電磁波的應(yīng)用與危害

張景偉

（中國(guó)鐵通四平分公司，吉林 四平 136400）

1 電磁波概述

什么是電磁？當(dāng)帶電系統(tǒng)的電荷或電流隨時(shí)間變化，系統(tǒng)所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)也會(huì)隨時(shí)間變化。變化的電場(chǎng)在其周圍激起磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)也在其周圍激起電場(chǎng)，這種變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)會(huì)向系統(tǒng)周圍的空間傳播，這種運(yùn)動(dòng)著的電磁場(chǎng)就是電磁波。在地球任何地方，無(wú)論白天還是黑夜，都存在著各種頻率；強(qiáng)度不一；看不見、摸不到又聞不著的電磁波。電閃雷擊、太陽(yáng)黑子活動(dòng)、大氣、宇宙等都會(huì)產(chǎn)生電磁波，這是自然的電磁波。人為的電磁波主要來(lái)源于無(wú)線電發(fā)射設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備，如無(wú)線電臺(tái)、手持移動(dòng)電話、氦弧焊機(jī)、交流高壓輸電線、汽車點(diǎn)火器、微波爐、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等都會(huì)產(chǎn)生電磁波。總而言之，電磁波與我們的生活息息相關(guān)，只不過(guò)，有的是我們需要的，有的則是不需要的。

2 電磁波的應(yīng)用

從1888年赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在至今，一百多年的時(shí)間里電磁理論不斷深化，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。電磁波作為極重要的自然資源得到廣泛應(yīng)用。1895年俄國(guó)科學(xué)家波波夫發(fā)明了第一個(gè)無(wú)線電報(bào)系統(tǒng)。1914年語(yǔ)音通信成為可能。1920年商業(yè)無(wú)線電廣播開始使用，20世紀(jì)30年代發(fā)明了雷達(dá)，40年代雷達(dá)和能信得到飛速發(fā)展，自20世紀(jì)50年代第一顆人造衛(wèi)星上天，衛(wèi)星通訊事業(yè)得到迅猛發(fā)展。如今電磁波已在通訊、遙感、空間控測(cè)、軍事應(yīng)用、科學(xué)研究等諸多方面得到廣泛的應(yīng)用。

很多效應(yīng)都可以發(fā)射電磁波。電磁波譜就是波長(zhǎng)最長(zhǎng)的無(wú)線電長(zhǎng)波，到中波、短波、微波，然后是紅外、可見光、紫外、X光，直到波長(zhǎng)最短的伽瑪射線。

2.1 熱輻射

只要是溫度高于絕對(duì)零度的物體（其實(shí)就是所有物體，迄今我們認(rèn)為不可能有物體達(dá)到絕對(duì)零度）都會(huì)輻射電磁波。但是輻射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)分布與物體的溫度有關(guān)。例如鐵塊在室溫下發(fā)出的電磁波你根本看不到，大約是紅外線居多（所謂紅外測(cè)溫原理，就是測(cè)量此時(shí)輻射的紅外線。），當(dāng)它燒紅的時(shí)候，開始輻射紅色光，再加熱，會(huì)變藍(lán)變白，說(shuō)明溫度越高，發(fā)射的主要波長(zhǎng)越短。

應(yīng)用距離：白熾燈，就是靠鎢絲加熱到一定溫度向外輻射光的?；鸢?，最原始的照明工具，也主要是靠這一原理。

2.2 電磁振蕩與天線組合

手機(jī)、電臺(tái)、衛(wèi)星電視臺(tái)等利用電磁波進(jìn)行通訊的設(shè)備，都是靠振蕩電路和天線的組合來(lái)發(fā)射電磁波的。只要磁場(chǎng)或者電場(chǎng)發(fā)生振蕩變化，就會(huì)輻射電磁波。只是輻射的效率不同。振蕩電路就是一種可以產(chǎn)生一定頻率的振蕩電流的電路。電流振蕩會(huì)引起電流產(chǎn)生的電場(chǎng)或者磁場(chǎng)的振蕩。既然已經(jīng)產(chǎn)生了電場(chǎng)/磁場(chǎng)的振蕩了，就會(huì)發(fā)出電磁波，那干嗎要天線呢？這是因?yàn)樘炀€的形狀可以增大產(chǎn)生電磁波的效率。主要應(yīng)用于手機(jī)、電臺(tái)、通訊衛(wèi)星、衛(wèi)星電視臺(tái)、對(duì)講機(jī)、無(wú)繩電話等各種使用電磁波通訊的設(shè)備。微波爐也是靠振蕩電流發(fā)射微波的，只是這個(gè)振蕩并不發(fā)生在導(dǎo)線里，而是發(fā)生在真空管里，原理是一樣的。

2.3 外層電子越遷輻射

這類電磁波產(chǎn)生的原理是原子或者分子的外層電子，從高能級(jí)態(tài)向低能級(jí)態(tài)越遷的時(shí)候，輻射出電磁波。這種輻射的范圍從紅外到紫外都有可能。為了實(shí)現(xiàn)這種越遷，我們首先要把外層電子從低能級(jí)態(tài)移動(dòng)到高能級(jí)態(tài)（又被稱作原子或分子被激發(fā)到了高能級(jí)）。

2.3.1 利用氣體電離，從而使氣體分子/原子到達(dá)高能級(jí)態(tài)

這種方法，一般是在真空玻璃容器中充滿某種氣體，然后用高壓擊穿該氣體使得其電離，從而將其激發(fā)到高能級(jí)態(tài)。主要應(yīng)用于探照燈使用的高壓汞（發(fā)光的是汞蒸汽）燈，氙氣（發(fā)光的是氙氣）燈，還有早期的電弧燈（發(fā)光的是空氣）。

2.3.2 直接利用電流激發(fā)到高能級(jí)

這種方法，是直接利用電流通過(guò)某種材料，將該材料激發(fā)到高能級(jí)的。應(yīng)用于發(fā)光二極管、液晶。

2.3.3 利用其他光源將其激發(fā)至高能級(jí)

這種方法，是利用其他光源發(fā)出的頻率較高的光，將某材料激發(fā)到高能級(jí)，然后它越遷回低能級(jí)發(fā)光的。應(yīng)用于日光燈（其內(nèi)部是低壓汞蒸汽，被電流擊穿電離發(fā)出紫外線。但是這些紫外線照射到熒光燈表面涂的熒光材料上，熒光材料被激發(fā)到高能級(jí)，再越遷回低能級(jí)，發(fā)出了可見光），夜光筆、夜光表：白天吸收陽(yáng)光，激發(fā)到高能級(jí)，晚上慢慢越遷回來(lái)，發(fā)光。

2.3.4 利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量使材料中的分子或原子激發(fā)到高能級(jí)

燃燒過(guò)程中的焰色反應(yīng)就是靠燃燒中激發(fā)某種材料到高能級(jí)，再越遷回低能級(jí)產(chǎn)生的。應(yīng)用于螢火蟲、冷光棒（一種彎折后可以發(fā)出冷光的照明用具）。

2.3.5 激光

激光作為一種特殊的光源，我們單獨(dú)討論。激光的特點(diǎn)是，由于泵浦源將材料激發(fā)，這里的泵浦源，或者說(shuō)激發(fā)的原理，其材料一直停留在高能級(jí)，當(dāng)受到激發(fā)的時(shí)候，突然全部跳到低能級(jí)，從而發(fā)出強(qiáng)大的脈沖，再加上諧振腔的作用，發(fā)出高質(zhì)量的光。

2.4 原子內(nèi)層電子被激發(fā)，越遷回原位發(fā)光

這種原理發(fā)出的光，叫做X光。激發(fā)方法有很多，常見的是用一束電子流去轟擊原子。

2.5 原子核被激發(fā)到高能級(jí)，越遷回低能級(jí)

這種原理發(fā)出的光一般叫做伽瑪射線。原子核被激發(fā)的原因有很多，自然界的核聚變、裂變、衰變。人工使用粒子轟擊原子核，都會(huì)造成激發(fā)，從而發(fā)出伽瑪射線。另外，這種過(guò)程也有可能激發(fā)內(nèi)層電子，或者間接激發(fā)外層電子。

2.6 各種微觀高能粒子反應(yīng)發(fā)光

例如，正負(fù)電子湮滅，某種粒子壽命到了消失等過(guò)程，發(fā)出的電磁波。這種現(xiàn)象在大氣層內(nèi)比較少見，而物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中會(huì)做到。

3 電磁輻射產(chǎn)生的危害

電磁波向空中發(fā)射或泄漏的現(xiàn)象叫電磁輻射，過(guò)量的電磁輻射會(huì)造成電磁污染。移動(dòng)通信基站作為常見的信號(hào)發(fā)射設(shè)備，更是目前電磁輻射的主要來(lái)源之一。

高強(qiáng)度的電磁輻射以熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩種方式作用于人體，可導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生機(jī)能障礙和功能紊亂。電磁輻射對(duì)公眾健康的危害主要是健康效應(yīng)。健康效應(yīng)又分為軀體效應(yīng)和種群效應(yīng)。種群效應(yīng)不是短時(shí)間可以觀察到的，也許使人類變得更加聰明，也許使人類的發(fā)展受到影響。軀體效應(yīng)又分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。熱效應(yīng)的機(jī)理，人類已了解得比較清楚，人體接受電磁輻射后，而使機(jī)體升溫。如果吸收的輻射能很多，靠人體的溫度調(diào)節(jié)功能來(lái)不及把吸收的熱量散發(fā)出去，則會(huì)引起體溫升高，進(jìn)而引發(fā)各種癥狀。對(duì)于非熱效應(yīng)的機(jī)理，人類目前了解得還不十分充分，但確實(shí)存在這種效應(yīng)：即吸收的輻射能還不足以引起體溫升高，但會(huì)出現(xiàn)生物學(xué)變化，導(dǎo)致神經(jīng)衰弱。據(jù)資料報(bào)到，電磁輻射也會(huì)引起癌癥。

4 結(jié)束語(yǔ)

電磁輻射強(qiáng)度與發(fā)射功率成正比，而與距離的平方成反比。移動(dòng)通信基站由于功率小，離人體距離遠(yuǎn)，所帶來(lái)的輻射強(qiáng)度較小，因此對(duì)人體而言，大多數(shù)的基站是安全的。但另一方面，盡管理論證明基站所產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)人體是安全的，但隨著社會(huì)科技的進(jìn)步及人類生活水平的提高，電磁輻射已經(jīng)逐步成為廣大人民群眾關(guān)注的焦點(diǎn)，而且每一個(gè)移動(dòng)通信基站由于建設(shè)方位、設(shè)備安裝調(diào)試等各種復(fù)雜原因，也可能出現(xiàn)輻射強(qiáng)度各不相同，因此，最終鑒定其是否對(duì)人體產(chǎn)生有害輻射還將通過(guò)國(guó)家環(huán)保部門認(rèn)證的專業(yè)監(jiān)測(cè)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)專業(yè)人員綜合分析評(píng)估而定。