источники ЭМП, как видиодисплейные терминалы и радиотелефоны, системы мобильной связи. Т.е., ЭМП различных частот и интенсивности окружают человека дома, на улице, на работе, в саду и даже в лесу, вблизи линий электропередач. Мы просто купаемся в излучениях. Но их применение в различных частотных диапазонах приводит к тому, что при определенных условиях они оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Интенсивность этого воздействия зависит от мощности источника тока, режима и продолжительности его действия, конструктивных особенностей излучающих устройств, технического состояния аппаратуры, а также от расположения рабочего места в эффективности защитных мероприятий.

Составляющими токов ВЧ и СВЧ являются электрическое (ЭП), магнитное (МП) и электромагнитное (ЭМП) поля. Их воздействие может носить изолированный (от одного источника), сочетанный (от двух и более источников одного диапазона), смешанный (от двух и более различных источников) и комбинированный (в случае одновременного воздействия различных неблагоприятных факторов) характер. Воздействие бывает постоянное и прерывистое (облучение от устройств с перемещающейся диаграм­мой излучения — вращающиеся и сканирующие антенны РЛС).

Известно, что эффект воздействия СВЧ ЭМ поля на биологические объекты в известной степени определяется количеством проникающей в них и поглощаемой ими электромагнитной энергии. При соответствующем регулировании выходной мощности генератора сверхвысоких частот и продолжительности облучения различные ткани, содержащие кровеносные сосуды, могут быть нагреты практически до любой температуры. Температура тканей, начинает повышаться сразу же после подвода к ней СВЧ-энергии. Этот рост температуры продолжается в течение 15-20 мин и может на 1-2 °С повысить температуру ткани по сравнению со средней температурой тела, после чего температура начинает падать. Падение температуры в облучаемом участке происходит в результате резкого увеличения в нем потока крови, что приводит к соответствующему отводу теплоты.



Отсутствие кровеносных сосудов в некоторых частях тела делает их особенно уязвимыми к облучению сверхвысокими частотами. В этом случае теплота может поглощаться только окружающими сосудистыми тканями, к которым она может поступать только путем теплопроводности. Это в частности справедливо для тканей глаза и таких внутренних органов, как желчный пузырь, мочевой пузырь и желудочно-кишечный тракт. Малое количество кровеносных сосудов в этих тканях затрудняет процесс авторегулирования температуры. Кроме того, отражения от граничных поверхностей полостей тела и областей расположения костного мозга при определенных условиях приводит в образованию стоячих волн. Чрезмерное возрастание температуры в отдельных участках действия стоячих волн может вызвать повреждение ткани. Отражения такого рода вызываются также металлическими предметами, расположенными внутри или на поверхности тела.

При интенсивном облучении этих тканей СВЧ-полем наблюдается их перегрев, приводящий к необратимым изменениям. В то же время СВЧ-поля малой мощности благотворно воздействуют на организм человека, что используется в медицинской практике.

Головной и спинной мозг чувствительны к изменениям давления, и поэтому повышение температуры в результате облучения головы может иметь серьезные последствия. Кости черепной коробки вызывают сильные отражения, из-за чего оценить поглощенную энергию очень трудно. Повышение температуры мозга происходит наиболее быстро, когда голова облучается сверху или когда облучается грудная клетка, так как нагретая кровь из грудной клетки непосредственно направляется к мозгу. Облучение головы вызывает состояние сонливости с последующим переходом к бессознательному состоянию. При длительном облучении появляются судороги, переходящие затем в паралич. При облучении головы неизбежно наступает смерть, если температура мозга повышается на 6 °С.




Длина волны этого диапазона намного больше размеров тела человека. Максимальные токи возникают в теле, когда его большая ось расположена параллельно силовым линиям ЭМП. Общим в характере биологического воздействия названных полей токов ВЧ и СВЧ большой интенсивности является тепловой эффект, который может выражаться в интегральном повышении температуры тела или в избирательном нагреве отдельных тканей или органов, причем органы и ткани, недостаточно хорошо снабженные кровеносными сосудами (хрусталик глаза, желчный пузырь, мочевой пузырь), наиболее чувствительны к такому локальному перегреву. Глаз — это один из наиболее чувствительных к облучению энергией СВЧ органов, потому что он имеет слабую терморегуляционную систему, и выделяющаяся теплота не может отводиться достаточно быстро. После 10 мин облучения мощностью 100 Вт на частоте 2450 МГц возможно развитие катаракты (помутнения хрусталика глаза), в результате чего белок хрусталика коагулирует и образует видимые белые вкрапления. На этой частоте наибольшая температура возникает около задней поверхности хрусталика, который состоит из протеина, легко повреждаемого при нагревании.

Чувствительными к воздействию волн радиочастот являются центральная нервная система (ЦНС) и сердечно-сосудистая система (ССС). Нарушения в деятельности ЦНС сражаются в первую очередь в учащении ритма работы сердца, а в более тяжелой форме — в нарушении функций головного мозга. Под воздействием СВЧ-излучения возникают нарушения восприятия реальности, усталость, тошнота, головная боль.

Особенно чувствительны к подобному облучению мужские половые органы. Для них безопасная плотность облучения не превышает 5 мВт/ см2. При превышении интенсивности может наступить временное или даже полное бесплодие. А генетики считают, что даже меньшие плотности облучения могут вызвать мутации генов, которые остаются скрытыми в течение нескольких поколений.

При выраженных формах заболевания появляется лейкопения (уменьшение лейкоцитов в крови), лимфопения (уменьшение лимфоцитов) и тромбоцитопения. Возможны изменения в костном мозге, нарушения в эндокринной системе (гиперфункция щитовидной железы — зобная болезнь, пучеглазие), нарушение функций соловых желез. В результате сильного облучения токами СВЧ может наступить удушье. Особо следует заострить внимание на механизме действия токов СВЧ сантиметрового диапазона. Аппаратура этого диапазона находит сейчас все более широкое применение. На более высоких частотах длина волны становится соизмерима с размерами тела человека и его отдельных органов. В тканях начинают преобладать диэлектрические потери, в электролитах (кровь и лимфа) наводятся ионные вихревые токи. Энергия ЭМП поглощается в организме, превращаясь в тепловую. Нарушаются обменные процессы в клетках. Особенно сильно страдают органы со слабо выраженным механизмом терморегуляции : мозг, глаза, желчный и мочевой пузырь, нервная система. Наблюдаются трофические изменения в организме, старение и шелушение кожи, ломкость ногтей, выпадение волос.

Проникновение токов СВЧ в жировую ткань в 4 раза глубже, чем в мышечную. Причем максимальное проникновение тока СВЧ с λ = 20-40 см. Под влиянием теплового облучения в организме происходят биохимические сдвиги — уменьшается кислородная насыщенность крови, повышается венозное давление, замедляется кровоток и, как следствие, наступает нарушение сердечно-сосудистой деятельности и нервной системы. Даже локальное облучение токами СВЧ вызывает общую реакцию организма. Помимо непосредственного воздействия на работника лучистый поток теплоты нагревает пол, стены, оборудование, что приводит к повышению температуры воздуха в помещении, ухудшению условий труда. В целях предупреждения вредного влияния токов и их полей проводится контроль их уровней.

Мы знаем, что интенсивность излучения максимальна вблизи излучающих систем (антенны, открытые контуры волноводов и р.). Но излучение возможно и в других местах. Это и утечки в токах генераторов, неплотности в сочленениях тракта передачи волн, катодные выводы магнетронов и др. Излучения в этих случаях возможны в рабочих помещениях. При этом необходимо учитывать, что контролируемые параметры излучений неодинаковы во всех случаях и во многом зависят от электромагнитной обстановки (особенностей ЭМП). Так, в ближней зоне излучения (зоне индукции), которая простирается на 1/6 длины волны, энергия поля представляет собой некоторый запас реактивной мощности, т.к. МП еще не сформировалась и его интенсивность оценивается в основном по электрической составляющей.

Промежуточная зона (зона интерференции) от 1/6 до 6 длин волны характеризуете наличием сформированного ЭМП, распространяющегося в виде бегущей волны. Таким образом, в зависимости от места нахождения работающего относительно источника излучения он может подвергаться воздействию электрической или магнитной составляющей поля или их сочетанию, а в случае пребывания в волновой зоне воздействию сформировавшейся электромагнитной волны.

Воздействие ЭМП СВЧ не ограничивается биологическими объектами. В жизнь современного человека прямо-таки врываются электронные новшества и давно проверенные и привычные компоненты различной сложности. Даже в обычном автомобиле насчитываются десятки радиоэлектронных устройств. В самолетах их счет переходит на сотни – датчики, полетные и навигационные компьютеры, системы автопилотирования и контроля связи, приводов и т.д. Одновременно происходит развитие наземных и воздушных систем, принцип действия которых основан на излучении ЭМП большой мощности и частоты. Это станции дальней космической связи и телеметрии, обладающие мощностью дл сотен киловатт, станции дальнего радиолокационного обнаружения. Так, например, импульсный радар ДРЛС обладает пиковой мощностью до 700 мегаватт, что уже на значительной дальности (порядка 5-10 км) представляет опасность не только для радиолокационного оборудования, но и для людей, находящихся вне укрытия.

Одним из источников ЭМП, переходящего в ЭМИ, являются перспективные космические электростанции, представляющие собой геостанционарные спутники, собирающие энергию солнца, преобразующие ее в электрическую и передающие ее в виде СВЧ-излучения на землю в специальные приемники, Попадающие в зоны подобного излучения средства радиоэлектроники подвергаются опасности необратимых повреждений.

Для чего необходимо знать эти детали? Дело том, что контроль уровней ЭП осуществляется по значению напряженности ЭП выражаемой в В/м (кВ/м). Контроль уровней МП — по значению напряженности МП, выражаемой в А/м (кА/м), или магнитной индукции, выражаемой в Тл (мТл, мкТл). Соотношение между значениями напряженности МП и индукции 1мТл = 800 А/м. Энергетическим показателем для волновой зоны являет» плотность потока энергии, т.е. энергия, проходящая через 1 cм2 поверхности, перпендикулярной к направлению распространения ЭМ волны за I с. За единицу ППЭ принят Вт/см2 (мВт/см2 или мкВт/см2) в сек. Так, при воздействии ЭП с ППЭ=0,1 Вт/см2 в с. на рабочем месте может находиться весь рабочий персонал. При ППЭ от 1 до 10 Вт/см2 — не более 20 мин при условии пользования защитными очками. Предельно допустимая интенсивность постоянного облучения по функциональным изменениям — 0,01 мВт/см2. При наличии на рабочем месте рентгеновского излучения или высокой температуры воздуха в помещении допустимое ППЭ или вpeмя нахождения на рабочем месте уменьшается на порядок.

 

Таблица 4

Предельно допустимые уровни ЭМП

При круглосуточном непрерывном облучении

Метрическое
подразделение
диапазона
 
 
Частоты
 
Длины волн
Предельно
допустимый
уровень
Километровые волны,низкие частоты 30-330 КГц 10-1 км 25 Вт/м
Гектометровые волны,средние частоты 0,3-3 МГц 1-0,1 км 15 Вт/м
Декаметровые волны,высокие частоты 3-30 МГц 100-10 м 10 Вт/м
Метровые волны,
очень высокие частоты
30-300 МГц 10-1 м 3 Вт/м
Дециметровые волны, ультравысокие частоты 300-3000 МГц 1-0,1 м
мкВт/ см2
Сантиметровые волны, сверхвысокие частоты 3-30 ГГц 10-1 см 10 мкВт/см2

 

Необходимо иметь в виду, что гигиенические нормативы разработаны не для всех частот, а лишь для 50 Гц, 1-12 кГц и 0,06- 300 мГц. Для ЭП ряда частот менее 50 Гц отсутствуют средства измерений. Нет средств измерений для ряда режимов импульсных воздействий. И то же самое можно сказать об измерении энергии МП. Отсутствуют методы и средства измерений МП с частот’ более 30 мГц, а также импульсных МП. А ведь повышение напряженности тока частот более 30 мГц наиболее опасно и ограничивает время пребывания на рабочем месте. Ряд тесламетров переменного тока пригодны для измерения ЭП и МП лишь на строго определенных частотах. Проверка их пригодности осуществляется созданием образцовых полей и сравнение с показателями образцовых установок. Но и они разработаны не для всех частот. Одним из универсальных измерительных средств является высокочувствительный прибор «Локсан», работающий от батареек. О наличии электромагнитного поля с энергией, превышающей допустимую, он предупреждает сигналом.

Защита от воздействия ВЧ и СВЧ

Для предупреждения вредного воздействия ЭМП ВЧ и СВЧ на объектах (промышленных предприятиях), лабо­раториях, радиостанциях и т.п. предусматриваются сле­дующие мероприятия:

►санитарными правилами устанавливается порядок раз­мещения оборудования в помещениях и порядок досту­па персонала в эти помещения. Запрещается пребыва­ние лиц, не связанных с обслуживанием в залах пере­датчиков, на антенных полях и других местах, где дей­ствуют источники ВЧ и СВЧ-излучений;

►при размещении ВЧ и СВЧ-установок в отдельных по­мещениях запрещается проведение в них работ, не свя­занных с обслуживанием установок;

►для снижения напряженности ЭМП применяется экра­нирование источников излучения, смотровых окон, фи­деров, катушек индуктивности и конденсаторов. Пре­дусматривается дистанционное управление и контроль установок в экранированных помещениях;

►один раз в год производятся измерения напряженности ЭП в зоне обслуживания установок, а также в прилега­ющих служебных помещениях на максимально исполь­зуемых установками мощностях. Аналогичные измере­ния проводятся после ремонтных работ и при вводе в действие новых установок. Результаты измерений зано­сятся в специальный журнал.

Неплохим защитным средством от вредного воздействия ВЧ и СВЧ-излучений является нейтрализатор «Гамма-7Н», обеспечивающий защиту от излучений и нейтрализацию искусственных геопатогенных зон на производстве и в быту. Это широкополосный автопреобразователь слабых физических полей, работающий от энергии окружающей среды. Рассеивает, размельчает электромагнитное излучение, в т.ч. рентгеновское, ультрафиолетовое. Ослабление физической компоненты исходного излучения в 30 раз (эталонного излучения кварца в 60 раз), а по импульсным модулированным сигналам – в 3,5 раза.

Пострадавшему от поражения токами СВЧ необходимо сделать искусственное дыхание, обеспечить быстрое охлаждение тела и кислородное питание. Следует подчеркнуть, что у человека отсутствуют органы чувств, которые бы своевременно предупреждали об опасности облучения. Из-за большой глубины проникновения ЭМИ нельзя полагаться на обманчивые тепловые ощущения кожи.

 

Как и при работе с любыми видами излучений, работающий с токами ВЧ и СВЧ должен периодически проходить медосмотр. Причем этот медосмотр, вследствие специфики работы с этими излучениями, должен быть комплексным — терапевт, невропато­лог, окулист. Необходимо также помнить, что при допуске к работе с аппаратурой СВЧ имеется ряд медицинских противопо­казаний.

Рекомендации при работе с ВЧ и СВЧ :

экранирование источников излучения, рациональное разме­щение передатчиков, отдельных ВЧ и СВЧ блоков, дистанционное управление передатчиками.

на участке изготовления аппаратуры необходимо применять поглотители мощности, имитаторы цепи, волноводные осветите­ли, ослабители, экранизацию рабочих мест, использовать СИЗ (защитные очки типа ОРЗ-5).

при работе нескольких генераторов в одном помещении следует принять меры, исключающие превышение предельно до­пустимых уровней облучения за счет суммирования энергии из­лучения.

 

Лазерное излучение

Лазерное излучение (ЛИ) – излучение огромной интенсивности оптического квантового генератора связано с широким распространением высокоэнергетических процессов. Благодаря уникальным свойствам излучения лазеры нашли широкое применение в науке и технике (машиностроение, авиация и космонавтика, судостроение, геодезия, строительство, измерительная техника, галография, исследование структуры вещества, вычислительная техника, микроэлектроника, создание различных оптических эффектов в театрально-зрелищных мероприятиях, разделение изотопов и т.д.). Лазеры позволяют быстро и надежно контролировать загрязненность атмосферы и водной поверхности, определять внутренние дефекты в различных механизмах. Исключительно большое применение лазеры нашли в медицине, в том числе для диагностики и лечении различных заболеваний. Такое широкое их применение возможно благодаря та­ким уникальным свойствам, как монохроматичность и высокая плотность излучаемых колебаний, а также благо­даря возможности формирования узких пучков излучения с высокой концентрацией в них электромагнитной энер­гии. Излучение может охватить весь оптический диапазон электромагнитной энергии. Это дает возможность концентрировать световую энергию в пространстве. Лазеры, генерирующие непрерывное излучение, позволяют давать непрерывное излучение, позволяют создавать интенсивность порядка 10 10 Вт/см 2 , что достаточно для плавления и испарения любого материала. При генерации коротких импульсов интенсивность излучения достигает 10 15 Вт/см2 и больше, что открывает возможность создания управляемого термоядерного синтеза.

Различают следующие режимы генерации ЛИ :

импульсный;

импульсно-периодический;

непрерывный.

Диапазон длин волн, излучаемых лазером, охватывает видимый спектр и распространяется на инфракрасную и ультрафиолетовую области. Чаще всего используются ла­зеры с длиной волн 0,49-0,51; 0,53-0,63; 0,694, 1,06 и 10,6 мкм. Видимая область лежит в пределах 0,4-0,86 мкм.

Параметрами воздействия ЛИ являются :

энергия одного импульса в Дж;

мощность непрерывного излучения в Вт;

расстояние до границы рабочей зоны (ГРЗ) в см.

По санитарным нормам источники излучения оптиче­ского диапазона в зависимости от спектрального состава излучения делятся на четыре диапазона.

Класс 1 (безопасное) – выходное излучение вредно, но не опасно для глаз.

Класс 2 (молоопасное) – опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение.

Класс 3 (среднеопасное) – опасно для глаз прямое, зеркально или диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение.

Класс 4 (высокоопасное) – опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности. Это источники ЭМИ в диапазоне волн от 0,2 дм до 1000 мкм.

В качестве ведущих критериев по оценке степени опасности генерирующего ЛИ приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиция излучения.

Предельно допустимые уровни, требования к устройству, размещению и безопасной эксплуатации лазеров регламентированы «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81», которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить величины ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Нормируется энергетическая экспозиция облучаемых тканей. Для лазерного излучения видимой области спектра для глаз учитывается также и угловой размер источника излучения.

Предельно допустимые уровни облучения дифференцированы с учетом режима работы лазеров — непрерывный режим, моноимпульсный, импульсно-периодический.

В зависимости от специфики технологического процесса работа с лазерным оборудованием может сопровождаться воздействием на персонал главным образом отраженного и рассеянного излучения. Энергия излучения лазеров в биологических объектах (ткань, орган) может претерпевать различные превращения и вызывать органические изменения в облучаемых тканях (первичные эффекты) и неспецифические изменения функционального характера (вторичные эффекты), возникающие в организме в ответ на облучение.

Воздействие ЛИ на организм носит сложный характер и обусловлено как непосредственным воздействием ЛИ на облучаемые ткани, так и вторичными явлениями, выра­жающимися в различных изменениях, возникающих в организме. В оценку эффективности этих излучений поло­жено их взаимодействие с тканями организма человека, в частности, с роговицей глаза и кожей. Биологическое воз­действие ЛИ бывает термическим (ожог) — быстрый на­грев и мгновенное ‘закипание жидкости, приводящее к ме­ханическому повреждению, и нетермическим, возникаю­щим в результате избирательного поглощения тканями ЭМ энергии. Первичный эффект проявляется в виде орга­нических изменений в облучаемых тканях (глаз, кожи). Сфокусированный на сетчатке хрусталиком глаза лазер­ный луч будет иметь вид малого пятна с еще более плот­ной концентрацией энергии, чем попадающее в глаз излу­чение. Энергия лазера адсорбируется пигментным эпите­лием и в течение очень короткого времени повышает в нем температуру до высоких уровней, вызывая термкоогуляцию прилегающих тканей – хореолетинальный ожог. Наибольшая проницаемость глаза, доходящая до 100%, лежит в области 0,5-0,9мкм. Влияние излучения лазера на орган зрения (от небольших функциональных нарушений до полной потери зрения) зависит в основном от длины волны и локализации воздействия. Длительное облучение глаз в диапазоне близкого инфракрасного излучения может привести к помутнению хрусталика. Воздействие на глаз сверхпороговых интенсивностей излучения вызывает тепловой ожог глазного дна с необратимыми повреждениями сетчатки глаза. Облучение глаз сопровождается развитием дистрофических изменений в коре головного мозга.

Импульсное ЛИ представляет большую опасность, чем непрерывное, так как в этом случае повреждение глазного дна вызывается комбинированным действием – термическим и механическим.

При применении лазеров большой мощности и расширении их практического использования возросла опасность случайного повреждения не только органа зрения, но и кожных покровов и даже внутренних органов с дальнейшими изменениями в центральной нервной и эндокринной системах. Под воздействием непрерывного ЛИ происходит коогуляция (свертывание) белка, а при больших мощностях – испарение биоткани. При мощности излучения в импульсе свыше 107 Вт и высокой степени фокусирования лазерного луча возможно образование ионизирующего излучения.

Воздействие на кожу. Интенсивное лазерное облучение кожи может вызвать в ней различные повреждения от легких функциональных изменений, сопровождающихся покраснением (эритема) до тяжелых патологических, включая омертвление (некроз). Наибольшее биологическое воздействие оказывает ЛИ с длинами волн 0,28…0,32 мкм. Оно наиболее глубоко проникает в кожу и обладает выраженным канцерогенным действием.

Степень воздействия определяется интенсивностью ЛИ, степенью пигментации кожи и состоянием кровообращения. Темная кожа, особенно при наличии родимых пятен, поглощает большую часть энергии по сравнению со светлой, а при белой энергия излучения проникает под кожу и повреждает расположенные под ней сосуды и нервные окончания.

При большой интенсивности облучения возможны повреждения не только глаз и кожи, но и внутренних органов и тканей. Они имеют характер отеков, кровоизлияний, омертвления тканей. Одним из наиболее уязвимых внутренних органов для воздействия ЛИ является печень.

ЛИ благодаря высокой интенсивности (I = 109 Вт/см2) также может воздействовать на элементы радиоэлектронной аппаратуры, вызывая, в частности, значительный нагрев поверхности облучаемых полупроводников. Если плотность потока тока энергии лазерного импульса превышает определенный порог (Wпл). поверхностный слой полупроводникового элемента испытывает фазовый переход плавления. При этом имеет место диффузия материала (примесей) и поверхности полупроводника в расплавленный слой, а также нарушение стехнометрического состава этого соя за счет испарения одной наименее устойчивой к нагреву компоненты в полупроводниках сложного состава.

В условиях допороговых энергий лазерного импульса (W ≤ Wпл) возникают точечные дефекты (электронное возбуждение, деформация и тепло). Тепловыделение при лазерном воздействии вызывает термализацию неравновестных носителей и решетки кристалла, а вместе с электронным возбуждением – деформацию поверхностного слоя за счет увеличения или уменьшения межатомного расстояния в молекулах кристаллов.

Ударный эффект

Кроме термического эффекта при действии лазерного излучения на ткани организма имеет место ударный эффект. При облучении поверхности кожи происходит испарение частиц, вследствие чего поверхности передаётся импульс, направленный в противоположном направлении, т.е. по ходу лазерного излучения. Одновременно с этим в облучаемой зоне образуется тепловое объёмное расширение. Из-за быстроты протекания процесса тепло не успевает передаться от более нагретых участков к менее нагретым . В результате начинает распространяться механическая волна вглубь ткани. Каждая молекула ткани организма обладает строго определённым запасом энергии, которому соответствует определенная структура энергетических уровней. При изменении структуры электронных уровней начинаются пространственные изменения в расположении молекул различных соединений. Поглощение клеткой лазерного излучения приводит к образованию паров внутри клеток и их гибели. Тепловое расширение клеток порождает гораздо большее давление, чем давление, образующееся при испарении частиц с поверхности. Повышение давления распространяется со сверхзвуковой скоростью (по характеру напоминает ударную волну) и только по мере проникновения вглубь ткани замедляется.

Таким образом при лазерном облучении разрушению могут подвергаться не только покровные ткани, но и внутренние органы без видимых наружных поражений.

В результате воздействия лазерного излучения на вещество возникают дополнительные колебания молекул с частотой 2-104-1013 Гц. Они также являются причиной повреждения облучаемых участков тканей. Белки, находящиеся во всех клетках живого организма, являются основным классом соединений, который определяет понятие «жизнь». Попадание лазерного излучения на ткань приводит к свёртыванию белков и образованию периодически повторяющихся зон уплотнённого вещества — коогулята или свернувшегося белка. Возникают колебания коогулята. Они приводят к образованию стоячей волны (наложение основной и отражённой волн) на различных по плотности веществ. В результате погибает большое количество клеток.

 

Кроме того, при действии ЛИ могут возникать сопутствующие опасные факторы:

сохранение электрического заряда после разряда конденсатора в накопительных батареях, системах управления и других узлах;

акустический шум до 120 ДБ на частоте 1000-250 Гц, возникающий в момент настройки лазера и в процессе взаимодействия ЛИ с мишенью. При работе мощных твердотельных лазеров импульсного действия дополнительным источником шума является блок накачки. Наиболее характерным типом интенсивного шума лазерных установок является импульсный шум. Вся энергия импульса беспрепятственно проходит во внутреннее ухо, обладая значительной интенсивностью, вызывая серьезные изменения в чувствительных клетках;

вредные химические примеси в воздухе рабочих помещений, образующиеся при разряде импульсных ламп накачки (озон, окислы азота), при действии его излучения на обрабатываемые материалы и в результате испарения материала мишени (оксид углерода, свинец, ртуть и др.). В жидкостных лазерах активная среда представляет собой раствор красителей или редкоземельных элементов в ацетоне, диметилформальдегиде, спиртах, кислотах и др. Особой токсичностью отличается семинил в присутствии четыреххлористого олова и оксихлорид фосфора.

В газовых лазерах активной средой является или смесь газов с парами металлов, брома, шестифтористой серы и др. В химических лазерах для создания активной среды используют смеси водорода и дейтерия с галогенами. При увеличении мощности излучения лазера в воздушную среду могут поступать пары нитробензола, сероуглерода, бензола и др;

воздействие ЭМ поля ВЧ и СВЧ на организм в целом заключается в том, что рентгеновское излучение при фокусировании ЛИ в газе в режиме модулирования добротности приводит к образованию сгустка высоко ионизированной плазмы с плотностью электронов 1045-1020 на см3. Этот вид ЛИ генерируется при использовании источников питания с напряжением свыше 15 кВ (вакуумные выпрямительные кенотроны и тиратроны, генераторные лампы).

Основным нормирующим фактором ЛИ является энергетическая экспозиция Н и облученность Е облучаемых тканей. Ее предельно допустимый уровень нормируется в спектральном диапазоне от180 до 105 нм. Величина ПДУ зависит от длины волны, длительности импульса, частоты повторений импульсов, продолжительности воздействия импульсов, а в видимой части спектра – дополнительно от освещенности роговицы глаза. Необходимо учитывать, что на ряд параметров ЛИ не разработаны их значения. Существуют лишь расчетные.

Любое лазерное изделие должно иметь пояснительный знак с надписью. Рамки текста и обозначения должны быть черными на желтом фоне.

Таким образом, ЛИ может представляет опасность для человека, вызывая в его организме патологические изменения, функциональные расстройства зрения, центральной нервной и вегетативной систем, а также воздействует на внутренние органы, такие как печень, спинной мозг и др. При эксплуатации лазерных установок (изделий) необходимо учитывать также возможность взрывов и пожаров при попадании ЛИ на горючие материалы.

Основным документом, регламентирующим требования безопасности при эксплуатации лазерных установок являются «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» № 5804 -91 (СанПиН-лазер), методические рекомендации «Гигиена труда при работе с лазерами», утвержденные МЗ РСФСР 27.04.81 г.; ГОСТ 24713-81 «Методы измерений параметров лазерного излучения. Классификация», ГОСТ 24714-81 «Лазеры. Методы измерения параметров излучения. Общие положения»; ГОСТ 12.1.040-83 «Лазерная безопасность. Общие положения»; ГОСТ 12.1.031 -81 «Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения».

Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, организационного, санитарно-гигиенического характера. При использовании лазеров II—III классов в целях исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения. Лазеры IV класса опасности размещаются в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным управлением их работой.

При размещении в одном помещении нескольких лазеров следует исключить возможность взаимного облучения операторов, работающих на различных установках. Не допускаются в помещения, где размещены лазеры, лица, не имеющие отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств защиты.

Для удаления возможных токсических газов, паров и пыли оборудуется приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением. Для защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции установок, звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до ПДУ. Защитные очки бывают открытые и закрытые с бесцветным стеклами и стеклами-светофильтрами, селикатными или пластмассовыми. Лицевые щитки применяются в тех случаях, когда ЛИ представляет опасность не только для глаз, но и для кожи лица.

Лазерный бронежилет, состоящий из отдельных уголковых отражателей, предназначен для активной защиты от ЛИ, которая заключается в отражении падающего луча, попадающего на ячеистую структуру бронежилет в строго противоположном направлении.

 

ОСВЕЩЕНИЕ

Свет является естественным условием жизнедеятельности человека, необходимым для сохранения здоровья и высокой производительности труда. С точки зрения безопасности жизнедеятельности чрезвычайно важна зрительная способность человека и зрительный комфорт. Много несчастных случаев происходит из-за неудовлетворительного освещения или из-за ошибок, сделанных по причине трудности распознавания того или иного предмета, связанных с управлением транспортных средств, оборудованием и др. Неудовлетворительная освещенность на рабочем месте является причиной снижения производительности и качества труда, получения травм.

Свет представляет собой видимые глазом электромагнитные волны оптического диапазона длиной 380-760 нм, воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора.

Для того, чтобы обеспечить условия для зрительного комфорта, к системе освещения предъявляются следующие требования :

равномерное освещение;

оптимальная яркость;

отсутствие бликов и ослепленности;

правильная цветовая гамма;

отсутствие пульсации света.

Свет должен включать компоненты как прямого, так и рассеянного излучения. Результатом этой комбинации станет тенеобразование, которое позволит правильно воспринимать форму и положение предметов на рабочем месте.

Освещение подразделяется на естественное, искусственное и совмещенное. Естественное освещение создается природными источниками света : прямыми солнечными лучами и диффузным светом небосвода (от солнечных лучей, рассеянных атмосферой). Естественное освещение является биологически наиболее ценным видом освещения, к которому максимально приспособлен глаз человека.

При недостатке освещенности естественного света используют искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света.











Глава шестая Токи высокой частоты. Резонанс-трансформатор. Безопасен ли электрический ток? Лекция Теслы о токах высокой частоты

Глава шестая

Токи высокой частоты. Резонанс-трансформатор. Безопасен ли электрический ток? Лекция Теслы о токах высокой частоты

По утверждению Теслы, год, проведенный им в Питсбурге, был потерян для исследовательских работ в области многофазных токов. Возможно, что это утверждение близко к истине, но возможно и то, что именно этот год стал началом дальнейших творческих успехов изобретателя. Дискуссия с инженерами завода Вестингауза не прошла бесследно. Обоснование предложенной им частоты переменного тока в 60 периодов требовало более тщательного анализа экономической эффективности применения как меньших, так и более высоких частот. Научная добросовестность Теслы не позволяла ему оставить этот вопрос без тщательной проверки.

Возвратившись в 1889 году из Европы, он принялся за конструирование генератора переменного тока большой частоты и вскоре создал машину, статор которой состоял из 348 магнитных полюсов. Этот генератор давал возможность получать переменный ток с частотой в 10 тысяч периодов в секунду. Вскоре ему удалось создать и еще более высокочастотный генератор и начать изучение различных явлений при частоте 20 тысяч периодов в секунду.

Исследования показали, что по мере увеличения частоты переменного тока можно значительно уменьшить объем железа в электромагнитных электродвигателях, а начиная с определенной частоты, можно создавать электромагниты, состоящие из одних только обмоток, вообще без железа в катушках. Двигатели, созданные из таких электромагнитов без железа, были бы чрезвычайно легкими, но во многих других отношениях неэкономичны, и уменьшение затрат металла не окупалось бы из-за значительного увеличения потребления электроэнергии.

Исследуя широкий диапазон частот переменного тока первоначально в пределах, которые могли бы быть применены в многофазной системе (25—200 периодов в секунду), Тесла вскоре перешел к изучению свойств и возможностей практического использования токов повышенных (10–20 тысяч периодов в секунду) и высоких (20—100 тысяч периодов в секунду) частот. Для получения значительно большего числа периодов и значительно более высоких напряжений, чем это могло быть достигнуто созданными им генераторами токов высокой частоты, необходимо было найти и опереться на иные принципы.

Хорошо знакомый с мировой литературой по электрофизике и электротехнике, Тесла изучил работу знаменитого американского физика Джозефа Генри, высказавшего еще в 1842 году предположение, что при некоторых электрических разрядах (в том числе и разряде лейденской банки) имеются не только «главные разряды», но и встречные, причем каждый последующий несколько слабее предыдущего. Так было впервые замечено существование затухающего двухстороннего электрического разряда.

Тесла знал и о том, что спустя одиннадцать лет после Генри английский физик лорд Кельвин экспериментально доказал, что электрический разряд конденсатора есть процесс двухсторонний, продолжающийся до тех пор, пока энергия его не будет израсходована на преодоление сопротивления среды. Частота этого двухстороннего процесса достигает 100 миллионов колебаний в секунду. Искра между шариками разрядника, кажущаяся однородной, в действительности состоит из нескольких миллионов искр, проходящих в короткий промежуток времени в обе стороны.

Кельвин дал математическое выражение процесса двухстороннего разряда конденсатора. Позднее Феддерсон, Шиллер, Кирхгоф, Гельмгольц и другие исследователи не только проверили правильность этого математического выражения, но и значительно дополнили теорию электрического разряда.

Знаком был Тесла и с работами Антона Обербанка, наблюдавшего явление электрического резонанса, то есть процесс резкого возрастания амплитуды (размаха) колебаний при приближении частоты внешнего колебания к частоте собственных внутренних колебаний системы.

Хорошо известны были ему и опыты Герца и Лоджа, занимавшихся изучением электромагнитных волн. Особенно большое впечатление на Теслу произвели эксперименты Генриха Герца, подтвердившие теоретические предположения Джеймса К. Максвелла о волновой природе электромагнитных явлений. Надо заметить, что в работах Герца Тесла впервые нашел указание на явление так называемых «стоячих электромагнитных волн», то есть волн, накладывающихся одна на другую так, что они в одних местах усиливают друг друга, создавая «пучности», а в других уменьшают до нуля, создавая «узлы».

Зная все это, Никола Тесла в 1891 году закончил конструирование прибора, сыгравшего исключительную роль в дальнейшем развитии самых различных отраслей электротехники и особенно радиотехники. Для создания токов высокой частоты и высокого напряжения он решил воспользоваться известным свойством резонанса, то есть явлением резкого возрастания амплитуды собственных колебаний какой-либо системы (механической или электрической) при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. На основании этого известного явления Тесла создал свой резонанс-трансформатор.

Действие резонанс-трансформатора основано на настройке в резонанс его первичного и вторичного контуров. Первичный контур, содержащий как конденсатор, так и индукционную катушку, позволяет получить переменные токи весьма высокого напряжения с частотами в несколько миллионов периодов в секунду. Искра между шариками разрядника вызывает быстрые изменения магнитного поля вокруг первичной катушки вибратора. Эти изменения магнитного поля вызывают возникновение соответствующего высокого напряжения в обмотке вторичной катушки, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки, причем частота переменного тока в ней соответственно количеству искровых разрядов достигает нескольких миллионов перемен в секунду.

Наибольшей величины частота достигает в момент, когда периоды первичной и вторичной цепи совпадают, то есть когда наблюдается явление резонанса в этих цепях[13].

Тесла разработал очень простые методы автоматической зарядки конденсатора от источника тока низкого напряжения и разрядки его через трансформатор с воздушным сердечником. Теоретические расчеты изобретателя показали, что даже при самых незначительных величинах емкости и индукции в созданном им резонанс-трансформаторе при соответствующей настройке можно получить путем резонанса весьма высокие напряжения и частоты.

Открытые им в 1890 году принципы электрической настройки резонанс-трансформатора и возможность изменять емкость для изменения длины волны электромагнитных колебаний, создаваемых трансформатором, стали одним из наиболее важных оснований современной радиотехники, а мысли Теслы об огромной роли конденсатора и вообще емкости и самоиндукции в развитии электротехники оправдались.

Резонанс-трансформатор Теслы: Е — батарея или другой источник тока. J — индукционная катушка. ВВ — искровой разрядник. СС — батарея лейденских банок. L1 — первичная катушка трансформатора. L2 — вторичная катушка трансформатора. К — механический прерыватель. На нижнем рисунке катушки L1 и L2 погружены в масло.

При создании резонанс-трансформатора пришлось решить еще одну практическую задачу: найти изоляцию для катушек сверхвысокого напряжения. Тесла занялся вопросами теории пробоя изоляции и на основании этой теории нашел лучший способ изолировать витки катушек — погружать их в парафиновое, льняное или минеральное масло, называемое теперь трансформаторным[14]. Позднее Тесла еще раз возвратился к разработке вопросов электрической изоляции и сделал весьма важные выводы из своей теории.

Едва начав опыты с токами высокой частоты, Никола Тесла ясно представил себе огромные перспективы, открывавшиеся перед человечеством при широком использовании токов высокой частоты. Было бы значительным преувеличением утверждать, что уже тогда он видел все частные случаи их применения в том виде, в каком это имеет место в настоящее время, но само направление работ Теслы свидетельствует о необычайно разносторонних выводах, которые он сделал из своего открытия.

Прежде всего он пришел к убеждению, что электромагнитные волны играют исключительно важную роль в большинстве явлений природы. Взаимодействуя друг с другом, они либо усиливаются, либо ослабляются, либо вызывают новые явления, происхождение которых мы иногда приписываем совершенно другим причинам. Но не только электромагнитные излучения играют огромную роль в самых различных явлениях природы. Тесла интуицией большого ученого понял значение различных излучений еще до замечательных открытий радиоактивных элементов. Когда позднее, в 1896 году, Анри Беккерель, а затем Пьер и Мария Кюри открыли это явление, Тесла нашел в этом подтверждение своих предвидений, высказанных им еще в 1890 году.

Огромное значение переменных токов в развитии промышленности, получившей наконец необходимый ей электродвигатель, стало ясно Николе Тесле при первом же знакомстве с преимуществами трехфазного тока, требующего для его передачи всего лишь три провода. Для Теслы уже в то время было несомненно, что должен быть открыт способ передачи электроэнергии и вовсе без проводов, с помощью электромагнитных волн. Эта проблема привлекла внимание Теслы, стала предметом его занятий еще в конце 1889 года.

Однако практическое применение токов высокой частоты для самых разнообразных целей требовало изучения на первый взгляд самых различных, не связанных между собой вопросов. Эти-то эксперименты в широком масштабе и начал проводить в своей лаборатории Никола Тесла.

Начав систематические опыты с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла должен был прежде всего разработать меры защиты от опасности поражения электрическим током. Эта частная, вспомогательная, но весьма важная задача привела его к открытиям, заложившим основу электротерапии — обширной области современной медицины.

Ход мыслей Николы Теслы был чрезвычайно оригинален. Известно, рассуждал он, что постоянный ток низкого напряжения (до 36 вольт) не оказывает вредных действий на человека. По мере повышения напряжения возможность поражения быстро возрастает. С увеличением напряжения, поскольку сопротивление тела человека практически неизменно, сила тока также увеличивается и достигает при 120 вольтах угрожающей величины. Более высокое напряжение становится опасным для здоровья и жизни людей.

Иное дело ток переменный. Для него предел опасного напряжения значительно выше, чем для постоянного, и этот предел отодвигается с повышением частоты. Известно, что электромагнитные волны очень высокой частоты не оказывают никакого болезненного действия на человека. Пример тому свет, воспринимаемый при нормальной яркости здоровым глазом без всяких болезненных ощущений. В пределах каких же частот и напряжений переменный ток опасен? Где начинается зона безопасного тока?

Шаг за шагом исследовал Тесла действие переменного электрического тока на человека при разных частотах и напряжениях. Опыты он проводил на самом себе. Сначала через пальцы одной руки, затем через обе руки, наконец, через все тело пропускал он токи высокого напряжения и высокой частоты. Исследования показали, что действие электрического тока на человеческий организм складывается из двух составляющих: воздействия тока на ткани и клетки нагревом и непосредственного воздействия тока на нервные клетки.

Оказалось, что нагревание далеко не всегда вызывает разрушительные и болезненные последствия, а воздействие тока на нервные клетки прекращается при частоте свыше 700 периодов, аналогично тому, как слух человека не реагирует на колебания свыше 2 тысяч в секунду, а глаз — на колебания за пределами видимых цветов спектра.

Так была установлена безопасность токов высоких частот даже при высоких напряжениях. Более того, тепловые действия этих токов могли быть использованы в медицине, и это открытие Николы Теслы нашло широкое применение; диатермия, лечение УВЧ и другие методы электротерапии есть прямое следствие его исследований. Тесла сам разработал ряд электротермических аппаратов и приборов для медицины, получивших большое распространение как в США, так и в Европе. Его открытие было затем развито другими выдающимися электриками и врачами.

Однажды, занимаясь опытами с токами высокой частоты и доведя напряжение их до 2 миллионов вольт, Тесла случайно приблизил к аппаратуре медный диск, окрашенный черной краской. В то же мгновение густое черное облако окутало диск, и тотчас поднялось вверх, а сам диск заблестел, словно чья-то невидимая рука соскоблила всю краску и отполировала его.

Удивленный Тесла повторил опыт, и снова краска исчезла, а диск сиял, поддразнивая ученого. Повторив десятки раз опыты с разными металлами, Тесла понял, что он открыл способ их очистки токами высокой частоты.

«Любопытно, — подумал он, — а не подействуют ли эти токи и на кожу человека, не удастся ли с их помощью снимать с нее различные, трудно поддающиеся удалению краски».

И этот опыт удался. Кожа руки, окрашенная краской, мгновенно стала чистой, как только Тесла внес ее в поле токов высокой частоты. Оказалось, что этими токами можно удалять с кожи лица мелкую сыпь, очищать поры, убивать микробов, всегда в изобилии покрывающих поверхность тела человека.

Тесла считал, что его лампы оказывают особое благотворное действие не только на сетчатку глаза, но и на всю нервную систему человека. К тому же лампы Теслы вызывают озонирование воздуха, что также может быть использовано в лечении многих болезней. Продолжая заниматься электротерапией, Тесла в 1898 году сделал обстоятельное сообщение о своих работах в этой области на очередном конгрессе Американской электротерапевтической ассоциации в Буффало.

В лаборатории Тесла пропускал через свое тело токи напряжением в 1 миллион вольт при частоте 100 тысяч периодов в секунду (ток достигал при этом величины в 0,8 ампера). Но, оперируя с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла был очень осторожен и требовал от своих помощников соблюдения всех им самим выработанных правил безопасности. Так, при работе с напряжением в 110—50 тысяч вольт при частоте в 60—200 периодов он приучил их работать одной рукой, чтобы предотвратить возможность протекания тока через сердце. Многие другие правила, впервые установленные Теслой, прочно вошли в современную технику безопасности при работе с высоким напряжением.

Создав разнообразную аппаратуру для производства опытов, Тесла в своей лаборатории начал исследование огромного круга вопросов, относящихся к совершенно новой области науки, в которой его больше всего интересовали возможности практического использования токов высокой частоты и высокого напряжения. Работы его охватывали все многообразие явлений, начиная от вопросов генерирования (создания) токов высокой частоты и кончая детальным изучением различных возможностей их практического использования. С каждым новым открытием возникали все новые и новые проблемы.

Как одна из частных задач Теслу заинтересовала возможность использовать открытие Максвеллом и Герцем электромагнитной природы света. У него возникла мысль: если свет представляет собой электромагнитные колебания с определенной длиной волны, нельзя ли искусственно получить его не путем нагрева нити электрической лампы накаливания (что дает возможность использовать лишь 5 процентов энергии, превращающейся в световой поток), а путем создания таких колебаний, которые вызвали бы появление световых волн? Эта задача и стала предметом исследований в лаборатории Теслы в начале 1890 года.

Вскоре он накопил огромное количество фактов, позволивших перейти к обобщениям. Однако осторожность Теслы заставила его проверять десятки и сотни раз каждое свое утверждение. Он повторял сотни раз каждый опыт, прежде чем делал из него какие-либо выводы.

Необычайность всех открытий Николы Теслы и огромный авторитет его привлекли внимание руководителей Американского института электроинженеров, вновь, как и три года назад, пригласивших Теслу прочесть лекцию о своих работах. Тесла избрал тему: «Опыты с переменными токами весьма высокой частоты и их использование для искусственного освещения».

По традиции, установившейся с первых лет существования института, было разослано ограниченное число приглашений лишь самым выдающимся электротехникам. Перед такой избранной аудиторией 20 мая 1892 года Тесла и прочел одну из своих самых вдохновенных лекций и продемонстрировал опыты, уже осуществленные им в своей лаборатории.

— Нет ничего, что в большей степени могло бы привлечь внимание человека и заслужило бы быть предметом изучения, чем природа. Понять ее огромный механизм, открыть ее созидательные силы и познать законы, управляющие ею, — величайшая цель человеческого разума, — этими словами начал Тесла свое выступление.

И вот он уже демонстрирует перед слушателями результаты своих исследований в новой, еще никем не изученной области токов высокой частоты.

— Рассеяние электромагнитной энергии в пространстве, окружающем источник токов высокой частоты, позволяет использовать эту энергию для самых различных целей, — убежденно говорит ученый и тут же показывает замечательный опыт. Он выдвигает гениальное положение о возможности передачи электроэнергии без проводов и в доказательство заставляет как обычные лампы накаливания, так и специально им созданные лампы без нитей внутри светиться, внося их в переменное электромагнитное поле высокой частоты. — Освещение лампами подобного рода, — говорит Тесла, — где свет возникает не под действием нагрева нитей протекающим током, а вследствие особых колебаний молекул и атомов газа, будет проще, чем освещение современными лампами накаливания. Освещение будущего, — подчеркивал ученый, — это освещение токами высокой частоты.

Особенно подробно остановился Тесла на описании своего резонанс-трансформатора как источника волн весьма высокой частоты и снова подчеркнул значение разряда конденсатора в создании таких колебаний. Тесла правильно оценил большое будущее этой важнейшей детали современных радиотехнических средств. Он выразил эту мысль следующими словами:

— Я думаю, что разряд конденсатора будет в будущем играть важную роль, так как он не только предоставит возможность получать свет более простым способом в том смысле, какой указывает изложенная мною теория, но окажется важным и во многих других отношениях.

Подробно изложив результаты экспериментов с токами высокой частоты, получаемыми с помощью резонанс-трансформатора, Тесла завершил лекцию словами, свидетельствующими о его ясном представлении значения дальнейшего изучения явлений, над которыми его работы едва приоткрыли завесу тайны:

— Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство; все окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен найтись более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известные в настоящее время. И когда свет получится из окружающей нас среды, и когда таким же образом без усилий будут получаться все формы энергии из своего неисчерпаемого источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами.

Одно созерцание этой великолепной перспективы подымает наш дух, укрепляет нашу надежду и наполняет наши сердца величайшей радостью.

Под бурные аплодисменты Тесла закончил свое замечательное выступление. Необычайность всего показанного и особенно смелые выводы ученого, видевшего революционные последствия своих открытий, поразили слушателей, хотя далеко не все поняли содержание лекции так глубоко, как того хотелось бы Николе Тесле.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Токи высокой частоты и их применение. — Студопедия

Режимы работы трансформатора

· Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в стали.

· Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепи трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

· Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

28) Колебательный контур — осциллятор, представляющий собой электрическую цепь, содержащую соединённые катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока и напряжения.

Принцип действия

Пусть конденсатор ёмкостью C заряжен до напряжения . Энергия, запасённая в конденсаторе составляет

 

При соединении конденсатора с катушкой индуктивности, в цепи потечёт ток , что вызовет в катушке электродвижущую силу (ЭДС) самоиндукции, направленную на уменьшение тока в цепи. Ток, вызванный этой ЭДС (при отсутствии потерь в индуктивности) в начальный момент будет равен току разряда конденсатора, то есть результирующий ток будет равен нулю. Магнитная энергия катушки в этот (начальный) момент равна нулю.



 

Затем результирующий ток в цепи будет возрастать, а энергия из конденсатора будет переходить в катушку до полного разряда конденсатора. В этот момент электрическая энергия конденсатора . Магнитная же энергия, сосредоточенная в катушке, напротив, максимальна и равна , где — индуктивность катушки,

— максимальное значение тока.

После этого начнётся перезарядка конденсатора, то есть заряд конденсатора напряжением другой полярности. Перезарядка будет проходить до тех пор, пока магнитная энергия катушки не перейдёт в электрическую энергию конденсатора. Конденсатор, в этом случае, снова будет заряжен до напряжения .

В результате в цепи возникают колебания, длительность которых будет обратно пропорциональна потерям энергии в контуре.

В общем, описанные выше процессы в параллельном колебательном контуре называются резонанс токов, что означает, что через индуктивность и ёмкость протекают токи, больше тока проходящего через весь контур, причем эти токи больше в определённое число раз, которое называется добротностью. Эти большие токи не покидают пределов контура, так как они противофазны и сами себя компенсируют. Стоит также заметить, что сопротивление параллельного колебательного контура на резонансной частоте стремится к бесконечности (в отличие от последовательного колебательного контура, сопротивление которого на резонансной частоте стремится к нулю), а это делает его незаменимым фильтром.


Стоит заметить, что помимо простого колебательного контура, есть ещё колебательные контуры первого, второго и третьего рода, что учитывают потери и имеют другие особенности.

29) Индукционный генератор переменного тока — В отличие от остальных генераторов, в основе работы индукционного генератора лежит не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее, иначе говоря поле изменяется не в функции перемещения, а в функции времени, что в конечном счёте (наведение ЭДС) даёт такой же результат.

Конструкция индукционных генераторов предполагает размещение и постоянного поля и катушек для наведения ЭДС на статоре, ротор же остаётся свободным от обмоток, но обязательно имеет зубцовую форму, так как вся работа генератора основана на зубцовых гармониках ротора.

Токи высокой частоты и их применение.

Токи высокой частоты представляют собой такие токи, частота которых, то есть число колебаний, достигает в одну секунду одного миллиона. Данный вид токов нашел свое применение в машиностроении, где он необходим для сварки и термообработки поверхностей деталей, и в металлургии, где он используется для плавки различных металлов.

Использование токов высокой частоты вывело такие отрасли как машиностроение и металлургию на новый уровень. Термообработка деталей, проведенная при помощи токов высокого напряжения, увеличивает срок их эксплуатации, увеличивает износостойкость, прочность и твердость металла. Работа с токами высокой частоты не только делает работу более эффективной, но и значительно улучшает уровень качества получаемых изделий.

31)

Постулаты Максвелла

Первый постулат: вокруг всякого переменного магнитного поля существует вихревое электрическое поле.

Направление вихревого электрического поля определяют по правилу левого винта, если магнитное поле возрастает.

Если магнитное поле убывает, то сначала направление вихревого электрического поля определяют по правилу левого винта. Затем его меняют на противоположное — это и будет направление вихревого электрического поля для убывающего магнитного поля.

Второй постулат: вокруг всякого переменного электрического поля существует магнитное поле.

Направление линий магнитной индукции определяют по правилу правого винта, если напряженность электрического поля возрастает.

Если напряженность электрического поля убывает, то сначала направление линий магнитной индукции определяют по правилу правого винта. Затем его меняют на противоположное — это и будет направление линий магнитной индукции для убывающего электрического поля.

33) Опыт Франка — Герца — опыт, явившийся экспериментальным доказательством дискретности внутренней энергии атома. Поставлен в 1913 Дж. Франком и Г. Герцем.

 

На рисунке приведена схема опыта. К катоду К и сетке C1 электровакуумной трубки, наполненной парами Hg (ртути), прикладывается разность потенциалов V, ускоряющая электроны, и снимается зависимость силы тока I от V. К сетке C2 и аноду А прикладывается замедляющая разность потенциалов. Ускоренные в области I электроны испытывают соударения с атомами Hg в области II. Если энергия электронов после соударения достаточна для преодоления замедляющего потенциала в области III, то они попадут на анод. Следовательно, показания гальванометра Г зависят от потери электронами энергии при ударе.

В опыте наблюдался монотонный рост I при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до 4,9 В, то есть электроны с энергией Е < 4,9 эВ испытывали упругие соударения с атомами Hg и внутренняя энергия атомов не менялась. При значении V = 4,9 В (и кратных ему значениях 9,8 В, 14,7 В) появлялись резкие спады тока. Это определённым образом указывало на то, что при этих значениях V соударения электронов с атомами носят неупругий характер, то есть энергия электронов достаточна для возбуждения атомов Hg. При кратных 4,9 эв значениях энергии электроны могут испытывать неупругие столкновения несколько раз.

34) Изобретение радиосвязи – одно из самых выдающихся достижений человеческой мысли и научно-технического прогресса. Потребность в совершенствовании средств связи, в частности установлении связи без проводов, особенно остро проявилась в конце XIX в., когда началось широкое внедрение электрической энергии в промышленность, сельское хозяйство, связь, на транспорте (в первую очередь морском) и т. д.
История науки и техники подтверждает, что все выдающиеся открытия и изобретения были, во-первых, исторически обусловленными, во-вторых, результатом творческих усилий ученых и инженеров разных стран.

Радиотелеграфная связь — электросвязь, при которой посредством радиоволн передаются дискретные сообщения — буквенные, цифровые и знаковые. На передающей станции электрические колебания, модулированные телеграфным сообщением, поступают в линию радиотелеграфной связи и из нее — на приемную станцию. После детектирования и усиления телеграфное сообщение принимается на слух или записывается приемным буквопечатающим телеграфным аппаратом.

35) Радиотелефонная связь- электросвязь, при которой посредством радиоволн передаются телефонные (речевые) сообщения. Информация поступает в линию радиотелефонной связи через микрофон, а из нее — обычно через телефон. Микрофон и телефон подключают к радиостанциям непосредственно либо связывают с ними телефонные линии.

Амплитудная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда

Амплитудный модулятор — называется устройство, огибающая высокочастотного сигнала на выходе которого пропорциональна низкочастотному модулирующему колебанию. Рассмотрим случай простейшего гармонического модулирующего колебания:,

На входе модулятора действует сигнал:

, w 0>>W (1)

На выходе амплитудного модулятора в этом случае должен быть получен сигнал вида:

(2)

где глубина амплитудной модуляции М должна быть пропорциональна амплитуде .

В результате воздействия входного сигнала на нелинейный элемент с кусочно-линейной аппроксимацией в токе последнего появляются гармоники и комбинационные составляющие входных сигналов, а именно составляющие с частотами: Cоставляющие с частотами и образуют требуемое амплитудно-модулированное колебание. Оно должно быть выделено полосовым фильтром со средней частотой, равной несущей, и полосой пропускания, достаточной для выделения составляющих с частотами .

36) Детектирование — Преобразование электромагнитного колебания для получения напряжения или тока, величина которого определяется параметрами колебания, с целью извлечения информации, содержащейся в изменениях этих параметров

Устройство и действие простейших детекторных приемников —самый простой, базовый, вид радиоприёмника. Состоит из колебательного контура, к которому подключены антенна и заземление, и диодного (в более раннем варианте кристаллического) детектора, выполняющего демодуляцию амплитудно-модулированного сигнала. Сигнал звуковой частоты с выхода детектора, как правило, воспроизводится высокоомными наушниками.

Даже для приёма мощных радиостанций детекторный приёмник требует как можно более длинной и высоко подвешенной антенны (желательно десятки метров), а также правильного заземления. Немногие важные достоинства детекторного приёмника — он не требует источника питания, очень дешев и может быть собран из подручных средств. Подключив к выходу приемника любой внешний усилитель низкой частоты, можно получить приемник прямого усиления с гораздо лучшими параметрами. Благодаря этим преимуществам детекторные приемники широко применялись не только в первые десятилетия радиовещания

37) Распостранение радиоволн —явление переноса энергии электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот (см. Радиоизлучение). Разные аспекты этого явления изучаются различными техническими дисциплинами, являющимися разделами радиотехники. Наиболее общие вопросы и задачи рассматривает радиофизика. Распространение радиоволн в специальных технических объектах таких, как кабели, волноводы антенны, рассматривают специалисты по прикладной электродинамике, или специалисты по технике антенн и фидеров. Техническая дисциплина распространение радиоволн рассматривает только те задачи радиоизлучения, которые связаны с распространением радиоволн в естественных средах, то есть влияние на радиоволны поверхности Земли атмосферы и околоземного пространства, распространение радиоволн в природных водоемах, а также в техногенных ландшафтах

Виды радиоволн —

Свойства радиоволн —Распространение радиоволн в земном пространстве зависит от свойств поверхности земли и свойств атмосферы. Условия распространения радиоволн вдоль поверхности земли в значительной мере зависят от рельефа местности, электрических параметров земной поверхности и длины волны. Подобно другим волнам радиоволнам свойственна дифракция, т.е. явление огибания препятствий. Наиболее сильно дифракция сказывается в случае, когда геометрические размеры препятствий соизмеримы с длиной волны. Радиоволны, распространяющиеся у поверхности земли и частично за счет дифракции огибающие выпуклость земного шара, называются земными, или поверхностными радиоволнами.

Применение радиоволн — Для передачи различных данных, сигналов и др. информации посредством источника и приемника радиоволн. Например сотовая связь разные её стандарты работают на разных частотах радиосвязи, также WI-FI, радио ethernet и много др.

38) краткая история развития взглядов на природу света —Во второй половине XVII века были заложены основы физической оптики. Ф. Гримальди открывает явление дифракции света (огибание светом препятствий т.е. отклонение его от прямолинейного распространения) и высказывает предположение о волновой природе света. В опубликованном в 1690 г. «Трактате о свете» Х.Гюйгенсом был сформирован принцип, согласно которому каждая точка пространства, которой достигла в данный момент распространяющаяся волна, становится источником элементарных сферических волн, и на его основе вывел законы отражения и преломления света. Гюйгенсом было установлено явление поляризации света — явление, происходящее с лучом света при его отражении, преломлении (особенно при двойном преломлении) и заключающееся в том, что колебательное движение во всех точках луча происходит лишь в одной плоскости, проходящей через направление луча, тогда как в неполяризованном луче колебания происходят по всем направлениям, перпендикулярно к лучу. Гюйгенс, разработав идею Гримальди о том, что свет распространяется не только прямолинейно с преломлением и отражением, а и с разбиением (дифракция), дал объяснение всем известным оптическим явлениям. Он утверждает, что световые волны распространяются в эфире, представляющем собой пронизывающую все тела тонкую материю.

39) Ско́рость све́та в вакууме — абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В физике традиционно обозначается латинской буквой «c» (произносится как [це]). Скорость света в вакууме — фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта (ИСО). Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства пространства-времени в целом. По современным представлениям, скорость света в вакууме — предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий.

Скорость света в прозрачной среде — скорость, с которой свет распространяется в среде, отличной от вакуума. В среде, обладающей дисперсией, различают фазовую и групповую скорость.

Фазовая скорость связывает частоту и длину волны монохроматического света в среде (λ = c/ν). Эта скорость обычно (но не обязательно) меньше c. Отношение фазовой скорости света в вакууме к скорости света в среде называется показателем преломления среды. Групповая скорость света в равновесной среде всегда меньше c. Однако в неравновесных средах она может превышать c. При этом, однако, передний фронт импульса все равно двигается со скоростью, не превышающей скорости света в вакууме. В результате сверхсветовая передача информации остаётся невозможной.

40) Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения(суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

Кольца ньютона

Другим методом получения устойчивой интерференционной картины для света служит использование воздушных прослоек, основанное на одинаковой разности хода двух частей волны: одной — сразу отраженной от внутренней поверхности линзы и другой — прошедшей воздушную прослойку под ней и лишь затем отразившейся. Её можно получить, если положить плосковыпуклую линзу на стеклянную пластину выпуклостью вниз. При освещении линзы сверху монохроматическим светомобразуется тёмное пятно в месте достаточно плотного соприкосновения линзы и пластинки, окружённое чередующимися тёмными и светлыми концентрическими кольцами разной интенсивности. Тёмные кольца соответствуют интерференционным минимумам, а светлые — максимумам, одновременно тёмные и светлые кольца являются изолиниями равной толщины воздушной прослойки. Измерив радиус светлого или тёмного кольца и определив его порядковый номер от центра, можно определить длину волны монохроматического света. Чем круче поверхность линзы, особенно ближе к краям, тем меньше расстояние между соседними светлыми или тёмными кольцами[2].

41) Законы отражения:

1.Лучи падающий, отраженный и перпендикуляр, восставленный к границе двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

2.Угол отражения равен углу падения:

42) Законы преломления

Чем меньше скорость света в среде, тем более оптически плотной её считают. Среду с большим абсолютным показателем преломления называют оптически более плотной.

Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (например, из воздуха в воду или стекло), то угол падения больше угла преломления.

Наоборот, если свет проходит из воды или из стекла в воздух, то он преломляется от перпендикуляра: угол падения меньше угла преломления

Токи высокой частоты в технике





⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8

 

 

Колебания и волны

Волновой процесс.

Погрузите палку в пруд. Уровень воды должен повыситься. Но это повышение настолько ничтожно, что обнаружить его трудно. А если попеременно погружать палку в воду и вытаскивать ее, то по воде побегут волны. Они заметны на значительном расстоянии от места возникновения. Такое механическое движение воды можно сравнить с электромагнитными явлениями. Вокруг проводника с постоянным током возникает постоянное электромагнитное поле. Обнаружить его вдали от токонесущего проводника трудно.

Но если по проводнику пропускать переменный электрический ток, то и электромагнитные силы вокруг проводника будут все время меняться, т. е. электромагнитное поле вокруг него будет волноваться. От проводника с переменным током бегут электромагнитные волны.

Расстояние между двумя ближайшими гребнями волн на пруду — это длина волны. Ее обозначают греческой буквой λ (ламбда). Время, за которое какой-либо участок волнующейся поверхности воды поднимается, опускается и вновь возвращается к своему начальному положению — это период колебания — Т. Обратную величину называют частотой колебаний и обозначают буквой f. Частоту колебаний измеряют в периодах в секунду. Единица измерения частоты колебаний, соответствующая одному периоду в секунду, названа герц (гц) — в честь Генриха Рудольфа Герца (1857 — 1894), знаменитого исследователя колебаний и волн (1 тыс. герц=1 килогерц, 1 млн. герц= 1 мегагерц).

Скорость волн (с) — то расстояние, на которое волны распространяются за одну секунду. За время одного периода Т волновое движение успевает распространиться как раз на длину одной волны X. Для волнового движения справедливы следующие соотношения:

с • Т = λ; с / f = λ

Эти соотношения между частотой колебаний, длиной волны и скоростью движения волн верны не только для волн на воде, но и для любых колебаний и волн.

Необходимо сразу же подчеркнуть одно свойство электромагнитных колебаний. Когда они распространяются в пустом пространстве, то, какова бы ни была их частота, какова бы ни была длина волны, скорость их распространения всегда одна и та же —300 тыс. км/сек. Видимый свет — это один из видов электромагнитных колебаний (с длиной волны от 0,4 до 0,7 миллимикрона и частотой 1014 — 1015 гц). Скорость распространения электромагнитных волн — это скорость света (3•1010 см/сек).



В воздухе и в других газах скорость распространения электромагнитных колебаний лишь немного меньше, чем в пустоте. А в различных жидких и твердых средах она может быть в несколько раз меньше, чем в пустоте; кроме того, здесь она зависит от частоты колебаний.

Самая маленькая и самая большая
Есть много единиц измерения энергии: эрг, джоуль, калория и др. Самая маленькая из них — электронвольт: электрон, разогнанный в электрическом поле между точками с разностью потенциалов в 1 в, будет обладать энергией в 1 электронвольт.
Самую большую единицу энергии предложил недавно для подсчетов мировых запасов энергии индийский ученый Хоми Баба. Его единица равна тепловой энергии, которая выделяется при сжигании 33 млрд. Т каменного угля. Такое количество угля ученый взял потому, что за последние 20 лет, в течение которых особенно много добывалось и сжигалось угля, его было извлечено из земных недр именно 33 млрд. Т.

Излучение и излучатели

 

 

Мы живем в мире электромагнитных колебаний. И солнечный свет, и загадочные потоки космических лучей, падающих на Землю из межзвездных пространств, и тепло, испускаемое жарко натопленной печью, и электрический ток, циркулирующий в силовых сетях, — все это электромагнитные колебания. Все они распространяются в виде волн, в виде лучей.

Всякий предмет, всякое тело, порождающее волны, называют излучателем. Палка, которой болтают в пруду, — это излучатель водяных волн. Вода оказывает сопротивление ее движению. Чтобы двигать палку, надо затрачивать мощность. Эта передаваемая воде мощность численно равна произведению квадрата скорости движения палки на сопротивление движению. Частично эта мощность превращается в тепло — идет на нагревание воды, а частично идет на образование волн.

При движении весла в воде преодолевается сопротивление теплообразования и сопротивление излучения (волнообразования).

Можно сказать, что полное сопротивление, испытываемое палкой, — это сумма двух сопротивлений: одно из них — сопротивление теплообразования, а другое — сопротивление волнообразования — сопротивление излучения, как его принято называть.




Такие же закономерности и у электромагнитных явлений. Мощность, которую расходует в проводнике электрический ток, равна произведению сопротивления проводника на квадрат тока в нем. Если взять ток в амперах, а сопротивление в омах, то мощность получится в ваттах.

В электрическом сопротивлении любого проводника (как и в механическом сопротивлении воды движению палки) можно различить две составляющие: сопротивление теплообразования — омическое сопротивление и сопротивление излучения — сопротивление, вызванное образованием вокруг проводника электромагнитных волн, уносящих с собой энергию.

Возьмем, например, электрическую нагревательную плитку, для которой омическое сопротивление равно 20 ом, а ток — 5 а. Мощность, превращаемая в этой плитке в тепло, будет равна 500 вт (0,5 кВт). Чтобы вычислить мощность волн, бегущих от излучателя, надо помножить квадрат тока в проводнике на сопротивление излучения этого проводника.

Сопротивление излучения находится в сложной зависимости от формы проводника, от его размеров, от длины излучаемой электромагнитной волны. Но для одиночного прямолинейного проводника, во всех точках которого идет ток одного и того же направления и одинаковой силы, сопротивление излучения (в омах) выражается относительно простой формулой:

Rизл=3200(l/λ)2

Здесь l — длина проводника, а λ — длина электромагнитной волны (эта формула справедлива при l значительно меньших, чем λ).

При ориентировочных прикидках эту формулу можно применять для любых электротехнических конструкций, любых машин и аппаратов, например для нагревательной плитки, в которой провод не прямолинеен, а свернут в спираль, уложенную зигзагом. Но в качестве l в формулу сопротивления излучения надо подставлять не полную длину проводника, а один из приведенных размеров рассматриваемой конструкции. Для нагревательной плитки l приблизительно равно поперечнику плитки.

Передача толчка вдоль шеренги костяшек домино. Так же передается энергия от частицы к частице при механическом волновом движении.

На центральных электростанциях вырабатывается переменный ток с частотой 50 гц. Этому току соответствует электромагнитная волна длиной в 6 тыс. км. Не только электрическая плитка, но и самые крупные электрические машины и аппараты и даже дальние линии электропередачи имеют размеры l во много раз меньшие, нежели длина этой электромагнитной волны. Сопротивление излучения самых крупных электрических машин и аппаратов для тока с частотой 50 гц измеряется ничтожными долями ома. Даже при токах в тысячи ампер излучаются мощности меньше одного ватта.

Поэтому в практике при применении промышленного тока с частотой 50 гц не приходится учитывать его волновые свойства. Энергия этого тока крепко «привязана» к проводам. Для подключения потребителя (ламп, печей, двигателей и т. д.) необходим непосредственный контакт с токонесущими проводами.

С повышением частоты тока длина электромагнитной волны уменьшается. Например, для тока с частотой 50 Мгц она равна 3 м. При такой волне даже проводник небольших размеров может иметь значительное сопротивление излучения и при относительно небольших токах излучать значительные количества энергии.

По уточненным расчетам проводник длиной в полволны (l=λ/2) имеет сопротивление излучения Rизл. около 73 ом. При токе, скажем, 10 а излучаемая мощность будет 7,3 кВт. Проводник, способный излучать электромагнитную энергию, называют антенной. Этот термин был заимствован электриками в конце прошлого века из энтомологии, — антенной называется усик-щупальце у насекомых.

У истоков радиотехники

 

 

Электромагнитные колебания, совершающиеся с частотой в миллион миллиардов герц, наше зрение ощущает как свет. В тысячу раз более медленные колебания могут ощущаться кожей как тепловые лучи.

Электромагнитные колебания, частота которых находится в пределах от нескольких килогерц до тысяч мегагерц, не воспринимаются органами чувств, но они имеют большое значение в нашей жизни. Эти колебания способны распространяться, как и свет и тепло, в виде лучей. По-латыни слово «луч» — «радиус». От этого корня и образовано слово «радиоволны». Это колебания, порождаемые токами высокой частоты. Основное, важнейшее их применение — беспроволочная телеграфная и телефонная связь. Впервые в мире беспроволочную передачу сигналов радиоволнами практически осуществил русский ученый Александр Степанович Попов. 7 мая (25 апреля) 1895 г. на заседании физического отделения Русского физико-химического общества он продемонстрировал прием радиоволн.

В наше время с помощью радио можно установить беспроволочную связь между любыми точками земного шара. Возникли новые отрасли высокочастотной техники — радиолокация, телевидение. Радиотехника стала применяться в различных отраслях промышленности.

Обзор высокочастотной техники правильно начинать с методов получения переменных токов высокой частоты.

Самый старый и наиболее простой способ получения высокочастотных электромагнитных колебаний — это разряд конденсатора через искру. Первые радиопередатчики А. С. Попова имели искровые генераторы с такими простейшими разрядниками в виде двух шаров, разделенных воздушным промежутком.

Машинный генератор тока повышенной частоты.

В начале нашего столетия появились усовершенствованные искровые разрядники, которые давали высокочастотные колебания мощностью до 100 кВт. Но в них были велики потери энергии. В настоящее время есть более совершенные источники токов высокой частоты (ТВЧ).

Для получения токов с частотой до нескольких килогерц обычно применяют машинные генераторы. Такой генератор состоит из двух основных частей — неподвижного статора и вращающегося ротора. Обращенные друг к ДРУГУ поверхности ротора и статора зубчатые. При вращении ротора взаимное перемещение этих зубцов вызывает пульсацию магнитного потока. В рабочей обмотке генератора, уложенной на статоре, возникает переменная электродвижущая сила (э.д.с.). Частота тока равна произведению числа зубцов ротора на число его оборотов в секунду. Например, при 50 зубцах на роторе и скорости его вращения в 50 об/сек получается ток-частотой 2500 гц.

В настоящее время выпускаются машинные генераторы ТВЧ мощностью до нескольких сотен киловатт. Они дают частоты от нескольких сотен герц до 10 кгц.

Один из наиболее распространенных современных способов получения ТВЧ — это применение колебательных контуров, соединенных с электрическими управляемыми вентилями.

 

 











Никола Тесла о влиянии высокочастотных токов на организм — Книги, Статьи, Интервью

The Electrical Engineer – Feb. 11,1893

В журнале the Electrical Engineer от 25.01.1893 я заметил ста­тью, написанную г-ном А.А.С. Свинтоном (А.А.С. Swinton), со ссылкой на мой эксперимент с высокочастотными электрически­ми токами. Г-н Свинтон использует в этих экспериментах метод преобразования, описанный мной в докладе в American Institute of Electrical Engineers в мае 1891 года. Этот доклад был опублико­ван в The Electrical Engineer 8 июля 1891 года и с тех пор послу­жил некоторому количеству экспериментаторов. Меня несколько удивило то, что г-н Свинтон использует обыкновенный вибраци­онный размыкатель контактов, в то время как он мог использо­вать более простой метод превращения постоянного тока в пере­менный ток любой частоты, что было показано мной два года назад. Этот метод не предполагает применения никаких движу­щихся частей и позволяет экспериментатору изменять частоту простой настройкой. Я думал, что большинство электриков в настоящее время знакомы с этим красивым и простым методом преобразования.

Эффекты, наблюдаемые г-ном Свинтоном, не новы и впол­не ожидаемы для тех, кто внимательно читал то, что я писал по этому вопросу.

Но с некоторыми изложенными в статье его суж­дениями я
не могу согласиться.

Прежде всего относительно физиологического
влияния. Я ясно сформулировал в своих опубликованных работах, и мои дальнейшие
исследования токов только укрепили меня во мнении (которое я отметил в
вышеупомянутой работе), что неоспоримым фактом является то, что токи очень
высокой частоты менее вред­ны для здоровья, чем низкочастотные токи. Но я также
заботился о том, чтобы не распространялась идея, что эти токи абсолютно
безвредны. Это подтверждается следующей цитатой: «Токи высо­кой частоты,
полученные напрямую из агрегата или от вторичного низкого сопротивления,
создают более или менее значительные эффекты и могут вызывать серьезный вред».
Это относится к то­кам с обычной разностью потенциалов – таким, которые исполь­зуются
в повседневной промышленной практике.

Что касается токов с очень высокой
разностью потенциа­лов, которые использовались в моих экспериментах, я никогда
не рассматривал просто ток, а рассматривал мощность, которую человеческое тело
могло бы получить без вреда, и выразил это достаточно ясно в нескольких своих
работах.

Например, я заяв­лял, что «чем выше частота, тем большее количество
электри­ческой мощности может пройти через тело без серьезного дис­комфорта». А
в другом случае, когда обмотка с высоким напряже­нием замыкалась на тело
экспериментатора, я заявлял, что не­восприимчивость имеет место благодаря тому
факту, что меньше мощности подводилось к внешней обмотке (к внешней стороне
обмотки). Это практически то, что г-н Свинтон выразил несколько иначе, а
именно: «с высокочастотными токами возможно полу­чить эффекты с чрезвычайно
малыми токами» и т. д.

Что касается экспериментов с
лампами накаливания, я ду­маю, что выразил свои мысли достаточно отчетливо. Я
указал на явления импеданса, которые в то время (1891) считались очень
неравномерными, и я также указал на большую важность разре­женного газа,
который окружает нить накала, когда приходится иметь дело с токами такой
высокой частоты. Нагрев нити накала сравнительно малым током не обусловлен, как
думает г-н Свин­тон, ее полным сопротивлением или увеличенным омическим сопротивлением,
а обусловлен присутствием разреженного газа в самой лампе накаливания. Полная
очевидность достоверности этого может быть достигнута в большом количестве
эксперимен­тов.

Более того, в наблюдениях,
сделанных, когда тело экспери­ментатора было включено в ветвь разряда, по моему
мнению, имело место не сопротивление, а явление электрической емко­сти. Ведь
замечено, что искра между руками тем короче, чем больше поверхность тела, и
никакой искры не будет, если поверх­ность тела достаточно велика.

Я хотел бы здесь указать на
то, что существует вероят­ность впасть в ошибку, предполагая, что искра между
двумя не очень удаленными друг от друга точками на проводнике получа­ется
благодаря сопротивлению проводника. Это, конечно так, ког­да имеет место ток значительной
силы. Но когда при чрезвычай­но высоком потенциале на клеммах катушки имеют
место посто­янно поддерживающиеся колебания вдоль провода, а ток незна­чительный,
заметную роль начинает играть боковое рассеяние. Вследствие этой диссипации
быстрое падение потенциала вдоль провода и высокая разность потенциалов могут
существовать между точками, находящимися на коротком расстоянии друг от друга.
И это, конечно, нельзя путать с теми разностями потенци­алов, которые
наблюдаются между точками на теле (в районе брюшины) и точками на проводнике.

Боковая диссипация (рассея­ние), а не влияние кожи, как я думаю, является причиной того, что такое большое количество энергии может проходить через тело человека, не вызывая дискомфорта.

Мне всегда доставляет огромное удовольствие замечать, что то, что я когда-то предложил, используется для исследова­тельских или практических целей. Но меня можно извинить за то, что я говорю о том, что наблюдения, сделанные г-ном Свинтоном и другими экспериментаторами, в последнее время представля­ются как основополагающие, а оборудование, которое я предло­жил и разработал, используется неоднократно теми, кто, очевид­но, полностью игнорирует то, что я сделал в этом направлении. 

Н. Тесла

ток высокой частоты — это … Что такое ток высокой частоты?

  • ток высокой частоты — aukštadažnė srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ток высокой частоты вок. Hochfrequenzstrom, m rus. ток высокой частоты, м пранк. courant de haute fréquence, m… Fizikos terminų žodynas

  • ток высокой частоты — переменный ток, частота прерывания или изменения направления которого достаточно высока, чтобы не возникали тетанические сокращения при его прохождении через живые сократительные ткани; см. d Arsonval c… Медицинский словарь

  • Высокие частоты — (HF) радиочастоты от 3 до 30 МГц.Также известен как декаметровый диапазон или декаметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от одного до десяти декаметров (от десяти до ста метров). Частоты непосредственно ниже HF обозначаются как Средняя частота…… Wikipedia

  • Программа высокочастотных активных исследований полярных сияний — HAARP часто путают с проектом HARP, Проектом высокогорных исследований (совместный проект Пентагона и Министерства национальной обороны Канады). Программа высокочастотных активных исследований полярных сияний (HAARP) это исследовательский проект… Wikipedia

  • высокая частота — 1.говорится о любом периодическом событии или процессе, который повторяется со скоростью, превышающей установленную норму. 2. Переменный ток, частота которого в циклах в секунду высока по отношению к определенному стандарту. 3. частота звуковых волн выше … Медицинский словарь

  • Сверхвысокая частота — (UHF) обозначает диапазон (полосу) электромагнитных волн с частотами от 300 МГц до 3 ГГц (3000 МГц). Также известен как дециметровый диапазон или дециметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от десяти до одного дециметра.Радиоволны с частотами…… Википедия

  • Визуализация плотности тока — (CDI) — это расширение магнитно-резонансной томографии (МРТ), разработанное в Университете Торонто. Он использует два метода для пространственного картирования путей электрического тока через ткань: LF CDI, низкочастотный CDI, оригинальная реализация…… Wikipedia

  • High Voltage Partial Discharge — (HVPD), Ltd. Тип Частная комп… Википедия

  • текущий — Синонимы и родственные слова: AC, броуновское движение, DC, Zeitgeist, a la mode, поглощаемый ток, принятый, доступный, случайный, сопровождающий, приученный, активный ток, актуальный, адо, продвижение, рекомендованный, подтвержденный, изобилие, приток, приток,…… Moby Thesaurus

  • Высокое напряжение — Термин высокое напряжение характеризует электрические цепи, в которых используемое напряжение является причиной особых требований безопасности и требований к изоляции.Высокое напряжение используется в распределении электроэнергии, в электронно-лучевых трубках, чтобы генерировать X…… Wikipedia

  • Трансформатор тока — ТТ для работы в сети 110 кВ В электротехнике трансформатор тока (ТТ) используется для измерения электрических токов. Трансформаторы тока вместе с трансформаторами напряжения (VT) (трансформаторы напряжения (PT)) известны как… Wikipedia

  • .

    высокочастотный ток — с русского на английский

  • высокочастотный ток — aukštadažnė srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ток высокой частоты вок. Hochfrequenzstrom, m rus. ток высокой частоты, м пранк. courant de haute fréquence, m… Fizikos terminų žodynas

  • ток высокой частоты — переменный ток, частота прерывания или изменения направления которого достаточно высока, чтобы не возникали тетанические сокращения при его прохождении через живые сократительные ткани; см. d Arsonval c… Медицинский словарь

  • Высокие частоты — (HF) радиочастоты от 3 до 30 МГц.Также известен как декаметровый диапазон или декаметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от одного до десяти декаметров (от десяти до ста метров). Частоты непосредственно ниже HF обозначаются как Средняя частота…… Wikipedia

  • Программа высокочастотных активных исследований полярных сияний — HAARP часто путают с проектом HARP, Проектом высокогорных исследований (совместный проект Пентагона и Министерства национальной обороны Канады). Программа высокочастотных активных исследований полярных сияний (HAARP) это исследовательский проект… Wikipedia

  • высокая частота — 1.говорится о любом периодическом событии или процессе, который повторяется со скоростью, превышающей установленную норму. 2. Переменный ток, частота которого в циклах в секунду высока по отношению к определенному стандарту. 3. частота звуковых волн выше … Медицинский словарь

  • Сверхвысокая частота — (UHF) обозначает диапазон (полосу) электромагнитных волн с частотами от 300 МГц до 3 ГГц (3000 МГц). Также известен как дециметровый диапазон или дециметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от десяти до одного дециметра.Радиоволны с частотами…… Википедия

  • Визуализация плотности тока — (CDI) — это расширение магнитно-резонансной томографии (МРТ), разработанное в Университете Торонто. Он использует два метода для пространственного картирования путей электрического тока через ткань: LF CDI, низкочастотный CDI, оригинальная реализация…… Wikipedia

  • High Voltage Partial Discharge — (HVPD), Ltd. Тип Частная комп… Википедия

  • текущий — Синонимы и родственные слова: AC, броуновское движение, DC, Zeitgeist, a la mode, поглощаемый ток, принятый, доступный, случайный, сопровождающий, приученный, активный ток, актуальный, адо, продвижение, рекомендованный, подтвержденный, изобилие, приток, приток,…… Moby Thesaurus

  • Высокое напряжение — Термин высокое напряжение характеризует электрические цепи, в которых используемое напряжение является причиной особых требований безопасности и требований к изоляции.Высокое напряжение используется в распределении электроэнергии, в электронно-лучевых трубках, чтобы генерировать X…… Wikipedia

  • Трансформатор тока — ТТ для работы в сети 110 кВ В электротехнике трансформатор тока (ТТ) используется для измерения электрических токов. Трансформаторы тока вместе с трансформаторами напряжения (VT) (трансформаторы напряжения (PT)) известны как… Wikipedia

  • .

    высокочастотный ток — с английского на русский

  • высокочастотный ток — aukštadažnė srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ток высокой частоты вок. Hochfrequenzstrom, m rus. ток высокой частоты, м пранк. courant de haute fréquence, m… Fizikos terminų žodynas

  • ток высокой частоты — переменный ток, частота прерывания или изменения направления которого достаточно высока, чтобы не возникали тетанические сокращения при его прохождении через живые сократительные ткани; см. d Arsonval c… Медицинский словарь

  • Высокие частоты — (HF) радиочастоты от 3 до 30 МГц.Также известен как декаметровый диапазон или декаметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от одного до десяти декаметров (от десяти до ста метров). Частоты непосредственно ниже HF обозначаются как Средняя частота…… Wikipedia

  • Программа высокочастотных активных исследований полярных сияний — HAARP часто путают с проектом HARP, Проектом высокогорных исследований (совместный проект Пентагона и Министерства национальной обороны Канады). Программа высокочастотных активных исследований полярных сияний (HAARP) это исследовательский проект… Wikipedia

  • высокая частота — 1.говорится о любом периодическом событии или процессе, который повторяется со скоростью, превышающей установленную норму. 2. Переменный ток, частота которого в циклах в секунду высока по отношению к определенному стандарту. 3. частота звуковых волн выше … Медицинский словарь

  • Сверхвысокая частота — (UHF) обозначает диапазон (полосу) электромагнитных волн с частотами от 300 МГц до 3 ГГц (3000 МГц). Также известен как дециметровый диапазон или дециметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от десяти до одного дециметра.Радиоволны с частотами…… Википедия

  • Визуализация плотности тока — (CDI) — это расширение магнитно-резонансной томографии (МРТ), разработанное в Университете Торонто. Он использует два метода для пространственного картирования путей электрического тока через ткань: LF CDI, низкочастотный CDI, оригинальная реализация…… Wikipedia

  • High Voltage Partial Discharge — (HVPD), Ltd. Тип Частная комп… Википедия

  • текущий — Синонимы и родственные слова: AC, броуновское движение, DC, Zeitgeist, a la mode, поглощаемый ток, принятый, доступный, случайный, сопровождающий, приученный, активный ток, актуальный, адо, продвижение, рекомендованный, подтвержденный, изобилие, приток, приток,…… Moby Thesaurus

  • Высокое напряжение — Термин высокое напряжение характеризует электрические цепи, в которых используемое напряжение является причиной особых требований безопасности и требований к изоляции.Высокое напряжение используется в распределении электроэнергии, в электронно-лучевых трубках, чтобы генерировать X…… Wikipedia

  • Трансформатор тока — ТТ для работы в сети 110 кВ В электротехнике трансформатор тока (ТТ) используется для измерения электрических токов. Трансформаторы тока вместе с трансформаторами напряжения (VT) (трансформаторы напряжения (PT)) известны как… Wikipedia

  • .

    высокочастотный ток — это … Что такое высокочастотный ток?

  • ток высокой частоты — aukštadažnė srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ток высокой частоты вок. Hochfrequenzstrom, m rus. ток высокой частоты, м пранк. courant de haute fréquence, m… Fizikos terminų žodynas

  • ток высокой частоты — переменный ток, частота прерывания или изменения направления которого достаточно высока, чтобы не возникали тетанические сокращения при его прохождении через живые сократительные ткани; см. d Arsonval c… Медицинский словарь

  • Высокие частоты — (HF) радиочастоты от 3 до 30 МГц.Также известен как декаметровый диапазон или декаметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от одного до десяти декаметров (от десяти до ста метров). Частоты непосредственно ниже HF обозначаются как Средняя частота…… Wikipedia

  • Программа высокочастотных активных исследований полярных сияний — HAARP часто путают с проектом HARP, Проектом высокогорных исследований (совместный проект Пентагона и Министерства национальной обороны Канады). Программа высокочастотных активных исследований полярных сияний (HAARP) это исследовательский проект… Wikipedia

  • высокая частота — 1.говорится о любом периодическом событии или процессе, который повторяется со скоростью, превышающей установленную норму. 2. Переменный ток, частота которого в циклах в секунду высока по отношению к определенному стандарту. 3. частота звуковых волн выше … Медицинский словарь

  • Сверхвысокая частота — (UHF) обозначает диапазон (полосу) электромагнитных волн с частотами от 300 МГц до 3 ГГц (3000 МГц). Также известен как дециметровый диапазон или дециметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от десяти до одного дециметра.Радиоволны с частотами…… Википедия

  • Визуализация плотности тока — (CDI) — это расширение магнитно-резонансной томографии (МРТ), разработанное в Университете Торонто. Он использует два метода для пространственного картирования путей электрического тока через ткань: LF CDI, низкочастотный CDI, оригинальная реализация…… Wikipedia

  • High Voltage Partial Discharge — (HVPD), Ltd. Тип Частная комп… Википедия

  • текущий — Синонимы и родственные слова: AC, броуновское движение, DC, Zeitgeist, a la mode, поглощаемый ток, принятый, доступный, случайный, сопровождающий, приученный, активный ток, актуальный, адо, продвижение, рекомендованный, подтвержденный, изобилие, приток, приток,…… Moby Thesaurus

  • Высокое напряжение — Термин высокое напряжение характеризует электрические цепи, в которых используемое напряжение является причиной особых требований безопасности и требований к изоляции.Высокое напряжение используется в распределении электроэнергии, в электронно-лучевых трубках, чтобы генерировать X…… Wikipedia

  • Трансформатор тока — ТТ для работы в сети 110 кВ В электротехнике трансформатор тока (ТТ) используется для измерения электрических токов. Трансформаторы тока вместе с трансформаторами напряжения (VT) (трансформаторы напряжения (PT)) известны как… Wikipedia

  • .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *