Đang tải... (xem toàn văn)
SỰ HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG TRƯỜNG ĐIỆN TỪ LÊN CƠ THỂ SINH VẬT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG ĐIỆN TỪ ĐỐI VỚI SƯC KHỎE CON NGƯỜI
Luận văn tốt nghiệp trang 1 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh Phần Mở Đầu 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thế giới đang bước vào thế kỷ mới với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật. Con người ngày càng được trang bò thêm nhiều cơ sở vâït chất, tiện nghi sinh hoạt, thông tin liên lạc ngày càng phát triển. Điều đó dẫn đến sự xuất hiện hàng loạt các thiết bò điện, các dụng cụ sinh hoạt phát ra sóng điện từ. Làm cho con người tiếp xúc ngày càng nhiều với trường điện từ ở công sở cũng như ở nhà. Cơ sở vật chất đầy đủ, y học phát triển đời sống con người được nâng cao con người càng chú ý đến sức khỏe của mình. Gần đây do sự xuất hiện hàng loạt các thiết bò như điện thoại di động, lò vi sóng,… người ta cũng đã bắt đầu quan tâm đến ảnh hưởng của trường điện từ, và vấn đề này đang được tranh luận sôi nổi. Đứng trước thực tế khách quan như vậy tôi cho rằng mình phải có những hiểu biết sâu và rộng hơn về trường điện từ và các ảnh hưởng của nó lên cơ thể con người. Do đó tôi rất phấn khởi khi nhận đề tài “ Sự hấp thụ năng lượng trường điện từ lên cơ thể sinh vật và ảnh hưởng của trường điện từ đối với sức khỏe con người”. Đây là một vấn đề phức tạp, phạm vi kiến thức nằm ở phần tiếp giáp giữa các khoa học Lý – Sinh –Y, và do thời gian, kiến thức còn hạn chế nên đề tài của tôi chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu. 2. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu các vấn đề: - Cơ sở lý thuyết của trường điện từ. - Tính chất điện của vật thể sinh học. - Sự hấp thụ năng lượng của trường điện từ lên vật thể sinh học. - Một số ảnh hưởng của trường điện từ lên sức khỏe con người. Một số biện pháp nhằm hạn chế tác hại của trường điện từ. Luận văn tốt nghiệp trang 2 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - Nghiên cứu lý thuyết - Sưu tầm và dòch các tài liệu từ sách, báo. - Tìm thông tin trên mạng. - So sánh, tổng hợp các kết quả thu được. 4. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN Tháng 7-2002: nhận đề tài. Từ tháng 7 đến tháng 9 -2002: sưu tầm, dòch các tài liệu. Tháng 12 đến tháng 4: viết và sữa chữa đề tài. Tháng 5-2003: hoàn thành đề tài và báo cáo. 5. MỘT SỐ THUẬT NGỮ QUAN TRỌNG: Vivo: tế bào sống. Vitro: tế bào đã bò cô lập. Màng tế : là lớp bao quanh tế bào có cấu trúc chủ yếu là lipit, nước và các chất hòa tan khác thấm qua màng một cách chọn lọc. Hemoglobin: hồng huyết tố chứa trong hồng cầu, thực hiện chức năng hô hấp của hồng cầu. RF (radio frequency): sóng vô tuyến hay sóng cao tần MW(micro wawe): vi sóng . Luận văn tốt nghiệp trang 3 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh Phần NỘI DUNG 1. THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ 1.1 Quốc tế Do sự có mặt ngày càng nhiều các thiết bò điện ở công sở cũng như ở nhà nên người ta bắt đầu quan tâm đến trường điện từ Farday, Ocrsted, Ampere, Maxwell đã mô tả lý thuyết bức xạ điện từ vào giữa thế kỷ 19. Đầu thế kỷ 20 Marconi& Forestđược xem là người đặt nền móng cho sự phát triển của thông tin vô tuyến bằng RF. Sau đó cường độ RF nhanh chóng tăng vọt do sự phát triển nhanh về số lượng của các máy phát RF, kỹ thuật rada trong chiến tranh thế giới lần thứ hai. Những tác hại do trường điện từ gây ra được các nhà khoa học ghi nhận nhưng trong thời gian này họ vẫn chưa có sự đánh giá đầy đủ. Gần đây do sự xuất hiện ồ ạt hàng loạt các thiết bò phát sóng trường điện từ nên người ta quan tâm nhiều hơn đến ảnh hưởng của nó. Vụ kiện một phụ nữ người Floria bò ung thư não do điện từ sinh ra từ điện thoại di động, mặc dù sự việc vẫn chưa xác đònh nhưng vụ kiện này đã gây xáo động dư luận, ảnh hưởng đến công chúng, họ bắt đầu lo cho sự an toàn của họ khi tiếp xúc với trường điện từ phát ra bởi các dòng công suất, các thiết bò hằng ngày trong gia đình. Các nhà dòch tễ học, vật lý học bắt tay vào việc nghiên cứu về ảnh hưởng của trường điện từ đối với cơ thể con người và đưa ra một vài khuyến cáo. Các nhà khoa học bò thu hút vào những cuộc tranh luận về ảnh hưởng của trường điện từ, và hiện nay họ vẫn chưa nhất trí về vấn đề đó. Luận văn tốt nghiệp trang 4 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh Viện tiêu chuẩn quốc gia Mó (ANSI)đã đưa những tiêu chuẩn an toàn và những bổ sung sửa đổi, năm 1992 đã đưa ra tiêu chuẩn an toàn cuối cùng. Ngay cả tiêu chuẩn này cũng bò nghi ngờ là liệu nó có thực sự an toàn chưa? Mặt khác ANSI chưa đề cập về các ảnh hưởng của các trường có tần số thấp sinh ra từ các dây dẫn cao thế và các dụng cụ điện dùng trong nhà. 1.2.Trong nước: Với sự xuất hiện nhiều loại thiết bò điện: điện thoại di động ,máy tính, lò vi ba… khác làm nhà nước cũng đã bắt đầu quan tâm đến ảnh hưởng của trường điện từ.ø -1998 nước ta tiến hành nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm của trường điện từ tần số Radio trong lónh vực vô tuyến viễn thông của nước ta. - 1999 giáo sư tiến só Nguyễn Mạnh Liên và cộng sự ở học viện quân y tiến hành đề tài nghiên cứu “ Điện tư ø trường tần số thấp trên đường dây 500KV Bắc – Nam có ảnh hưởng gì đến sức khỏe công nhân”. - Hiện nay có một số trường đại học đã đưa vấn này và môn môi vật lý môi trường đã và đang có nhiều nghiên cứu xoay quanh vấn đề này. - Một số bài báo nói về các ảnh hưởng của các thiết bò gây trường điện từ đối với sức khỏe con người. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TRƯỜNG ĐIỆN TỪ Trường điện từ là một dạng đặc biệt của vật chất. Nó có tính hai mặt là liên tục dưới dạng sóng và gián đoạn dưới dạng lượng tử. Trường điện từ biểu hiện rõ ở hai dạng điện trường và từ trường khác nhau nhưng liên quan chặt chẽ với nhau. Điện trường biến đổi sinh ra từ trường và ngược lại. Sóng điện từ là sự lan truyền của trường điện từ, ngày nay các hệ thống thông tin vô tuyến được sử dụng rất rộng rãi trong các lónh Luận văn tốt nghiệp trang 5 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh vực của đời sống, nó đóng vai trò quan trọng với mọi quốc gia, mà trong thông tin bằng vô tuyến thì sóng điện từ là phương tiện cơ bản để truyền tin vì sóng điện từ lan truyền nhanh mà tổn hao năng lượng nhỏ. 2.1 Điện từ trường – Điện tích – Dòng điện • Điện từ trường được đặc trưng bằng 4 vectơ : E : Cường độ điện trường D : Vectơ điện dòch hay cảm ứng điện H : Vectơ cường độ từ trường B : Vectơ cảm ứng từ • Đối với các môi trường đẳng hướng : ED ε= ( ε là hằng số điện môi ) HB .µ= ( µ là độ từ thẩm ) • Hằng số điện môi tỉ đối : o ε ε ε = ′ • Độ từ thẩm tỉ đối : o µ µ µ =' • Điện tích phân bố liên tục trong không gian : Mật độ điện tích khối : dV dq =ρ Mật độ điện tích mặt : dS dq =ρ • Dòng điện phân bố liên tục trong không gian : Mật độ dòng j : dS dI j = Mật độ dòng điện mặt i tại mỗi điểm : λd dI i = Luận văn tốt nghiệp trang 6 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh • D , E , H , B là hàm của tọa độ và thời gian • ε, µ là hàm của tọa độ 2.2 Hệ các phương trình Maxwell và điều kiện biên 2.2.1 Các đònh luật cơ sở - Đònh lý Oxtragratxki – Gauss : ρ=Ddiv - Đònh luật bảo toàn điện tích – dòng điện mặt : 0=+ ∂ ∂ jdiv t ρ - Đònh luật dòng toàn phần : t D jHrot ∂ ∂ += - Đònh luật cảm ứng từ – Đònh luật Faraday : t B Erot ∂ ∂ −= - Đònh luật về đường sức cảm ứng từ : 0=Bdiv 2.2.2 Hệ phương trình Maxwell với nguồn ngoài - Nguồn điện được xem là độc lập với môi trường và không chòu ảnh hưởng bởi trường do nó tạo nên. Để đặc trưng cho nguồn ngoài ta đưa vào khái niệm dòng điện ngoài ng j hoặc ng E - Đònh luật Ohm dạng vi phân tại các điểm của nguồn ngoài ( ) ng ng EEjj +=+ σ - Hệ phương trình Maxwell đối với những điểm có nguồn ngoài ng ng E t D Ej t D jHrot σσ + ∂ ∂ +=+ ∂ ∂ += t B Erot ∂ ∂ −= Luận văn tốt nghiệp trang 7 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh ρ=Ddiv 0=Bdiv - Trong môi trường đồng nhất và đẳng hướng t D JEHrot ng ∂ ∂ ++= εσ t H Erot ∂ ∂ −= ε ρ =Ediv 0=Hdiv 2.2.3 Điều kiện biên đối với các vectơ của trường điện từ Các phương trình Maxwell trên chỉ áp dụng đối với những môi trường liên tục. Đối với các môi trường không liên tục, tại mặt giới hạn của 2 môi trường khác nhau, các vectơ của trường điện từ sẽ biến thiên không liên tục Các phương trình xác đònh sự biến đổi của các vectơ đó tại mặt giới hạn được gọi là điều kiện biên. Xét hình chữ nhật rất nhỏ nằm trong mặt phẳng ( tn, )chứa P. Chiều quay dương của hình chữ nhật sao cho pháp tuyến N của nó làm với ,n t một tam diện thuận. Điều kiện biên của B : B 2n – B 1n =0 Điều kiện biên của D : D 2n -D 1n =σ Trong đó σ : là mật độ điện tích tại điểm phân tích Điều kiện biên của H : H 2t – H 1t = i N Điều kiện biên của E : E 2t – E 1t = 0 Luận văn tốt nghiệp trang 8 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh Trong đó i N : là thành phần theo phương N của vectơ mật độ dòng điện mặt i tại điểm phân cách 2.3 Năng lượng của Trường điện từ –Vectơ Umop -Pointinh 2.3.1 Năng lượng của trường điện từ: Trường điện từ mang năng lượng và năng lượng đó được bảo toàn. Năng lượng của trường điện từ là W bao gồm điện năng và từ năng phân bố trong không gian thể tích V. M W e WW += = dV HE V ) 22 ( µε + ∫ = ∫ V (w e + w M )dV Với w e , w M là mật độ khối điện năng và mật độ khối từ năng Năng lượng của trường điện từ có thể biến từ dạng điện sang từ, hoặc biến sang các dạng năng lượng khác và dòch chuyển trong không gian. Sự cân bằng năng lượng trường điện từ thể hiện qua đònh lý Umop – Pointinh. 2.3.2 Đònh lý Umop – Pointinh Từ hệ phương trình Maxwell : t H Erot t E e JJHrot ∂ ∂ −= ∂ ∂ ++= µ ε (2) x ( H) trừ (1) x ( E) Ta có : (1) (2) Luận văn tốt nghiệp trang 9 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh H EjEjH t H E t E HrotEErot e −− ∂ ∂ − ∂ ∂ −=− µε [] EJEj HE t HEdiv E −− + ∂ ∂ −=×→ 22 22 µε EjEjww t eMe −−+ ∂ ∂ −= )( Lấy tích phân 2 vế theo V tùy y theo mặt cong kín ς. p dụng đònh lý Otstrograski – Gauss : dVEjdVEjdVww dt d dSHxE eVVMeV ∫∫∫∫ −−+−= )(][ Số hạng đầu của vế phải chính là tốc độ biến đổi năng lượng. Số hạng thứ 2 là công suất tiêu hao nhiệt do dòng điện dẫn I gây ra dVEdVEjP VVt 2 σ ∫∫ == dVEjP eVng ∫ = được gọi là công suất nguồn ngoài Vậy vế phải có thứ nguyên là công suất nên vế trái cũng phải có thứ nguyên là công suất. Từ đó người ta đưa ra khái niệm vectơ Pointinh Π [ ] H=∏ 2 m W HE,,∏ hướng xác đònh theo tam diện thuận. ,k HE, tạo thành một tam diện thuận, ,∏ HE, cũng tạo thành tam diện thuận. Do đ ó ,∏ ,k cùng phương, cùng chiều. Giá trò tuệt đối: wv HE H H E EHE . 2 1 . 22 = + = ===∏ µε εµ ε µ µ ε Suy ra: vw.=Π Luận văn tốt nghiệp trang 10 GVHD: Phạm Văn Tuấn SVTH: Huỳnh Kim Thanh Năng lượng truyền đi bằng vận tốc pha của sóng. Từ đó : ngt PP dt dW dS −−−=Π ∫ Đònh lý Umop – Pointing : Tổng các tốc độ biến đổi năng lượng điện từ, công suất tổn hao nhiệt và công suất của nguồn ngoài trong thể tích V bất kì bằng thông lượng vectơ Pointing qua mặt kín bao quanh thể tích đó. 2.4 Sóng điện từ phẳng Trong thực tế kỹ thuật các sóng điện từ được tạo ra từ các nguồn nhân tạo là sóng trụ hay sóng cầu, sóng phẳng chỉ là mẫu lý tưởng của sóng điện từ. Tuy nhiên việc nghiên cứu sóng phẳng lại có ý nghóa rất quan trọng, lý do là việc sử dụng toán học để nghiên cứu sóng phẳng đơn giản hơn mà kết quả của nó trong một số trường hợp lại có thể đặc trưng cho các sóng khác, ở khoảng cách rất xa nguồn bức xạ thì ta có thể xem một phần sóng trụ và cầu là sóng phẳng. 2.4.1 Nghiệm phương trình sóng đối với sóng phẳng * Sóng phẳng đồng nhất TEM Nếu trong mặt phẳng đồng pha của các sóng các biên độ cường độ E và H có giá trò như nhau ở mọi điểm thì sóng phẳng được gọi là đồng nhất. Sóng phẳng đồng nhất có mặt đồng biên và mặt đồng pha trùng nhau là mặt phẳng. Các phương trình Maxwell của sóng phẳng điều hòa trong môi trường đồng nhất và đẳng hướng :
