Содержание

Электромагнитный импульс — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 июля 2019; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 июля 2019; проверки требует 1 правка.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это возмущение электромагнитного поля, оказывающее влияние на любой материальный объект, находящийся в зоне его действия. Поражающий фактор ядерного оружия, а также любых других источников ЭМИ (например, молнии, электрошокера, специального электромагнитного оружия[1] , дуговой электросварки, короткого замыкания в электрооборудовании высокой мощности, или близкой вспышки сверхновой и т. д.). Поражающее действие электромагнитного импульса (ЭМИ) обусловлено возникновением наведённых напряжений и токов в различных проводниках. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к электрической и радиоэлектронной аппаратуре. Наиболее уязвимы линии связи, сигнализации и управления. При этом может произойти пробой изоляции, повреждение трансформаторов, порча полупроводниковых приборов и т. п. Высотный ядерный взрыв способен создать помехи в этих линиях на очень больших площадях. Защита от ЭМИ достигается экранированием линий энергоснабжения и аппаратуры. ЭМИ не влияет на людей.

  • В. М. Лоборев, Б. В. Замышляев, Е. П. Маслин, Б. А. Шилобреев. Физика ядерного взрыва: Действие взрыва. — М.: Наука. Физматлит., 1997. — Т. 2. — 256 с. — ISBN 5-02-015125-4.
  • Коллектив авторов. Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землей. — Воениздат, 1974. — 235 с. — 12 000 экз.
  • Гуревич В. И. Электромагнитный импульс высотного ядерного взрыва и защита электрооборудования от него. — М.: Инфра-Инженерия, 2018—508 с.: ил.
  • Рикетс Л.У., Бриджес Дж.Э. Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты / Пер. с анг. — Атомиздат, 1979. — 328 с.

Электромагнитное излучение — Википедия

Электромагни́тные во́лны / электромагни́тное излуче́ние — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.[1]

Среди электромагнитных полей, порождённых электрическими зарядами и их движением, принято относить к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

Электромагнитные волны подразделяются на:

Электромагнитное излучение способно распространяться практически во всех средах. В вакууме (пространстве, свободном от вещества и тел, поглощающих или испускающих электромагнитные волны) электромагнитное излучение распространяется без затуханий на сколь угодно большие расстояния, но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом своё поведение).

Классификация диапазонов спектра электромагнитного излучения по-английски. Колонки: 1 (чёрная) — аббревиатуры обозначения диапазонов, 2 — частота, 3 — длина волны, 4 — энергия фотона

Характеристики электромагнитного излучения[править | править код]

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света

[2].

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определённые более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и её разделы) и радиофизика. Жёстким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий[3]; в соответствии с современными представлениями (см. Стандартная модель), при высоких энергиях электродинамика перестаёт быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при ещё более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.

Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной[4] из завершённых и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других — медицинских и биологических — позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей — фундаментальных и прикладных — таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

  • электромагнитные волны в свободном пространстве — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

Диапазоны электромагнитного излучения[править | править код]

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и децимиллиметровые волны (гипервысокие частоты, ГВЧ, 300—3000 ГГц) — стандартные диапазоны радиоволн по общепринятой классификации

[5]. По другой классификации указанные стандартные диапазоны радиоволн, исключая метровые волны, называют микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ)[6].

Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ. В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению).

Радиоволны[править | править код]

Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения, хотя их всё же приходится учитывать, в частности, при описании квантовых генераторов и усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов, а также молекулярных стандартов частоты и времени, при охлаждении аппаратуры до температур в несколько кельвинов.

Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.

Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.

Микроволновое излучение[править | править код]

Инфракрасное излучение (тепловое)[править | править код]

Видимое излучение (оптическое)[править | править код]

Прозрачная призма разлагает луч белого цвета на составляющие его лучи[7]

Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).

Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.

Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 K и светит ярко-белым светом (максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм, где находится и максимум чувствительности глаза). Именно потому, что мы родились возле такой звезды, этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.

Излучение оптического диапазона возникает, в частности, при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота, на которой находится максимум спектра его излучения (см.: Закон смещения Вина). При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие (см.: Болометрия).

Оптическое излучение может создаваться и регистрироваться в химических и биологических реакциях. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии. Источником энергии для большинства живых существ на Земле является фотосинтез — биологическая реакция, протекающая в растениях под действием оптического излучения Солнца.

Ультрафиолетовое излучение[править | править код]

Жёсткое излучение[править | править код]

В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения.

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц.

Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов[править | править код]

Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического E(t){\displaystyle {\mathit {E}}(t)} и магнитного H(t){\displaystyle {\mathit {H}}(t)} полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.

Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн обычно можно описать с помощью соотношений классической электродинамики; а вот для волн оптического диапазона и, тем более, жёстких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.

  • Первые волновые теории света (их можно считать старейшими вариантами теорий электромагнитного излучения) восходят по меньшей мере к временам Гюйгенса, когда они получили уже и заметное количественное развитие. В 1678 году Гюйгенс выпустил «Трактат о свете» (фр. Traité de la lumière[en]) — набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал так называемый принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем (принцип Гюйгенса — Френеля) и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции. В 1660—1670-е годы существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света внесли также Ньютон и Гук.
  • Многие положения корпускулярно-кинетической теории М. В. Ломоносова (1740—1750-е годы) предвосхищают постулаты электромагнитной теории: вращательное («коловратное») движение частиц как прообраз электронного облака, волновая («зыблющаяся») природа света, общность её с природой электричества, отличие от теплового излучения и т. д.
  • В 1800 году английский учёный У. Гершель открыл инфракрасное излучение.
  • В 1801 году Риттер открыл ультрафиолетовое излучение[8].
  • Существование электромагнитных волн предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.
  • В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил построение теории электромагнитного поля классической (неквантовой) физики, строго оформив её математически, и на её основе получив твёрдое обоснование существования электромагнитных волн, а также найдя скорость их распространения (неплохо совпадавшую с известным тогда значением скорости света), что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.
  • В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём. Интересно, что Герц не верил в существование этих волн и проводил свой опыт с целью опровергнуть выводы Максвелла.
  • 8 ноября 1895 года Рентген открыл электромагнитное излучение (получившее впоследствии название рентгеновского) более коротковолнового диапазона, чем ультрафиолетовое.
  • В конце XIX столетия белорусский ученый, профессор Я. Наркевич-Иодко впервые в мире исследовал возможности использования электромагнитного излучения газоразрядной плазмы для электрографии (визуализации) живых организмов, то есть для нужд практической медицины.
  • В 1900 году Поль Виллар при изучении излучения радия открыл гамма-излучение.
  • В 1900 году Планк при теоретическом исследовании проблемы излучения абсолютно чёрного тела открывает квантованность процесса электромагнитного излучения. Эта работа стала началом квантовой физики.
  • Начиная с 1905 года Эйнштейн, а затем и Планк публикуют ряд работ, приведших к формированию понятия фотона, что стало началом создания квантовой теории электромагнитного излучения.
  • Дальнейшие работы по квантовой теории излучения и его взаимодействия с веществом, приведшие в итоге к формированию квантовой электродинамики в её современном виде, принадлежат ряду ведущих физиков середины XX века, среди которых можно выделить, применительно именно к вопросу квантования электромагнитного излучения и его взаимодействия с веществом, кроме Планка и Эйнштейна, Бозе, Бора, Гейзенберга, де Бройля, Дирака, Фейнмана, Швингера, Томонагу.

Излучения электромагнитного диапазона при определённых уровнях могут оказывать отрицательное воздействие на организм человека, животных и других живых существ, а также неблагоприятно влиять на работу электрических приборов. Различные виды неионизирующих излучений (электромагнитных полей, ЭМП) оказывают разное физиологическое воздействие. На практике выделяют диапазоны магнитного поля (постоянного и квазипостоянного, импульсного), ВЧ- и СВЧ-излучений, лазерного излучения, электрического и магнитного поля промышленной частоты от высоковольтного оборудования и др.

Влияние на живые существа[править | править код]

Существуют национальные и международные гигиенические нормативы уровней ЭМП, в зависимости от диапазона, для селитебной зоны и на рабочих местах.

Оптический диапазон[править | править код]

Существуют гигиенические нормы освещённости; также разработаны нормативы безопасности при работе с лазерным излучением.

Радиоволны[править | править код]

Допустимые уровни электромагнитного излучения (плотность потока электромагнитной энергии) отражаются в нормативах, которые устанавливают государственные компетентные органы, в зависимости от диапазона ЭМП. Эти нормы могут быть существенно различны в разных странах.

Установлены биологические последствия сильного воздействия полей высоких уровней (значительно выше 100 µT), которые объясняются действием признанных биофизических механизмов. Внешние магнитные поля крайне низкой частоты (КНЧ) индуцируют электрические поля и токи в организме человека, которые, при очень высокой мощности поля, оказывают стимулирующее воздействие на нервы и мышцы и вызывают изменение возбудимости нервных клеток в центральной нервной системе.

Что касается долгосрочных последствий, то ввиду недостаточности фактических данных, подтверждающих связь между воздействием магнитных полей КНЧ и детской лейкемией, польза для здоровья от снижения уровней воздействия представляется неясной.[9]

В ряде исследований было изучено воздействие радиочастотных полей на электрическую активность мозга, когнитивные функции, сон, сердечный ритм и кровяное давление у добровольцев. На сегодняшний день исследования не предполагают каких-либо последовательных доказательств неблагоприятного воздействия на здоровье от воздействия радиочастотных полей на уровнях ниже уровней, которые вызывают нагревание тканей. Кроме того, исследования не смогли обнаружить причинно-следственную связи между воздействием электромагнитных полей и «симптомами самооценки» или «электромагнитной гиперчувствительностью». Эпидемиологические исследования, изучающие потенциальные долгосрочные риски от радиочастотного воздействия, в основном имели цель найти связь между опухолями головного мозга и использованием мобильных телефонов. Результаты исследований на животных не показывают повышенного риска развития рака от долгосрочного воздействия радиочастотных полей.[10]

Эти данные не должны быть причиной для радиофобии, однако очевидна необходимость в существенном углублении сведений о действии ЭМИ на живые организмы.

В России с 2017 года действует СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы»[11], заменивший и отменивший ранее действовавшие отдельные гигиенические нормативы.

  • Допустимые уровни излучения различных передающих радиотехнических средств на частотах >300 МГц в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:
Россия, Украина, Польша, Беларусь, Казахстан: 10 мкВт/см².
США, Европа (за исключением некоторых стран), Япония, Корея: 200 — 1000 мкВт/см².[12][13]
Канада: 130 — 2000 мкВт/см².[14]
Китай: 10 (40) — 2000 мкВт/см².[15][16]

Параллельное развитие гигиенической науки в СССР и западных странах привело к формированию разных подходов к оценке действия ЭМИ. Для части стран постсоветского пространства сохраняется преимущественно нормирование в единицах плотности потока энергии (ППЭ), а для США и стран ЕС типичным является оценка удельной мощности поглощения (SAR).

«Современные представления о биологическом действии ЭМИ от мобильных радиотелефонов (МРТ) не позволяют прогнозировать все неблагоприятные последствия, многие аспекты проблемы не освещены в современной литературе и требуют дополнительных исследований. В связи с этим, согласно рекомендациям ВОЗ, целесообразно придерживаться предупредительной политики, т. е. максимально уменьшить время использования сотовой связи».

Ионизирующее излучение[править | править код]

Допустимые нормативы регулируются нормами радиационной безопасности — НРБ-99.

Влияние на радиотехнические устройства[править | править код]

Существуют административные и контролирующие органы — инспекция по радиосвязи (на Украине, например, Украинский частотный надзор, который регулирует распределение частотных диапазонов для различных пользователей, соблюдение выделенных диапазонов, отслеживает незаконное пользование радиоэфиром).

  1. Петрусевич Ю.М. Излучения // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1978. — Т. 9. Ибн-Рошд — Йордан. — 483 с. — 150 300 экз.
  2. ↑ (Принцип максимальности скорости света теории относительности при этом не нарушается, так как скорость переноса энергии и информации — связанная с групповой, а не фазовой скоростью — в любом случае не превышает световой скорости)
  3. ↑ Также вопросы, связанные с жесткими и сверхжесткими излучениями могут возникать в астрофизике; там иногда они имеют особую специфику, например, генерация излучения может происходить в областях огромного размера.
  4. ↑ Наиболее фундаментальной, не считая упомянутых выше теорий Стандартной модели, отличия которой от чистой квантовой электродинамики проявляются, впрочем, лишь при очень высоких энергиях.
  5. 1 2 ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения
  6. ↑ 48.Особенности диапазона свч. Деление свч диапазона на поддиапазоны. (неопр.). StudFiles. Дата обращения 24 октября 2017.
  7. ↑ Структура луча показана условно. Синусоидальность лучей показана условно. Разная скорость света в призме для разных длин волн не показана.
  8. ↑ Догадки о наличии излучения за пределами видимого спектра высказывались и ранее Гершеля и Риттера, однако они показали это экспериментально.
  9. ↑ [http://www.who.int/peh-emf/publications/facts/fs322_ELF_fields_russian.pdf Электромагнитные поля и общественное здравоохранение] (неопр.). Всемирная организация здравоохранения (Июнь 2007 г.).
  10. ↑ Electromagnetic fields and public health: mobile phones (неопр.). Всемирная организация здравоохранения (Октябрь 2014 г.).
  11. ↑ http://docs.cntd.ru/document/420362948
  12. ↑ https://transition.fcc.gov/bureaus/oet/info/documents/bulletins/oet65/oet65.pdf
  13. ↑ https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPemfgdl.pdf
  14. ↑ https://www.canada.ca/content/dam/hc-sc/migration/hc-sc/ewh-semt/alt_formats/pdf/consult/_2014/safety_code_6-code_securite_6/final-finale-eng.pdf
  15. ↑ http://www.nhc.gov.cn/ewebeditor/uploadfile/2014/11/20141103161157888.pdf

Электромагнитное оружие — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 ноября 2015; проверки требуют 38 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 ноября 2015; проверки требуют 38 правок.

Электромагнитное оружие (ЭМИ) — оружие, в котором для придания начальной скорости снаряду используется магнитное поле, либо энергия электромагнитного излучения используется непосредственно для поражения цели.

В первом случае магнитное поле используется как альтернатива взрывчатым веществам в огнестрельном оружии. Во втором — используется возможность наведения токов высокого напряжения и выведения из строя электрического и электронного оборудования в результате возникающего перенапряжения, либо вызывание болевых эффектов или иных эффектов у человека. Оружие второго типа позиционируется как безопасное для людей и служащее для вывода из строя техники противника[1] или приводящих к небоеспособности живой силы противника[2].; относится к категории оружия нелетального действия.

Французская кораблестроительная компания «DCNS» разрабатывает программу «Advansea» в ходе которой планируется создать к 2025 году полностью электрифицированный боевой надводный корабль с лазерным и электромагнитным вооружением.

Поражение ЭМИ-оружием ракет и высокоточных боеприпасов[править | править код]

Принцип действия ЭМИ-гранаты

К ЭМИ-оружию уязвимы ракеты с конструктивными элементами следующего вида[3]:

Использование электромагнитного импульса против электроники ракеты за её металлическим корпусом неэффективно[4]. Воздействие возможно по большей части на головку самонаведения, которое может быть велико в основном для ракет с собственным радаром в её качестве.

Электромагнитное оружие применяется для поражения ракет в комплексе активной защиты «Афганит» из танковой платформы Армата и боевом ЭМИ-генераторе Ранец-Е.

Поражение ЭМИ-оружием средств ведения партизанских войн[править | править код]

ЭМИ эффективны против средств ведения партизанских войн, так как бытовая электроника не имеет защиты от ЭМИ.

Наиболее типичные объекты поражения ЭМИ:

  • радиомины и мины с электронными взрывателями, включая традиционные любительские радиоустройства для террористических и диверсионных акций;
  • незащищённые от ЭМИ портативные устройства радиосвязи пехоты;
  • бытовые радиостанции, сотовые телефоны, планшеты, ноутбуки, электронные охотничьи прицелы и тому подобные электронные бытовые приборы.

Существует много эффективных средств защиты радаров и электроники от ЭМИ-оружия.[5]

Меры применяются трех категорий:

  1. блокирование входа части энергии электромагнитного импульса
  2. подавление индукционных токов внутри электрических схем быстрым их размыканием
  3. использование электронных устройств нечувствительных к ЭМИ

Средства сброса части или всех энергии ЭМИ на входе в устройство[править | править код]

Как средства защиты от ЭМИ на АФАР радары накладывают «клетки Фарадея» отсекающей ЭМИ за пределами их частот. Для внутренней электроники применяются просто железные экраны.

Кроме этого может быть использован разрядник[6], как средство сброса энергии сразу за антенной.

Средства размыкания цепей при возникновении сильных индукционных токов[править | править код]

Для размыкания цепей внутренней электроники при возникновении сильных индукционных токов от ЭМИ[5] используют

  • стабилитроны — полупроводниковые диоды рассчитанные на работу в режиме пробоя с резким повышением сопротивления;
  • варисторы обладают свойством резко уменьшать своё сопротивление с десятков и (или) тысяч Ом — до единиц Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины.

Электронные устройства, нечувствительные к ЭМИ[править | править код]

Часть электронных устройств неуязвимы для ЭМИ и применяются как средства борьбы с ним:

  • Использование оптического кабеля для передачи сигнала.
  • Использование LTCC-технологий в связи с тем, что разогревом силикатной платы с проводниками внутри до 1000 °С от индукционных токов или как-то иначе такое устройство невозможно повредить, так как собственно в ходе такого «совместного обжига» LTCC-панель и была получена технологически[7]. Следует иметь в виду, что это касается защиты от экстремального нагрева только антенн и проводников, реализованных в виде «дорожек на стеклянной печатной плате», которую из себя представляет LTCC-панель. Напаянные на панель чипы должны иметь защиту корпуса из металла и разрядники, стабилитроны и варисторы на входе сигнала от антенн.
  • Гуревич В. И. Уязвимости микропроцессорных реле защиты: проблемы и решения. — М.: Инфра-Инженерия., 2014. — 256 с. — ISBN 978-5-9729-0077-0
  • Гуревич В. И. Защита оборудования подстанций от электромагнитного импульса. — М.: Инфра-Инженерия., 2016. — 302 с. — ISBN 978-5-9729-0104-3
  • Гуревич В. И. Электромагнитный импульс высотного ядерного взрыва и защита электрооборудования от него, — М.: Инфра-Инженерия., 2018. — 508 с. — ISBN 978-5-9729-0273-6

шкала и виды, влияние на человека, защита от от ЭМИ

Что такое электромагнитное излучение?

Электромагнитное излучение – это колебания электрического и магнитного полей. Скорость распространения в вакууме равна скорости света (около 300 000 км/с). В других средах скорость распространения излучения меньше.

Электромагнитное излучение классифицируется по частотным диапазонам. Границы между диапазонами весьма условны, в них нет резких переходов.

  • Видимый свет. Это самый узкий диапазон во всем спектре. Человек может воспринимать только его. Видимый свет сочетает в себе цвета радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. За красным цветом находится инфракрасное излучение, за фиолетовым – ультрафиолетовое, но они уже не различимы человеческим глазом.

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Волны видимого света очень короткие и высокочастотные. Длина таких волн – одна миллиардная часть метра или один миллиард нанометров. Видимый свет от Солнца – своеобразный коктейль, в котором смешаны три основных цвета: красный, желтый и синий.

  • Ультрафиолетовое излучение – часть спектра между видимым светом и рентгеном. Ультрафиолетовое излучение используется для создания световых эффектов на сцене театра, дискотеках; банкноты некоторых стран содержат защитные элементы, видимые только при ультрафиолете.
  • Инфракрасное излучение является частью спектра между видимым светом и короткими радиоволнами. Инфракрасное излучение – это скорее тепло, чем свет: каждое нагретое твердое или жидкое тело испускает непрерывный инфракрасный спектр. Чем выше температура нагревания, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
  • Рентгеновское излучение (рентген). Волны рентгеновского излучения обладают свойством проходить сквозь вещество и не поглощаться слишком сильно. Видимый свет такой способностью не обладает. Благодаря рентгену некоторые кристаллы могут светиться.
  • Гамма-излучение – это наиболее короткие электромагнитные волны, которые проходят сквозь вещество без поглощения: они могут преодолеть однометровую стену из бетона и свинцовую преграду толщиной в несколько сантиметров.

ВАЖНО! Необходимо избегать рентгеновского и гаммы-излучений, так как они представляют для человека потенциальную опасность.

Шкала электромагнитных излучений

Процессы, происходящие в космосе, и объекты, которые там находятся, порождают электромагнитные излучения. Шкала волн является методом регистрации электромагнитных излучений.

Детальная иллюстрация спектрального диапазона представлена на рисунке. Границы на такой шкале условны.

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Основные источники электромагнитного излучения

  • Линии электропередач. На расстоянии 10 метров они создают угрозу для здоровья человека, поэтому их размещают на большой высоте либо закапывают глубоко в землю.
  • Электротранспорт. Сюда входят электрокары, электрички, метро, трамваи и троллейбусы, а также лифты. Самым вредным воздействием обладает метро. Лучше передвигаться пешком или на собственном транспорте.
  • Спутниковая система. К счастью, сильное излучение, сталкиваясь с поверхностью Земли, рассеивается, и до людей долетает только малая часть опасности.
  • Функциональные передатчики: радары и локаторы. Они излучают электромагнитное поле на расстоянии 1 км, поэтому все аэропорты и метеорологические станции размещаются как можно дальше от городов.

Излучение от бытовых электроприборов

Широко распространенными источниками электромагнитного излучения являются бытовые приборы, которые находятся у нас дома.

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека
  • Мобильные телефоны. Излучение от наших смартфонов не превышает установленные нормы, но когда мы звоним кому-то, после набора номера идет соединение базовой станции с телефоном. В этот момент сильно превышается норма, так что подносите телефон к уху не сразу, а через несколько секунд после набора номера.
  • Компьютер. Излучение также не превышает норму, но при длительной работе СанПин рекомендует каждый час делать перерыв на 5-15 минут.
  • Микроволновая печь. Корпус микроволновки создает защиту от излучений, но не на 100%. Находиться рядом с микроволновкой – опасно: излучение проникает под кожу человека на 2 см, запуская патологические процессы. Во время работы СВЧ-печи соблюдайте расстояние в 1-1,5 метра от нее.
  • Телевизор. Современные плазменные телевизоры не представляют большой опасности, а вот старых с кинескопами стоит опасаться и держаться на расстоянии минимум 1,5 м.
  • Фен. Когда фен работает, он создает электромагнитное поле огромной силы. В это время мы сушим голову достаточно долго и держим фен близко к голове. Чтобы снизить опасность, пользуйтесь феном максимум 1 раз в неделю. Суша волосы вечером, вы можете вызвать бессонницу.
  • Электробритва. Вместо нее приобретите обычный станок, а если привыкли – электробритву на аккумуляторе. Это в значительной мере снизит электромагнитную нагрузку на организм.
  • Зарядные устройства создают поле во все стороны на расстоянии 1 м. Во время зарядки вашего гаджета не находитесь близко к нему, а после зарядки отсоедините устройство из розетки, чтобы излучения не было.
  • Электропроводка и розетки. Кабеля, отходящие от электрощитов, представляют особую опасность. Расстояние от кабеля до спального места должно быть минимум 5 метров.
  • Энергосберегающие лампы также излучают электромагнитные волны. Это касается люминесцентных и светодиодных ламп. Установите галогеновую лампу или лампу накаливания: они ничего не излучают и не представляют опасности.

Установленные нормы ЭМИ для человека

Каждый орган в нашем теле вибрирует. Благодаря вибрации вокруг нас создается электромагнитное поле, содействующее гармоничной работе всего организма. Когда на наше биополе воздействуют другие магнитные поля, это вызывает в нем изменения. Иногда организм справляется с влиянием, иногда – нет. Это становится причиной ухудшения самочувствия.

Даже большое скопление людей создает электрический заряд в атмосфере. Полностью изолироваться от электромагнитного излучения невозможно. Есть допустимый уровень ЭМИ, который лучше не превышать.

Вот безопасные для здоровья нормы:

  • 30-300 кГц, возникающие при напряженности поля 25 Вольт на метр (В/м),
  • 0,3-3 МГц, при напряженности 15 В/м,
  • 3-30 МГц – напряженность 10 В/м,
  • 30-300 МГц – напряженность 3 В/м,
  • 300 МГц-300 ГГц – напряженность 10 мкВт/см2.

При таких частотах работают гаджеты, радио- и телеаппаратура.

Воздействие электромагнитных лучей на человека

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Нервная система чрезвычайна чувствительна к влиянию электромагнитных лучей: нервные клетки уменьшают свою проводимость. В результате ухудшается память, притупляется чувство координации.

При воздействии ЭМИ на человека не только подавляется иммунитет – он начинает атаковать организм.

ВАЖНО! Для беременных женщин электромагнитное излучение представляет особую опасность: снижается скорость развития плода, появляются дефекты в формировании органов, велика вероятность преждевременных родов.

Защита от электромагнитных излучений

  • Если вы проводите много времени за компьютером, запомните одно правило: расстояние между лицом и монитором должно быть около метра.
  • Уровень электромагнитного излучения бытовой техники, которую вы покупаете, не должен доходить до отметки «минимум». Обратитесь к продавцу-консультанту. Он поможет выбрать наиболее безопасную технику.
  • Ваша кровать не должна находиться рядом с местом, где проложена электропроводка. Расположите спальное место в противоположном конце комнаты.
  • Установите защитный экран на компьютер. Он выполнен в виде мелкой металлической сетки и действует по принципу Фарадея: вбирает в себя все излучение, защищая пользователя.
  • Сократите пребывание в электрифицированном общественном транспорте. Отдавайте предпочтение пешей ходьбе, велосипеду.

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Что такое электромагнитное излучение и как оно влияет на человека

Как проверить уровень электромагнитного излучения в домашних условиях

Точно обрисовать, как обстоят дела с электромагнитным излучением в вашем доме, могут только специалисты. Когда в службу СЭС поступает объявление о превышении допустимой нормы ЭМИ, на место выезжают работники со специальными приборами, позволяющими получить точные данные. Показатели обрабатываются. Если они завышены, предпринимаются определенные меры. Первым делом выясняют причину неполадки. Это может быть ошибка в строительстве, проектировании, неправильная эксплуатация.

Для самостоятельного определения степени излучения понадобятся отвертка с индикатором и радиоприемник.

  1. Выдвиньте антенну из приемника;
  2. Прикрутите к ней проволочную петлю диаметром 40 см;
  3. Настройте радио на пустую частоту;
  4. Обойдите помещение. Прислушивайтесь к звукам приемника;
  5. Место, где слышатся отчетливые звуки, и является источником излучения;
  6. Поднесите индикаторную отвертку со светодиодом. Индикатор станет красным, а интенсивность цвета скажет о силе излучения.

Увидеть значение в цифрах позволит ручной прибор. Он работает на разных частотах и улавливает напряжение электромагнитного поля. Прибор настраивается на нужный режим частот, выбирая единицы измерения: вольт/метр или микроватт/см2, отслеживает выбранную частоту и выводит результат на компьютер.

Также хорошим прибором является АТТ-2592. Устройство портативное, имеет дисплей с подсветкой. Измерение выполняет изотропным методом, автоматически выключается через 15 минут.

Электромагнитный импульс, уничтожающий цивилизации — Ядерная энергия — LiveJournal

В интернете можно регулярно встретить страшилки по поводу разрушительного действия электромагнитных импульсов (ЭМИ), особенно — от ядерного оружия.


Ядерный взрыв Kingfish, в ходе серии высотных подрывов Operation Fishbowl, в которой и были открыты необычно высокие уровни ЭМИ от высотных ядерных взрывов.

Что-то типа таких текстов:
“При высотном ядерном взрыве, возникает электромагнитный импульс огромной мощности, выводящий из строя электронное оборудование на расстоянии десятков километров. Т.е. все современное вооружение (кроме, конечно, автоматов Калашникова) в этой зоне превращается в хлам. Правильнее будет сказать — в хлам превращается вся их высокотехнологичная электронная начинка. Наша инфраструктура особенно городская настолько уязвима, что при ее крахе человеку в городе не выжить, во всяком случае большинству. Ведь город не производит продуктов, постоянно требует энергию как электрическую так и топливо, плюс непрерывная поставка воды обслуживание канализации. Отсутствие электричества и топлива приведет к остановке накачивающей гидросистемы, продукты будут портится и исчезнет водопровод. Осознав что положение безвыходно люди побегут из города, но уже будет поздно. Забастовки и митинги голодных людей. Погромы и грабежи магазинов, складов, богатых домов и началась анархия. Картина получается мрачная, но потенциальная возможность такого развития сюжета должна быть просчитана соответствующими ведомствами.”

Или вот
Однако даже если этого не произойдет, но ЭМИ-ракета упадет где-либо в США, это уничтожит до 90% американского населения. Бывший сотрудник ЦРУ пояснил, что в результате электромагнитного удара электроника будет выведена из строя, произойдут массовые аварии. Гражданские самолеты, которые одновременно находятся в небе и перевозят около 500 000 человек, упадут,  приведя к смертям не только пассажиров, но и всех, кто пострадает от серии катастроф. Также такой импульс полностью уничтожает запасы продовольствия. В итоге через год лишь 10% от нынешней численности населения США выживет, отметил бывший сотрудник ЦРУ.

Давайте же сегодня посмотрим на дьявольское отродье — ядерное электромагнитное оружие, его физику и реальные возможности.



Этот взрыв не имеет отношения к сегодняшней теме, но мне просто очень нравятся различные фоточки ядерных испытаний, сохраненные с сайта LANL

Начать, пожалуй надо с того, что же это такое — ЭМИ. По сути это что-то сильной фотовспышки в радиодиапазоне. Но в отличии от аналогии в лоб ЭМИ опасен не только перегрузкой радиоприемников (что-то вроде “зайчиков в глазах”) но и свойством высаживать свою электромагнитную энергию на всем проводящем. В частности, в пострадавших оказываются длинные проводные линии — электропи

Электромагнитное оружие. В публикациях и реальности

Согласно разным данным, в настоящее время ведущие страны мира разрабатывают перспективные виды вооружения, использующие т.н. новые физические принципы. Уже получены определенные успехи в тех или иных сферах, а кроме того, новое оружие становится поводом для серьезного беспокойства со стороны военных или аналитиков. К примеру, в последние дни с подачи американской прессы в разных странах заговорили об опасности в виде перспективного электромагнитного оружия, создаваемого в России, Китае и других странах.

Следует напомнить основные положения концепции оружия, использующего электромагнитный импульс (ЭМИ). Такое оружие представляет собой генератор кратковременного мощного импульса и предназначается для борьбы с радиоэлектронными системами противника. Мощный ЭМИ должен создавать наводки в электрических цепях вражеской аппаратуры и буквально сжигать ее. После успешной атаки с применением ЭМИ, в теории, противник лишается возможности использования средств связи и управления, локаторов и даже бортовых систем техники.

«Маяк» и доклад

Волну беспокойства на этот раз вызвала очередная статья в американском издании The Washington Free Beacon. Постоянный автор издания Билл Герц 24 января опубликовал материал под названием «China, Russia Building Super-EMP Bombs for ‘Blackout Warfare’» –«Китай и Россия создают супер-ЭМИ бомбу для «войны отключений». Поводом для появления этой статьи стала публикация доклада «Nuclear EMP Attack Scenarios and Combined-arms Cyber Warfare» («Сценарии ядерных и ЭМИ-атак и комбинированные боевые действия в киберпространстве»).

Электромагнитное оружие. В публикациях и реальности

Этот доклад в 2017 году был подготовлен для недавно распущенной негосударственной Комиссии по противодействию ЭМИ-угрозам для США (Commission to Assess the Threat to the United States from EMP Attack). В документе приводился ряд фактов и предположений относительно ЭМИ-оружия и его возможном влиянии на обстановку в мире. Автором доклада выступил доктор Питер Винсент Прай.

В своей статье Б. Герц приводил наиболее интересные цитаты из доклада. В первую очередь, его интересовали возможности разных стран в контексте ЭМИ-систем, а также сферы применения последнего и результаты таких атак. Согласно докладу для негосударственной организации, сразу несколько «неблагонадежных» стран в настоящее время разрабатывают свое электромагнитное оружие, и в будущем способны применить его для решения своих военно-политических задач. Целями для ЭМИ-зарядов могут стать объекты в Европе, Северной Америке, а также на Ближнем и Дальнем Востоке.

П.В. Прай указывает, что разработка ЭМИ-оружия ведется в России, в Китае, Северной Корее и в Иране. Подобные разработки рассматриваются в контексте «боевых действий шестого поколения», подразумевающих атаку военных и гражданских объектов в киберпространстве, а также с использованием электромагнитных импульсов. В связи с возможным влиянием на энергетические сети противника такие идеи также носят название «война отключений» (Blackout War).

В качестве источника «боевого» ЭМИ предлагается использовать ядерные боеприпасы. При этом возможны разные способы их применения с отличающимся эффектом. Так, подрыв ядерного заряда на малой высоте сокращает радиус поражения ЭМИ, но увеличивает мощность воздействия на противника. Увеличение высоты подрыва приводит к обратным результатам: росту радиуса и сокращению мощности. При этом возможно получение выдающихся результатов. Так, подрыв ядерного заряда неназванной мощности на высоте 30 км, по расчетам автора доклада, способен привести к катастрофическим последствиям для инфраструктуры Северной Америки.

Электромагнитное оружие. В публикациях и реальности

В докладе «Nuclear EMP Attack Scenarios and Combined-arms Cyber Warfare» также предлагались возможные сценарии гипотетических вооруженных конфликтов с применением ЭМИ-оружия. По мнению авторов, Россия может применить свои системы такого рода против контингента НАТО в Европе, также существует угроза для континентальной части США. Китай якобы может ударить электромагнитным импульсом по инфраструктуре Тайваня. Целями для северокорейского оружия назначены Тайвань и Япония. Иран способен использовать ЭМИ против Израиля, Египта и Саудовской Аравии.

Далее в докладе приводятся еще более интересные оценки, которые тоже цитирует Б. Герц. Террористы из группировки «Исламское государство» (запрещена в России) якобы могут приобрести ЭМИ-заряды у КНДР, а также получить ракеты малой дальности у Ирана. Затем ракеты с необычной боевой частью могут быть использованы для нанесения ударов по странам Средиземноморья. П.В. Прай также предполагает, что Пхеньян способен продать свои вооружения и другим террористическим организациям, и это тоже приведет к удару по третьим странам.

По понятным причинам, в Free Beacon особо подробно цитируется часть доклада, посвященная возможным ЭМИ-ударам по территории Северной Америки и Соединенных Штатов в частности. В частности, приводятся данные о количественных особенностях гипотетической атаки. Так, всего 14 ядерных боезарядов (мощность не указана) с подрывом на высоте 60 миль своими электромагнитными импульсами способны вывести из строя ключевую инфраструктуру США. Вторая серия подобных ударов делает бесполезными основные объекты армии, в том числе стратегических ядерных сил.

В докладе указывается, что опасность для США представляет деятельность сразу нескольких «диктаторских режимов». По американским целям могут ударить Россия, Китай, КНДР и Иран, не считая террористические организации. При этом имеются достаточно подробные и правдоподобные сведения о некоторых проектах такого рода. К примеру, российские военные и чиновники неоднократно рассказывали о разработке оружия на основе электромагнитного импульса.

Электромагнитное оружие. В публикациях и реальности

Статья издания Free Beacon, основанная на докладе П.В. Прайя, привлекла внимание читателей и стала причиной для ряда новых публикаций в разных средствах массовой информации. Вот уже несколько дней продолжается обсуждение электромагнитного оружия, его возможностей и потенциального влияния на обстановку в мире.

Странности доклада

Б. Герц из The Washington Free Beacon привел лишь отдельные цитаты из доклада «Nuclear EMP Attack Scenarios and Combined-arms Cyber Warfare». Сам документ включает 65 страниц и попросту не уместится в статье небольшого формата. В связи с этим за пределами статьи в Free Beacon осталась масса любопытной информации. К примеру, в ней упоминались только тезисы доклада, прямо связанные с применением ЭМИ-оружия, тогда как в исходном документе также рассматривались угрозы в киберпространстве, ядерное оружие и т.д. Также доклад имел некоторые особенности, которые не позволяют проявлять к нему с особое доверие.

Вопреки различным перепечаткам в СМИ разных стран, доклад 2017 года не имеет прямого отношения к Пентагону или Конгрессу США. Он был подготовлен «частным» экспертом для негосударственной организации, которая к тому же не так давно успела прекратить свою деятельность. Эти обстоятельства показывают уровень документа и его потенциал в контексте влияния на военную политику Соединенных Штатов. Возможно, конгрессмены могли ознакомиться с докладом и узнать из него некоторые факты (либо вымысел), но вряд ли бы стали относиться к нему со всей серьезностью.

Также в документе содержатся весьма смелые оценки и крайне интересные предположения. Некоторые из них основываются на слишком вольных допущениях, вряд ли допустимых для серьезного доклада. Тем не менее, П.В. Прай вспоминает о некоторых событиях прошлого, учитывает актуальную политическую повестку, а затем на их основе делает выводы. Его измышления и предположения могут, как минимум, вызывать вопросы, но при этом являются «политически верными» и отвечают интересам некоторых кругов США и других стран.

Электромагнитное оружие. В публикациях и реальности

К примеру, в качестве одного из доказательств в пользу способности и желания России использовать свое гипотетическое ЭМИ-оружие приводятся события двадцатилетней давности (стр. 3). В мае 1999 года в Вене состоялось заседание по линии Россия-НАТО, посвященное текущим событиям на Балканах. В ходе этого мероприятия глава российской делегации Владимир Лукин сделал интересное заявление. Он предложил представить картину событий, при которых Россия действительно хочет навредить США и помешать боевой работе НАТО и решению политических задач Альянса. В этом случае российская сторона может запустить межконтинентальную ракету и подорвать ее боевую часть на большой высоте над Соединенными Штатами. Получившийся электромагнитный импульс мог бы вывести из строя основную инфраструктуру государства. Другой российский делегат отметил: если одна ракета не справится, вслед за ней полетит другая.

На основе этих заявлений автор доклада для Комиссии по ЭМИ делает далеко идущие выводы. Кроме того, он склонен доверять не самым лучшим источникам и принимать их информацию на веру. Так, рассматривая угрозы в кибернетическом пространстве (стр. 11), П.В. Прай со ссылкой на зарубежные источники пишет, что в декабре 2015 и декабре 2016 гг. Россия устроила информационные атаки. Следствием таких кибератак стало отключение электроэнергии в западных областях Украины и в Киеве.

Предполагаемые сценарии использования ЭМИ-оружия могут выглядеть правдоподобными или излишне смелыми. При этом некоторые из них смотрятся крайне странно. Так, всерьез рассматривается гипотетическая ситуация, в которой ближневосточные террористы наносят ракетный удар по Италии и выводят ее объекты из строя при помощи электромагнитного импульса (стр. 45). В качестве источников оружия и материальной части для такой операции указываются Иран и КНДР. Как и почему Пхеньян и Тегеран должны начать сотрудничать с «Исламским государством» – не уточняется.

В целом, доклад «Nuclear EMP Attack Scenarios and Combined-arms Cyber Warfare» выглядит весьма странно. Реалистичные опасения и оценки в нем сопровождаются спорными тезисами и чрезмерно вольными предположениями. Все это резко снижает его ценность. Кроме того, на ценности доклада негативно сказывается тот факт, что в СМИ его позиционируют как официальный документ Пентагона, представленный Конгрессу. Вряд ли серьезный документ нуждается в подобной неправдивой «рекламе».

Электромагнитное оружие. В публикациях и реальности

Документ, привлекший внимание издания The Washingtin Free Beacon, а затем и других средств массовой информации, вызывает массу сомнений и подозрений. По всей видимости, речь идет о некой бумаге «для внутреннего потребления», связанной с интересами и задачами той или иной политической группировки в Соединенных Штатах. При этом, несмотря на постоянное упоминание третьих стран, доклад не имеет прямого отношения к ним. Зарубежные разработки – как реальные, так и предполагаемые – оказываются лишь поводом для пугающих заявлений и прогнозов. К тому же, по неким непонятным причинам, доклад из середины 2017 года начали обсуждать только в январе 2019-го.

Немного реальности

Следует напомнить, что электромагнитное оружие действительно разрабатывается несколькими государствами и вполне может поступить на вооружение. Впрочем, по очевидным причинам, разработчики таких систем не торопятся раскрывать все подробности, что способствует появлению различных версий, предположений и слухов. Известно, что научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по теме ЭМИ-оружия ведутся и в нашей стране.

Несколько лет назад в отечественной прессе появились сведения о разработке перспективного ракетного комплекса с боевой частью в виде электромагнитного боезаряда. Это изделие получило известность под названием «Алабуга». Однако позже официальные лица опровергли разработку подобного ракетного комплекса. В то же время, уточнили, что шифр «Алабуга» относится к научно-исследовательской работе по изучению перспектив ЭМИ-оружия. Осенью 2017 года стало известно, что ряд отечественных предприятий теперь работает над созданием перспективного оружия, пригодного к применению на практике, и в этом проекте используются итоги НИР «Алабуга». В дальнейшем вновь появлялись различные слухи, но официальные сообщения на этот счет уже не поступали.

В настоящее время ведущие страны действительно проявляют интерес к вооружению, поражающему объекты противника при помощи мощного электромагнитного импульса. Имеются некоторые сведения о разработке подобных систем и о скором их поступлении на вооружение. Таким образом, в ближней или средней перспективе ведущие страны мира действительно смогут получить принципиально новое вооружение с особыми возможностями. Это означает, что позапрошлогодний доклад для Комиссии по ЭМИ-угрозам и последние публикации в зарубежной прессе все же имеют некоторое отношение к реальным событиям. Впрочем, реалистичность отдельных прогнозов не является достойным оправданием для чрезмерно смелых допущений и неправдоподобных сценариев.

По материалам:
https://freebeacon.com/national-security/china-russia-building-super-emp-bombs-for-blackout-warfare/
http://fantaluciano.altervista.org
http://empcommission.org/
https://fas.org/
https://tass.ru/
https://vz.ru/

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, электромагнитные волны, возбуждаемые различными излучающими объектами, – заряженными частицами, атомами, молекулами, антеннами и пр. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны и низкочастотные электромагнитные колебания.

Может показаться удивительным, что внешне столь разные физические явления имеют общую основу. В самом деле, что общего между кусочком радиоактивного вещества, рентгеновской трубкой, ртутной газоразрядной лампой, лампочкой фонарика, теплой печкой, радиовещательной станцией и генератором переменного тока, подключенным к линии электропередачи? Как, впрочем, и между фотопленкой, глазом, термопарой, телевизионной антенной и радиоприемником. Тем не менее, первый список состоит из источников, а второй – из приемников электромагнитного излучения. Воздействия разных видов излучения на организм человека тоже различны: гамма- и рентгеновское излучения пронизывают его, вызывая повреждение тканей, видимый свет вызывает зрительное ощущение в глазу, инфракрасное излучение, падая на тело человека, нагревает его, а радиоволны и электромагнитные колебания низких частот человеческим организмом и вовсе не ощущаются. Несмотря на эти явные различия, все названные виды излучений – в сущности разные стороны одного явления.

Взаимодействие между источником и приемником формально состоит в том, что при всяком изменении в источнике, например при его включении, наблюдается некое изменение в приемнике. Это изменение происходит не сразу, а спустя некоторое время, и количественно согласуется с представлением о том, что нечто перемещается от источника к приемнику с очень большой скоростью. Сложная математическая теория и огромное число разнообразных экспериментальных данных показывают, что электромагнитное взаимодействие между источником и приемником, разделенными вакуумом или разреженным газом, может быть представлено в виде волн, распространяющихся от источника к приемнику со скоростью света с.

Скорость распространения в свободном пространстве одинакова для всех типов электромагнитных волн от гамма-лучей до волн низкочастотного диапазона. Но число колебаний в единицу времени (т.е. частота f) меняется в очень широких пределах: от нескольких колебаний в секунду для электромагнитных волн низкочастотного диапазона до 1020 колебаний в секунду в случае рентгеновского и гамма-излучений. Поскольку длина волны (т.е. расстояние между соседними горбами волны; рис. 1) дается выражением l = с/f, она тоже изменяется в широких пределах – от нескольких тысяч километров для низкочастотных колебаний до 10–14 м для рентгеновского и гамма-излучений. Именно поэтому взаимодействие электромагнитных волн с веществом столь различно в разных частях их спектра. И все же все эти волны родственны между собой, как родственны водяная рябь, волны на поверхности пруда и штормовые океанские волны, тоже по-разному воздействующие на объекты, встречающиеся на их пути. Электромагнитные волны существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приемнику через вакуум или межзвездное пространство. Например, рентгеновские лучи, возникающие в вакуумной трубке, воздействуют на фотопленку, расположенную вдали от нее, тогда как звук колокольчика, находящегося под колпаком, услышать невозможно, если откачать воздух из-под колпака. Глаз воспринимает идущие от Солнца лучи видимого света, а расположенная на Земле антенна – радиосигналы удаленного на миллионы километров космического аппарата. Таким образом, никакой материальной среды, вроде воды или воздуха, для распространения электромагнитных волн не требуется.

Рис. 1. РАСПРОСТРАНЯЮЩАЯСЯ ВОЛНА. Расстояние l между любыми двумя точками, колеблющимися в одной фазе, называется длиной волны. Эта величина связана со скоростью с электромагнитной волны и частотой колебаний f соотношением l = c/f.

Источники электромагнитного излучения.

Несмотря на физические различия, во всех источниках электромагнитного излучения, будь то радиоактивное вещество, лампа накаливания или телевизионный передатчик, это излучение возбуждается движущимися с ускорением электрическими зарядами. Различают два основных типа источников. В «микроскопических» источниках заряженные частицы скачками переходят с одного энергетического уровня на другой внутри атомов или молекул. Излучатели такого типа испускают гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное, а в некоторых случаях и еще более длинноволновое излучение (примером последнего может служить линия в спектре водорода, соответствующая длине волны 21 см, играющая важную роль в радиоастрономии). Источники второго типа можно назвать макроскопическими. В них свободные электроны проводников совершают синхронные периодические колебания. Электрическая система может иметь самые разнообразные конфигурации и размеры. Системы такого типа генерируют излучение в диапазоне от миллиметровых до самых длинных волн (в линиях электропередачи).

Гамма-лучи испускаются самопроизвольно при распаде ядер атомов радиоактивных веществ, например радия. При этом происходят сложные процессы изменения структуры ядра, связанные с движением зарядов. Генерируемая частота f определяется разностью энергий E1 и E2 двух состояний ядра: f = (E1E2)/h, где h – постоянная Планка. См. также ПЛАНКА ПОСТОЯННАЯ.

Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке в вакууме поверхности металлического анода (антикатода) электронами, обладающими большими скоростями. Быстро замедляясь в материале анода, эти электроны испускают так называемое тормозное излучение, имеющее непрерывный спектр, а происходящая в результате электронной бомбардировки перестройка внутренней структуры атомов анода, в результате которой атомные электроны переходят в состояние с меньшей энергией, сопровождается испусканием так называемого характеристического излучения, частоты которого определяются материалом анода.

Такие же электронные переходы в атоме дают ультрафиолетовое и видимое световое излучение. Что же касается инфракрасного излучения, то оно обычно является результатом изменений, мало затрагивающих электронную структуру и связанных преимущественно с изменениями амплитуды колебаний и вращательного момента импульса молекулы.

В генераторах электрических колебаний имеется «колебательный контур» того или иного типа, в котором электроны совершают вынужденные колебания с частотой, зависящей от его конструкции и размеров. Наиболее высокие частоты, соответствующие миллиметровым и сантиметровым волнам, генерируются клистронами и магнетронами – электровакуумными приборами с металлическими объемными резонаторами, колебания в которых возбуждаются токами электронов. В генераторах более низких частот колебательный контур состоит из катушки индуктивности (индуктивность L) и конденсатора (емкость C) и возбуждается ламповой или транзисторной схемой. Собственная частота такого контура, которая при малом затухании близка к резонансной, дается выражением Рис. 1. РАСПРОСТРАНЯЮЩАЯСЯ ВОЛНА. Расстояние l между любыми двумя точками, колеблющимися в одной фазе, называется длиной волны. Эта величина связана со скоростью с электромагнитной волны и частотой колебаний f соотношением l = c/f..

Переменные поля очень низких частот, используемые для передачи электрической энергии, создаются электромашинными генераторами тока, в которых роторы, несущие проволочные обмотки, вращаются между полюсами магнитов.

Теория Максвелла, эфир и электромагнитное взаимодействие.

Когда океанский лайнер в тихую погоду проходит на некотором расстоянии от рыбацкой лодки, то спустя какое-то время лодка начинает сильно раскачиваться на волнах. Причина этого всем понятна: от носа лайнера по поверхности воды бежит волна в виде последовательности горбов и впадин, которая и достигает рыбацкой лодки.

Когда при помощи специального генератора в установленной на искусственном спутнике Земли и направленной на Землю антенне возбуждаются колебания электрического заряда, в приемной антенне на Земле (также через некоторое время) возбуждается электрический ток. Как же передается взаимодействие от источника к приемнику, если между ними отсутствует материальная среда? И если сигнал, поступающий на приемник, можно представить в виде некоторой падающей волны, то что это за волна, которая способна распространяться в вакууме, и как могут возникать горбы и впадины там, где ничего нет?

Над этими вопросами в применении к видимому свету, распространяющемуся от Солнца к глазу наблюдателя, ученые задумывались уже давно. На протяжении большей части 19 в. такие физики, как О.Френель, И.Фраунгофер, Ф.Нейман, пытались найти ответ в том, что пространство на самом деле не пусто, а заполнено некой средой («светоносным эфиром»), наделенной свойствами упругого твердого тела. Хотя такая гипотеза и помогла объяснить некоторые явления в вакууме, она привела к непреодолимым трудностям в задаче о прохождении света через границу двух сред, например воздуха и стекла. Это побудило ирландского физика Дж.Мак-Куллага отбросить идею упругого эфира. В 1839 он предложил новую теорию, в которой постулировалось существование среды, по своим свойствам отличной от всех известных материалов. Такая среда не оказывает сопротивления сжатию и сдвигу, но сопротивляется вращению. Из-за этих странных свойств модель эфира Мак-Куллага вначале на вызвала особого интереса. Однако в 1847 Кельвин продемонстрировал наличие аналогии между электрическими явлениями и механической упругостью. Исходя из этого, а также из представлений М.Фарадея о силовых линиях электрического и магнитного полей, Дж.Максвелл предложил теорию электрических явлений, которая, по его словам, «отрицает действие на расстоянии и приписывает электрическое действие напряжениям и давлениям в некой всепроникающей среде, причем эти напряжения такие же, с какими имеют дело инженеры, а среда и есть именно та среда, в которой, как предполагают, распространяется свет». В 1864 Максвелл сформулировал систему уравнений, охватывающую все электромагнитные явления. Примечательно, что его теория во многом напоминала теорию, предложенную за четверть века до этого Мак-Куллагом. Уравнения Максвелла были столь всеохватывающими, что из них выводились законы Кулона, Ампера, электромагнитной индукции и следовал вывод о совпадении скорости распространения электромагнитных явлений со скоростью света.

После того как уравнениям Максвелла была придана более простая форма (заслуга в основном О.Хевисайда и Г.Герца), полевые уравнения стали ядром электромагнитной теории. Хотя эти уравнения сами по себе и не требовали максвелловской интерпретации на основе представлений о напряжениях и давлениях в эфире, такая интерпретация повсеместно была принята. Несомненный успех уравнений в предсказании и объяснении различных электромагнитных явлений был воспринят как подтверждение справедливости не только уравнений, но и механистической модели, на основе которой они были выведены и истолкованы, хотя эта модель была совершенно не существенна для математической теории. Фарадеевские силовые линии поля и трубки тока наряду с деформациями и смещениями стали существенными атрибутами эфира. Энергия рассматривалась как запасенная в напряженной среде, а ее поток Г.Пойнтинг в 1884 представил вектором, носящим теперь его имя. В 1887 Герц экспериментально продемонстрировал существование электромагнитных волн. В серии блестящих экспериментов он измерил скорость их распространения, а также показал, что они могут отражаться, преломляться и поляризоваться. В 1896 Г.Маркони получил патент на радиосвязь.

В континентальной Европе независимо от Максвелла развивалась теория дальнодействия – совершенно другой подход к проблеме электромагнитного взаимодействия. Максвелл писал по этому поводу: «Согласно теории электричества, которая делает большие успехи в Германии, две заряженные частицы непосредственно действуют друг на друга на расстоянии с силой, которая, по Веберу, зависит от их относительной скорости и действует, согласно теории, основанной на идеях Гаусса и развитой Риманом, Лоренцом и Нейманом, не мгновенно, а спустя некоторое время, зависящее от расстояния. По достоинству оценить мощь этой теории, которая столь выдающимся людям объясняет любой вид электрических явлений, можно, лишь изучив ее». Теорию, о которой говорил Максвелл, наиболее полно развил датский физик Л.Лоренц с помощью скалярного и векторного запаздывающих потенциалов, почти таких же, как и в современной теории. Максвелл отвергал идею запаздывающего действия на расстоянии, будь то потенциалы или силы. «Эти физические гипотезы совершенно чужды моим представлениям о природе вещей», – писал он. Тем не менее, теория Римана и Лоренца в математическом отношении была идентична его теории, и в конце концов он согласился, что в пользу теории дальнодействия свидетельствуют более убедительные доказательства. В своем Трактате об электричестве и магнетизме (Treatise on Electricity and Magnetism, 1873) он писал: «Не следует упускать из виду, что мы сделали всего лишь один шаг в теории действия среды. Мы высказали предположение, что она находится в состоянии напряжения, но совершенно не объяснили, что это за напряжение и как оно поддерживается».

В 1895 голландский физик Х.Лоренц объединил ранние ограниченные теории взаимодействия между неподвижными зарядами и токами, которые предвосхищали теорию запаздывающих потенциалов Л.Лоренца и были созданы в основном Вебером, с общей теорией Максвелла. Х.Лоренц рассматривал материю как содержащую электрические заряды, которые, различными способами взаимодействуя между собой, производят все известные электромагнитные явления. Вместо того чтобы принять концепцию запаздывающего действия на расстоянии, описываемого запаздывающими потенциалами Римана и Л.Лоренца, он исходил из предположения, что движение зарядов создает электромагнитное поле, способное распространяться сквозь эфир и переносить импульс и энергию от одной системы зарядов к другой. Но необходимо ли для распространения электромагнитного поля в виде электромагнитной волны существование такой среды, как эфир? Многочисленные эксперименты, призванные подтвердить существование эфира, в том числе и эксперимент по «увлечению эфира», дали отрицательный результат. Более того, гипотеза о существовании эфира оказалась в противоречии с теорией относительности и с положением о постоянстве скорости света. Вывод можно проиллюстрировать словами А.Эйнштейна: «Если эфиру не свойственно никакое конкретное состояние движения, то вряд ли имеет смысл вводить его как некую сущность особого рода наряду с пространством».

Излучение и распространение электромагнитных волн.

Движущиеся с ускорением электрические заряды и периодически изменяющиеся токи воздействуют друг на друга с некоторыми силами. Величина и направление этих сил зависят от таких факторов, как конфигурация и размеры области, содержащей заряды и токи, величина и относительное направление токов, электрические свойства данной среды и изменения в концентрации зарядов и распределении токов источника. Из-за сложности общей постановки задачи закон сил нельзя представить в виде одной формулы. Структура, именуемая электромагнитным полем, которую при желании можно рассматривать как чисто математический объект, определяется распределением токов и зарядов, создаваемым заданным источником с учетом граничных условий, определяемых формой области взаимодействия и свойствами материала. Когда речь идет о неограниченном пространстве, эти условия дополняются особым граничным условием – условием излучения. Последнее гарантирует «правильное» поведение поля на бесконечности.

Электромагнитное поле характеризуется вектором напряженности электрического поля E и вектором магнитной индукции B, каждый из которых в любой точке пространства имеет определенную величину и направление. На рис. 2 схематически изображена электромагнитная волна с векторами E и B, распространяющаяся в положительном направлении оси х. Электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны: они представляют собой компоненты единого электромагнитного поля, поскольку переходят друг в друга при преобразованиях Лоренца. Говорят, что векторное поле линейно (плоско) поляризовано, если направление вектора остается всюду фиксированным, а его длина периодически изменяется. Если вектор вращается, но длина его не меняется, то говорят, что поле имеет круговую поляризацию; если же длина вектора периодически изменяется, а сам он вращается, то поле называется эллиптически поляризованным.

Рис. 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ И МАГНИТНОЕ ПОЛЯ в момент t = 0 для случая плоской электромагнитной волны, распространяющейся в направлении x со скоростью c.

Соотношение между электромагнитным полем и колеблющимися токами и зарядами, поддерживающими это поле, можно проиллюстрировать на относительно простом, но очень наглядном примере антенны типа полуволнового симметричного вибратора (рис. 3). Если тонкую проволоку, длина которой составляет половину длины волны излучения, разрезать посередине и к разрезу подключить высокочастотный генератор, то приложенное переменное напряжение будет поддерживать примерно синусоидальное распределение тока в вибраторе. В момент времени t = 0, когда амплитуда тока достигает максимального значения, а вектор скорости положительных зарядов направлен вверх (отрицательных – вниз), в любой точке антенны заряд, приходящийся на единицу ее длины, равен нулю. По прошествии первой четверти периода (t = T/4) положительные заряды будут сосредоточены на верхней половине антенны, а отрицательные – на нижней. При этом ток равен нулю (рис. 3,б). В момент t = T/2 заряд, приходящийся на единицу длины, равен нулю, а вектор скорости положительных зарядов направлен вниз (рис. 3,в). Затем к концу третьей четверти заряды перераспределяются (рис. 3,г), а по ее завершении заканчивается полный период колебаний (t = T) и все снова выглядит так, как на рис. 3,а.

Рис. 3. ТОКИ И ЗАРЯДЫ в антенне типа полуволнового симметричного вибратора в разные моменты периода.

Чтобы сигнал (например, меняющийся во времени ток, приводящий в действие громкоговоритель радиоприемника) можно было передать на расстояние, излучение передатчика нужно промодулировать путем, например, изменения амплитуды тока в передающей антенне в соответствии с сигналом, что повлечет за собой модуляцию амплитуды колебаний электромагнитного поля (рис. 4).

Рис. 4. МОДУЛИРОВАННАЯ ВОЛНА. а – немодулированная волна несущей частоты; б – модулированная волна.

Передающая антенна является той частью передатчика, где электрические заряды и токи совершают колебания, излучая в окружающее пространство электромагнитное поле. Антенна может иметь самые разнообразные конфигурации, в зависимости от того, какую форму электромагнитного поля необходимо получить. Она может быть одиночным симметричным вибратором или же системой симметричных вибраторов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и обеспечивающих необходимое соотношение между амплитудами и фазами токов. Антенна может представлять собой симметричный вибратор, расположенный перед сравнительно большой плоской или изогнутой металлической поверхностью, играющей роль отражателя. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн особенно эффективна антенна в форме рупора, соединенного с металлической трубой-волноводом, который играет роль линии передачи. Токи в короткой антенне на входе волновода индуцируют переменные токи на его внутренней поверхности. Эти токи и связанное с ними электромагнитное поле распространяются по волноводу к рупору. См. также АНТЕННА.

Меняя конструкцию антенны и ее геометрию, можно добиться такого соотношения амплитуд и фаз колебаний токов в различных ее частях, чтобы излучение усиливалось в одних направлениях и ослаблялось в других (антенны направленного действия).

На больших расстояниях от антенны любого типа электромагнитное поле имеет довольно простой вид: в любой данной точке векторы напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В колеблются в фазе во взаимно перпендикулярных плоскостях, убывая обратно пропорционально расстоянию от источника. При этом волновой фронт имеет форму увеличивающейся в размерах сферы, а вектор потока энергии (вектор Пойнтинга) направлен вовне по ее радиусам. Интеграл от вектора Пойнтинга по всей сфере дает полную, усредненную по времени, излучаемую энергию. При этом волны, распространяющиеся в радиальном направлении со скоростью света, переносят от источника не только колебания векторов E и B, но также импульс поля и его энергию.

Прием электромагнитных волн и явление рассеяния.

Если в зоне электромагнитного поля, распространяющегося от удаленного источника, поместить проводящий цилиндр, то индуцированные в нем токи будут пропорциональны напряженности электромагнитного поля и, кроме того, будут зависеть от ориентации цилиндра относительно фронта падающей волны и от направления вектора напряженности электрического поля. Если цилиндр имеет вид проволоки, диаметр которой мал по сравнению с длиной волны, то индуцированный ток будет максимальным, когда проволока параллельна вектору Е падающей волны. Если проволоку разрезать посередине и к образовавшимся выводам присоединить нагрузку, то к ней будет подводиться энергия, как это и имеет место в случае радиоприемника. Токи в этой проволоке ведут себя так же, как и переменные токи в передающей антенне, а потому она тоже излучает поле в окружающее пространство (т.е. происходит рассеяние падающей волны).

Отражение и преломление электромагнитных волн.

Передающую антенну обычно устанавливают высоко над поверхностью земли. Если антенна находится в сухой песчаной или скалистой местности, то грунт ведет себя как изолятор (диэлектрик), и токи, индуцируемые в нем антенной, связаны с внутриатомными колебаниями, поскольку здесь нет свободных носителей заряда, как в проводниках и ионизованных газах. Эти микроскопические колебания создают над поверхностью земли поле отраженной от земной поверхности электромагнитной волны и, кроме того, изменяют направление распространения волны, входящей в грунт. Эта волна движется с меньшей скоростью и под меньшим углом к нормали, чем падающая. Такое явление называется преломлением. Если же волна падает на участок поверхности земли, имеющий, наряду с диэлектрическими, также и проводящие свойства, то общая картина для преломленной волны выглядит намного сложнее. Как и прежде, волна меняет направление движения у границы раздела, но теперь поле в грунте распространяется таким образом, что поверхности равных фаз уже не совпадают с поверхностями равных амплитуд, как это обычно имеет место в случае плоской волны. Кроме того, быстро затухает амплитуда волновых колебаний, поскольку электроны проводимости при столкновениях отдают свою энергию атомам. В результате энергия волновых колебаний переходит в энергию хаотического теплового движения и рассеивается. Поэтому там, где грунт проводит электричество, волны не могут проникнуть в него на большую глубину. То же самое относится и к морской воде, чем затрудняется радиосвязь с подводными лодками.

В верхних слоях земной атмосферы располагается слой ионизованного газа, который называется ионосферой. Он состоит из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Под действием посылаемых с земли электромагнитных волн заряженные частицы ионосферы начинают колебаться и излучать собственное электромагнитное поле. Заряженные ионосферные частицы взаимодействуют с посланной волной примерно так же, как и частицы диэлектрика в рассмотренном выше случае. Однако электроны ионосферы не связаны с атомами, как в диэлектрике. Они реагируют на электрическое поле посланной волны не мгновенно, а с некоторым сдвигом по фазе. В результате волна в ионосфере распространяется не под меньшим, как в диэлектрике, а под бóльшим углом к нормали, чем посланная с земли падающая волна, причем фазовая скорость волны в ионосфере оказывается больше скорости света c. Когда волна падает под некоторым критическим углом, угол между преломленным лучом и нормалью становится близок к прямому, а при дальнейшем увеличении угла падения излучение отражается в сторону Земли. Очевидно, что в этом случае электроны ионосферы создают поле, которым компенсируется поле преломленной волны в вертикальном направлении, а ионосфера действует как зеркало.

Энергия и импульс излучения.

В современной физике выбор между теорией электромагнитного поля Максвелла и теорией запаздывающего дальнодействия делается в пользу теории Максвелла. До тех пор, пока нас интересует только взаимодействие источника и приемника, обе теории одинаково хороши. Однако теория дальнодействия не дает никакого ответа на вопрос, где находится энергия, которую уже излучил источник, но еще не принял приемник. Согласно теории Максвелла, источник передает энергию электромагнитной волне, в которой она и находится, пока не будет передана поглотившему волну приемнику. При этом на каждом этапе соблюдается закон сохранения энергии.

Таким образом, электромагнитные волны обладают энергией (а также импульсом), что заставляет считать их столь же реальными, как, например, атомы. Электроны и протоны, находящиеся на Солнце, передают энергию электромагнитному излучению, в основном в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра; примерно через 500 с, достигнув Земли, оно эту энергию отдает: повышается температура, в зеленых листьях растений происходит фотосинтез, и т.д. В 1901 П.Н.Лебедев экспериментально измерил давление света, подтвердив, что свет имеет не только энергию, но и импульс (причем соотношение между ними согласуется с теорией Максвелла).

Фотоны и квантовая теория.

На рубеже 19 и 20 вв., когда казалось, что исчерпывающая теория электромагнитного излучения, наконец, построена, природа преподнесла очередной сюрприз: оказалось, что помимо волновых свойств, описываемых теорией Максвелла, излучение проявляет также свойства частиц, причем тем сильнее, чем короче длина волны. Особенно ярко эти свойства проявляются в явлении фотоэффекта (выбивания электронов из поверхности металла под действием света), открытого в 1887 Г.Герцем. Оказалось, что энергия каждого выбитого электрона зависит от частоты n падающего света, но не от его интенсивности. Это свидетельствует о том, что энергия, связанная со световой волной, передается дискретными порциями – квантами. Если увеличивать интенсивность падающего света, то растет число выбитых в единицу времени электронов, но не энергия каждого из них. Иными словами, излучение передает энергию определенными минимальными порциями – как бы частицами света, которые были названы фотонами. Фотон не имеет ни массы покоя, ни заряда, но обладает спином, а также импульсом, равным hn/c, и энергией, равной hn; он перемещается в свободном пространстве с постоянной скоростью c.

Каким же образом электромагнитное излучение может иметь все свойства волн, проявляющиеся в интерференции и дифракции, но вести себя как поток частиц в случае фотоэффекта? В настоящее время наиболее удовлетворительное объяснение этой двойственности можно найти в сложном формализме квантовой электродинамики. Но и эта изощренная теория имеет свои трудности, а ее математическая непротиворечивость вызывает сомнения. См. также МОМЕНТЫ АТОМОВ И ЯДЕР; ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ; ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ; КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА; ВЕКТОР.

К счастью, в макроскопических задачах излучения и приема миллиметровых и более длинных электромагнитных волн квантовомеханические эффекты обычно не имеют существенного значения. Число фотонов, излучаемых, например, симметричной вибраторной антенной, столь велико, а энергия, переносимая каждым из них, столь мала, что можно забыть о дискретных квантах и считать, что испускание излучения – непрерывный процесс.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о