Расчёт плотности потока энергии в электромагнитном поле

Определение предмета и раздела задания

Данное задание относится к физике, а конкретнее к разделу электродинамики и охраны труда. Оно связано с расчетом плотности потока энергии в электромагнитном поле, анализом воздействия электромагнитного излучения на рабочем месте и сравнением этого воздействия с предельно допустимым уровнем (ПДУ).

Дано

1. Мощность источника излучения: \( P_{\text{ист}} = 1.6 \, \text{кВт} = 1600 \, \text{Вт} \);
2. Частота излучения: \( f = 250 \, \text{ГГц} = 250 \cdot 10^9 \, \text{Гц} \);
3. Расстояние до источника: \( r = 1.5 \, \text{м} \);
4. Время работы источника: \( t = 5 \, \text{ч} = 5 \cdot 3600 \, \text{с} \);
5. Толщина экрана: \( h = 0.6 \, \text{мм} = 0.6 \cdot 10^{-3} \, \text{м} \);
6. Удельное сопротивление материала экрана: \( \rho = 0.28 \cdot 10^{-7} \, \Omega \cdot \text{м} \);
7. Относительная магнитная проницаемость экрана: \( \mu = 1 \);
8. Требуется сравнить плотность потока энергии на рабочем месте с предельно допустимым уровнем (ПДУ).

1. Найдём плотность потока энергии без защитного экрана

Плотность потока энергии \( S \) в электромагнитной волне рассчитывается как средняя мощность на единицу площади поверхности:

\[ S = \frac{P_{\text{ист}}}{4 \pi r^2} \],

где:

• \( P_{\text{ист}} \) — мощность источника,
• \( r \) — расстояние до источника.

Подставим значения:

\[ S = \frac{1600}{4 \pi (1.5)^2} \].

Сначала найдём знаменатель:

\[ 4 \pi (1.5)^2 = 4 \cdot 3.1416 \cdot 2.25 \approx 28.274 \].

Теперь вычислим \( S \):

\[ S \approx \frac{1600}{28.274} \approx 56.6 \, \text{Вт/м}^2 \].

2. Сравнение с ПДУ

Предельно допустимый уровень (ПДУ) плотности потока энергии для диапазона миллиметровых волн (частоты \( 30 \, \text{ГГц} \) и выше) в нормативах составляет около:

\[ S_{\text{ПДУ}} = 0.1 \, \text{Вт/м}^2 \].

Сравним рассчитанное значение \( S \) с \( S_{\text{ПДУ}} \):

\[ S = 56.6 \, \text{Вт/м}^2 \gg S_{\text{ПДУ}} = 0.1 \, \text{Вт/м}^2 \].

Очевидно, что плотность потока энергии на рабочем месте значительно превышает допустимый уровень.

3. Вывод

Без применения защиты уровень электромагнитного излучения на рабочем месте превышает ПДУ в 566 раз и представляет опасность для здоровья. Необходимо уменьшить плотность потока энергии с помощью защиты (например, экранирования).