III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

АНАЛИЗ ОСНОВНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОТОВЫХ ТЕЛЕФОНОВ
Зверев А.С.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Как известно, магнитное поле характеризуется двумя величинами: напряженностью магнитного поля и магнитной индукцией, считается, что именно магнитная индукция является основной характеристикой магнитного поля. Рассматривая проблему современного уклада, можно сделать заключение, что все окружающее пространство современных населенных пунктов, пронизано электромагнитными полями. Источниками магнитных полей являются стационарные и передвижные электроприборы, например линии электропередач, бытовые приборы, автомобили и пр. Одним из источников электромагнитного поля (наиболее близко расположенных к человеку) является сотовый телефон.

Целью работы является определение основной характеристики магнитного поля современных моделей сотовых телефонов.

Задачей исследования является сбор и анализ данных магнитной индукции сотовых телефонов в зоне максимального излучения.

Метрологическое обеспечение работы было сформировано на базе научно-исследовательского оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием «Экология, биотехнологии и процессы получения экологически чистых энергоносителей» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет».

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Как известно магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током) [1].

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.

Рисунок 1 – Создание магнитного поля от прохождения электрического тока

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения – векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем.

1.1 Влияние магнитного поля на человека

Рассмотрим информацию воздействия на людей магнитных полей, которые создаются некоторыми бытовыми электроприборами, а в основном разнообразным электротехническим оборудованием здания и бытовыми приборами.

В настоящий момент отсутствуют четкие требования к предельно допустимым уровням переменного магнитного поля частотой 50 Гц для населения [2]. А вот в Швеции цифра 0,2 мкТл фигурирует уже в обязательных к исполнению существующих правил, и в них рекомендовано снижать уровень поля, насколько это позволяют сделать современные технические средства. В результате исследований населения в Швеции установлено, что у тех, кто живет в условиях повышенного (более 0,1 мкТл) уровня магнитного поля промышленной частоты, риск развития лейкемии у детей возрастал в 3,6 раза с повышением уровня магнитного поля от 0,1 мкТл до 0,4 мкТл.

Споры о воздействии электромагнитного излучения аппаратов сотовой связи на здоровье пользователей ведутся уже несколько лет, при этом самым главным аргументом защитников радиотелефона было отсутствие достоверных экспериментальных данных о связи высокочастотного излучения и заболеваемости.

В майском выпуске журнала “Radiation Research” группа исследователей под руководством доктора Майкла Рипачелли сообщила об экспериментах по облучению лабораторных животных импульсно-модулированным радиочастотным сигналом (900 МГц), соответствующим одному из наиболее Исследование проведено распространенных на мышах, методами генной инженерии выведенных стандартов сотовой связи. для изучения раковых заболеваний. Эти мыши имеют особый ген, вызывающий склонность к образованию лимфомы, и ученые заранее знают, какой процент животных в нормальных условиях окажется больным через любое время. В ходе эксперимента около 100 мышей-самок подвергались облучению дважды в день в течение 30 минут. Через полтора года 43 процента облученных животных заболело лимфомой, в контрольной группе – только 22 процента.

Рисунок 2 – Влияние магнитного поля на самочувствие человека

Эти эксперименты устанавливают статистически достоверную связь между электромагнитным излучением сотового телефона и ростом онкологических заболеваний у подопытных животных.

Исследование группы Майкла Рипачелли выполнено квалифицированным коллективом с использованием самых современных методов. Работа проводилась в рамках международного проекта Всемирной организации здравоохранения Биологическое действие электромагнитных полей, и ее результаты, очевидно, указывают на возможность канцерогенного действия электромагнитных полей, особенно в сочетании с другими канцерогенными факторами.

Однако полностью переносить эти результаты на человека пока преждевременно. Провести эксперименты на человеке невозможно, поэтому надо ждать, когда проявятся последствия для здоровья сегодняшних пользователей радиотелефонов. Точно так же в сороковых годах ученые не имели данных об анкологическом воздействии ядерного излучения на человека, хотя опыты на животных достоверно связывали радиацию и рак. Лишь потом, в ходе медицинских наблюдений за жертвами ядерных взрывов и аварий, все данные лабораторных исследований были подтверждены.

Результаты исследований доктора Рипачелли являются тревожным сигналом и требуют большой осторожности в использовании техники мобильной связи. Что излучает радиотелефон! Биологическое действие электромагнитных полей зависит прежде всего от двух параметров - мощности и частоты излучения. В зависимости от мощности различают тепловое (вспомним курицу) и нетепловое воздействие.

Условной границей между этими областями является величина в 10 милливатт на квадратный сантиметр облучаемой поверхности. При таком значении мощности ткани могут прогреться на несколько десятых долей градуса. От частоты излучения зависит, насколько хорошо поглощается электромагнитная энергия в теле человека. Например, волны метрового диапазона (40 МГц) слабее поглощаются в тканях, чем волны дециметрового диапазона (900 МГц), а излучение сантиметрового диапазона может полностью "застрять" в живой ткани на глубине в несколько сантиметров. Значение выходной мощности является основной энергетической характеристикой - чем она больше, тем больший уровень электромагнитного поля будет около антенны. Для радиотелефонов ручного пользования мощность находится в пределах от десятых долей ватта до 10 ватт.

При этом наиболее мощные, как правило, ручные радиостанции типа "walkie-talkie", наименее мощные - бытовые бесшнуровые телефоны, работающие в диапазоне около 40 МГц. При использовании любой бытовой аппаратуры эти нормы должны соблюдаться. Простейшие оценки показывают, что радиотелефон (например, 900 МГц) с мощностью излучения около одного ватта способен создать в области вашей родной височной кости плотность мощности в 10-100 раз большую, чем предельно допустимые значения. Заметим, что инструментальные измерения уровней излучения радиотелефонов подтверждают эту печальную картину. Российские нормы основаны на таком пороге чувствительности, при котором возникают какие-либо физиологические изменения, исчезающие с прекращением воздействия электромагнитной волны. Американский подход к гигиеническим нормам можно назвать "тепловым". В качестве порога выбирался тот уровень излучения, которому соответствует начальная стадия какого-либо патологического или необратимого процесса. В последнее время норматив разных стран начали сближаться, но, тем не менее, разница все равно достигает 10 и более раз.

Традиционно при рассмотрении биологических эффектов от электромагнитного поля считалось, что основным механизмом воздействия является “тепловое” поражение тканей. Исходя из этого, и разрабатывались стандарты безопасности во многих странах. Однако в последнее время появляется все большее количество доказательств, что существуют другие пути взаимодействия электромагнитного поля живого организма при интенсивностях поля недостаточных дня тепловых воздействий. В числе отдаленных проявлений этих воздействий и раковые, и гормональные заболевания, и многое другое. Кроме того, ученые обратили внимание на комбинированное воздействие малых интенсивностей различных видов воздействий. Практически все мы находимся в условиях одновременного воздействия электромагнитных полей, ионизирующих излучений, химических веществ и прочее. В результате совместного действия всех этих факторов процессы в организме протекают иначе, не так, как это моделировалось в лабораториях для какого-либо одного вредного воздействия.

Исследования в рамках европейского проекта ведутся в основном с телефонами системы gsm/degt, так как в перспективе этот стандарт должен стать общеевропейским). Четыре исследовательские группы работают с животными, три - с добровольцами, одна изучает распределение поля в районе антенны. Одна из групп провеса в течение месяца эксперимент, в ходе которого 20 добровольцев 6 дней в неделю по 2 часа в день использовали стандартный сотовый телефон, а врачи анализировали их гормональное состояние. В отчете приведены данные об устойчивом снижении тиреотропного гормона, отвечающего за работу щитовидной железы. Хорошо известно, что при снижении функции щитовидной железы уменьшается потребление кислорода, снижается скорость обменных процессов. Внешние признаки этого - прорежение волос, сухая, одутловатая кожа с желтоватым оттенком. хриплый голос. Эксперименты на животных показали, что практически все контрольные системы организма реагируют именно на модулированный сигнал при низкой интенсивности энергии воздействия (100 мкВт/кв.см). При исследовании теплового воздействия электромагнитного излучения необходимо иметь в виду и тот факт, что ткани живого организма неоднородны. Например, в тканях головного мозга есть участки, которые из-за высокой проводимости способны поглотить значительно большую часть энергии электромагнитного излучения, чем соседние ткани. Возможность такого "локального" перегрева была достоверно установлена еще до изобретения радиотелефона. При превышении некоторых доз (кстати, весьма незначительных) высокочастотного излучения в мозгу подопытных животных наблюдались микроскопические участки, которые были буквально сварены.

Не исключено, что подобное явление приведет к раку мозга. Вопрос о воздействии радиотелефонов на здоровье человека остается по сей день открытым. Практически все группы настаивают на продолжении экспериментов для установления причинной связи между изменениями в состоянии человека и использованием радиотелефона. Ведь исследования обойдутся значительно дешевле, чем лечить "вареные" мозги и возмещать ущерб тысячам людей.

Многие пользователи полагают, что главная опасность, которая исходит от монитора персонального компьютера,— это рентгеновское излучение. В действительности уровни рентгеновского, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, как правило, не превышают биологически опасный уровень. Главную опасность для пользователя представляют электромагнитное излучение монитора в диапазоне частот 20ГЦ–300Мгц и статический электрический заряд на экране.

Рисунок 3 – Влияние магнитного поля на мозговую активность человека

Уровень этих полей в зоне размещения пользователя обычно превышает биологически опасный уровень. Ситуация осложняется и тем, что органы чувств человека не воспринимают электромагнитные поля в рассматриваемом диапазоне частот, пользователь не может сам контролировать уровень излучения и оценить грозящую опасность.

Такая ситуация вызывает у человека достаточно сильное стрессовое состояние. Кроме того, электромагнитное излучение распространяется во всех направлениях и оказывает воздействие как на пользователя, так и на окружающих (до 5 метров от монитора). По обобщенным данным, у работающих за монитором от 2 до в часов в сутки функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в среднем в 4,6 раза чаще, чем в контрольных группах, болезни сердечно сосудистой системы-в2 раза чаще, болезни верхних дыхательных путей - в 1,9 раза чаще, болезни опорно-двигательного аппарата - в 3,1 раза чаще.

С увеличением продолжительности работы на компьютере соотношение здоровых и больных среди пользователей резко возрастает. По данным Бюро трудовой статистики США, в период с 1982 по 1990 г. наблюдалось восьмикратное увеличение случаев расстройства здоровья (нетрудоспособности) пользователей. Так же установлено, что частое воздействие электромагнитного излучения мониторов приводит к аномальным исходам беременности. Исследования функционального состояния пользователя компьютера, первый этап которых завершен в мае этого года Центром электромагнитной безопасности, показали, что даже при кратковременной работе (45 минут) в организме пользователя под влиянием электромагнитного излучения монитора происходят значительные изменения гормонального состояния и специфические изменения биотоков мозга. Особенно ярко и устойчиво эти аффекты проявляются у женщин.

И так выше сказанное показало что личная безопасность прежде всего. И чтобы не допустить облучению себя разными способами, нужно соблюдать какие-то правила пользования и отношения к приборам. Потому что вызванные головные боли, боли в суставах, в пояснице, в позвонке, усталость и рябь в глазах всё это практически исходит пользования а иногда не правильного пользования радиотелефонами, компьютерами и другой различной техникой.

1.2 Существующие требования ГОСТ к методам и средствам измерения магнитной индукции

В настоящий момент на территории РФ действует ГОСТ 8.144-97 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений магнитной индукции постоянного магнитного поля в диапазоне от 0,05 до 2 Тл [3].

Данный стандарт распространяется на государственную поверочную схему для средств измерений магнитной индукции постоянного магнитного поля и устанавливает назначение государственного специального эталона единицы магнитной индукции постоянного магнитного поля в диапазоне от 0,05 до 2 Тл, комплекс основных средств измерительной техники, входящих в его состав, основные метрологические характеристики эталона и порядок передачи размера единицы магнитной индукции от государственного специального эталона при помощи образцовых средств измерительной техники рабочим средствам измерительной техники с указанием погрешностей и основных методов поверки.

Также действует ГОСТ 8.030-91 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений магнитной индукции постоянного поля в диапазоне от 1х10 в ст. минус 12 до 5х10 в ст. минус 2 Тл, постоянного магнитного потока, магнитной индукции и магнитного момента в интервале частот от 0 до 20000 Гц [4].

Стандарт распространяется на государственный первичный эталон и государственную поверочную схему для средств измерений магнитной индукции постоянного поля в диапазоне от 1х10 в минус 12 степени до 5х10 в минус 2 степени Тл, постоянного магнитного потока, магнитной индукции и магнитного момента в интервале частот от 0 до 20000 Гц и устанавливает назначение государственного первичного эталона единиц магнитной индукции постоянного поля - теслы (Тл), постоянного магнитного потока - вебера (Вб), отношения магнитной индукции переменного поля к силе тока - теслы на ампер (Тл/А) и отношения магнитного потока к магнитной индукции - вебера на теслу (Вб/Тл); комплекс основных средств измерений, входящих в его состав, основные метрологические характеристики эталона и порядок передачи размеров единиц указанных величин от государственного первичного эталона при помощи вторичных эталонов и образцовых средств измерений с указанием погрешностей и основных методов поверки

Следовательно, в нашей работе мы будем опираться на требования данных ГОСТов.

1.3 Технические средства для измерения магнитной индукции

Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля в постоянных и переменных полях выполняются с помощью тесламетров с преобразователями Холла. При помещении такого преобразователя в магнитное поле на боковых его гранях генерируется ЭДС [5].

Выпускаемые промышленностью тесламетры данного типа предназначены для измерений магнитной индукции в пределах 0,002…2 Т, с частотным диапазоном до 1 ГГц. К их достоинствам можно отнести простоту конструкции, удобство в эксплуатации, высокие метрологические характеристики. Недостатки: показания прибора зависят от температуры.

В ядерно-резонансных тесламетрах в качестве преобразователя применяется разновидность квантового магнитоизмерительного преобразователя, действие которого основано на взаимодействии атомов, ядер атомов с магнитным полем. Диапазон измерения таких устройств достигает 10Т при классе точности измерений в пределах 0,001…0,1.

Одним из наиболее распространенных на отечественном рынке приборостроения являются магнитометры:

Феррозондовый магнитометр МФ-24ФМ [7]

Тип оборудования: магнитометр, измеритель напряженности магнитного поля, микротесламетр, градиентометр

Производитель: Россия

Модель: МФ-24ФМ

Описание: Переносной магнитный прибор для контроля намагниченностиметалла

Сертификат на магнитометрМФ-24ФМ:

Сертификат об утверждении типа средств измерений Российской Федерации. Микротесламетр-градиентометр МФ-24ФМ внесен в Государственные реестр средств измерений РФ.

Назначение магнитометра МФ-24ФМ:

М

Рисунок 5 – Дефектоскопический магнитометр МФ-24ФМ

агнитометр МФ-24ФМ предназначен для измерения остаточного магнитного поля ферромагнитных изделий и является незаменимым средством контроля качества размагничивания изделий при проведении сварочных работ с использованием технологии электронной и электродуговой сварки, а также деталей после проведения магнитного неразрушающего контроля. Кроме того, может быть использован при контроле методом «магнитной памяти» для выявления участков спонтанной намагниченности.

 

Области применения магнитометра МФ-24ФМ:

  • Авиационная промышленность

  • Железнодорожный и авиационный транспорт

  • Нефтегазовая промышленность

  • Химическая промышленность

  • Судостроение и судоремонт

  • Тепловая и атомная энергетика

  • Трубопрокатные, машиностроительные предприятия

Магнитометр МФ-24ФМ обладает следующими отличительными особенностями:

  • Использование феррозондового преобразователя, который дает расширенный температурный диапазон по сравнению с датчиком Холла

  • Высокая локальность проведения измерений за счет использования преобразователя градиенометрического типа

  • Широкий диапазон измеряемых постоянных полей

  • Автоматическое выключение при паузе в работе

2. МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

В соответствии с поставленной задачей исследования, необходимо выполнить сбор и анализ данных магнитной индукции сотовых телефонов в зоне максимального излучения.

В качестве приборной базы для определения магнитной индукции используем магнитометр МФ24ФМ.

Методика проведения исследования заключается в следующем:

1) Настройка и калибровка магнитометра под условия эксперимента (без учета внешнего магнитного излучения);

2) Определение зоны максимального излучения на корпусе сотового телефона;

3) Регистрация величины сигнала сотового телефона, находящегося в режиме ожидания и в активном режиме.

Для понимания принципов работы прибора следует изучить назначение кнопок [8]:

Рисунок 6 – Обозначение и функции кнопок магнитометра МФ24ФМ

Настройка прибора выполняется по паспорту изделия, см. Приложение.

2.1 Настройка и подготовка прибора к работе

Фотоотчет о настройке магнитометра МФ24ФМ и подготовке его к работе представлен ниже.

1) Калибровка магнитометра МФ24ФМ в месте проведения эксперимента.

После подключения измерительного датчика к магнитометру осуществляется его включение.

На экране прибора показывается значение напряженности магнитного поля в фоне помещения.

Рисунок 7 – Измерение напряженности магнитного поля фона помещения

После нажатия кнопки >0< осуществляется калибровка прибора – обнуление значений датчика для фиксации «чистого» показания, без учета фона помещения.

2) Измерение напряженности магнитного поля сотового телефона.

Измерение осуществляется при перемещении датчика вдоль поверхности телефона при поперечном размещении, см. рис. 8

Рисунок 8 – Проведение измерений при поперечном размещении датчика

И при продольном размещении датчика, см. рис. 9.

Рисунок 9 – Проведение измерений при продольном размещении датчика

В результате измерений фиксируется место и значение максимального излучения.

3) Запись результатов измерений.

4) Повторение п.2-3 с телефоном, находящемся в активном режиме.

5) Окончание эксперимента с данной моделью телефона.

В результате проведения эксперимента было выявлено, что у всех исследуемых сотовых телефонах источник максимального излучения находился в верхней части корпуса, в районе динамика. Полученные данные указывают на то, что в этой зоне находится приемно/передающая антенна сотовой связи. С одной стороны, расположение приемно/передающей антенны в верхней части гаджета обосновано максимальной эффективностью работы при приеме сигнала (чем выше – тем лучше), с другой – именно это место пользователь держит ближе всего к головному мозгу. Таким образом, эффективность работы прибора приводит к максимально негативному эффекту на здоровье человека, ведь именно человеческий мозг наиболее восприимчив к магнитным полям.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате проведенного эксперимента были получены данные, см таблицу. Все значения указаны в миллитесла.

Модель/режим

Sony

Prestigia

DNS

Lenovo

Samsung

Explay

- ожидание

1300

680

500

800

316

1800

- активность

700

500

1700

1100

1000

2000

Модель/режим

Nokia

HTC

Ritmix

Fey

Beeline

LG

- ожидание

1300

1300

1100

750

>2000

1700

- активность

1000

310

700

800

>2000

1700

Модель/режим

Micromax

Alcotel

Aple

- ожидание

>2000

1600

1300

- активность

>2000

600

1400

Одновременно с данным исследованием была обнаружена еще одна закономерность – при удалении датчика магнитометра от антенны на 5…6 см, магнитная индукция уменьшалась до окружающего фона. Получается, что если расположить антенну, например в нижней части прибора, которая удалена от головного мозга на указанное расстояние, то негативное влияние можно значительно минимизировать. При этом, снижение уровня расположения антенны на 7…10 см на качество приема практически не повлияет.

Выводы. В результате сравнения показателей магнитной индукции были выявлены модели сотовых телефонов, показатели которых превышали 2000 миллитесла (Explay – в активном режиме; Beeline и Micromax – в режиме ожидания и в активном режиме). Также определена зона наибольшего излучения на корпусе сотового телефона.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Магнитное поле [Электронный ресурс] Официальный сайт Википедии – Режим доступа: wikipedia.org/wiki/Магнитное_поле – 15.03.2015

2) Воздействие электромагнитного излучения на человека [Электронный ресурс] Радиэстезия – Режим доступа: http://www.radiostezija.lt/ru/straipsniai/003.php – 15.03.2015

3) ГОСТ 8.144-97 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений магнитной индукции постоянного магнитного поля в диапазоне от 0,05 до 2 Тл

4) ГОСТ 8.030-91 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений магнитной индукции постоянного поля в диапазоне от 1х10 в ст. минус 12 до 5х10 в ст. минус 2 Тл, постоянного магнитного потока, магнитной индукции и магнитного момента в интервале частот от 0 до 20000 Гц

5) Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля [Электронный ресурс] Студопедия. Ваша школопедия – Режим доступа: http://studopedia.ru/view_misi.php?id=66 – 15.03.2015

6) МФ-23ИМ магнитометр дефектоскопический [Электронный ресурс] Техспектр – Режим доступа: http://techspektr.ru/magnitnyi_control/magnitometry-ferrozondovye/mf-23im-magnitometr-defektoskopicheskij.html – 15.03.2015

7) Магнитометр МФ-24ФМ [Электронный ресурс] Общество с ограниченной ответственностью "ГЕО-НДТ" (ООО "ГЕО-НДТ") – Режим доступа: http://www.geo-ndt.ru/pribor-256-magnitometr-mf-24fm.htm – 15.03.2015

8) Паспорт (руководство по эксплуатации) Микротесламетр МФ-24ФМ [Электронный ресурс] ООО «АКА-контроль» – Режим доступа: http://aka-control.ru/storage/docs/MF-24FM.pdf – 15.03.2015

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

21