Sähkömagneettinen kenttä. Biosähkömagnetiikan suureet ja yksiköt

SÄHKÖMAGNEETTINEN KENTTÄ. Altistus. Miten voi kuvata altistusta? Suureet? Yksiköt?

Yhteenveto altistumista kuvaavista suureiista

Lähde: Kari Jokela 82006)  STUK. Sähkömagneettiset kentät.  Kpl.2. Biosähkömagnetiikan fysikaalisia perusteita  Taulukko : Biosähkömagnetiikaan suureet ja yksiköt  (sivulta 55)

Ennen kuin voi  selvitellä sähkömagneettisen säteilyn vaikutusta  biologiseen organismiin, pitää valita suureita ja  mittayksiköitä, jotka ovat yleisesti  tunnettuja.

Sähkömagneettisillle kentille altistumista kuvaamaan käytetään yleisimmin seuraavia kahdeksaa fysikaalista suuretta. Niille kannattaa etsiä ruotsalainen ja englantilainen vastine. Suomalainen taulukko on  STUK:in kirjan Sähkömagneettiset kentät  sivulla 56 taulukoituna.

1. Virran tiheys, Current Density, elektrisk strömtäthet
2. Sähkökentän voimakkuus, Electric Field, elektriskt fält
3. Magneettivuon tiheys, Magnetic flux density ( Magnetic Induction,  Magnetic B- Field)  magnetisk flödestäthet
4. Magneettikentän voimakkuus, Magnetic H-Field (quantity) , Magnetic field intensity, Magnetic field strength, magnitude   Magnetizing field, magnetisk fältstyrka, ( orsakad av fria strömmen)
5. Kosketusvirta, Touch current, beröringsström
6. Tehotiheys, Power density, effekt täthet
7. Ominaisabsorptio. Specific Absorption,  specifik absorption
8. Ominaisabsorptionopeus, Specifick Absorption Rate (SAR) , Specifik absorptionsnivå
9. on ihmiskehon tai

 Näillä suureilla on  oma merkintänsä ja alla on tarkempi selostus Joka suureella on oma yksikkö. yksikkö.

1. Virran tiheys (J) ilmaisstaan käyttäen yksikkö A/m2, ampeeri per neliömetri )
2. Sähkökentän voimakkuus (E) ilmaistaan käyttäen yksikköä voltti metriä kohti (V/m)
3. Magneettivuon tiheys (B) ilmaistaan käyttämällä yksikköä T, tesla, mutta se on iso yksikkö
4. Magneettikentän voimakkuus (H) ilmaistaan käyttämällä yksikköä ampeeri metriä kohti (A/m)
5. Kosketusvirta (Ic) ilmaistaan yksiköllä ampeeri (A).
6. Tehotiheys (S) ilmaistaan yksiköllä watti (W) neliömetriä kohti.
7. Ominaisabsorptio (SA) ilmaistaan energiana massayksikköä kohti (J/kg)
8. Ominaisabsorptionopeus (SAR) ilamsitaan yksiköllä watti kiloa kohti (W/kg)

Samaa selityksenä:

1. Virrantiheys (J) on ihmiskehon tai sen osan kaltaisessa tilavuusjohtimessa kulkeva virta kulkusuuntaan nähden kohtisuoran tason pinta-alayksikköä kohti.

Virrantiheys, joka on vektorisuure, ilmaistaan yksiköllä ampeeria neliömetriä kohden  (A/m2)

2. Sähkökentän voimakkuus on vektorisuure, joka ilmenee varautuneeseen hiukkaseen kohdistuvana voimana.

Se ilmaistaan yksiköllä volttia metriä kohden (V/m)

3. Magneettivuon tiheys (B) on vektorisuure ( eli sillä on suunta) ja sen vaikutuksesta syntyy liikkuviin varauksiin kohdistuva voima.

Suureen arvo ilmaistaan yksiköllä tesla(T)

Selitys: Vapaassa tilassa ja eloperäisessä, orgaanisessa, väliaineessa magneettivuon tiheyden (B) ja magneettikentän voimakkuuden (H) vastaavuus voidaan määrittää käyttämällä kaavaa

1 A/m = 4 (Pi)*10 Exp(-7) T.

(Lue: Yksi ampeeri metriä kohden on sama kuin 4 kertaa pii kertaa 10 potenssiin miinus seitsemän teslaa).

HUOM: Magneettivuon tiheys B voidaan ilmaista myös käyttämällä suuretta ( merkintä on kreikkalainen fi kirjain)  magneettivuo (tunnus Φ tai täsmällisemmin erotuksena muusta vuosta Φ_B tai Φ_M) ja sen yksikkö on Weber,   (Wb):

   Magneettivuo  Φ_B  (Wb)

Tämän magneettivuon ( Φ ) tiheys (B)   neliömetriäkohden  ilmaistaan (magneettivuon avulla) yksiköllä 1 Wb/m2 ja tämä juuri on se ” yksi Tesla (1 T)”.

1 T = 10 000 G ( gaussia) . Tesla on iso yksikkö!

4. Magneettikentän voimakkuus on vektorisuure (H) , joka yhdessä magneettivuon (Φ) tiheyden (B) kanssa määrittää magneettikentän  voimakkuuden annetussa pisteessä. Sen yksikkö on ampeeri metriä kohden ( A/m) 

5.  Kosketusvirta. Sähkökentässä sijaitseva sähköä johtava kohde voi varautua kentän vaikutuksesta. Kosketettaessa kappaletta varaus purkautuu kosketusvirtana, joka ilmaistaan yksiköllä ampeeri (A). 

6. Tehotiheys on suure (S) , jota käytetään suurilla taajuuksilla, jolloin säteily ei tunkeudu kovin syvälle. Suure määritellään kohteen pintaan nähden kohtisuoran säteilyn tehona kohteen pinta-alayksikköä kohti ja ilmaistaan yksiköllä watti neliömetriä kohti (W/m2). Tehotiheys on Poyntingin vektorin itseisarvo.

7.  Ominaisabsorptio (SA) määritellään biologisen kudoksen absorboimana energiana massayksikköä kohti  eli sen yksikkö on joule per  kilo  (J/ kg ). Suuretta käytetään asetettaessa rajoituksia pulssimuotoiselle mikroaaltosäteilylle.

8.  Ominaisabsorptionopeus (SAR) määritellään energian absorboitumisnopeutena kudoksen massayksikköä kohti. Se ilmaistaan yksiköllä wattia kilogrammaa kohti (W/kg). Kehon tai sen osan lämpeneminen määräytyy ominaisabsorptionopeudesta. 

ESIMERKKI ( Kirjan sivulta  50)

Oletetaan, että 100 kg painoiseen ihmiseen absorboituu 100 W teho. Tällöin koko kehon SAR on  1 W/kg, joka on samaa suuruusluokkaa kuin perusaineenvaihdunnan levossa tuottama minimilämpöteho ja ylittää  ICNIRPin ohjearvon 0,4 W/kg. Tällainen tehohäviö lisää hitusen kehon lämpökuormaa ja voi olla juuri ja juuri aistittavissa.

ICNIRP ( International Commission on Non-Ionizing Radiation ) on julkaisut väestöä koskevia ohjearvoja.

http://www.icnirp.org/

Päivitys 18.4. 2017

LÄHDE: Kari Jokela . Biosähkömagnetiikan fysikaalisia perusteita. Yhteenveto altistumista kuvaavista suureista ja vastaavista yksiköistä. Sivulta 55. Kirjassa Sähkömagneettiset kentät. Säteily- ja ydinturvallisuus Kirja 6. STUK.ISBN 951-712-501-1.