Czym jest pole elektromagnetyczne (PEM)
Pole elektromagnetyczne (PEM) jest zjawiskiem fizycznym obecnym w kosmosie od momentu jego powstania. Funkcjonują nawet teorie naukowe wskazujące zjawiska związane z elektrycznością jako źródło powstania życia na Ziemi – przypuszcza się, że wyładowanie atmosferyczne spowodowało reakcję powstania pierwszych białek w praoceanie.
PEM występuje w całym Wszechświecie. Począwszy od wszechobecnej częstotliwości 4.5 Hz – częstotliwości drgań własnych atomu wodoru, a skończywszy na niewyobrażalnie silnym źródle promieniowania gamma, jakimi są gwiazdy, których cykl „życia” zbliża się ku końcowi.
Z fizycznego punktu widzenia pole elektromagnetyczne zawiera dwie składowe – magnetyczną i elektryczną. Obydwa te elementy występują w przyrodzie również osobno – jako pole elektryczne (PE) oraz pole magnetyczne (PM). W otoczeniu pole elektryczne w czystej postaci obserwujemy np. w czasie burz atmosferycznych – pomiędzy chmurami lub chmurami a Ziemią powstają różnice potencjałów (występuje pole elektryczne jeżeli którego wartość przekroczy właściwości izolacyjne atmosfery nastąpi wyładowanie). Efekt działania PE obserwujemy również np. w czasie głaskania kota – gromadzące się na jego sierści jednoimienne ładunki elektryczne odpychają się od siebie, tworząc efekt „stojącej” sierści.
Natomiast najbardziej typowy przykład występowania naturalnego pola magnetycznego to Ziemia, mająca dwa różnoimienne (przeciwstawne) bieguny, których oddziaływanie na namagnesowaną igłę zawsze jest jednoznaczne – igła ustawi się wzdłuż linii pola magnetycznego pokazując jednym ze swych końców (zawsze tym samym) zawsze ten sam biegun magnetyczny Ziemi.
Pole elektromagnetyczne ze względu na właściwości oddziaływania na materię podzielono na dwa zakresy: zakres pola niejonizującego i zakres pola jonizującego.
Podstawowymi naturalnymi źródłami PEM jonizującego jest promieniowanie kosmiczne, w znacznej mierze redukowane przez atmosferę Ziemi, promieniowanie emitowane przez Słońce i inne obiekty kosmiczne oraz złoża pierwiastków promieniotwórczych. Natomiast najczęściej występującymi źródłami sztucznymi są aparaty rentgenowskie, tzw. bomby kobaltowe wykorzystywane w medycynie, izotopy używane np. do wykrywania uszkodzeń wewnętrznych (zmęczenia materiałowego) w konstrukcjach stalowych, lampy UV (światło z zakresu nadfioletu) czy też eksplozje atomowe. Efekt jonizacji pod wpływem promieniowania jonizującego występuje praktycznie zawsze, a jego natężenie zależne jest od gęstości mocy. Pola takie powodują zmiany kumulujące się, tzn. każda następna dawka powiększa efekt działania poprzedniej, proporcjonalnie do czasu i i natężenia ekspozycji. Aby wystąpiło zjawisko jonizacji pole musi mieć odpowiednio wysoką częstotliwość – a co się z tym wiąże nieść ze sobą odpowiednią energię (I kwant energii promieniowania nadfioletowego powodującego obumieranie drobnoustrojów od 3,3 do 100 eV elektronovoltów). Energia potrzebna do zjonizowania atomu tlenu lub wodoru wynosi pomiędzy 10 a 12 eV. Dla porównania kwant dla PEM niejonizującego z zakresu radiowego, wykorzystywanego między innymi w telefonii komórkowej GSM, jest rzędu 0,000001 eV.
Stałym, i cyklicznie (co około 10 -12 lat) aktywującym się źródłem jest Słońce. Jego wzrastająca aktywność powoduje wysyłanie m.in. w kierunku Ziemi olbrzymiej ilości wysokoenergetycznych cząstek powodujących uszkodzenia zarówno krążących wokół naszej planety satelitów jak i paraliż całych systemów energetycznych.
Poniżej przedstawiono rysunek obrazujący w uproszczony sposób pole elektromagnetyczne w pełnym zakresie częstotliwości.
Naturalne źródła PEM z zakresu niejonizującego to głównie źródła zewnętrzne – promieniowanie pochodzące ze źródeł pozaziemskich (gwiazdy, w tym Słońce) jak również pochodzące od Ziemi i tworzone w jej atmosferze. Ziemia jest naturalnym obracającym się magnesem z wyraźnie zaznaczonymi biegunami, wytwarzającym w ten sposób pola elektromagnetyczne. Jego częstotliwość zmienia się w granicach 5 – 100 Hz. Nadzwyczaj popularnym na Ziemi źródłem PEM są wyładowania atmosferyczne. Ich liczba w skali globu szacowana jest na kilka, kilkadziesiąt wyładowań na sekundę. O mocy powstającego przy wyładowaniu pola elektromagnetycznego świadczy fakt, że praktycznie każde wyładowanie można zarejestrować odpowiednią aparaturą w każdym miejscu kuli ziemskiej. Charakter niejonizujący tego zakresu PEM objawia się głównie tym, że obserwowany wpływ na organizmy żywe (zależny oczywiście od poziomu gęstości mocy określanej w watach na metr kwadratowy – W/m2) ustaje natychmiast po zakończeniu ekspozycji, czyli po „wyłączeniu” źródła pola. Przy większych natężeniach (rzędu setek i tysięcy W/m2) obserwowany jest efekt termiczny – czyli nagrzewanie się komórek prowadzące do efektu „mikrofalówki”.
Parametry PEM określa się zależnie od częstotliwości. Dla małych częstotliwości rzędu kilku – kilkuset herców można w prosty sposób zmierzyć zarówno wielkość składowej elektrycznej (natężenie określane w woltach na metr – V/m) jak i składowej magnetycznej (natężenie określane w amperach na metr – A/m). Często jako parametr PM podaje się wielkość indukcji pola magnetycznego, której jednostką jest Tesla – T. Dla wyższych częstotliwości (np. radiowych) z racji problemów pomiarowych jako parametr podaje się gęstość mocy określaną w W/m2. Oczywiście można w każdym przypadku obliczyć zarówno wielkość składowej magnetycznej jak i elektrycznej.