Uniwersytet ZielonogórskiMateriaªy do wykªadu:Promieniowanie elektromagnety zne azdrowie

Maria Przybylska

Projekt POKL.04.01.01-00-041/09: "Unowo ze±nienie programów,poprawa jako± i ksztaª enia oraz otwar ie nowej spe jalno± i Ekozykana kierunku Fizyka w Uniwersyte ie Zielonogórskim."28.11.2011

2

Spis tre± i1 Wstp 52 Me hanizmy oddziaªywania pól elektrostaty zny h na organizmy »ywe 73 Me hanizmy oddziaªywania pól magnetostaty zny h na organizmy »ywe 134 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmy 194.1 Uwagi wstpne o zmienny h pola elektromagnety zny h . . . . . . . . . 194.2 Me hanizmy oddziaªywania sinusoidalny h pól elektry zny h o maªej zsto± i na organizmy »ywe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.3 Me hanizmy oddziaªywania wolnozmienny h pól magnety zny h na or-ganizmy »ywe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.4 Me hanizmy oddziaªywania pól wysoki h zsto± i na organizmy »ywe . 305 Normy i regula je prawne 396 Podsumowanie 47

3

4 SPIS TRECI

Rozdziaª 1WstpPromieniowaniem elektromagnety znym nazywamy zmienne w zasie pole elektroma-gnety zne roz hodz¡ e si w przestrzeni wywoªane przepªywem pr¡du elektry znegolub zmian¡ ªadunków ¹ródªowy h. Skªadowe pola: elektry zna i magnety zna indukuj¡si wzajemnie. Zmiana pola magnety znego (elektry znego) z okre±lon¡ zstotliwo-± i¡, wywoªuje zmian z t¡ sam¡ zstotliwo± i¡ pola elektry znego (magnety znego).Rozpatrywa¢ bdziemy równie» sz zególne przypadki pól staªy h w zasie zyli pólelektrostaty zny h i magnetostaty zny h.Pole elektromagnety zny towarzyszy zªowiekowi od momentu jego pojawienia sina Ziemi. Na naturalne pole elektromagnety zne skªada si pole geomagnety zne Ziemi,pola elektromagnety zne wytwarzane w atmosferze oraz pola po hodzenia pozaziem-skiego. Organizmy »ywe dostosowaªy si do niego i obe no±¢ tego pola wydaje si wr zniezbdna do i h normalnego funk jonowania.W 1886 roku H.R. Hertz potwierdziª eksperymentalnie teori pola elektromagne-ty znego opra owan¡ przez J.C. Maxwella wytwarzaj¡ sztu zne pole elektromagne-ty zne wysokiej zsto± i w obwodzie rezonansowym zbudowanym z ewek i konden-satorów. Obserwa ja ta daªa podstawy do powstania radia (G. Mar oni, N. Tesla,A.S. Popov). Pod konie XIX wieku powstaªy równie» pierwsze lampy elektronowe(J.J. Thompson, J.E. Fleming). Od tego zasu obserwuje si szybki wzrost zastoso-wania ró»ny h urz¡dze« w który h wykorzystywane s¡ fale elektromagnety zne w ra-diokomunika ji, radiofonii, telewizji, radionawiga ji, radioloka ji, telefonii komórkowej.Nale»y pamita¢, »e równie» wszystkie urz¡dzenia zasilane energi¡ elektry zn¡, którenie s¡ elowo zaprojektowane do wytwarzania b¡d¹ odbierania fal elektromagnety z-ny h równie» s¡ ¹ródªami tego promieniowania. Ozna za to, »e od kilkudziesi iu latna naturalne pole elektromagnety zne nakªadaj¡ si pola po hodz¡ e od lawinowegoprzyrostu sztu zny h, wytworzony h przez zªowieka ¹ródeª pól elektromagnety zny h.Trudno osza owa¢ stopie« ty h zmian ze wzgldu na brak dany h o do ilo± i i mo y¹ródeª sztu zny h.Pierwsze udokumentowane doniesienia o tym, »e pole elektromagnety zne oddzia-ªuje na organizm ludzki po hodz¡ z 1888 r. gdy J.-A. d'Arsonval odkryª, »e zmiennepole magnety zne o zsto± i 0.5-1 MHz powoduje nagrzewanie tkanek. Obserwa ja tazostaªa wykorzystana w tzw. diatermii w medy ynie. Jednak personel medy zny obsªu-guj¡ y te urz¡dzenia za z¡ª uskar»a¢ si na zªe samopo zu ie. W okresie pó¹niejszym,w zasie II wojny ±wiatowej i po niej problemy zdrowotne sygnalizowali pra owni yobsªuguj¡ y urz¡dzenia radarowe wytwarzaj¡ e promieniowanie mikrofalowe. Badania5

6 Wstpprzeprowadzone w 1953 roku przez grup ameryka«ski h ekspertów ustaliªy, »e jedynymefektem biologi znego dziaªania mikrofal s¡ zjawiska termi zne.Pojawiª si wi problem o hrony przed szkodliwymi skutkami dziaªania pól elektro-magnety zny h. W lata h 50 XX wieku wprowadzono pierwsz¡ regula j prawn¡ ogra-ni zaj¡ ¡ ekspozy j pra owników w silny h pola h elektromagnety zny h. Mianowi ie,ustalono grani bezpie ze«stwa okre±lon¡ jako ekspozy ja na energi o gsto± i stru-mienia 100W/m2. Tym zasem odmienne doniesienia napªywaªy z laboratoriów radzie -ki h. U zwierz¡t poddany h dziaªaniu pól mikrofalowy h o gsto± i strumienia energiiod 10 do 100 W/m2 pojawiaªy si ró»ne od hylenia zjologi zne i objawy okre±lanejako horoba mikrofalowa. Na tej podstawie w lata h sze±¢dziesi¡ty h wprowadzonow ZSRR surowe normy bezpie ze«stwa, przyjte tak»e w kraja h Europy rodkowej,w tym i w Pols e. Do dzisiaj normy przyjte w Pols e s¡ bardziej restryk yjne ni» wwielu inny h kraja h europejski h i USA.Efektywne zabezpie zenie si przed negatywnymi skutkami wymaga• umiejtno± i wyzna zania nat»e« pól w obszarze ekspozy ji organizmów »ywy hna nie, oraz• poznania me hanizmów dziaªania pól elektry zny h elektry zny h (elektrosta-ty zny h), magnety zny h (magnetostaty zny h) oraz elektromagnety zny h naorganizmy »ywe.Wów zas mo»na przyst¡pi¢ do efektywnego zabezpie zania si przed mo»liwym skut-kami i niwelowania i h wpªywu.Autor serde znie dzikuje profesorom Brunonowi Lejdy i Mi haªowi Ze« zakowioraz dr. Andrzejowi Przytulskiemu za przesªanie materiaªów wykorzystany h w trak iepisania tego skryptu.

Rozdziaª 2Me hanizmy oddziaªywania pól elektro-staty zny h na organizmy »yweWszystkie organizmy »ywe zawsze rozwijaªy si w naturalny h pola h elektromagne-ty zny h atmosfery ziemskiej, które s¡ prakty znie staªe i maj¡ do±¢ zna zne nat»enia.Dla pól elektrostaty zny h jest to od 10 V/m w zasie ªadnej pogody do 3-20 kV/mw zasie burzy. Tak wi wydaje si, »e nie ma bezpo±redniego szkodliwego dziaªaniapól o taki h warto± ia h na organizmy. Wr z nie jest wyklu zone, »e obe no±¢ polaelektrostaty znego i magnetostaty znego jest potrzebna do prawidªowego rozwoju.Pierwsze badania wpªywu oddziaªywania elektry zno± i na organizmy »ywe przepro-wadzano ju» w XVIII w. w rama h eksperymentów dla zabawy zgromadzonej publi z-no± i. Badano za howanie organizmów poddany h wyªadowaniom du»y h ªadunkówelektry zny h.Pole elektrostaty zne oddziaªuje na organizmy »ywe poprzez nastpuj¡ e me hani-zmy zy zne:a) indukowanie wewn¡trz organizmów pr¡dów staªy h,b) indukowanie dipoli i orientowanie dipoli trwaªy h zgodnie z kierunkiem pola ) indukowanie na powierz hnia h organizmów ªadunków elektry zny h (elektry zno±¢staty zna).Tkanki organizmu w polu elektrostaty znym za howuj¡ si jak przewodniki. Z prawa i¡gªo± i skªadowej normalnej gsto± i pr¡du na grani y dwó h przewodników o ró»ny hprzewodno± ia h γ1 i γ2 otrzymujemy równo±¢γ1E1 = γ2E2.Je±li jednym z o±rodków jest powietrze o przewodno± i γ1 = 10−12 S/m, a drugimtkanka o γ2 = γw = 0.2S/m, to nat»enie pola elektry znego wewn¡trz organizmu jesto wiele rzdów mniejsze ni» na zewn¡trz poniewa»

Ew =γ0γw

E0 = 5 · 10−12E0.Dla pola zewntrznego przy ªadnej pogodzie E0 = 200 V/A, dostajemy Ew=1 nV, a w zasie burzy dla E0=20 kV/m otrzymujemy Ew=0.1 µV, a wi o kilka rzdów mniej-sze warto± i ni» naturalne pola elektry zne wystpuj¡ e w organizmie. Gsto±¢ pr¡du7

8 Me hanizmy oddziaªywania pól elektrostaty zny h na organizmy »yweprzewodzenia w organizmie J = γwEw = γ0E0 jest rzdu 2 · 10−10 A/m2 przy ªadnejpogodzie. Je±li nawet przyjmiemy zawy»one osza owanie powierz hni skóry 10 m2, tootrzymujemy pr¡d rzdu 2 nA. Pod zas burz pr¡d ten mo»e wzrasta¢ przynajmniejstokrotnie. S¡ to jednak nadal niewielkie warto± i.Przepªyw pr¡du staªego powoduje wydzielaniem si w tkanka h iepªa Joule'a zwi¡-zanego z przepªywem pr¡dów jonowy h. Mo zamieniana na iepªo Joule'a wynosiP = UI = RI2,gdzie U napi ie pªyn¡ ego pr¡du, I jego nat»enie a R opór elektry znyprzewodnika. W przypadku tkanek wygodnie jest u»ywa¢ wielko± i mo y na jednostkobjto± i p = dP/dV , nazywanej gsto± i¡ strat ieplny h przewodni twa. Korzystaj¡ z prawa Ohma dla gsto± i pr¡du J = γE otrzymujemy nastpuj¡ e wyra»enia na p

p = E · J =J2

γ1= γwE

2w. (2.1)Po podstawieniu warto± i nat»enia pola elektry znego w organizmie otrzymujemy

p =γ20

γwE0. (2.2)Ozna za to, »e efekt termi zny jest zaniedbywalny.Pr¡d ten pªynie gªównie przez pªyn zewn¡trzkomórkowy i omija komórki. Jego prze-pªyw mo»e wywoªywa¢ lokalne zmiany kon entra ji jonów i miejs owe ró»ni e poten- jaªów. Wewn¡trz komórek jony ró»ny h znaków zostaj¡ rozsunite i komórki staj¡ sidu»ymi dipolami. Z tego powodu przenikalno±¢ elektry zna tkanek s¡ du»e i wzgldneprzenikalno± i s¡ rzdu 105 − 106.Pole elektrostaty zne dziaªaj¡ e na przewodnik powoduje jego induk j elektrosta-ty zn¡. adunki elektry zne rozsuwaj¡ si w polu przemiesz zaj¡ si na powierz hni iaªa. Zaburza to naturalny rozkªad ªadunków w organizmie. Ponadto przy zbli»eniudo innego iaªa o innym poten jale mo»e doj±¢ do wyªadowania. Energi naªadowanego iaªa mo»na obli zy¢ ze wzoru

W =1

2CV 2 =

1

2QV =

1

2

Q2

C, (2.3)gdzie C pojemno±¢ iaªa, V poten jaª iaªa. Czªowiek w polu elektrostaty znymmo»e naªadowa¢ si do poten jaªu 10 kV. Pojemno±¢ zªowieka zmienia si w grani a h100-400 pF. Dla pojemno± i C = 400 pF otrzymujemy energi wyªadowania W=20mJ. Przyjmuje si, »e warto±¢ niebezpie zna dla zªowieka to 350 mJ.Innym ¹ródªem pr¡du s¡ ªadunki elektrostaty zne na powierz hni organizmu. Po-wstaj¡ poprzez ru h odzie»y wzgldem iaªa lub pod zas hodzenia po wykªadziniepodªogowej. Ciaªo zªowieka mo»e gromadzi¢ ªadunki elektry zne, je±li jest odpowied-nio odizolowane od ziemi, np. przez nieprzewodz¡ e obuwie lub podªog. Energia zwi¡-zana z naªadowaniem elektrostaty znym zªowieka wynosi od kilku do kilkudziesi iumJ, a pr¡dy pªyn¡ e w organizmie sza uje si do o warto± i 1.5 µA [15.Pro esy rozªadowania mo»na podzieli¢ na dwa rodzaje:

Me hanizmy oddziaªywania pól elektrostaty zny h na organizmy »ywe 9• Rozªadowanie naªadowanego iaªa zªowieka przez uziemiony przedmiot. Pro esten nie niesie ze sob¡ wikszego niebezpie ze«stwa, gdy» ze wzgldu na wymiary iaªa zªowiek nie gromadzi na sobie zbyt du»y h ªadunków. Maksymalne energieu zestni z¡ e w rozªadowaniu nie przekra zaj¡ 10 mJ. W przypadku naelektryzo-wania i braku kontaktu z uziemionym przedmiotem pro es rozªadowywania mo»eprzebiega¢ przez kilka minut.• Rozªadowanie odizolowanego od ziemi naªadowanego iaªa o wikszy h rozmia-ra h (du»y samo hód, autobus lub kombajn) przez stykaj¡ ego si z ziemi¡ zªo-wieka. Przypadek taki mo»e si zdarzy¢, gdy kierow a opusz za pojazd naªa-dowany uprzednio elektry zno± i¡ staty zn¡ przez pd wiatru lub, je»eli pojazdzostaª zaparkowany w pobli»u linii przesyªowy h wysokiego napi ia pr¡du sta-ªego. Du»e rozmiary naªadowanego iaªa wi¡»¡ si z du»¡ pojemno± i¡. Prowadzito do pr¡dów przepªywaj¡ y h przez ludzkie iaªo rzdu dziesi¡tków mA i energiiwyªadowa« rzdu setek mJ o mo»e spowodowa¢ szok przy dotkni iu.Bardzo silne wstrz¡sy mog¡ wyst¡pi¢, gdy dobrze uziemiona osoba dotyka odzewn¡trz du»y pojazd w hwili silnego wyªadowania atmosfery znego maj¡ egomiejs e w niewielkiej odlegªo± i. Przy rozªadowywany h energia h powy»ej 1000mJ od zuwalny jest bardzo silny ból. Niewyklu zone jest migotanie komór ser a.Nadmieni¢ nale»y, »e efekty wywoªywane rozªadowywaniem si pojemno± i przez iaªo zªowieka zale»¡ w du»ej mierze od indywidualny h e h. Niektóre osobyod zuwaj¡ opisane tu efekty ju» przy du»o mniejszy h energia h.Nale»y równie» pamita¢, »e powierz hnia organizmu jako przewodnika jest ekwi-poten jalna ale ªadunek rozªo»ony jest nierównomiernie i jego gsto±¢ zale»y odwrot-nie propor jonalnie od promienia krzywizny w miejs u pomiaru. U zªowieka wzrostnat»enia zale»y przede wszystkim od zajmowanej pozy ji. W pozy ji le»¡ ej wzrostnat»enia jest najmniejszy i ma okoªo dwukrotn¡ warto±¢ nat»enia pionowego pola nie-zakªó onego. W pozy ji siedz¡ ej w okoli a h gªowy notuje si ju» pi iokrotny wzrostnat»enia, a w pozy ji stoj¡ ej wzrost ten jest pitnasto-, a nawet dwudziestokrotny wstosunku do warto± i nat»enia pola niezakªó onego obe no± i¡ zªowieka [21, 16. Uzwierz¡t zworono»ny h lokalny wzrost nat»enia jest mniejszy, najwy»ej kilkukrotnyi najwy»szy nad grzbietem. Rozkªad linii siª pola elektry znego wokóª »ywy h organi-zmów wyzna za si zsto metodami numery znymi. Do±¢ dobre przybli»enie dla zªo-wieka stoj¡ ego daje poªowa sferoidy stoj¡ ej, a dla zwierz¡t zworono»ny h poªowasferoidy le»¡ ej. Sz zegóªowiej opisano zagadnienie w [21.Pola elektrostaty zne s¡ bardzo ªatwe do ekranowania. Ponadto wntrza komóreks¡ hronione przez nieprzewodz¡ ¡ bªon komórkow¡, a tkanki przewodz¡ e znajduj¡ esi pod skóra ekranuj¡ tkanki le»¡ e gªbiej.Mo»liwe s¡ równie» inne zjawiska zy zne, np. efekt Starka. Polega on na rozsz- zepieniu linii widmowy h atomów znajduj¡ y h si w polu elektry znym. Zjawisko tojednak wydaje si nie wywoªywa¢ efektów biologi zny h.Pole elektrostaty zne oddziaªuje równie» na sztu zne organy elektry zne (rozrusz-niki ser a itp). S¡ one projektowane z uwzgldnieniem obe no± i zewntrzny h pólelektry zny h (tzw. zasada kompatybilno± i elektromagnety znej). Jednak ludzie z ta-kimi organami powinni unika¢ silny h pól.

10 Me hanizmy oddziaªywania pól elektrostaty zny h na organizmy »yweOpisane powy»ej efekty doty zyªy organizmów nieru homy h gdy zewntrzne poleelektrostaty zne byªo staªe w zasie i jednorodne w przestrzeni. W przypadku zmiannat»enia pola E w zasie pojawia si pr¡d przesuni ia i aªkowita gsto±¢ pr¡duwynosiJ = γE + ε0

dE

dt. (2.4)Dla powietrza jego staªa dielektry zna jest okoªo 103 razy wiksza ni» jego przewodno±¢elektry zna, która wynosi ε0 = 8.85 · 10−12 F/m. Dlatego gsto±¢ pr¡du przesuni iaprzewy»sza kilkusetkrotnie gsto±¢ pr¡dów przewodzenia nawet przy niezbyt szybki hzmiana h w zasie nat»enia pola elektry znego. Zmiany nat»enia w zasie mog¡ by¢zwi¡zane z

• ru hem iaªa w obszarze, w którym wystpuje gradient pola elektry znego. Je±liprdko±¢ organizmu wynosi v = (v, 0, 0), a zmiana pola elektry znego wzdªu»kierunku x wynosi dE/dx to gsto±¢ pr¡du przesuni ia wynosiJp = ε0v

dE

dx

• zmianami w zasie skªadowej burzowej pola Ziemi zwi¡zanej z przemiesz zaniemsi hmur burzowy h i pro esami w ni h za hodz¡ ymi.Przedmioty znajduj¡ e si na powierz hni Ziemi deformuj¡ naturalne pole Ziemijak pokazano na rys. 2.1. Gradienty pola elektry znego mog¡ do hodzi¢ nawet do 30(V/m)/m. Wyzna zenie gradientu nie jest proste ale sza uje si, »e np. w organizmierowerzysty poruszaj¡ ym si w zadrzewionym parku gsto±¢ pr¡du do hodzi do 40nA/m2 [15, zob. równie» [21.Bior¡ pod uwag opisane powy»ej zjawiska w pola h elektrostaty zny h zarównodla organizmu w spo zynku jak i w ru hu, zwi¡zane s¡ z przepªywem pr¡du staªego ipowoduj¡ nastpuj¡ e efekty biologi zne:• Stroszenie si wªosów. Induk ja elektrostaty zna w polu elektrostaty znym pro-wadzi do zmiany rozkªadu ªadunków elektry zny h na powierz hni iaªa. W sªaboprzewodz¡ y h wªosa h (sz zególnie su hy h) gromadz¡ si ªadunki jednakowegoznaku. Przy wystar zaj¡ o du»y h siªa h odpy haj¡ y h do hodzi do stroszeniasi wªosów. Zjawisko to od zuwane jest przez korzonki i ebulki wªosowe, a tymsamym staje si od zuwalne (wykrywalne) przez organizm. Próg wykrywalno± ipola elektrostaty znego zale»y od indywidualny h e h organizmu i za zyna sizwykle od okoªo 1 kV/m.• Pojawienie si stresu wywoªanego wyªadowaniem o energii ok. 250 mJ, a za war-to±¢ niebezpie zn¡ przyjmuje si 350 mJ.• Pobudzanie tkanki nerwowej i mi±niowej przez przepªywaj¡ e przez organizmdodatkowe pr¡dy.• W przypadku dotkni ia du»y h mas o zgromadzonym du»ym ªadunku lub ¹ródeªpr¡du staªego mo»e doj±¢ do przepªywu pr¡du ra»enia przez organizm.

Me hanizmy oddziaªywania pól elektrostaty zny h na organizmy »ywe 11

Rysunek 2.1: Zmiany rozkªadu nat»enia pola elektry znego w pobli»u domu i drzewa na podstawie[17Nale»y te» zwró i¢ uwag na mo»liwo±¢ pojawienia si po±redni h skutków biologi z-ny h zwi¡zany h z zagro»eniem po»arowym. Minimalne energie zapªonu mieszanin pal-ny h powietrza z ró»nymi gazami s¡ zazwy zaj mniejsze ni» 1 mJ. Przykªadowo, war-to± i minimalnej energii zapªonu wynosz¡: 0,011 mJ dla a etylenu i wodoru, a 0,15 mJdla oparów benzyny [1. Zatem gdy warto±¢ energii rozªadowania naªadowanego zªo-wieka w obe no± i palny h mieszanin przekra za warto±¢ minimaln¡ zapªonu, za hodziniebezpie ze«stwo powstania wybu hu.Pole elektrostaty zne jest bardzo ªatwe do ekranowania. Wystar zy umie± i¢ uzie-mion¡ siatk metalow¡ np. nad stanowiskiem pra y. Mo»na te» je eliminowa¢ w pew-ny h sytua ja h poprzez usuwanie gromadz¡ y h si ªadunków. Uzyskuje si to przezuziemienie, zyli poª¡ zenie elektryzuj¡ ego si iaªa z ziemi¡.Zagro»enie elektry zno± i¡ staty zn¡ zmniejsza si równie» stosuj¡ • preparaty antystaty zne, które powoduj¡ zwikszenie przewodno± i np. tkanin,• nawil»anie powietrza (skute zne w przypadku iaª absorbuj¡ y h wod z powie-trza),• neutralizatory ªadunku wytwarzaj¡ e jony w bezpo±redniej blisko± i deelektryzo-wanej powierz hni, lub nadmu huj¡ e zjonizowane powietrze.Jak ju» wspomniano, naturalne pole elektrostaty zne w trak ie burzy nie oddziaªu-j¡ bezpo±rednio na organizmy »ywe. Jednak wraz z innymi zjawiskami towarzysz¡ yminad hodzeniu burzy, takimi jak spadek i±nienia atmosfery znego, wzrost wilgotno± i

12 Me hanizmy oddziaªywania pól elektrostaty zny h na organizmy »ywepowietrza, zmiana temperatury, zy pojawienie si wiatru, wªa±nie zmiany pola elek-trostaty znego s¡ jednym z istotny h elementów powoduj¡ y h wystpowanie u osóbnadwra»liwy h ró»ny h nietypowy h objawów. S¡ to bóle gªowy, skoki i±nienia ttni- zego krwi, utrudniona kon entra ja, dra»liwo±¢ zy bezsenno±¢. Nie jest to horoba,jednak wystpowanie taki h objawów mo»e by¢ u i¡»liwe.

Rozdziaª 3Me hanizmy oddziaªywania pól magneto-staty zny h na organizmy »yweZgodnie z warunkami grani znymi dla induk ji magnety zne skªadowa prostopadªa dopowierz hni nie zmienia si na grani y o±rodkówB⊥

1 = B⊥

2 .Dla nat»e« pola magnety znego mamy rela jH⊥

1 −H⊥

2 = −(M⊥

1 −M⊥

2 ),gdzieM 1 iM 2 ozna zaj¡ magnetyza je w o±rodka h: pierwszym i drugim.W powietrzumo»na przyj¡¢, »e M⊥

1 = 0, i otrzymujemyH⊥

1 = H⊥

2 +M⊥

2 .W o±rodka h liniowy h M = χmH , gdzie χm ozna za podatno±¢ magnety zn¡. Dlaskªadowej normalnej za hodzi analogi zna rela ja M⊥

2 = χmH⊥

2 i otrzymujemyH⊥

1 = (1 + χm)H⊥

2 =µ2

µ0

H⊥

2 .W ostatniej równo± i wykorzystali±my zwi¡zek przenikalno± i magnety znej o±rodkadrugiego µ2 z podatno± i¡ magnety zn¡, µ2 = µ0(1 + χm), gdzie µ0 ozna za przenikal-no±¢ magnety zn¡ pró»ni. W tkanka h organi zny h µ2 ≈ µ0, wi H⊥

2 = H⊥

1 .Ozna za to, »e pole magnetostaty zne w ota zaj¡ ym nas ±rodowisku przenika doorganizmu prakty znie niezmienione. Wszystkie tkanki i komórki znajduj¡ si pod jegowpªywem.Oddziaªywanie pól magnetostaty zny h na organizmy zwi¡zane jest z nastpuj¡ y-mi zjawiskami zy znymi• dziaªaniem siªy Lorentza i zwi¡zany z ni¡ efekt Halla,• indukowaniem pr¡du w poruszaj¡ y h si organizma h,• dziaªaniem siª na staªe dipole magnety zne i niesfery zne z¡stki para- i diama-gnety zne, 13

14 Me hanizmy oddziaªywania pól magnetostaty zny h na organizmy »ywe• dziaªaniem na spiny elektronów,• dziaªaniem pola magnety znego na substan je o wªasno± ia h iekªokrystali z-ny h w organizma h.W polu magnetostaty znym na ªadunek q poruszaj¡ y si z prdko± i¡ v dziaªa siªaLorentza

F = qv ×B.Gdy z¡stka porusza si równolegle do linii siª pola wów zas siªa Lorentza równa sizeru i z¡stka nie ulega od hyleniu, gdy v ⊥ B z¡stka porusza si po okrgu, a gdy z¡stka wpada w pole pod k¡tem ró»nym od 0 i 90, to za zyna si porusza¢ po linii±rubowej, której o± pokrywa si z liniami induk ji pola magnety znego.Efektem dziaªania tej siªy jest zmiana rozkªadu jonów w ±rodowisku zewn¡trz- iwewn¡trzkomórkowym, o mo»e mie¢ wpªyw na zmiany w poten jale bªonowym. Wy-nikiem dziaªania siªy Lorentza na ªadunki elektry zne bior¡ e udziaª w uporz¡dkowa-nym ru hu jest efekt Halla, a powstaj¡ a poprze zna ró»ni a poten jaªów nosi nazwnapi ia Halla. Wystpowanie efektu Halla mo»e spowodowa¢ zmian ru hu jonów welektroli ie zewn¡trz- i wewn¡trzkomórkowym, wpªywaj¡ na zaburzenia jego normal-nego rozkªadu. Nie istniej¡ dane do±wiad zalne, które potwierdziªyby, »e zjawiska teprowadz¡ do obserwowalny h efektów biologi zny h w organizmie zªowieka. Natomiasts¡ istotne w me hanizmie orientowania si ryb [22. Niektórzy autorzy podejrzewaj¡, »ezjawisko to mo»e równie» prowadzi¢ do zaburzenia w przepªywie impulsów elektry z-ny h w komórka h nerwowy h. Efektem ty h zjawisk bd¡ zmiany reak ji posz ze-gólny h organów odbieraj¡ y h ªadunki elektry zne i wykorzystuj¡ y h je jako ¹ródªoinforma ji [3.Obserwowalnym efektem jest natomiast powstawanie ró»ni y poten jaªów w aorta hna skutek przepªywu krwi. Nat»enie pola elektry znego zwi¡zanego z ru hem ªadunkuq wynosi

E =F

q= v ×B. (3.1)Obe no±¢ tego pola powoduje powstanie ró»ni y poten jaªów w poprzek ylindra o±redni y d, w którym pªyn¡ ªadunki

∆V = Ed = qdv ×B. (3.2)Wielko±¢ tego napi ia zale»y od ±redni y na zynia krwiono±nego oraz orienta ji v iB. Najwiksze warto± i indukowanego napi ia s¡ zwi¡zane z przepªywem ttni¡ egostrumienia krwi w aor ie w trak ie yklu pra y ser a. Efekt ten jest obserwowany wposta i zmian w elektrokardiograma h organizmów znajduj¡ y h si w silny h pola hkilku T [20. Przedstawione wyra»enie na ró»ni poten jaªów jest przybli»one. Abyuzyska¢ dokªadne wyra»enie nale»aªoby rozpatrywa¢ magnetohydrodynami zne rów-nanie Naviera-Stokesa [9.Indukowane pr¡dy, to tzw. pr¡dy wirowe lub Fou olta, które pojawiaj¡ si w sub-stan ji przewodz¡ ej pr¡d (przewodniku) znajduj¡ ej si w zmiennym polu magnety z-nym lub poruszaj¡ ej si wzgldem ¹ródªa staªego pola magnety znego. Zmienne pole

Me hanizmy oddziaªywania pól magnetostaty zny h na organizmy »ywe 15magnety zne przepªywaj¡ e przez powierz hni S wytwarza pole elektry zne zgodnie zprawem Faradaya∫

∂S

E · dl = −∫

S

∂B

∂t· dS (3.3)Je±li rozpatrzymy model wal owy iaªa o promieniu przekroju obiektu (np. tuªowia)równym r i induk ja magnety zna skierowana jest prostopadle do powierz hni przekro-ju, to z (3.3) uzyskamy

E2πr = πr2dB

dt.Z uzyskanego wzoru wyzna zamy E i korzystaj¡ ze wzoru J = γE otrzymujemy

J =1

2γr

dB

dt.W przypadku iaªa poruszaj¡ ego si w kierunku x z prdko± i¡ v = (v, 0, 0) i polamagnety znego B skierowanego prostopadle do kierunku ru hu gsto±¢ indukowanegopr¡du wynosi

J =1

2γr

dB

dt=

1

2γrv

dB

dx.Gsto±¢ indukowanego pr¡du zale»y od prdko± i iaªa i niejednorodno± i pola spowo-dowanego obe no± i¡ wiaduktów, ruro i¡gów, kabli, torów kolejowy h. Gsto± i indu-kowanego pr¡du uzyskane z pomiarów podane s¡ w Tabel 3.1 na podstawie [15, 21.Jak wida¢ pr¡dy te s¡ bardzo maªe ze wzgldu na maªe γ w porównaniu z przewod-no± iami przewodników metali zny h i np. pola magnety zne z nimi stowarzyszone s¡zaniedbywalne.Rodzaj ru hu Gªowa [µA/m2 Tuªów [µA/m2wolny bieg 0.6 2.5szybki bieg 3.0 3.2jazda na rowerze 2.3 0.9jazda samo hodem osobowym 0.5 0.4jazda samo hodem i»arowym 3.6 1.2Tabela 3.1: Gsto±¢ pr¡dów indukowanym w organizmie ludzkim w ziemskim polu magnety znym,na podstawie [15, 21Wikszo±¢ z¡stek organi zny h ma wªasno± i diamagnety zne. Ozna za to »e watoma h zarówno na powªoka h zewntrzny h jak i wewntrzny h spiny s¡ sparowane.W pro esa h za hodz¡ y h w organizmie (np. pro esa h metaboli zny h), gdy do hodzido rozerwania pewny h z¡stek na mniejsze z± i powstaj¡ wolne rodniki. S¡ to jonylub powi¡zane wi¡zaniami hemi znymi grupy jonów z nieskompensowanymi spinami.Powstawanie rodników wymaga energii i za hodzi pod wpªywem: promieniowania jo-nizuj¡ ego, wyªadowa« promieniowanie ultraoletowe, iepªa (tzw. piroliza). Obe no±¢wolny h rodników objawia si elektronowym paramagnetyzmem.Skr enie dipoli magnety zny h, którymi s¡ krysztaªy ferromagnety zne zy nie-sfery zne z¡stki para- i diamagnety zne, powoduj¡ zmiany w wi¡zania h i budowie

16 Me hanizmy oddziaªywania pól magnetostaty zny h na organizmy »ywe z¡stek o mo»e prowadzi¢ do zmiany przebiegu reak ji hemi zny h, w który h bior¡udziaª. Wyst¡pienie taki h efektów wymaga jednak bardzo silny h pól, np. skr eniepróbki DNA z grasi y iel ej o 1 % wymaga u»y ia pola zewntrznego o induk ji 13T [22.Pole magnety zne wpªywa na stan spinowy jonów pierwiastków paramagnety zny hi wolny h rodników oraz molekuª diamagnety zny h. Efekt nakªadania si zewntrznegopola magnety znego na nieskompensowane spiny jonów pierwiastków magnety zny hpowoduje podwy»szenie momentu magnety znego ty h pierwiastków i tym samym od-dziaªuje na funk j molekuª biologi zny h, w skªad który h one w hodz¡, prowadz¡ do uaktywnienia reak ji enzymaty zny h. Na przykªad, je±li mamy do zynienia z wol-nymi rodnikami, które powstaªy na skutek rozerwania wi¡za« hemi zny h, to mog¡nast¡pi¢ dwa pro esy• rekombina ja,• oddziaªywanie powstaªy h wolny h rodników z innymi z¡stkami.Wybór jednej z ty h mo»liwy h op ji zale»y od stanów spinowy h rodników. Zewntrznepole te stany zmienia. Obserwuje si zmiany propor ji prawdopodobie«stwa za hodze-nia ty h dwó h mo»liwy h pro esów w obe no± i zewntrznego pola magnety znegoi dzieje si to ju» w pola h rzdu kilku mT. Wolne rodniki w organizmie reaguj¡ zewszystkimi obe nymi w ±rodowisku z¡ste zkami powoduj¡ uszkodzenia biaªek, lipidówi DNA. Tak wi interesuj¡ e wydaje si stosowanie pola magnety znego do unieszko-dliwiania tworz¡ y h si wolny h rodników przez zwikszenie prawdopodobie«stwa i hrekombina ji. Efekt wpªywu pola magnety znego na kinetyk reak ji byª obserwowanynp. dla koenzymu B12 liazy etanolaminy amonowej [22. Istnieje zarówno dolny jaki górny próg nat»enia pola magnety znego, w który h nastpuje zmiana aktywno± ienzymów. Poni»ej dolnej grani y nie obserwuje si »adny h reak ji ze strony enzymów,natomiast powy»ej górnego progu do hodzi do gwaªtownego spadku aktywno± i enzy-maty znej. Grani e nat»enia pól dla posz zególny h enzymów nie s¡ jednakowe [20.Staªe pola magnety zne mog¡ zakªó a¢ sztu zne organy elektry zne w organizmienp. pra elektrostymulatorów ser a przy induk ja h wikszy h ni» 0.5 mT.Istotne zna zenie biologi zne mo»e mie¢ wpªyw staªego pola magnety znego nawod. Wzrasta szybko±¢ krystaliza ji, st»enie rozpusz zony h w niej gazów, szybko±¢koagula ji, osadzania si zawiesin, ph i zdolno±¢ zwil»ania. Zmiana wªasno± i wody jestprawdopodobnie przy zyn¡ przyspieszone wzrostu ro±lin w staªym polu magnety znym[21.Organizmy jako aªo±¢ wykazuj¡ wªasno± i diamagnety zne. W niejednorodnymsilnym polu magnety znym diamagnetyki s¡ wypy hane z pola. Dziaªa na nie siªa skie-rowana w stron malej¡ ego pola magnety znego. Dokªadny opis za howania magne-tyków w pola h niejednorodny h mo»na znale¹¢ np. w [7. Tutaj tylko przypomnimy,»e dla diamagnetyków i h orbitalny moment magnety zny skierowany jest prze iwniedo induk ji przyªo»onego zewntrznego pola magnety znego. Wypadkowa siªa dziaªa wkierunku malej¡ ego pola, zob. rys. 3.1. W odpowiednio silnym niejednorodnym polumo»na uzyska¢ efekt lewita ji na rys. 3.2 przedstawiono za [7, rozdz. 32, lewitu-j¡ ¡ »ab nad magnesem o induk yjno± i 17 T. aba jako diamagnetyk, porusza siw niejednorodnym polu w stron sªabszego pola (w gór), a» do momentu gdy siªamagnety zna równowa»y jej i»ar i wów zas zawisa w powietrzu.

Me hanizmy oddziaªywania pól magnetostaty zny h na organizmy »ywe 17

Rysunek 3.1: Dielektryk w niejednorodnym polu magnety znym

Rysunek 3.2: Lewituj¡ a »aba nad magnesem

18 Me hanizmy oddziaªywania pól magnetostaty zny h na organizmy »ywe

Rozdziaª 4Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pólelektromagnety zny h na organizmy4.1 Uwagi wstpne o zmienny h pola elektromagnety zny hW pola zale»ny h od zasu pojawiaj¡ si nowe zjawiska:1. wystpuje pr¡d przesuni ia,2. dla pól zmieniaj¡ y h si z du»¡ zsto± i¡ polaryza ja elektry zna nie nad¡»aza zmianami pola elektry znego.Omówimy te efekty pokrót e, zainteresowani mog¡ znale¹¢ wi ej informa ji np. w [5,13.W dielektryku w obe no± i zewntrznego pola elektrostaty znego do hodzi do po-laryza ji o±rodka. W efek ie powstaje pole, takie jak gdyby na powierz hni i wewn¡trzdielektryka pojawiªy si pewne ªadunki, zob. np. [5. I h gsto± i nie zmieniaj¡ si w zasie. Zaªó»my teraz, »e przyªo»one pole elektry zne nie jest ju» staªe le z zmieniasi zasie. Rozpatrzmy pewn¡ objto±¢ V w dielektryku. Je±li aªkowity ªadunek ob-jto± iowy o gsto± i ρ zmienia si w zasie w tej objto± i, to mamy pewien pr¡d onat»eniu

Id =∂

∂t

∫

V

ρdV.Je±li skorzystamy z prawa Gaussa ρ = · D i zamienimy aªk objto± iow¡ na po-wierz hniow¡, to otrzymamyId =

∫

S

∂D

∂t· dS.Tak wi w dielektryku powstaje pr¡d o gsto± i

Jd =∂D

∂t, (4.1)zwany pr¡dem przesuni ia lub te» rzadziej pr¡dem dielektry znym.Pr¡dy przesuni ia wystpuj¡ równie» w przewodnika h, jednak s¡ one o wielemniejsze ni» pr¡dy przewodzenia i pomijamy je w rozwa»ania h. W idealnym dielek-tryku pr¡dy przewodzenia nie istniej¡ i pr¡dy przesuni ia odgrywaj¡ klu zow¡ role.19

20 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmyIstniej¡ równie» o±rodki, np. su hy grunt o przewodno± i γ ≈ 10−3 S/m, gdzie oba ro-dzaje pr¡dów: przewodni twa jak i przesuni ia przyjmuj¡ warto± i tego samego rzdu.Wyra»enie po prawej stronie (4.1) to sªynna poprawka Maxwella do znanego w ze±niejprawa Ampère'a.Dla du»y h zsto± i, rzdu dziesi¡tków MHz, polaryza ja o±rodka P przestaje na-d¡»a¢ za zmianami E. Wektory E i P przestaj¡ by¢ w tej samej fazie o zapisujemyjakoP = ε0χE,gdzie χ jest zespolon¡ podatno± i¡ elektry zna dielektryka. Wypadkowy wektor induk- ji elektry znej wynosi

D = ε0E + P = ε0(1 + χ)E = ε0εr(ω)E,gdzie wzgldna przenikalno±¢ elektry zna εr staje si równie» li zb¡ zespolon¡ zale»n¡od zsto± iεr(ω) = ε′r(ω)− iε′′r(ω). (4.2)Gra zne przedstawienie niewspóªfazowo± i wektorów E, P i D przedstawia rys. 4.1a).

Rysunek 4.1: Wektory E, P i D w zale»no± i od zsto± i: a) dla wysoki h zsto± i, b) dla niski h zsto± iJe±li zaªo»ymy, »e pole elektry zne zmienia si harmoni zne zgodnie zE = Eam(x)e

iωt,

Me hanizmy oddziaªywania sinusoidalny h pól elektry zny h o maªej zsto± i naorganizmy »ywe 21to gsto±¢ pr¡du przesuni ia Maxwella wynosiJd = ε0εr(ω)

dE

dt= iε0εr(ω)ωE.Je±li rozwa»amy dielektryki rze zywiste, w który h pªynie równie» pr¡d przewodni twa

Jp = γE, to aªkowity pr¡d wynosiJ = Jd + Jp = iε0εr(ω)ω + γE = ε0

[

ε′′r(ω) +γ

ε0ω

]

ωE + iε0ε′

r(ω)ωE, (4.3)gdzie podstawili±my wyra»enie (4.2). Czasami wprowadza si poj ie zmiennopr¡dowejprzewodno± i wªa± iwejγ = γ + ε0ε

′′

r(ω)ω + iε0ε′

r(ω)ωi wów zas J = γE. Dla maªy h zsto± i mo»na przyj¡¢, »e ε′′r(ω) = 0, a ε′r(ω) = εrnie zale»y od zsto± i i wtedyγ = γ + iε0εrω, (4.4)zob. równie» rys. 4.1 b).Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmy za-le»¡ bardzo silnie od tego zy dla danego pola mo»na stosowa¢ przybli»enie quasi-staty zne zyli od tego w jakiej stree znajduje si obiekt w stosunku do ¹ródªa pro-mieniowania: bliskiej (w odlegªo± i mniejszej ni» λ/2π), po±redniej zy te» dalekiej(odlegªo± i wiksze od λ).W przypadku gdy organizm »ywy znajduje si w stree bliskiej, o dzieje si dlapól wolnozmienny h, skªadowe elektry zn¡ i magnety zn¡ mo»na rozwa»a¢ osobno. Me- hanizmy oddziaªywania obu ty h skªadowy h s¡ z± iowo podobne do me hanizmówoddziaªywania pól elektro- i magnetostaty zny h.Je±li zªowiek znajduj si w stree dalekiej, to wów zas skªadowy h elektry zny h imagnety zny h nie mo»na rozdzieli¢ i nale»y rozpatrywa¢ efekty falowe. Me hanizmyoddziaªywania na organizmy s¡ inne ni» w przypadku pól staty zny h i wolnozmien-ny h.4.2 Me hanizmy oddziaªywania sinusoidalny h pól elektry z-ny h o maªej zsto± i na organizmy »yweW±ród pól sinusoidalny h o maªej zsto± i najistotniejsze s¡ pola o zsto± i 50 Hzstosowane do zasilania wikszo± i odbiorników energii elektry znej.Obe no±¢ zªowieka w polu elektromagnety znym, sinusoidalnym o niskiej zsto± i

E0 = E0am(x)eiωt (4.5)powoduje znieksztaª enie linii siª pola. Gsto±¢ linii (nat»enie pola) kilkunastokrotnienad gªow¡ w przypadku przyj ia postawy stoj¡ ej, zob rys. 4.2.Elektry zne pole sinusoidalne dziaªa na ªadunki w organizmie (jony) siª¡ Lorent-za powoduj¡ drgania jonów. Drgania maj¡ amplitud porównywaln¡ z rozmiaramiatomów [4, zob. równie» [21.

22 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmy

Rysunek 4.2: Zakªó enie linii siª pola elektry znego obe no± i¡ zªowieka wzrostu 1.8 mi szeroko± iokoªo 0.72 m na podstawie [21. Zazna zono równie» pr¡d pªyn¡ y przez organizm do ziemi.W organizma h istniej¡ ró»norodne z¡ste zki dipolowe, w który h za hodzi pola-ryza ja. Za hodzi zarówno indukowanie si dipoli jak i porz¡dkowanie dipoli trwaªy hwzdªu» linii siª pola. Przyªo»one pole elektry zne powoduje równie» pewne deforma jekomórek: zmieniaj¡ swoj¡ orienta j w przestrzeni, s¡ przesuwane, obra ane, ª¡ z¡ sii ustawiaj¡ si w ªa« u hy.Makroskopowo, w obe no± i zmiennego pola elektry znego (4.5), w organizmie in-dukowane s¡ pr¡dy, zob. rys. 4.3. Mo»na je osza owa¢, stosuj¡ prawo Gaussa do po-wierz hni iaªa ludzkiego, które jest przewodnikiem. Wybieramy innitezymalny wale o podstawa h o polu powierz hni dS le»¡ y h nad powierz hni¡ i pod powierz hni¡ iaªa i innitezymalnej wysoko± i. Wewn¡trz przewodnika pola nie ma, nad powierz h-ni¡ iaªa pole skierowane prostopadle, wi strumie« pola po hodz¡ y od powierz hnibo zny h jest zerowy. Na mo y prawa Gaussa, strumie« pola elektry znego jest rów-ny ªadunkowi wewn¡trz rozpatrywanej powierz hni i wynosi σdS, gdzie σ gsto±¢powierz hniowa ªadunku. Po s aªkowaniu po aªej powierz hni iaªa S otrzymujemyε0

∫

S

EndS =

∫

S

σdS = q, En = E · n, (4.6)gdzie E = Eam exp(iωt) jest nat»eniem pola w oto zeniu powierz hni a n jest jednost-kowym wektorem prostopadªy do powierz hni. Je±li zró»ni zkujemy powy»sze wyra»e-

Me hanizmy oddziaªywania sinusoidalny h pól elektry zny h o maªej zsto± i naorganizmy »ywe 23

Rysunek 4.3: Pr¡dy indukowane w organizmie stoj¡ ego zªowieka przez skªadow¡ elektry zn¡, napodstawie [2, podrozdz. 6-5.4nie wzgldem zasu, to dostaniemy wyra»enie na pr¡d. Podstawiamy równie» wyra»eniena pole sinusoidalne posta i (4.5). W efek ie dostajemy nastpuj¡ e wyra»eni na aª-kowity pr¡d w organizmieI =

dq

dt= iωε0e

iωt

∫

S

Eam,n(x)dS, (4.7)a dokªadniej trzeba wzi¡¢ z±¢ rze zywist¡ tego wyra»enia. Fundamentalny problem,to znalezienie wyra»enia na Eam,n(x) = Eam · n na powierz hni iaªa. Mo»na np.modelowa¢ organizm poªówk¡ sferoidy stoj¡ ej i znale¹¢ odpowiednie wyra»enie, zob.[21 i odno±niki w tej pra y. Otrzymany wzór jest jednak nieprakty zny i zazwy zajkorzysta si z wzorów przybli»ony h:I = 2.76 · h1.37 ·m0.21 f

50E0, lub (4.8)

I = 4.5 · h2 f

50E0 = 0.09h2fE0, (4.9)gdzie I pr¡d w [µA, h wzrost w [m, m masa w [kg, f zsto±¢ w [Hz,

E0 nat»enie niezakªó onego pola elektry znego w [kV/m. Pierwszy wzór zostaªotrzymany teorety znie, a drugi opra owano na podstawie dany h do±wiad zalny h,zob. [21.Warto± i pr¡du w organizmie w zale»no± i od wzrostu i masy w polu elektroma-gnety znym o nat»eniu 1 kV/m i zsto± i f=50 Hz przedstawia rys. 4.4, podany za[21. Wykresy dla trze h warto± i masy na podstawie wzoru (4.8), a ostatni wykressporz¡dzono w opar iu o równanie (4.9). Wida¢ wi , »e pr¡dy wynosz¡ okoªo 16 µAna ka»dy 1 kV/m nat»enia. Nawet w rzadko spotykany h silny h pola h 30 kV/m,otrzymujemy ±rednio 0.5 mA, a najwiksza warto±¢ pr¡du nie przekra za 0.6 mA [21.W jaki sposób ten pr¡d pªynie w organizmie zale»y od przewodno± i wªa± iwejtkanek organizmu. Ponadto za hodzi ekranowanie tkanek le»¡ y h gªbiej o ni»szejprzewodno± i przez lepiej przewodz¡ e tkanki le»¡ e pªy ej, pod skór¡.

24 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmy

Rysunek 4.4: Caªkowity pr¡d w organizmie zªowieka w zale»no± i od wzrostu i masy w polu elek-tromagnety znym o nat»eniu 1 kV/m i zsto± i f=50 Hz, ostatni wykres sporz¡dzony w opar iu owzór (4.9), na podstawie [21Dziel¡ warto±¢ aªkowitego pr¡du przez powierz hni uzyskujemy sza unkow¡ war-to±¢ gsto± i pr¡du, przy zaªo»eniu, »e przewodno±¢ wszystki h tkanek jest taka sa-ma. Warto±¢ gsto± i pr¡du stanowi podstaw klasyka ji efektów biologi zny h, któremog¡ powsta¢ w trak ie przepªywu pr¡du przez organizm, zob. tab. 4.1. Najwikszegsto± i pr¡dów wystpuj¡ w przew»enia h zyli w szyi, kostka h nóg i przeguba hr¡k. Jednak najistotniejsze s¡ gsto± i pr¡du w pobli»u ser a. Sza uje si je na 0.02µA/ m2= 0.2 mA/m2 na ka»dy 1 kV/m pola zewntrznego. Próg, przy którym wyst-puje migotanie komór ser a dla 5 % badany h wynosi 80 µ A/ m2. Aby pojawiªa sitaka gsto±¢ pr¡du potrzebne s¡ nat»enia rzdu 100 kV/m. Obszary o taki h nat»e-nia h s¡ z reguªy niedostpne dla ludno± i.Gsto±¢ pr¡du Obserwowane efekty[mA/m2<1 brak udokumentowany h efektów1 10 efekty biologi zne o niewielkim zna zeniu10 100 dziaªanie dra»ni¡ e, magnetosfeny, wpªyw na ukªad nerwowy,przyspieszony zrost ko± i100 1000 zmiany pobudliwo± i entralnego ukªadu nerwowego,stymula ja zuªy h tkanek, zagro»enie dla zdrowia> 1000 mo»liwo±¢ dodatkowy h skur zów, mo»liwo±¢ bryla jikomór ser owy hTabela 4.1: Efekty biologi zne dla ró»ny h gsto± i pr¡du o zsto± i 50 Hz

Me hanizmy oddziaªywania sinusoidalny h pól elektry zny h o maªej zsto± i naorganizmy »ywe 25W elu osza owani nat»enia pola elektry znego w organizmie bazujemy na za ho-waniu skªadowej normalnej gsto± i pr¡du na grani y o±rodków, w naszym przypadkuna grani y powietrze organizm »ywy. Pamitaj¡ , »e przewodno±¢ jest wielko± i¡zespolon¡, patrz wzór 4.4 i ozna zaj¡ odpowiednio przez (γ1, εr,1) oraz (γ2, εr,2) prze-wodno± i i przenikalno± i wzgldne powietrza i organizmu, otrzymujemy równo±¢:(γ1 + iωεr,1ε0)E1,n = (γ2 + iωεr,2ε0)E2,n, ω = 2πf.Przy maªy h zsto± ia h f , do który h zali za si równie» zsto±¢ sie iow¡ f=50 Hz,mo»na przyj¡¢, »e powietrze jest izolatorem i γ1 ≪ iωεr,1ε0, natomiast organizm jestprzewodnikiem i γ2 ≫ iωεr,2ε0. Wów zas otrzymujemy

E2,n =iωε0E1,n

γ2.Wyra»enie to stanowi podstaw osza owania nat»enia pola elektry znego w or-ganizmie. Zakres tego osza owania obejmuje rzdy wielko± i (5 · 10−9 ÷ 3 · 10−7)E1,n.Zazwy zaj pola te s¡ o kilka rzdów ni»sze od pól biologi zny h [21.Przeksztaª anie energii pola elektromagnety znego w energi iepln¡ zwi¡zane jestgªównie z wydzielaniem si w tkanka h iepªa Joule'a zwi¡zanego z przepªywem pr¡dówjonowy h. Przypominamy, »e wyra»enia na gsto±¢ strat ieplny h p ma posta¢

p = E · J =J2

γ1= γ2E

2. (4.10)Dla pól zewntrzny h o zsto± i 50 Hz, nat»eniu 10 kV/m p jest wielko± i¡ rzdu nW, o w porównaniu z mo ¡ 100 W zu»ywan¡ na metabolizm jest wielko± i¡ zaniedbywaln¡[21.Wymienione zjawiska zy zne mog¡ wywoªywa¢ nastpuj¡ e efekty biologi zne• stymula ja (pobudzanie) mi±ni i nerwów. Pojawienie si dodatkowy h pól elek-tromagnety zny h dziaªa na bªony komórkowe powoduj¡ powstanie dodatkowe-go poten jaªu na bªona h. Powoduje to zmiany przenikalno± i bªony dla jonówzmieniaj¡ li zb kanaªów jonowy h, przez które przenikaj¡ jony przez bªony. Wefek ie do hodzi do depolaryza ji bªony komórkowej i powstaje poten jaª zynno-± iowy bªony zyli impuls elektry zny. Warto± i progowe gsto± i pr¡dów powo-duj¡ y h stymula j komórek pobudliwy h (nerwowy h i mi±niowy h) s¡ sªabopoznane. Sza uje si je na 0.2 A/m2, a gsto± i pr¡dów powoduj¡ y h dodatko-we skur ze tkanki mi±niowej nawet na na 1 A/m2 w zakresie bardzo maªy h zsto± i 0-300 Hz. Ze wzrostem zsto± i warto± i te wzrastaj¡. Sza uje si, »edodatkowe skur ze ser a mog¡ wyst¡pi¢ w zewntrznym polu 60 Hz o nat»eniupola elektry znego 107 V/m lub induk ji 500 mT [22. Równie» ni»sze warto-± i gsto± i pr¡dów, które nie powoduj¡ pobudzenia komórki mog¡ spowodowa¢zmian pobudliwo± i komórki na inne bod¹ e.• zjawisko elektrofosfeny wra»enia wzrokowe (bªyski ±wiatªa w oku) wywoªanepobudzeniem nerwu wzrokowego przez zewntrzne pole elektry zne oraz zjawi-sko elektrofoni zne wra»e« sªu howy h wywoªywany h przez zewntrzne poleelektry zne. Sza uje si, »e próg pobudzenia, to okoªo 1 V/m na re eptorze. Prógten zale»y silnie od zsto± i i sza uje si, »e najwiksza zuªo±¢ wystpuje przy zsto± ia h 20 ÷ 30Hz, zob. [21 i odno±niki w tej pra y.

26 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmy• drgania owªosienia i mikrowyªadowania na odzie»y. Mo»e to wywoªa¢ stres u osóbbardziej wra»liwy h.Pola elektry zne mog¡ oddziaªywa¢ na sztu zne organy, dlatego np. zale a si oso-bom z rozrusznikami ser a unikanie silny h pól elektry zny h i magnety zny h.Pola elektry zne maªy h zsto± i mog¡ równie» oddziaªywa¢ w sposób po±redniw obe no± i inny h obiektów znajduj¡ y h si w polu elektry znym. Oddziaªywaniepo±rednie za hodzi w wyniku kontaktu zy znego organizmu z du»ymi masami prze-wodz¡ ymi (pojazdy me hani zne, ogrodzenia, metalowe da hy, d¹wigi, anteny, linieprzesyªowe wyª¡ zone spod napi ia), o du»ej pojemno± i, sz zególnie gdy masy te s¡odizolowane od ziemi.Wspominali±my, »e w organizmie zªowieka w polu elektry znym wolnozmiennympowstaj¡ pr¡dy, zoba z dyskusja w okoli a h wzoru (4.6). Doty zy to o zywi± ie nietylko zªowieka ale równie» inny h przewodników. Je±li przewodniki s¡ du»e i pole Ewokóª ni h nie zmienia si zbyt gwaªtownie, to mo»na uzna¢, »e jest staªe i wy i¡gn¡¢je prze aªk we wzorze (4.7) a uzyskane niezgodno± i poprawi¢ zastpuj¡ rze zywist¡powierz hni tzw. efektywn¡ powierz hni¡ S oddziaªywania obiektu z polem. Dostaje-my wów zas wyra»enie na warto±¢ pr¡du

I = ωε0ES. (4.11)Jest to osza owanie pr¡du indukowanego na powierz hni obiektu. Jest on w przybli»eniurówny pr¡dowi, który pªynie przez organizm do ziemi. Sz zegóªowe obli zenia wymagaj¡uwzgldnienia rezystan ji przewodów, obiektu i organizmu.Najpowsze hniejszy przykªad, to pojazd pod lini¡ przesyªow¡, zob. rys. 4.5. Przykªadowe

Rysunek 4.5: Obiekt przewodz¡ y pod lini¡ wysokiego napi iaobli zenia tego typu dla indukowanego pr¡du i powstaªego napi ia na pojazda h podlini¡ wysokiego napi ia 400 kV z uwzgldnieniem rezystan ji opon Rop i rezystan- ji organizmu RM mo»na znale¹¢ na str. 105-109 w [21. Przyto zymy tylko ko« owewyniki w tabeli 4.2. Wida¢, »e dla w przypadku autobusu indukuje si na nim pr¡dIz = 1.87 mA, a napi ie wynosi 1.5 kV, po dotkni iu przez zªowieka napi ie spadai przepªywa przez niego pr¡d IM do ziemi. Pr¡d ten wynosi 1.88 mA, a wi jest ju»wyra¹nie wy zuwalny. Dlatego te» nie nale»y zatrzymywa¢ pojazdu i dotyka¢ karoseriigdy droga krzy»uje si z lini¡ wysokiego napi ia. Analogi zne ra hunki pod lini¡ 750kV daj¡ IM = 3.4 mA.

Me hanizmy oddziaªywania wolnozmienny h pól magnety zny h na organizmy »ywe27Rodzaj pojazdu Iz[mA] Uz[V ] IM [mA] UM [V ]autobus (11 m) 1.87 1502 1.88 1.88samo hód dostaw zy 0.83 715 0.83 0.83samo hód osobowy, seg. B 0.43 376 0.43 0.43samo hód osobowy, seg. A 0.33 288 0.33 0.33Tabela 4.2: Pr¡dy IZ i napi ia Uz na pojazda h pod lini¡ 400 kV oraz pr¡dy IM i napi ia UMprzepªywaj¡ e przez zªowieka po dotkni iu pojazdu. Przyjto rezystan j opon Rop = 870kΩ i zªowieka RM = 1000Ω4.3 Me hanizmy oddziaªywania wolnozmienny h pól magne-ty zny h na organizmy »ywePodobnie jak dla pola magnetostaty znego skªadowa prostopadªa pola nie zmienia sina grani y powietrze organizm i pole magnety zne prakty znie niezmienione wnikado organizmu. Nie obserwuje si ani efektów zwikszenia nat»enia pola wokóª organi-zmu ani te» ekranowania tkanek gªbiej poªo»ony h przez tkanki le»¡ e pod skór¡.Zmienne pole magnety zne wytwarza pole elektry zne zgodnie z prawem Faradaya∫

∂S

E · dl = −∫

S

∂B

∂t· dS (4.12)i znaj¡ E mo»na wyzna zy¢ gsto±¢ pr¡du J = γE. Pr¡dy te nie spªywaj¡ do ziemile z pªyn¡ w organizmie, zob. rys. 4.6.

Rysunek 4.6: Pr¡dy indukowane w organizmie stoj¡ ego zªowieka przez zmienn¡ w zasie skªadow¡magnety zn¡, na podstawie [2, podrozdz. 6-5.4

28 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmyJako najprostszy model iaªa zªowieka, umo»liwiaj¡ y obli zenia anality zne mo»-na rozwa»y¢ jednorodny wale o wysoko± i h równej wzrostowi zªowieka i ±redni y2r odpowiadaj¡ ej najwikszemu przekrojowi poprze znemu iaªa. Wykorzystuj¡ takimodel mo»na np. okre±li¢ gsto± i pr¡dów pªyn¡ y h na skutek oddziaªywania polamagnety znego w organizmie zªowieka stoj¡ ego pod lini¡ elektroenergety zn¡. Je±lipole magnety zne skierowane jest pionowo w dóª, jak na rysunku 4.6, to zastosowanieprawa Faradaya (4.12) do konturu S w posta i okrgu o promieniu r daje

E2πr = πr2dB

dt, zyli warto±¢ nat»enia pola elektry znego wynosi

E =r

2

dB

dt, (4.13)a gsto±¢ wyindukowanego pr¡du

J = γE =γr

2

dB

dt. (4.14)Przy zaªo»eniu, »e induk ja magnety zna skierowana jest poziomo, jako kontur S obie-ramy prostok¡t o boka h 2r i h i otrzymujemy w analogi zny h obli zenia h

J = γE =γrh

2r + h

dB

dt. (4.15)Przy zaªo»eniu, »e pola magnety zne o induk ji B = 0,25 mT zmienia si z zsto± i¡50 Hz, przewodno±¢ wªa± iwa iaªa wynosi γ = 0.1 S/m dla wysoko±¢ modelu h=1.75 mi promienia r =0.15 m, obli zamy »e J=1 mA/m2. Taki pr¡d nie powoduje mierzalny hzmian w funk jonowaniu organizmu.Do bardziej sz zegóªowej analizy stosowane s¡ modele o ksztaª ie lepiej odwzorowu-j¡ ym iaªo zªowieka. W [21 organizm modelowano stoj¡ ¡ elipsoid¡ symetry zn¡ idopusz zano dowoln¡ orienta j wektora induk ji magnety znej. Obli zenia wykazuj¡,»e dla B = 10 µT nat»enie pola elektry znego jest rzdu 10 mV/m, o jest warto± i¡ owiele mniejsz¡ ni» nat»enia na bªona h komórkowy h, które s¡ rzdu MV/m. Gsto± ipr¡du nie przekra zaj¡ 3.2 mA/m2, o mo»e powodowa¢ niewielkie efekty biologi z-ne, zob. tabela 4.1. Natomiast induk ja rzdu B = 10 mT daje pr¡dy o gsto± i 320mA/m2, które mog¡ stanowi¢ zagro»enie dla zdrowia.Zaindukowane pole elektry zne i pr¡dy mog¡ oddziaªywa¢ na bªony komórek ner-wowy h powoduj¡ powstanie dodatkowego poten jaªu na bªona h, jej depolaryza ji powstanie poten jaªu zynno± iowy bªony (impulsu elektry znego). W efek ie mog¡pojawi¢ si zakªó enia naturalny h przebiegów elektry zny h tkanek nerwowy h i mi-±niowy h, zaburzenia w pra y mózgu zy dodatkowe skur ze mi±ni w tym równie»mi±ni ser a.Pobudzenie nerwu wzrokowego pod wpªywem sinusoidalnego b¡d¹ pulsuj¡ ego po-la magnety znego prowadzi do powstawania wra»e« wzrokowy h pulsuj¡ ego ±wiatªa.Efekt ten opisany w 1896 przez d'Arsonval'a, nazywany jest magnetofosfenami. Efektpowstaje naty hmiast po rozpo z iu ekspozy ji i ustpuje zaraz po jej przerwaniu.Najni»szy próg pobudzenia wystpuje przy zsto± ia h 20÷ 30 Hz.

Me hanizmy oddziaªywania wolnozmienny h pól magnety zny h na organizmy »ywe29O zywi± ie zmienne pole magnety zne indukuje pr¡dy nie tylko w organizma h alete» w dowolny h przewodnika h, które znajd¡ si pod jego wpªywem. Mo»liwe jestwi dziaªania po±redniego zmiennego pola magnety znego w sytua ji gdy zªowiekzamyka obwód elektry zny w którym zmienny strumie« pola magnety znego indukujesiª elektromotory zn¡. Mo»e si tak np. zdarzy¢, gdy zªowiek dotyka metalowegoogrodzenia pod lini¡ wysokiego napi ia. Ukªad: pªot, ziemia i zªowiek tworz¡ ramkS, przez któr¡ przepªywa zmienny strumie« induk ji magnety znej, zob. rys. 4.7 .

Rysunek 4.7: Czªowiek zamykaj¡ y obwód w ukªadzie ogrodzenie ziemia w zmiennym strumieniumagnety znymZwró¢my uwag, »e lewa strona równania (4.12) to ni innego jak wyra»enie na siªelektromotory zn¡ (która ma wymiar napi ia) i dla harmoni znego pola magnety z-nego H = eiωtH0, wynosi onoU0 = −iωµ0

∫

S

H · dS.Czªowiek, ogrodzenie i ziemia, tworz¡ ukªad poª¡ zony szeregowo oporników o impe-dan ja h ZM , Zp i Z0. Zatem pr¡d przepªywaj¡ y przez organizm wyniesieIM =

U0

ZM + Zp + Z0

.W polu magnety znym o warto± i nat»enia H = 40 A/m, dla ogrodzenia dªugo± i100 m, wysoko± i ogrodzenia 1 m, impedan ji ziemi Z0 = 10 Ω, impedan ji ogrodzeniaZp = 1Ω i impedan ji zªowieka 1000 Ω otrzymujemy IM = 1.56 mA, o jest ju»wielko± i¡ od zuwaln¡.Inne me hanizmy oddziaªywania pól magnety zny h o maªy h zsto± ia h na or-ganizmy »ywe s¡ takie jak w przypadku pól magnetostaty zny h [21:

• oddziaªywanie na nieskompensowane spiny magnety zne pierwiastków parama-gnety zny h i wolny h rodników oraz na molekuªy diamagnety zne,• oddziaªywanie na iekªe krysztaªy zawarte w organizmie,• przemiesz zanie si poruszaj¡ y h si ªadunków elektry zny h pod wpªywem siªyLorentza i efekt Halla,• oddziaªywanie na struktury organizmu o wªasno± ia h piezoelektry zny h i ma-gnetostryk yjny h,

30 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmy• oddziaªywanie na sztu zne organy elektry zne,• zmiana wªasno± i zyko hemi zny h wody.Wymienia si jesz ze nastpuj¡ e inne efekty biologi zne dziaªania zmienny h pólmagnety zny h [21• intensyka ja pro esu utyliza ji tlenu i oddy hania komórkowego,• polepszanie ukrwienia,• nasilenie pro esów regenera ji tkanek mikki h,• przyspieszenie pro es tworzenia zrostu kostnego,• dziaªanie prze iwzapalne i prze iwobrzkowe,• dziaªanie znie zulaj¡ e,• wpªyw na ukªad immunologi zny• aberra je hromosomów w niektóry h rodzaja h komórek,• wpªyw na komórki nerwowe mózgu wykorzystywany w terapii TMS (trans ranialmagneti stimulation).Pewne z ty h efektów wykorzystuje si w medy ynie ho ia» nie s¡ one dokªadniewyja±nione.4.4 Me hanizmy oddziaªywania pól wysoki h zsto± i naorganizmy »ywePowy»ej 30 MHz przestaje obowi¡zywa¢ przybli»enie quasi-staty zne i pole elektroma-gnety zne nale»y traktowa¢ jako fal (strumie« energii), która z± iowo jest odbijana,a z± iowo po hªaniana przez obiekty znajduj¡ e si w stree promieniowania. Wstree bliskiej, gdy odlegªo±¢ r ≪ λ, skªadowe elektry zna i magnety zna pola elek-tromagnety znego s¡ powi¡zane ze sob¡ w skomplikowany sposób i nale»y uwzgldnia¢oddzielnie energie zawarte w obu skªadowy h. W miar wzrostu odlegªo± i od ¹ródªapromieniowania skªadowe elektry zna i magnety zna za zynaj¡ tworzy¢ fal. W streedalekiej, gdy r ≫ λ, powi¡zanie midzy skªadowymi elektry zn¡ i magnety zn¡ stajesi zupeªne

E

H=

√

µ

ε,i wystar zy uwzgldnia¢ tylko jedn¡ skªadow¡ lub obli za¢ wektor Poyntinga.Podstawowy typ oddziaªywania pola elektromagnety znego wysoki h zsto± i naorganizmy to oddziaªywanie termi zne. Pierwszy problem, to ustalenie do jakiej gªbo-ko± i efekty termi zne bd¡ wystpowaªy. Zwi¡zane jest to ze zjawiskiem prze hodzeniafal przez organizm.

Me hanizmy oddziaªywania pól wysoki h zsto± i na organizmy »ywe 31W organizmie fale elektromagnety zne ulegaj¡ tªumieniu. Nat»enia obu skªado-wy h pól zanikaj¡ wykªadni zo. Miar¡ tego efektu jest (umowna) gªboko±¢ wnikaniaδ fali elektromagnety znej. Jest zdeniowana jako odlegªo±¢ od powierz hni przewod-nika, na której amplituda fali maleje e-krotnie. Je±li ω jest zsto± i¡ koªow¡ fali, µwprzenikalno± i¡ magnety zn¡ iaªa, a γw jego przewodno± i¡, to wynosi ona

δ =

√

2

µwγwω, (4.16)zob. np. [5. Przyjmuje si, »e warstwa przewodz¡ a o gªboko± i 4δ aªkowi ie wytªu-mia fal. Ze wzoru tego wynika, »e szybko±¢, z jak¡ fale s¡ tªumione zale»y w bardzodu»ym stopniu od zsto± i. Fale dªugie (o maªej zsto± i) przenikaj¡ przez iaªo pra-wie bez tªumienia, natomiast mikrofale zostaj¡ stªumione do zera ju» na bardzo maªy hgªboko± ia h.O ile dla przenikalno± i magnety znej wzgldnej µr wewn¡trz iaªa mo»na przyj¡¢warto±¢ równ¡ jedno± i (µw = µ0µr), to dla wzgldnej przenikalno± i elektry znej εrjest to li zba do hodz¡ a w pewny h partia h iaªa do kilkudziesi iu (εw = ε0 · εr).Zale»y ona od rodzaju tkanki, a zwªasz za zawarto± i wody w tkan e oraz od zsto± i.Przykªadowe warto± i dla podstawowy h typów tkanek i kilku warto± i zsto± i przed-stawione s¡ w tabeli 4.9 za zerpnitej z [10, a ogóln¡ posta¢ zale»no± i δ od zsto± iprzedstawia wykres 4.8 z [18, 11.

Rysunek 4.8: Zale»no±¢ gªboko± i wnikania fal elektromagnety zny h od zsto± i i rodzaju tkanekna podstawie [11, zob. równie» [18Znaj¡ zsto±¢ ¹ródªa promieniowania wysokiej zsto± i i parametry elektry zne iaªa, mo»na bdzie okre±li¢, do jakiej gªboko± i za hodzi¢ bd¡ przemiany fal elek-tromagnety zny h na iepªo.

32 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmy

Rysunek 4.9: Gªboko± i wnikania fali elektromagnety znej w ró»norodne tkanki, na podstawie [10Opró z tªumienia zmieniaj¡ si te» parametry samej fali, zyli jej dªugo±¢ i prdko±¢propaga ji. Zmniejszenie szybko± i roz hodzenia si fali zgodnie ze wzoremvw =

1√εwµw

,spowodowane jest przede wszystkim zwikszon¡ przenikalno± i¡ elektry zn¡ iaªa wstosunku do przenikalno± i powietrza równego w przybli»eniu przenikalno± i pró»ni.Poniewa» przy zmianie o±rodka zsto±¢ fali jest za howana wi ze wzoruλw =

vwf

(4.17)wynika, »e fala po wnikni iu do organizmu zmniejsza si swoj¡ dªugo±¢ λw, zob rys.4.10. Po wyj± iu z iaªa powinna ona powró i¢ do swoi h pierwotny h parametrów, tzn.po z¡tkowej dªugo± i i szybko± i rozprzestrzeniania si.Doln¡ grani efektu ieplnego wyzna za si do±wiad zalnie mierz¡ gsto±¢ mo yprzy której pojawia si od zu ie iepªa. Progowa warto±¢ gsto± i mo y dla promienio-wania mikrofalowego o dªugo± i λ = 10 wynosi 10 mW/ m2 i ze wzrostem dªugo± i faliwarto±¢ progowa wzrasta. U»ywa si te» warto± i progowy h nat»enia pr¡du.Dla wy»szy h zsto± i tkanki i organizmy »ywe nale»y traktowa¢ jako dielektrykrze zywisty (a wi taki w którym pªyn¡ równie» pr¡dy) o parametra h zale»ny h od zsto± i, zob. [19.Energia pola elektromagnety znego zamieniana jest w iepªo nie tylko w zwi¡zkuz przepªywem pr¡du ale równie» w zwi¡zku z i¡gªymi zmianami polaryza ji o±rodka.Indukowanie dipolowy h momentów elektry zny h i i h obra anie si wzdªu» linii siªpola elektry znego, które zmieniaj¡ si w zasie wymaga dostar zenia przez pole ener-gii, która jest nastpnie rozpraszana w posta i iepªa. Mamy wi dwa me hanizmypowstawania iepªa:• zwi¡zany z przepªywem ªadunków w o±rodku o pewnej oporno± i. Mówimy wów- zas o tzw. strata h przewodzenia,

Me hanizmy oddziaªywania pól wysoki h zsto± i na organizmy »ywe 33

Rysunek 4.10: Zmiana dªugo± i fali pªaskiej po wnikni iu do iaªa, na podstawie [11, zob. równie»[18• zwi¡zany z powstawaniem i obrotami dipoli elektry zny h w o±rodku lepkim wzwi¡zku ze zmianami w zasie pola elektromagnety znego. Mówimy wów zas ostrata h dielektry zny h.Niezale»nie od me hanizmu gsto±¢ strat ieplny h opisywana jest wzorem (4.10) zyli

p = E · J ,gdzie J jest aªkowitym pr¡demJ = ε0

[

ε′′r(ω) +γ

ε0ω

]

ωE + iε0ε′

r(ω)ωE, (4.18)por. wzór (4.3). Cz±¢ rze zywista pr¡du powoduje powstawanie strat ieplny h wyno-sz¡ y hp = [ε0ε

′′

r(ω)ω + γ]E2. (4.19)Stosunek strat przewodzenia do strat dielektry zny h okre±la tzw. tangens katastrat, zwany te» wspóª zynnikiem strattan σ =

γ + ε0ε′′

r(ω)ω

ε0ε′r(ω)ω. (4.20)W zakresie maªy h i wielki h zsto± i (do 10 MHz [14) dominuje pro es z wy-dzielaniem si w tkanka h iepªa Joule'a zwi¡zanego z przepªywem pr¡dów jonowy h igsto±¢ strat ieplny h ma posta¢

p = γwE2. (4.21)

34 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmyW pola h o zsto± ia h powy»ej 10 GHz prakty znie wystpuj¡ wyª¡ znie straty die-lektry zne zwi¡zane z obrotami momentów dipolowy h z¡stek i wtedy gsto±¢ strat ieplny h wynosip = ε0ε

′′

r(ω)ωE2. (4.22)Natomiast w pola h o zsto± ia h po±redni h (10 MHz 10 GHz) nale»y bra¢ poduwag oba pro esy strat ieplny h i stosowa¢ wzór (4.19).Absorp ja energii promieniowania elektromagnety znego w du»ym stopniu zale»yod orienta ji obiektu wzgldem padaj¡ ej fali i stosunku wysoko± i obiektu do dªugo± ifali oraz od zsto± i. Wyró»nia si:

• obszar subrezonansowy o zsto± ia h poni»ej 30 MHz. W tym przedziale zsto-± i dªugo±¢ fali jest du»o wiksza od rozmiaru organizmu. Gªboko±¢ wnikania jestbardzo du»a, za hodzi równo zesne nagrzewanie aªego iaªa w aªej objto± i alegsto±¢ mo y jest maªa ze wzgldu na du»¡ warto±¢ przenikalno± i elektry znej,która redukuje nat»enie pola. Po hªanianie energii wzrasta ze wzrostem zsto-± i.• obszar rezonansowy: 30 300 MHz. W warunka h rezonansu w przeguba h, szyioraz noga h notuje si mo kilkukrotnie wiksza od mo y ±redniej.• zakres gor¡ y h plam (ang. hot spots). W tym zakresie wystpuje nierównomier-ny rozkªad po hªanianej energii. Nierównomierno±¢ spowodowana jest tym, »ena grani a h tkanek o ró»ny h wªa± iwo± ia h (w sz zególno± i przy skokowy hzmiana h przenikalno± i elektry znej ε) do hodzi do zaªama« i odbi¢ linii pola, ow konsekwen ji prowadzi do powstawania fal stoj¡ y h. Tworz¡ si wtedy obsza-ry z bardzo nierównomiernie rozªo»on¡ gsto± i¡ objto± iow¡ mo y. Obli zeniewydzielonego w taki h punkta h iepªa jest bardzo trudne. Ilo±¢ zaabsorbowanejenergii zale»y, w bardzo du»ym stopniu, od stosunku dªugo± i fali do wymiarów iaªa.• zakres po hªaniania powierz hniowego dla zsto± i 3-300 GHz. Sza uje si, »egªboko±¢ wnikania dla 1 GHz jest rzdu 0.02 m, wi w tym zakresie prakty z-nie aªa energia jest po hªaniana w zewntrznej warstwie obiektu organi znego iwzrost temperatury organizmu jest wyª¡ znie powierz hniowy. Mo»liwe s¡ rów-nie» lokalne gor¡ e plamy w zewntrzny h warstwa h organizmu.Do najbardziej skute zny h ±rodków o hrony przed promieniowaniem wysokiej z-sto± i nale»y ekranowanie ¹ródªa pól na zasadzie klatki Faradaya.Inne sposoby to:• obni»enie mo y nadajnika lub aªkowite jego wyª¡ zenie, oraz• wyty zenie strefy niebezpie znej i odgrodzenie jej w taki sposób, aby nie byªo doniej dostpu.Poza tym personel przebywaj¡ y w miejs a h o zwikszonej mo y promieniowania musiby¢ poddawany staªej kontroli lekarskiej. Musi on by¢ równie» wyposa»ony w odpowied-nie ubrania o hronne.

Me hanizmy oddziaªywania pól wysoki h zsto± i na organizmy »ywe 35ródªami niepo»¡danego i poten jalnie niebezpie znego promieniowania wysoki h zsto± i w urz¡dzenia h wykorzystuj¡ y h mikrofale s¡: niesz zelno± i obudowy ekra-nuj¡ ej lub pªasz zy przewodów kon entry zny h, zanie zysz zone lub za±niedziaªe po-wierz hnie wty zek i kabli.Osoby, które zmuszone s¡ do przebywania w s¡siedztwie silnego ¹ródªa mikrofalmusz¡ by¢ bezwzgldnie od niego ekranowane.Obserwowane efekty biologi zne s¡ nastpuj¡ e• Efekty termi zneJest to jeden z najlepiej zbadany h efektów oddziaªywania promieniowania wy-soki h zsto± i na organizmy.Energia po hªonita przez iaªo prowadzi do wzrostu temperatury, który zale»yzarówno od energii jak i od wªasno± i termoregula yjny h organizmu oraz odwarunków ±rodowiskowy h.Obserwuje si 3 fazy:1) po z¡tkowy, szybki wzrost temperatury o 1-2C,2) utrzymanie si temperatury przez pewien zas na tym samym poziomie,3) ponowny, szybki wzrost temperatury, zasami prowadz¡ y do koagula ji tka-nek.Efekt termi zny znalazª zastosowanie w terapii, w tzw. diatermii krótkofalowej.W metodzie tej wykorzystuje si pole elektromagnety zne o zsto± i ok. 27 MHz,które oddziaªuj¡ na tkanki wytwarzaj¡ w ni h iepªo. Gªboko±¢ tego oddziaªy-wania jest zale»na od zsto± i oraz od ksztaªtu elektrod.Miar¡ efektu termi znego jest tzw. SAR (Spe i Apsorption Rate) wyra»aj¡- y si jako mo (przyrost energii po hªanianej przez obiekt na jednostk zasu)przypadaj¡ a na jednostk wagi iaªa w W/kg. Mo»na go obli zy¢ ze wzoru:

SAR =1

ρ

∂Wc

∂t, (4.23)przy zym Wc ozna za energi po hªonit¡ przez tkank w jednost e objto± ia ρ ozna za gsto±¢ materiaªu (tkanki) [kg/m3. Skrót SAR tªuma zy si jakoszybko±¢ po hªaniania wªa± iwego energii w organizmie. Z deni ji wynika, »ewielko±¢ ta zwi¡zana jest z gsto± i¡ strat ieplny h w nastpuj¡ y sposób

SAR =p

ρ.W zakresie maªy h i wielki h zsto± i

SAR = γE2

ρ(4.24)gdzie γ jest przewodno± i¡ tkanki, a dla wy»szy h zsto± i nale»y uwzgldni¢oba me hanizmy powstawania iepªa i wów zas

SAR =(γ + ε0ε

′′

r(ω)ω)E2

ρ. (4.25)

36 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmyIlo±¢ po hªanianej mo y przez dobrze przewodz¡ e tkanki np. mi±nie, zy dobrzeprzewodz¡ e pªyny ustrojowe, jest zna znie wiksza od tej absorbowanej przeztªusz ze lub ko± i.Okazuje si, »e po hªanianie mo y ±rednio 1 W/kg przez godzin i okoªo 4 W/kgprzez 6 minut powoduje przyrost temperatury iaªa o nie wi ej ni» 1C [6.Mimo »e, polskie uregulowania prawne nie stosuj¡ wielko± i SAR, to dyrektywaUnii Europejskiej zale a jej stosowanie. Nale»y pamita¢, »e SAR jest wielko-± i¡ bardzo trudno dostpn¡ pomiarowo. Wyzna zenie metodami eksperymen-talnymi rozkªadu mo y absorbowanej w iele »ywego zªowieka jest prakty znieniemo»liwe. Dlatego te», dokumenty Europejskiego Komitetu Normaliza yjnegoElektrote hniki (CENELEC), rekomenduj¡ kilka metod badania i o eny nara»e«elektromagnety zny h. Praktykowane s¡ tutaj dwie metody[21, 12:1. symula je komputerowe (tzw. dozymetria numery zna),2. pomiary na zy zny h modela h zªowieka zwany h fantomami, (dozymetriaeksperymentalna ).• Efekty nietermi zne: zmiany morfologi zne w tkanka h i narz¡da h. Najwiksz¡ wra»liwo±¢ podtym wzgldem wykazuj¡ tkanki obwodowego i o±rodkowego ukªadu nerwo-wego. Pod wpªywem pola mog¡ powsta¢ zmiany w poª¡ zenia h midzyneurono-wy h komórek kory mózgowej. Stwierdza si równie zmiany w strukturze sa-my h komórek nerwowy h. Zmiany w zynno± ia h bioelektry zny h mózgumo»na zaobserwowa¢ przy pomo y bada« elektroen efalogra zny h (EEG). Pole elektromagnety zne stanowi równie» zagro»enie dla prawidªowej zyn-no± i ukªadu ser owo-na zyniowego. U ludzi nara»ony h wystpuje m.in.:zwolnienie rytmu ser a, zaburzenia rytmu ser a (zmniejszenie amplitudyjego skur zów), rozszerzenie na zy« krwiono±ny h, obni»enie i±nienia tt-ni zego. U osób nara»ony na dªugotrwaª¡ ekspozy j pojawiaj¡ si zmiany skªadukrwi: zwikszenie histaminy i zmniejszenie hemoglobiny. za¢ma so zewki. O zy s¡ ubogie w na zynia krwiono±ne. W zwi¡zku z tympodlegaj¡ silniejszemu nagrzaniu w wyniku ekspozy ji na pole elektroma-gnety zne ni» inne narz¡dy, w który h mo»liwe jest odprowadzanie iepªa wwyniku wzmo»onego przepªywu krwi.Nale»y zwró i¢ uwag, »e pola wysoki h zsto± i nie powoduj¡ skur zy mi±ni w od-ró»nieniu od pól elektrostaty zny h i wolnozmienny h pól elektry zny h.Wystpuj¡ równie» dziaªanie po±rednie pól elektromagnety zny h wysoki h zsto-± i• ra»enie pr¡dem w momen ie dotkni ia otwartego ko« a konstruk ji odbieraj¡ ejenergi (np. »uraw budowlany o dªugo± i równej 1/4 dªugo± i fali elektromagne-ty znej),

Me hanizmy oddziaªywania pól wysoki h zsto± i na organizmy »ywe 37• wywoªanie zapªonu przez iskr powstaª¡ na ko« u konstruk ji odbieraja ej energielektromagnety zn¡ z pola,• samo zynne uru homienie instala ji strzaªowy h,• rezonansowy wzrost nat»enia pól elektromagnety zny h w pomiesz zenia h od-grywaj¡ y h rol rezonatorów,• odbi iowy wzrost nat»e« pól elektromagnety zny h w wyniku odbi ia fal elek-tromagnety zny h od konstruk ji metalowy h.

38 Me hanizmy oddziaªywania zmienny h pól elektromagnety zny h na organizmy

Rozdziaª 5Normy i regula je prawnePodstawowym aktem prawnym reguluj¡ ym zasady o hrony ±rodowiska przed polamielektromagnety znymi jest ustawa z dnia 27 kwietnia 2001r. Prawo o hrony ±rodowiska(Dz. U. Nr 62, poz. 627 z pó¹n. zm. dziaª VI O hrona przed polami elektromagne-ty znymi art. 121 i 122 ), [23. Na mo y artykuªu 121 ustawy o hrona przed polamielektromagnety znymi polega na1. utrzymanie poziomów pól elektromagnety zny h poni»ej dopusz zalny h lub onajmniej na ty h pozioma h,2. zmniejszanie poziomów pól elektromagnety zny h o najmniej do dopusz zalny hgdy nie s¡ one dotrzymane.Przepisem wykonaw zym do ustawy Prawo o hrony ±rodowiska, jest rozporz¡dzenieMinistra rodowiska z dn. 30 pa¹dziernika 2003 r. w sprawie dopusz zalny h poziomówpól elektromagnety zny h w ±rodowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania ty hpoziomów ( Dz. U. Nr 192, poz. 1883). W rozporz¡dzeniu tym okre±lono dopusz zalnepoziomy pól elektromagnety zny h w ±rodowisku, zró»ni owane dla terenów przezna- zony h pod zabudow mieszkaniow¡, miejs dostpny h dla ludno± i. Podano równie»metody sprawdzania dotrzymania dopusz zalny h poziomów pól elektromagnety zny horaz metody wyzna zania dotrzymania warto± i ty h dopusz zalny h poziomów. Do-pusz zalne poziomy promieniowania elektromagnety znego dla popula ji generalnej za-miesz zono w tabeli 5.1.Inne uregulowania doty z¡ przebywania pra owników w pola h elektromagnety z-ny h. W wielu kraja h stosuje si tzw. lozo NDN Najwy»szy h Dopusz zalny hNat»e«. Zgodnie z ni¡ powy»ej dopusz zalny h warto± i przebywanie ludzi jest zabro-nione, za± dla warto± i ni»szy h przebywanie jest dozwolone bez ograni ze«. Prowadzito do problemów w przypadku warto± i bd¡ y h na grani y warto± i dopusz zalny h.W Pols e rozwi¡zano ten problem okre±laj¡ dopusz zalne warto± i dla pra ownikówprzebywaj¡ y h w pola h o wysoki h pozioma h ekspozy ji. Zastosowano podej± iedozymetry zne mówi¡ e, »e im wy»sze nat»enie pola elektromagnety zne lub gsto±¢mo y tym odpowiedniemu skró eniu nastpuje zas przebywania w takim polu elek-tromagnety znym. 39

40 Normy i regula je prawneZakres zstotliwo± i Skªadowa Skªadowa Gsto±¢pola elektromagnety znego elektry zna magnety zna mo y50 Hz zstotliwo±¢ sie i elektroenergety znej 1 kV/m 60 A/m (dla terenów pod zabudow mieszkaniow¡)0 Hz 10 kV/m 2 500 A/m 0 Hz 0.5 Hz 2 500 A/m 0.5 Hz 50 Hz 10 kV/m 60 A/m 0,05 kHz 1 kHz 3/f A/m 0,001 MHz 3 MHz 20 V/m 3 A/m 3 MHz 300 MHz 7 V/m 300 MHz 300 GHz 7 V/m 0.1 W/m2Tabela 5.1: Zakres zstotliwo± i pól elektromagnety zny h, dla który h okre±lono dopusz zalnepoziomy pól elektromagnety zny h w miejs a h dostpny h dla ludno± i [25Wprowadzone poj ie dozy pola, jako ilo zynu gsto± i mo y lub kwadratu nat»e-nia pola elektry znego i zasu przebywania w takim polu:Ds = S · t

[(

W

m2

)

h

]

, Ds = E2 · t[

(

V

m

)2

h

]

. (5.1)Zasady bezpie znego przebywania pra owników w polu elektromagnety znym regu-lowane s¡ przez Ministra Pra y i Polityki Spoªe znej. Obowi¡zuj¡ e obe nie przepisyznajduj¡ si w rozporz¡dzeniu z 29 listopada 2002 [24, które reguluje prawnie za-kres zstotliwo± i od 0 Hz do 300 GHz. W rozporz¡dzeniu wprowadzono ztery strefyo hronne: stref niebezpie zn¡, zagro»enia, po±redni¡, obszar bezpie zny oraz dokªad-ne grani e pomidzy tymi strefami: E2, E1 oraz E0. Strefy te i i h zwi¡zek z lozo¡najwy»szy h dopusz zalny h nat»e« podaje tabela 5.2.Pomidzy warto± iami grani znymi obowi¡zuj¡ nastpuj¡ e zale»no± iE2(f) = 10E1(f), E0(f) =

1

3E1(f),

H2(f) = 10H1(f), H0(f) =1

2H1(f),

(5.2)z wyj¡tkiem pól elektry zny h o zstotliwo± ia h od 0 Hz do 300 Hz, dla który h:E2(f) = 2E1(f), E0(f) =

1

2E1(f).Warto±¢ E1(f) ozna za warto±¢ skute zn¡ nat»enia pola b¡d¹ warto±¢ równowa»n¡nat»enia pola [24, 28.Warto±¢ skute zna Xsk wielko± i X jest zdeniowana jako

Xsk =

√

1

T

∫ T

0

[X2(t)]dt,

Normy i regula je prawne 41Przepisy Polskie Filozoa NDNStrefa niebezpie znaprzebywanie pra owników zabronione Przebywanie pra owników zabronioneGRANICA E2 GRANICA NDNStrefa zagro»enia zas przebywania pra owników Przebywanie pra ownikówograni zony zasowo bez ograni ze«GRANICA E1Strefa po±redniaprzebywanie dozwolone w aªymokresie zmiany robo zejGRANICA E0Obszar bezpie zny(obszar poza stref¡ o hronn¡)Tabela 5.2: Zasady przebywania pra owników w pola h elektromagnety zny h o du»y h warto± ia hnat»enia pola elektry znego/gsto± i mo y [24gdzie T = 1/f jest okresem zmian w zasie. Je±li rozpatrujemy warto±¢ (moduª) wiel-ko± i wektorowej, np. E = |E2|, to wów zas li zymy pierwiastek kwadratowy z sumykwadratów moduªów trze h ortogonalny h skªadowy h zyli warto±¢ skute zna polaelektry znego wynosiEsk =

√

1

T

∫ T

0

[E2x(t) + E2

y(t) + E2z (t)]dt.Deni ja warto± i równowa»nej jest bardziej zªo»ona. Mo»na znale¹¢ j¡, jak i de-ni je wszystki h inny h poj¢ u»yty h w rozporz¡dzenia h, w Polskiej Normie [28.Natomiast metody pomiaru nat»e« pól elektromagnety zny h na stanowisku pra yopisane s¡ w [29.Przebywanie pra owników w stree niebezpie znej jest dopusz zalne pod warun-kiem stosowania odpowiedni h ±rodków o hrony indywidualnej.W stree zagro»enia okre±lono maksymalne warto±¢ dozy dopusz zalnej pola elek-try znego DdE i magnety znego DdH . Dodatkowo dla posz zególny h grani okre±lonograni zne warto± i dopusz zalnego nat»enia pola elektry znego i magnety znego. Od-powiednie dane s¡ przedstawione w tabela h 5.3 i 5.4 na podstawie [24.Obszary wystpowania stref o hronny h powinny by¢ oznakowane zgodnie z Polsk¡Norm¡ PN-74/T-06260 [26 oraz wedªug PN-93/N-01256/03 i PN-ISO 7010:2006 [27,30, zob. rys. 5.1 i 5.2.Ponadto, wg. PN-ISO 7010:2006 [30, zale ane jest stosowanie znaków bezpie ze«-stwa w oto zeniu ¹ródeª pól elektromagnety zny h jak na rys. 5.3.Dla peªnej o hrony pra owników oraz ludno± i w polu elektry znym o harakterzeimpulsowym nale»y opró z dopusz zalnej warto± i ±redniej, dodatkowo zwró i¢ uwagna maksymalne warto± i gsto± i mo y i nat»enia pola elektromagnety znego. Odpo-wiednie warto± i mo»na znale¹¢ w [24.

42 Normy i regula je prawne

Tabela 5.3: Dopusz zalne warto± i nat»enia pola elektry znego E1(f) na grani y strefy zagro»eniai po±redniej oraz doza dopusz zalna pola elektry znego DdE(f)

Tabela 5.4: Dopusz zalne warto± i nat»enia pola magnety znego H1(f) na grani y strefy zagro»eniai po±redniej oraz doza dopusz zalna pola elektry znego DdH(f)Dopusz zalne warto± i nat»enia pola elektry znego i gsto± i mo y zostaªy zapi-sane ze wzgldu na o hron pra owników przebywaj¡ y h w bardzo silny h pola h o harakterze impulsowym. Spowodowane jest to wystpowaniem ró»ny h efektów w tegotypu pola h elektromagnety zny h, taki h jak m.in. efekt sªu howy.O jalnym aktem Unii Europejskiej doty z¡ ym o hrony ludno± i w ±rodowiskuprzed polami elektromagnety znymi, jest rekomenda ja Rady Europejskiej (199/519/EC)w sprawie ograni zenia ekspozy ji ludno± i w pola h elektromagnety zny h od 0 Hz do300 GHz, przyjta w dniu 12 lip a 1999r. (Coun il reomemendation of 12 Juli 1999on the limitation of exposure of the general publi to elektromagneti elds (0 Hzto 300 Hz). Rekomenda ja t oparto o zale enia Midzynarodowej Komisji O hro-ny przed promieniowaniem niejonizuj¡ ym (ICNIRP International Commission onNon-Ionizing Radiation Prote tion). Cz±¢ krajów europejski h przyjªa zale enia Mi-dzynarodowej Komisji O hrony przed Promieniowaniem Niejonizuj¡ ym jako podstawprzy ustanawianiu swoi h przepisów, z±¢ natomiast zaadoptowaªa dla swoi h potrzebrekomenda j Rady Europejskiej.Odno±nie o hrony pra owników Parlament Europejski i Rada Unii Europejskiejwprowadziª dyrektyw 89/391/EEC doty z¡ ¡ ±rodków zwikszaj¡ y h bezpie ze«stwo

Normy i regula je prawne 43

Rysunek 5.1: Oznakowanie stref, górny wiersz od lewej: niebezpie zna, zagro»enia, po±rednia; dolnywiersz: bezpie zna, ¹ródªo pola elektromagnety znego zgodnie z Polsk¡ Norm¡ PN-74/T-06260

Rysunek 5.2: Oznakowanie obszarów promieniowaniai higien w ±rodowisku pra y. Jest to dyrektywa ogólna mówi¡ a m.in., »e pra odaw ama obowi¡zek o hrony pra owników przez nadmiern¡ ekspozy j¡ na szkodliwe zynni-ki ±rodowiskowe, w tym zynniki zy zne. Dyrektywy sz zegóªowe okre±laj¡ e warunkidopusz zalnej ekspozy ji na posz zególne zynniki oraz wymagania i zasady doty z¡- e elimina ji lub ograni zania zagro»e« oraz zmniejszania ryzyka zawodowego wyni-kaj¡ ego z oddziaªywania zynników ±rodowiskowy h s¡ suk esywnie opra owywane.Odno±nie pól elektro-magnety zny h przyjto:• 29 kwietnia 2004 r., dyrektyw 2004/40/WE w sprawie minimalny h wymaga«w zakresie o hrony zdrowia i bezpie ze«stwa doty z¡ y h nara»enia pra owni-ków na zagro»enia spowodowane zynnikami zy znymi (pola elektromagnety z-ne) (osiemnasta dyrektywa sz zegóªowa w rozumieniu art. 16, ust. 1 dyrektywy89/391/EWG),• 5 kwietnia 2006 r., dyrektyw 2006/25/WE w sprawie minimalny h wymaga«

44 Normy i regula je prawne

Rysunek 5.3: Znaki bezpie ze«stwaw zakresie o hrony zdrowia i bezpie ze«stwa doty z¡ y h nara»enia pra owni-ków na zagro»enia spowodowane zynnikami zy znymi (sztu zne promieniowa-nie opty zne) (dziewitnasta dyrektywa sz zegóªowa w rozumieniu art. 16, ust. 1dyrektywy 89/391/EWG).Dyrektywa 2004/40/WE deniuje dwa rodzaje warto± i harakteryzuj¡ y h nara»enie:• grani zne warto± i parametrów ±rodowiskowy h (ang. the a tion values) tzn.miary zewntrzne, które mo»na zmierzy¢ na rze zywisty h stanowiska h pra y(nat»enia pola elektry znego i magnety znego, induk ja magnety zna i gsto±¢mo y oraz pr¡d kontaktowy), wykorzystywane przy o enie poziomu nara»eniapra owników i o enie ryzyka, zob. tabela 5.5• dopusz zalny poziom nara»enia (ang. the exposure limit values) tzw. miarywewntrzne, które mo»na stosowa¢ jedynie w badania h laboratoryjny h i jakoparametry wyzna zane na drodze obli ze« modelowy h (gsto±¢ pr¡du induko-wanego, szybko±¢ po hªaniania wªa± iwego energii w organizmie (SAR) i energiapo hªonita w organizmie (SA)), np. obli zane z zastosowaniem modeli fantomo-wy h na podstawie wielko± i nat»enia pola elektry znego i magnety znego, naktóre eksponowany jest zªowiek, zob. tabela 5.6.Wi ej informa ji oraz stosown¡ bibliogra mo»na znale¹¢ w [8.Uwagi doty z¡ e tabeli 5.5• Warto±¢ dopusz zalna nat»enia pr¡du indukowanego przepªywaj¡ ego w ko«- zynie eksponowanego pra ownika ozna za warto±¢ skute zn¡ nat»enia pr¡du, zdowolnie wybrany h sze± iu minut• Dopusz zalna warto±¢ nat»enia pr¡du kontaktowego przepªywaj¡ ego pomidzypra ownikiem, a przewodz¡ ym przedmiotem znajduj¡ ym si w polu elektroma-gnety znym, ozna za warto±¢ skute zn¡ nat»enia pr¡du.Uwagi doty z¡ e tabeli 5.6:

Normy i regula je prawne 45

Tabela 5.5: Grani zne warto± i ekspozy ji kontrolowanej

Tabela 5.6: Dopusz zalne skutki ekspozy ji

46 Normy i regula je prawne• Warto± i dopusz zalne SAR ozna zaj¡ warto± i u±rednione w okresie dowolny hsze± iu minut. Warto± i ±rednie ( aªe iaªo) SAR ozna zaj¡ warto±¢ u±rednion¡wzgldem aªego iaªa.• Warto± i dopusz zalne miejs owego SAR warto± i w gªowie i tuªowiu oraz wko« zyna h maksymalne warto± i u±rednione odno±nie dowolny h 10 g zwartejjednorodnej tkanki• Ograni zenia doty z¡ e dopusz zalny h warto± i ±redni h ( aªe iaªo) oraz war-to± i miejs owy h SAR maj¡ by¢ speªnione równo ze±nie.Obowi¡zuj¡ e obe nie normy krajowe, jak te» przyjte w Europie i USA uregulo-wania doty z¡ e oddziaªywania PEM na organizm zªowieka, s¡ zró»ni owane.

Rozdziaª 6Podsumowanie• W organizma h pod wpªywem dziaªania pola elektromagnety znego za hodz¡ró»norodne zjawiska zy zne, które powoduj¡ ró»norodne skutki biologi zne,• warto± i nat»e« pól elektromagnety zny h, które s¡ niezbdne do wywoªania zja-wisk, który h negatywne skutki zy zne s¡ dobrze udokumentowane, s¡ z reguªybardzo wysokie i rzadko spotykane,• zy zne me hanizmy dziaªania sªaby h pól elektromagnety zny h nie s¡ wystar- zaj¡ o poznane i udokumentowane aby mó je wykorzysta¢ do przewidywaniaskutków zdrowotny h ekspozy ji na pole elektromagnety zne.

47

48 Podsumowanie

Bibliografia[1 Strona CIOP PIB. Zagro»enia od elektry zno± i staty znej i o hrona przed ni¡.http://www. iop.pl/6604.html.[2 Strona CIOP Nauka o Pra y Bezpie ze«stwo, Higiena, Ergonomia.http://nop. iop.pl/.[3 Z. Dunajski. Biomagnetyzm. Wydawni two Komunika ji ¡ zno± i, Warszawa,1990.[4 C. Gary. Biologi al ee ts of an ele tri eld; what an ele tri ian say on thissubje t? RGE, numero spe ial, Juillet:518, 1976.[5 D.J. Griths. Podstawy elektrodynamiki. PWN, Warszawa, 2005.[6 A. Guy. Analysis of ele tromagneti elds indu ed in biologi al tissues by ther-mographi studies on equivalent phantom model. IEEE Trans. Mi rowave TheoryTe h., 19:205214, 1971.[7 D. Halliday, R. Resni k, and J. Walker. Podstawy zyki, vol. 3. Wydawni twoNaukowe PWN, Warszawa, 2006.[8 J Karpowi z and K. Gryz. Wymagania nowej dyrektywy WE w sprawie o hronypra owników przed oddziaªywaniem pól elektromagnety zny h. Centralny InstytutO hrony Pra y Pa«stwowy Instytut Badaw zy, Warszawa, 2011.[9 Y. Kinou hi, H. Yamagu hi, and T.S. Tenforde. Theoreti al analysis of magneti eld intera tions with aorti blood ow. Bioele tromagneti , 17:2132, 1996.[10 A. Kitli«ski. Teoria pola elektromagnety znego. prezenta ja do wykªadu, dostpnana tutles.host.sk/pliki/air/pole.pdf.[11 H. Lu zak. Arbeitswissens haft. 2, vollständig bearbeitete Auage. Springer Verlag,Berlin und Heidelberg, 1998.[12 J. Mi haªek-Samonek. Aktualne zasady doty z¡ e badania pól elektromagnety z-ny h wysokiej zstotliwo± i. Pra e Instytutu Elektrote hniki Polite hniki Lubel-skiej, 238:179191, 2008.[13 T. Morawski and W. Gwarek. Pola i fale elektromagnety zne. Wydawni twoNaukowo Te hni zne, Warszawa, 2006.49

50 BIBLIOGRAFIA[14 A.S. Presman. Pola elektromagnety zne a »ywa przyroda. PWN, Warszawa, 1971.[15 A. Przytulski. Analiza gsto± i pr¡dów indukowany h w iele zªowieka przez polaze ¹ródeª sztu zny h i naturalny h. IV Konferen ja Naukowo-Te hni zna p.n.:Pola elektromagnety zne 50 Hz a energetyka i ±rodowisko, Sz zyrk, 4-6 listopada,1998, 195-206, 1998.[16 A. Przytulski. Efekty biologi zno-zy zne w iele zªowieka wywoªane polem elek-trostaty znym. l¡skie Wiadomo± i Elektry zne, XV(2):410, 2008.[17 A. Przytulski. Pr¡dy elektry zne w iele zªowieka indukowane polem elektry z-nym atmosfery. l¡skie Wiadomo± i Elektry zne, 2008.[18 A. Przytulski. Efekty termi zne w iele zªowieka wywoªane szybkozmiennympolem elektromagnety znym. PAR, Pomiary Automatyka Robotyka, 12:145149,2010.[19 Ze« zak-M. Sikora, R. Elektry zne wªa± iwo± i materii »ywej a sposób oddziaªy-wania na ni¡ pól elektromagnety zny h niejonizuj¡ y h. rozdz. 13 w A. Kraw zyk,red.., Bioelektromagnetyzm, str. 162177, Instytut Naukowo-Badaw zy ZTUREK,Warszawa, 2002.[20 R. Wadas. Biomagnetyzm. PWN, Warszawa, 1978.[21 M. Ze« zak. Oddziaªywanie pól elektromagnety zny h na ±rodowisko naturalne i±rodowisko pra y. Wydziaª Elektry zny Polite hniki Sz ze i«skiej, Sz ze in, 2000.[22 M. Zmy±lony. Me hanizmy oddziaªywania pól elektromagnety zny h z materiaªa-mi biologi znymi. red. H. Anioª zyk, Pola elektromagnety zne. ródªa, oddziaªy-wania, o hrona, str. 243249, Instytut Medy yny Pra y im. prof. J. Nofera, ód¹,2000.[23 Ustawa Prawo O hrony rodowiska z dnia 27 kwietnia 2001 r. Dziennik ustaw nr62/01, poz. 627, obowi¡zuj¡ a od 01.10.2007 r.[24 Rozporz¡dzenie Ministra Pra y i Polityki Spoªe znej z dnia 29 listopada 2002 r. wsprawie najwy»szy h dopusz zalny h st»e« i nat»e« zynników szkodliwy h dlazdrowia w ±rodowisku pra y. DzU nr 217, poz. 1833, 2002.[25 Rozporz¡dzenie Ministra rodowiska z dnia 30 pa¹dziernika 2003 r. w sprawie do-pusz zalny h poziomów pól elektromagnety zny h w ±rodowisku oraz sprawdzaniadotrzymania ty h poziomów. DzU nr 192, poz. 1883, 2003.[26 PN-74/T-06260. ródªa promieniowania elektromagnety znego. Znaki ostrzegaw- ze.[27 PN-93/N-01256/03. Znaki bezpie ze«stwa, O hrona i higiena pra y.[28 PN-T-06580-1:2002. O hrona pra y w pola h i promieniowaniu elektromagnety z-nym w zakresie zstotliwo± i od 0 hz do 300 GHz. Cz±¢ 1. Terminologia.

BIBLIOGRAFIA 51[29 PN-T-06580-3:2002. O hrona pra y w pola h i promieniowaniu elektromagnety z-nym w zakresie zstotliwo± i od 0 hz do 300 GHz. Cz±¢ 3. Metody pomiaru io eny pola na stanowisku pra y.[30 PN-ISO 7010:2006. Symbole gra zne. Barwy bezpie ze«stwa i znaki bezpie ze«-stwa. Znaki bezpie ze«stwa stosowane w miejs a h pra y i w obszara h u»yte z-no± i publi znej.