Текст книги "Физика в быту"

Живые организмы не только создают собственные электромагнитные поля, но и отзываются на воздействие внешних полей. То, что восприимчивость к магнитному полю есть не только у птиц, но и у людей, доказано прямыми экспериментами. Хотя данные об изменениях внешнего магнитного поля в сознание человека не попадают, на электрической активности мозга в альфа-диапазоне эти изменения отражаются. По вопросу о механизмах влияния ЭМП на людей имеются разногласия, но несомненно, что одним из главных механизмов воздействия магнитного поля является индуцирование токов внутри тела. Индукционные токи текут между клетками, стимулируя нервные и мышечные ткани. Наиболее чувствительна к электромагнитным полям нервная система, но магнитное поле воздействует и на кровеносно-сосудистую систему (красные кровяные тельца способны сильно намагничиваться), на эффективность переноса кислорода кровью, транспортировку питательных веществ.

Естественное геомагнитное поле в значительной мере определяет состояние наших внутренних магнитных полей. Когда же в этот процесс взаимодействия вмешиваются искусственные источники ЭМП, по интенсивности во много раз превосходящие естественные поля, происходит нарушение синхронизации. Человек не ощущает ЭМП напрямую, и явно заметного вреда чужеродные поля не приносят, но при длительном воздействии они уменьшают нашу способность адаптироваться к другим неблагоприятным факторам, снижают иммунитет и работоспособность. Специалисты Института биофизики РАН на основании своих исследований пришли к выводу: следствием воздействия техногенных электромагнитных полей может стать синдром раннего старения организма. Его признаки: ухудшение памяти и работоспособности, снижение иммунитета, нарушение репродуктивной функции и развитие других возрастных патологий в более ранние годы.

Техногенные электромагнитные поля уже стали значимым экологическим фактором. В 1995 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) ввела термин «глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды» и включила эту проблему в перечень приоритетных для человечества. Практически все развитые страны реализуют свои национальные программы исследования биологического действия ЭМП и обеспечения безопасности человека.

Серьёзные исследования воздействия электромагнитных полей и радиоизлучений на организм человека начались ещё в СССР в 1960-х годах, когда держава готовилась стать лидером в освоении космического пространства. Ведь при полётах к Луне и другим планетам экипаж будет лишён постоянного геомагнитного поля и атакован космическими лучами (более подробный разговор о которых мы будем вести в четвёртой части книги). Как вариант защиты от космической радиации рассматривается создание мощного искусственного магнитного поля. Кроме того, значительный электромагнитный фон создаёт работающая аппаратура корабля. Эти же факторы будут действовать на лунной или марсианской базе. Как всё это может сказаться на здоровье, особенно при длительном воздействии?

Посмотрим, что же известно о влиянии полей различной интенсивности и частоты на людей.

Биологическое действие наблюдается не только при усилении, но и при ослаблении электрического и магнитного полей. Тут важна степень изменения полей по сравнению с их естественными значениями. Более того, ослабление поля действует хуже, чем усиление, к которому до определённого предела организмы адаптируются.

Так, при экранировании от электрического поля у мышей и крыс обнаружились нарушения регуляции обмена веществ и рост смертности через три недели эксперимента. Но изменения были обратимы и проходили при включении «электрического душа» – немного усиленного искусственного электрического поля.

Заметим: в жилых помещениях со стальной арматурой земное электрическое поле ослаблено в 10–100 раз. Скорее «под душ», на природу!

Достаточно много фактов накоплено по магнитной депривации. Так, у крыс при ослаблении в 500 раз геомагнитного поля происходили дегенеративные изменения внутренних органов, а также сильно возрастала агрессивность. У людей-добровольцев, находившихся в сильно ослабленном магнитном поле в течение десяти суток, не обнаружили каких-либо отклонений в самочувствии и здоровье. Но более длительное отсутствие геомагнитного поля, вероятно, может вызвать более серьёзные последствия.

В середине XX века японский учёный и врач Киочи Накагава описал новую болезнь «синдром дефицита магнитного поля человека». Он убедительно показал, что у человека магнитная депривация проявляется в ухудшении сна, снижении иммунитета, быстрой утомляемости и нервозности. Геомагнитное поле ослаблено в подземных помещениях (метро, туннелях), в домах с бетонными и монолитно-каркасными стенами и перекрытиями (из-за наличия стальной арматуры).

Санитарные правила и нормы (СанПин) устанавливают предельно допустимый уровень (ПДУ) ослабления геомагнитного поля в жилых зданиях: 1,5 раза.

Эффект ослабления геомагнитного поля сильнее всего выражен в крупнопанельных домах, особенно на высоких этажах, где предельно допустимый уровень ослабления может быть превышен в 2–3 раза. В зданиях, построенных по монолитно-каркасной технологии, коэффициент ослабления обычно не превышает ПДУ. В кирпичных домах с бетонными перекрытиями ослабление ещё меньше. Но лучше всего в этом отношении деревянные дома.

В стальной коробке автомобиля, трамвая, поезда, самолёта, корабля геомагнитное поле ослаблено примерно в 50 раз! Это одна из причин, по которой длительные поездки утомляют.

Лечиться от электрической и магнитной деприваций очень просто: почаще бывать на природе.

Мы ежедневно встречаемся с постоянными магнитными полями, во много раз превышающими земное поле, в обычных бытовых устройствах: микроволновых печах (там целых два постоянных магнита), компьютерах, наушниках, смартфонах, акустических системах, видеоплеерах, электромоторах… Что же известно о действии на человека сильных постоянных магнитных полей?

Для ориентировки: стрелка компаса начинает реагировать на источник магнитного поля индукцией 0,03 Тл с расстояния 15 см.

В отличие от внешних электрических полей, магнитные поля практически полностью проникают в тело, так что весь организм испытывает их воздействие. Вопрос об их опасности или безопасности всё ещё остаётся открытым. Известно, что кратковременное воздействие сильных магнитных полей (до нескольких Тл) человек переносит без явных патологических последствий. Например, во время процедуры МРТ (магнито-резонансная томография) вы подвергаетесь действию стационарного поля от 0,01 до 3 Тл. При повороте головы в поле выше 2 Тл может возникнуть головокружение и тошнота, и виновато в этом явление электромагнитной индукции.

Ещё много веков назад постоянные магниты прикладывали к ранам и ушибам, ноющим суставам и зубам для облегчения боли и снятия воспаления. Сейчас во многих странах, особенно в Японии, популярны магнитные аппликаторы и браслеты, которые создают довольно сильные магнитные поля: от 0,01 Тл до 0,2 Тл, причём носят эти магнитные браслеты по 8–10 часов. В ряде стран, в том числе в СССР и затем в РФ, используется магнитотерапия: лечение постоянными, импульсными или низкочастотными полями. Однако в других странах, например в США, магнитотерапия считается псевдонаучным методом с недоказанной клинической эффективностью. Но как бы там ни было, ежегодные мировые обороты индустрии магнитотерапии превышают миллиард долларов.

Санитарные правила и нормы (СанПин) не устанавливают предельно допустимых уровней (ПДУ) для постоянных полей в быту, ограничения есть только для рабочих мест. Так, для длительного пребывания (1–8 часов) установлен ПДУ постоянного магнитного поля 0,01 Тл (10 тысяч мкТл, то есть в 200 раз больше естественного геомагнитного поля на широте Москвы), при кратковременном (до 10 минут) – 0,03 Тл. При кратковременном локальном действии (на отдельную часть тела) разрешены поля до 0,05 Тл. Заметьте: магнитные браслеты могут создавать локальные поля до 0,1 Тл! Так что хорошо подумайте, прежде чем долго их носить.

При желании вы можете придерживаться рекомендации Международной ассоциации радиационной защиты (IRPA): для населения постоянно действующее техногенное магнитное поле не должно превышать 100 мкТл (0,0001 Тл) – это вдвое больше геомагнитного поля на широте Москвы. Чтобы быть спокойным на этот счёт, не стоит, к примеру, ставить у изголовья кровати устройства, содержащие сильные постоянные магниты.

ВОЗ считает, что имеющихся на сегодня данных о возможных долгосрочных или отсроченных последствиях воздействия на людей постоянных магнитных полей недостаточно для окончательных выводов. Проблема требует дальнейших исследований.

Поговорим теперь о переменных полях.

Среди всех переменных полей со сверхнизкими частотами (таковыми считаются частоты до 300 Гц) особое положение занимают поля технической частоты 50–60 Гц, потому что мы буквально купаемся в них в повседневной жизни. Эти поля создаются электропроводкой, всеми бытовыми приборами, питающимися от сети переменного тока, линиями электропередач, трансформаторными подстанциями. На переменном токе технической частоты работает железнодорожный транспорт (городской же транспорт на электротяге использует постоянный ток).

Вспомним ещё раз закон электромагнитной индукции: изменения магнитного потока создают индукционные электрические поля и токи. При постоянном магнитном поле изменения магнитного потока могут возникать при ваших движениях и поворотах, но это будут медленные изменения! При полях порядка геомагнитного или чуть более сильных индукционные токи чрезвычайно малы. Другое дело – переменные магнитные поля технической и более высоких частот. Они индуцируют гораздо более сильные электрические поля и токи в организме, которые воздействуют на нервы и мышцы. У человека может увеличиться частота пульса, начать болеть голова. Всё зависит от амплитуды переменных полей.

Не забывайте, что есть ещё и биоэффективные частоты человеческого тела – мы уже говорили о них в первой части книги. В диапазон частот от нуля до 100 Гц попадают частоты отклика кровеносной, сердечно-сосудистой и переферической нервной систем, а также основные ритмы мозга. Резонансные частоты нервных волокон 50–60 Гц близки к технической частоте. Любой сбой ритма этих важнейших систем может отозваться во всём организме. Особенно опасны частоты около 10 Гц (частота сердца) и 8–12 Гц (диапазон альфа-волн).

В конце 1970-х годов в ряде стран были начаты масштабные эпидемиологические исследования по влиянию полей технической частоты на здоровье населения. В Швеции наблюдали за здоровьем 500 тысяч людей, проживающих вдоль трасс линий электропередач (ЛЭП) в условиях повышенных уровней магнитного поля технической частоты. Оказалось: если индукция магнитного поля превышала 0,3 мкТл, то раковые заболевания и лейкозы у детей встречались в 2 раза чаще. Аналогичные результаты были получены в Финляндии, Дании, США и Канаде. (Справедливости ради отметим, что не все исследовательские группы подтвердили такие результаты. Споры о повышенном риске рака в связи с воздействием магнитных полей ЛЭП не утихают до сих пор.) Сейчас во многих странах принято считать безопасным уровнем низкочастотного магнитного поля в местах длительного пребыванию людей величину 0,2 мкТл (так называемый «шведский стандарт»). Запомните это число! Такое поле может быть зарегистрировано на расстоянии 500 метров от ЛЭП. Эта величина (0,2 мкТл) сопоставима с амплитудой нерегулярных изменений геомагнитного поля при очень сильных магнитных бурях.

Сейчас во всём мире техногенные магнитные поля считаются гораздо опаснее для здоровья, чем электрические. Однако большинство линий электропередач строилось без учёта «магнитной опасности»: охранные зоны вокруг них определяли только по уровню электрического поля. В итоге старые жилые здания могут располагаться вблизи ЛЭП, так что уровень магнитного поля в некоторых зданиях достигает 3,5 мкТл. Трансформаторные подстанции тоже могут приводить к превышению допустимого уровня полей.

В 2007 году в России были введены ПДУ полей технической частоты 50 Гц для населения (до этого нормировались только поля на рабочих местах): в жилых помещениях, детских, общеобразовательных и медицинских учреждениях магнитное поле не должно превышать 5 мкТл. Как видите, это в 25 раз больше «шведского стандарта». Но у нас в стране только в соответствии с этой нормой вы можете «качать права».

Нормативы Международной ассоциации радиационной защиты носят рекомендательный характер: для частот 10–400 Гц магнитные поля в местах регулярного пребывания людей не должны превышать 0,1 мкТл.

В 2002 году Международное агентство по исследованию рака включило магнитные поля частоты 50–60 Гц в список «возможных канцерогенных факторов».

Около проводника, по которому протекает ток, возникают одновременно электрическое и магнитное поля. Источниками переменных магнитных полей в наших квартирах являются все приборы, потребляющие большой ток (а значит, и большую мощность): грили, утюги, вытяжки, холодильники, телевизоры, компьютеры и блоки питания, общий силовой кабель подъезда или лифта.

Наибольший вклад в электромагнитное загрязнение внутри домов дают кабельные линии, подводящие электричество ко всем квартирам и внутри них, а также распределительные щиты и трансформаторы. В помещениях, смежных с этими источниками, уровень магнитного поля обычно повышен. Постарайтесь не ставить кровать или рабочий стол в опасную зону, то есть ближе чем 3–5 метров к распределительным щитам.

Что касается электроприборов, то самые мощные, а значит, и самые опасные из них – это электрическая плита и микроволновка (СВЧ-печь). Магнитное поле СВЧ-печи на расстоянии 1 м редко бывает ниже 0,5 мкТл (мы сейчас говорим о поле, созданном током электропитания печи, а не о её СВЧ-излучении – это будет предметом особого разговора). Электрическая плита на расстоянии 30 см создаёт магнитное поле до 4 мкТл. Правда, мы не проводим возле плиты или СВЧ-печи много времени, что сильно смягчает ситуацию. Высокие уровни магнитного поля регистрируют также возле посудомоечных машин, пылесосов и холодильников с системой «без инея». Блоки питания компьютеров, зарядные устройства смартфонов создают значительное поле на расстояниях до 1 м.

Понятно, что шарахаться от всех бытовых приборов не надо, просто держитесь от работающих устройств подальше и не размещайте наиболее мощные электроприборы вблизи мест продолжительного пребывания или сна. «Зона риска», в которой магнитное поле может превышать «шведский стандарт» 0,2 мкТл, для большинства мощных бытовых устройств находится в диапазоне от 1 до 1,5 метров.

Мы обычно не принимаем во внимание поля энергосберегающих ламп. А между тем их пускорегулирующие аппараты создают существенное магнитное поле как промышленной частоты, так и радиочастотного диапазона. Это касается как КЛЛ, так и светодиодов с некачественными драйверами. Эти лампы совершенно безопасны на потолке, но размещать их ближе чем 30–40 см от головы не стоит.

При заземлении бытовой техники создаваемые электромагнитные поля уменьшаются в несколько раз. Увы, дома советской постройки оснащены двухпроводной сетью без заземления. Только после 1985 года стали строить дома с трёхпроводной сетью, предполагающей заземление.

Магнитные поля имеются не только внутри вагонов трамваев, троллейбусов, метро, поездов, но и на прилегающих территориях, ведь контактные сети создают земные токи растекания, и эти токи существенно изменяют фоновые уровни магнитных полей на десятки метров вокруг. При разгоне и торможении транспорта поля меняются скачкообразно, «всплесками». В некоторых зонах пиковые значения магнитного поля достигают 100 мкТл. Подобные «скачущие» поля с точки зрения их влияния на живые организмы считаются достаточно агрессивными. При систематическом воздействии они могут вызывать «срыв адаптации» к другим неблагоприятным факторам, то есть снижать устойчивость организма. Особенно такие поля нежелательны для людей, уже страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Самые большие скачки магнитного поля наблюдаются в метро. На платформе во время торможения и разгона поезда регистрируются поля 50–100 мкТл. Поле на платформе вернётся к исходному состоянию после того, как состав подключится к другому контактному рельсу. А в самóм вагоне магнитное поле достигает ещё бóльших значений: 100–150 мкТл.

Самым безвредным из наземного электрического транспорта с точки зрения наличия магнитных полей в салонах были троллейбусы. (Не правда ли, жаль, что троллейбусы ушли с наших улиц?) Даже при разгоне троллейбуса поле в салоне невелико. Дело в том, что по двум проводам контактной сети текут постоянные токи противоположного направления, и их магнитные поля в окружающем пространстве частично компенсируют друг друга. А в трамвае обратным проводом служат рельсы. Среднее поле в движущемся трамвае 30 мкТл. На уровне пола прямо над двигателем поле сильнее (в пиковые моменты достигая 250 мкТл), а чем выше от пола, тем оно слабее.

В пригородных электричках средние значения магнитного поля составляют 20 мкТл, достигая при разгоне и торможении 75 мкТл. В пассажирских вагонах поездов дальнего следования поля сильнее: на уровне пола они достигают сотен мкТл, в других местах купе – десятков мкТл.

К счастью, в транспорте обычный человек проводит не столь уж много времени.

Какому же усреднённому совокупному воздействию полей подвергается житель большого города? По оценкам петербургских специалистов, в будние дни средняя величина техногенных низкочастотных полей составляет 0,6 мкТл (что соответствует экстремальной магнитной буре), в выходные в полтора раза меньше. Но это не прямые измерения, а оценки. А вот в Германии Федеральное ведомство по радиационной защите попыталось измерить уровень повседневного воздействия магнитных полей при участии двух тысяч добровольцев, которые носили специальные дозиметры 24 часа в сутки. Полученные данные значительно отличались для разных людей, но средний уровень техногенного магнитного поля составил 0,1 мкТл. Интересно, что между фермерами и горожанами не оказалось значительной разницы (с точки зрения воздействия полей). Вдохновляющий результат!

Согласно оценкам, в городах главным неблагоприятным фактором, воздействующим на здоровье населения, является всё же акустический шум, а электромагнитные поля стоят на втором месте.

Глава 4
Электромагнитные излучения

Люди изменили электромагнитный фон не только в местах своего обитания. Буквально вся наша планета окутана радиошумом техногенного происхождения. Суммарная мощность радиоизлучения, создаваемого человечеством, сопоставима с радиоизлучением Солнца! Какие-то излучения простой горожанин не имеет возможности контролировать (среди них теле– и радиовещание), а какие-то – может.

Попробуем разобраться, что за опасности со стороны электромагнитных излучений нам грозят и как их минимизировать.

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

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

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

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

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