測(cè)電磁輻射

MeasurementofElectromagneticRadiation

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備及電氣裝置越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、通信、醫(yī)療、科研、廣播等眾多領(lǐng)域，使人類的生活及生產(chǎn)方式發(fā)生了空前的變化。然而，這些設(shè)備與裝置在給人們生活帶來便利的同時(shí)，也帶來了許多危害，如電磁輻射就是其中之一。電磁波的存在及電磁波強(qiáng)度能否可以利用簡(jiǎn)單的儀器來判斷？在這里我們演示：如何應(yīng)用收音機(jī)進(jìn)行檢測(cè)電磁輻射。

實(shí)驗(yàn)裝置

多波段的收音機(jī)（有AM與FM頻段）如圖1所示；計(jì)算機(jī)（聯(lián)想臺(tái)式機(jī)與液晶顯示器）如圖2所示；光盤。

圖1　多波段的收音機(jī)（有AM與FM頻段）

圖2　計(jì)算機(jī)（臺(tái)式機(jī)與液晶顯示器）

現(xiàn)象觀察

將計(jì)算機(jī)連接好。收音機(jī)打開，選擇AM（調(diào)幅）檔，把頻道調(diào)到?jīng)]有電臺(tái)聲音的地方，此時(shí)我們聽到輕微的靜電噪音。根據(jù)下列步驟進(jìn)行操作：①啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，傾聽收音機(jī)靜電噪音發(fā)生的變化。②把收音機(jī)慢慢地靠近正常運(yùn)行著的計(jì)算機(jī)，當(dāng)靜電噪音發(fā)生變化時(shí)，記錄下收音機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的距離。③向計(jì)算機(jī)插入一張光盤，傾聽收音機(jī)靜電噪音發(fā)生的變化。④將主機(jī)關(guān)掉，并把顯示器打開，傾聽收音機(jī)靜電噪音發(fā)生的變化。⑤改變AM頻道，再重復(fù)上述①至④，觀察是否有變化。⑥收音機(jī)調(diào)到FM（調(diào)頻）波段，再重復(fù)上述①至④，觀察是否有變化。

我們觀察到的現(xiàn)象：

①收音機(jī)與計(jì)算機(jī)主機(jī)的距離不同，發(fā)出的靜電噪聲大小不同。在AM波段，收音機(jī)逐漸靠近運(yùn)行著的計(jì)算機(jī)至1m左右，收音機(jī)發(fā)出的噪音開始變大，距離越近噪聲越響，至0.5m左右時(shí)，變化更加明顯。②收音機(jī)放在主機(jī)的不同方位，發(fā)出的噪聲大小也不同。主機(jī)的背后最響，其次是前面，兩邊噪聲相對(duì)較小。由此可以簡(jiǎn)單判斷計(jì)算機(jī)不同位置的電磁輻射大小。③改變AM頻率分別為60×10kHz、100×10kHz和160×10kHz，計(jì)算機(jī)對(duì)收音機(jī)噪聲的影響基本相同。④選擇FM波段為100MHz與107MHz，計(jì)算機(jī)對(duì)收音機(jī)發(fā)出噪聲的影響不大。

現(xiàn)象解密

根據(jù)麥克斯韋方程組，電路中只要有電流的變化就會(huì)產(chǎn)生電磁波，任何變化的電磁場(chǎng)都會(huì)向四周空間輻射電磁信號(hào)。計(jì)算機(jī)是靠高頻脈沖電路工作的，由于電磁場(chǎng)的變化，必然要向外輻射電磁波。計(jì)算機(jī)本身就是一個(gè)電磁輻射源，微處理器、主板、顯卡、聲卡、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、顯示器、USB接口等主要部件在工作時(shí)都載有變化電磁信號(hào)，它們都會(huì)向外界輻射電磁能量。主機(jī)和顯示器是計(jì)算機(jī)的主要電磁波輻射源：主機(jī)內(nèi)的部件，如高頻率的CPU、顯卡上的GPU、主板上的電子元件、芯片、散熱風(fēng)扇以及電源構(gòu)成主機(jī)輻射源；顯示器及其周邊電路構(gòu)成顯示器輻射源。

一般來說，收音機(jī)發(fā)出噪聲的原因有：①發(fā)射臺(tái)在信號(hào)調(diào)制過程中摻入了其他信號(hào)，因而聲源本身就有干擾源；②在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中受到干擾，如閃電等產(chǎn)生的電磁波、其他電臺(tái)信號(hào)或者遇到了高壓電線等，這些干擾信號(hào)被收音機(jī)接收，從而產(chǎn)生噪聲；③收音機(jī)在解調(diào)過程中受到干擾產(chǎn)生噪聲等。

收音機(jī)靠近計(jì)算機(jī)產(chǎn)生噪聲主要有兩個(gè)方面的原因：一是計(jì)算機(jī)發(fā)射的電磁波頻率與收音機(jī)所選定的波段頻率一致或相近時(shí)，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的電磁波也成了收音機(jī)接收的信號(hào)源，經(jīng)過解調(diào)之后產(chǎn)生聲音，由于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的電磁波沒有規(guī)律，因而人們聽到的聲音是噪聲；二是計(jì)算機(jī)所發(fā)射的電磁波頻率與收音機(jī)接收頻率不一致，雖然這部分電磁波不通過調(diào)解而發(fā)出聲音，但是這些變化的電磁波會(huì)對(duì)收音機(jī)的發(fā)聲電路產(chǎn)生影響，如通過互感現(xiàn)象等在揚(yáng)聲器中發(fā)出噪聲。

通過對(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，我們得到以下結(jié)論：①計(jì)算機(jī)主機(jī)會(huì)發(fā)射電磁波，由收音機(jī)AM波段產(chǎn)生的噪聲比FM波段大，可以推測(cè)計(jì)算機(jī)主機(jī)發(fā)射的電磁波波段更多集中在在550～1605kHz之間，即主機(jī)內(nèi)的電子元件發(fā)出的是低頻電磁波；②計(jì)算機(jī)對(duì)FM調(diào)頻88～108MHz波段也有干擾，它主要是由于電磁波對(duì)收音機(jī)的發(fā)聲電路產(chǎn)生電磁感應(yīng)而形成的；③計(jì)算機(jī)發(fā)射的電磁波隨著距離的增大而變小，所以計(jì)算機(jī)操作人員最好離開計(jì)算機(jī)0.5m以上；（4）在AM調(diào)幅與FM調(diào)頻信號(hào)中，調(diào)頻信號(hào)具有更強(qiáng)的抗噪聲和干擾能力。

應(yīng)用拓展

收音機(jī)能檢測(cè)出微波爐輻射泄漏嗎？

最近有一些媒體報(bào)道，可以利用600kHz收音機(jī)檢測(cè)微波爐的電磁輻射泄漏。如果在距離微波爐門0.5m處，收音機(jī)還能收到噪音干擾，就說明有微波泄露，需專業(yè)人員修理。但是也有人認(rèn)為收音機(jī)不能檢測(cè)到泄漏的電磁波，因?yàn)槲⒉t的工作頻率是2450MHz，微波泄露頻率也是2450MHz，而收音機(jī)的接收頻段是550～1605kHz（AM）和88～108MHz（FM），不可能接收到微波泄露。你認(rèn)為這兩種說法哪個(gè)正確嗎？

思考題

1.電磁輻射對(duì)人體有哪些危害？

電磁輻射危害人體的機(jī)理主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和累積效應(yīng)等。熱效應(yīng)：人體內(nèi)70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機(jī)體升溫，從而影響身體各器官的正常工作。非熱效應(yīng)：人體的器官和組織都存在微弱的電磁場(chǎng)，它們是穩(wěn)定而有序的，一旦受到外界電磁波的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場(chǎng)即遭到破壞，人體的正常機(jī)能就會(huì)遭受破壞。累積效應(yīng)：人體受到電磁波的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用而受到傷害后，在尚未來得及自我修復(fù)之前，若再次受到電磁波輻射，人體受到的傷害程度就會(huì)累積，久而久之便成為不可逆轉(zhuǎn)的永久性傷害甚至危及生命。因此，對(duì)于長(zhǎng)期接觸電磁波輻射的群體，即使電磁波功率很小、頻率很低，也會(huì)誘發(fā)意想不到的病變，應(yīng)引起警惕。

2.如何防護(hù)電磁波輻射？

防護(hù)主要采取三種方式:一是屏蔽輻射源，利用屏蔽材料對(duì)輻射源發(fā)出的電磁波進(jìn)行吸收與反射，大部分傳遞到屏蔽體上的電磁波被吸收，少部分被反射回屏蔽體內(nèi)部，進(jìn)入屏蔽體內(nèi)的電磁波又有部分被吸收，由此透過屏蔽體的電磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)大幅度衰減，使電磁泄漏降到最低；二是禁止電磁輻射泄露超標(biāo)項(xiàng)目的實(shí)施；三是進(jìn)行有效的個(gè)體防護(hù)。