При атмосферном давлении сухой воздух «пробивается» при напряжении около 30 кВ/см

При уменьшении давления ниже атмосферного вначале наблюдается падение электрической прочности (рис. 3.5), но когда давление доходит до некоторого значения, электрическая прочность начинает снова возрастать. Это объясняется уменьшением числа молекул газа в единице объема до такого малого количества, при котором вероятность столкновений электронов с молекулами значительно уменьшается. При высоком вакууме пробой можно объяснить явлением «вырывания» электронов из поверхности электрода (холодная эмиссия). В этом случае электрическая прочность доходит до весьма высоких значений (порядка ) и зависит от материала и состояния поверхности электродов.

Большую электрическую прочность вакуума используют в технике при конструировании высокочастотных вакуумных конденсаторов, предназначенных для повышенных напряжений.

Пробивное напряжение газа в однородном поле меняется в зависимости от частоты, особенно при радиочастотах. На рис. 3.6 показана зависимость пробивного напряжения воздуха от частоты.

Рис. 3.6. Отношение пробивного напряжения воздуха при заданной частоте к пробивному напряжению при постоянном токе в зависимости от частоты

При небольших частотах амплитудное значение пробивного напряжения совпадает со значением пробивного напряжения при постоянном токе; при более высоких частотах пробивное напряжение несколько уменьшается и доходит до минимума при частоте около , после чего вновь возрастает и достигает значений, превосходящих пробивное напряжение при постоянном токе более чем на 1,5 раза.

Уменьшение пробивного напряжения с ростом частоты объясняется искажением поля, обусловленным образованием объемных зарядов в газе вследствие различной подвижности положительных ионов и электронов.

Электромагнитные поля

Научно-технический прогресс сопровождается резким увеличением мощности электромагнитных полей (ЭМП), созданных человеком, которые в отдель­ных случаях в сотни и тысячи раз выше уровня естественных полей.

Спектр электромагнитных колебаний включает волны длиной от 1000 км до 0,001 мкм и по частоте f от 3×10² до 3×10²⁰ Гц. Электромагнитное поле характеризуется совокупностью векторов электрических и магнитных со­ставляющих. Разные диапазоны электромагнитных волн имеют общую фи­зическую природу, но различаются энергией, характером распространения, поглощения, отражения и действием на среду, человека. Чем короче длина волны, тем больше энергии несет в себе квант.

Основными характеристиками ЭМП являются:

- Напряженность электрического поля Е, В/м.

- Напряженность магнитного поля Н, А/м.

- Плотность потока энергии, переносимый электромагнитными волна­ми I, Вт/м².

Связь между ними определяется зависимостью

Связь энергии I и частоты f колебаний определяется как:

где: f = с/l, а с = 3×10⁸ м/с (скорость распространения электромагнит­ных волн), h = 6,6×10³⁴ Вт/см² (постоянная Планка).

В пространстве. окружающем источник ЭМП выделяют 3 зоны (рис.9):

а) Ближняя зона (индукции), где нет распространения волны, нет переноса энергии, а следовательно электрическая и магнитная со­ставляющая ЭМП рассматриваются независимо. Граница зоны R < l/2p.

б) Промежуточная зона (дифракции), где волны накладываются друг на друга, образуя максимумы и стоячие волны. Границы зоны l/2p < R < 2pl. Основная характеристика зоны суммарная плотность потоков энергии волн.

в) Зона излучения (волновая) с границей R > 2pl. Есть распространение волны, следовательно характеристикой зоны излучения является плотность потока энергии, т.е. коли­чество энергии, падающей на единицу поверхности I (Вт/м²).

Электромагнитное поле по мере удаления от источников излучения затухает обратно пропорционально квадрату расстояний от источника. В зоне индукции напряженность электрического поля убывает обратно пропорционально расстоянию в третьей степени, а маг­нитного поля обратно пропорционально квадрату расстояния.

По характеру воздействия на организм человека ЭМП разделяют на 5 диапазонов:

Электромагнитные поля промышленной частоты (ЭМП ПЧ): f < 10 000 Гц.

Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ) f 10 000 Гц.

Электромагнитные поля радиочастотной части спектра разбиваются на четыре поддиапазона

1) f от 10 000 Гц до 3 000 000 Гц (3 МГц);

2) f от 3 до 30 МГц;

3) f от 30 до 300 МГц;

4) f от 300 МГц до 300 000 МГЦ (300 ГГц).

Источниками электромагнитных полей промышленной частоты являются линии электропередач высокого напряжения, открытые распре­делительные устройства, все электрические сети и приборы, питающиеся переменным током 50 Гц. Опасность воздействия линий растет с увеличе­нием напряжения вследствие возрастания заряда, сосредоточенного на фазе. Напряженность электрического поля в районах прохождения высоко­вольтных линий электропередач может достигать нескольких тысяч вольт на метр. Волны этого диапазона сильно поглощаются почвой и на удале­нии 50-100 м от линии напряженность падает до нескольких десятков вольт на метр. При систематическом воздействии ЭП наблюдаются функцио­нальные нарушения в деятельности нервной и сердечно-сосудистой систе­мы. С возрастанием напряженности поля в организме наступают стойкие функциональные изменения в ЦНС. Наряду с биологическим действием электрического поля между человеком и металлическим предметом могут возникнуть разряды, обусловленные потенциалом тела, который достигает нескольких киловольт, если человек изолирован от Земли.

Допустимые уровни напряженности электрических полей на рабочих местах устанавливаются ГОСТом 12.1.002-84 «Электрические поля промышленной частоты». Предельно до­пустимый уровень напряженности ЭМП ПЧ устанавливается в 25 кВ/м. Допустимое время пребывания в таком поле составляет 10 мин. Пребыва­ние в ЭМП ПЧ напряженностью более 25 кВ/м без средств защиты не допускает­ся, а в ЭМП ПЧ напряженностью до 5 кВ/м пребывание допускается в течение всего рабочего дня. Для расчета допустимого времени пребывания в ЭП при напряженно­сти свыше 5 до 20 кВ/м включительно используется формула

Т = (50/ Е) - 2,

где: Т - допустимое время пребывания в ЭМП ПЧ, (час); Е - напряженность электрической составляющей ЭМП ПЧ, (кВ/м).

Санитарные нормы СН 2.2.4.723-98 регламентируют ПДУ магнитной составляющей ЭМП ПЧ на рабочих местах. Напряженность магнитной составляющей Н не должна превышать 80 А/м при 8-ми часовом пребывании в условиях этого поля.

Напряженность электрической составляющей ЭМП ПЧ в жилой застройке и квартирах регламентируется СанПиН 2971-84 «Санитарными нормами и правилами защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты». Согласно этому документу, величина Е не должна превышать 0,5 кВ/м внутри жилых помещений и 1 кВ/м на территории городской застройки. Нормы ПДУ магнитной составляющей ЭМП ПЧ для жилой и городской среды в настоящее время не разработаны.

ЭМИ РЧ используются для термообработки, плавки металлов, в радио­связи, медицине. Источниками ЭМП в производственных помещениях яв­ляются ламповые генераторы, в радиотехнических установках - антенные системы, в СВЧ-печах - утечки энергии при нарушении экрана рабочей камеры.

ЭМИ РЧ придействии на организм вызывает поляризацию атомов и мо­лекул тканей, ориентацию полярных молекул, появление в тканях ионных токов, нагрев тканей за счет поглощения энергии ЭМП. Это нарушает структуру электрических потенциалов, циркуляцию жидкости в клетках ор­ганизма, биохимическую активность молекул, состав крови.

Биологический эффектЭМИ РЧ зависит от его параметров: длины вол­ны, интенсивности и режима излучения (импульсный, непрерывный, пре­рывистый), от площади облучаемой поверхности, продолжительности об­лучения. Электромагнитная энергия частично поглощается тканями и пре­вращается в тепловую, происходит локальный нагрев тканей, клеток. ЭМИ РЧ ока­зывает неблагоприятное действие на ЦНС, вызывает нарушения в нервно-эндокринной регуляции, изменения в крови, помутнение хрусталика глаз (исключительно 4 поддиапазон), нарушения обменных процессов.