Wykorzystanie pola elektromagnetycznego

Gwałtowny rozwój technik radiokomunikacyjnych spowodował opracowanie na początku lat siedemdziesiątych nowego sposobu komunikacji bezprzewodowej, łączącej w sobie cechy klasycznej łączności radiowej (radiostacja) i telefonu z możliwością wybierania dowolnego abonenta. Zasadnicza różnica pomiędzy stosowanymi do dnia dzisiejszego telefonami bezprzewodowymi, a telefonią komórkową polega na zasięgu. Telefon bezprzewodowy ma zasięg ograniczony do kilkuset metrów od aparatu "matki", natomiast telefon komórkowy zapewnia łączność w zasięgu danej sieci czy też sieci współpracujących w roamingu.
Niezależnie od systemu, kluczową rolę nośnika informacji pomiędzy przenośnym aparatem a "resztą świata" odgrywa pole elektromagnetyczne - PEM.
Generalnie pola elektromagnetyczne dzielimy na dwa rodzaje - pola jonizujące (zwane częściej promieniowaniem jonizującym) takie jak promieniowanie gamma, Roentgena, nadfiolet - powodujące swym działaniem powstawanie efektu jonizacji cząstek oraz pola niejonizujące - począwszy od fal radiowych, poprzez światło widzialne, skończywszy na płytkim nadfiolecie. Efekt jonizacji pod wpływem promieniowania jonizującego występuje praktycznie zawsze, a jego natężenie zależne jest od gęstości mocy. Pola takie powodują zmiany kumulujące się - każda następna dawka powiększa efekt działania poprzedniej. Aby wystąpiło zjawisko jonizacji, PEM musi mieć odpowiednio wysoką częstotliwość, a co się z tym wiąże, nieść ze sobą odpowiednią energię. I tak jeden kwant promieniowania nadfioletowego (powodującego obumieranie drobnoustrojów) niesie ze sobą energię od 3,3 do 100 eV (elektronowoltów). Energia potrzebna do zjonizowania atomu tlenu lub wodoru wynosi pomiędzy 10 - 12 eV. Dla porównania, kwant PEM niejonizującego z zakresu radiowego, wykorzystywanego między innymi w telefonii komórkowej GSM, niesie ze sobą energię rzędu 0,000001 eV. Pola niejonizujące generalnie nie wywołują reakcji organizmów żywych pod warunkiem, że nie zostaną przekroczone pewne dopuszczalne granice, powyżej których zaczyna występować efekt mikrofalówki, czyli podgrzewania cząstek wody zawartej w tkankach.
Warunkiem wystąpienia takiego efektu są moce o gęstości tysięcy W/m2. Aby uniknąć takich zjawisk, dla wszystkich źródeł PEM stosowane są normy ochronne. Normy określają poszczególne kraje, i tak dla zakresu GSM dopuszczalna ekspozycja według przepisów USA wynosi 6 W/m2, według IRPA (Unia Europejska) - 4,5 W/m2. Natomiast w Polsce obowiązuje od sierpnia bieżącego roku graniczna strefa ochronna o poziomie 0,1 W/m2 (poprzednio obowiązywała norma 0,025 W/m2; więcej informacji na temat limitów znajdziesz tutaj). Jak widać, polskie przepisy są najbardziej wymagające i do nich muszą się stosować wszyscy operatorzy instalujący swoje urządzenia. Poziom 0,1 W/m2 ma zastosowanie tylko dla obszarów dostępnych normalnie dla ludzi i określony jest ze względu na ochronę środowiska naturalnego, bezpieczeństwo i higienę pracy.
W przypadku telefonii komórkowej mamy do czynienia z dwoma rodzajami źródeł PEM - właściwym aparatem, użytkowanym przez abonenta oraz z polem pochodzącym od tak zwanych stacji bazowych. W świecie nauki prowadzi się badania nad wpływem telefonii komórkowej (nie tylko działania pól elektromagnetycznych) na organizm człowieka. Nie dotyczą one stacji bazowych, ponieważ zainstalowana zgodnie z obowiązującymi (zwłaszcza w Polsce) przepisami taka stacja szkodliwego wpływu po prostu mieć nie może. Dotyczy to zwłaszcza najnowoczesniejszych systemów, takich jak GSM. System ten, projektowany jako system XXI wieku, zawiera w sobie proekologiczne założenia, w maksymalny sposób ograniczające emisję PEM.
Jeden ze sposobów zmniejszenia emisji to zastosowanie modulacji cyfrowej. Moc wyjściowa nadajników ograniczana jest w większości wypadków do około 20 W tak że moc emitowana w rzeczywistości przez antenę jest rzędu kilku - kilkunastu watów. Im gęściejsze rozmieszczenie stacji bazowych na danym obszarze, tym mniejsze moce są emitowane przez anteny (dla zoptymalizowanej sieci moce są rzędu kilku W).
System umożliwia dopasowywanie poziomu sygnału do istniejących w danej chwili potrzeb. Antena stacji bazowej jak i antena aparatu emituje PEM o natężeniu nie większym niż niezbędne w danej chwili do zapewnienia połączenia. Dodatkowo, w nowszych urządzeniach emisja PEM następuje tylko w momencie, kiedy ktoś mówi do mikrofonu - przy odbiorze aparat nie emituje pola.
Zwykle stosuje się anteny kierunkowe, emitujące pole elektromagnetyczne "przed siebie", a nie dookoła - wynika to z potrzeby zapewnienia łączności w wybranych kierunkach. Emisja dookólna mogłaby spowodować przekroczenie dopuszczalnych norm oraz jest w takich wypadkach zwykłą stratą energii. Anteny stacji bazowych instalowane są na wysokich wspornikach, tworząc w ten sposób strefy ochronne. Stacje takie nie mogą pracować bez posiadania urzędowych opinii o braku szkodliwego ich wpływu na otoczenie.
Badania prowadzone w wielu krajach, a dotyczące aparatów przenośnych (między innymi radiotelefonów, aparatów analogowych i cyfrowych telefonów komórkowych, telefonów bezprzewodowych), głównie mają na celu określenie, czy może zaistnieć sytuacja, że długotrwałe korzystanie z takiego urządzenia wpłynie na organizm człowieka i w jaki sposób. Prowadzone są one również w celu dalszego precyzowania norm dla tego typu urządzeń.
Pola elektromagnetyczne towarzyszą człowiekowi od zarania dziejów (pole elektromagnetyczne Ziemi, promieniowanie kosmiczne, wiatr słoneczny, wszelkiego rodzaju nadajniki radiowe, telewizyjne etc.). I są najczęściej używanym nośnikiem informacji w komunikacji ruchomej. Wszystko wskazuje na to, że w następnym stuleciu większość form łączności będzie realizowanych poprzez eter, co wydaje się być wykładnikiem postępu cywilizacyjnego - komunikacja osobista dostępna dla każdego i w każdym miejscu.

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ELEKTROMAGNESU

Pole magnetyczne wytworzone wokół przewodnika, przez który płynie prąd elektryczny jest stosunkowo słabe. Naukowcy odkryli sposób na zwiększenie tego pola. Należy zwinąć przewodnik w kształt cylindryczny, a w środek włożyć żelazny rdzeń i wówczas pole znacznie się zwiększa. W ten sposób skonstruowano ELEKTROMAGNES.
Elektromagnes zastosowano w różnego rodzaju maszynach elektrycznych , w przyrządach i miernikach elektrycznych, we współczesnych, nowoczesnych generatorach, które produkują użyteczną energię elektryczną dostarczaną do naszych domów, sklepów, biur i fabryk. W prądnicy do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystuje się pole magnetyczne. Zewnętrzna siła obraca cewkę pomiędzy biegunami magnesu. Gdy cewka przecina linie pola magnetycznego indukuje się w niej prąd elektryczny. Kierunek przepływu strumienia elektronów zmienia się co pół obrotu cewki, dzięki czemu na szczotkach występuje prąd przemienny. Elektromagnesy stanowią elementy niektórych urządzeń technicznych na przykład dzwonek elektryczny. Działa on w następujący sposób: młoteczek, uderzający w dzwonek, połączony jest z żelaznym prętem, zwanym zworą. Gdy przez uzwojenie elektromagnesu przepływa prąd, magnes przyciągając zworę przerywa obwód elektryczny. Wówczas elektromagnes traci właściwości magnetyczne i nie przyciąga zwory, którą przesuwa do tyłu sprężyna. Cykl ten powtarzany jest za każdym razem, kiedy dotyka się przycisku dzwonka.


Kolejnym przykładem zastosowania elektromagnesu są urządzenia telekomunikacyjne, np. aparat telegraficzny (urządzenie telekomunikacyjne do odbioru i nadawania informacji za pomocą kodu telegraficznego), sprzęt medyczny używany do celów diagnostycznych, terapeutycznych i do wspomagania czynności narządowych, sprzęt przemysłowy, radary, anteny nadawcze radiowe i telewizyjne, ekrany kineskopowe monitorów komputerowych i telewizorów, sprzęt gospodarstwa domowego np. kuchenka mikrofalowa i telefony komórkowe.A oto zasady działania kilku urządzeń w których wykorzystano elektromagnes:
W wykrywaczach metali (używanych np. przez poszukiwaczy skarbów) zjawisko indukcji magnetycznej wykorzystuje się do ustalania położenia przedmiotów metalowych. W głowicy urządzenia jest cewka, wytwarzająca pole magnetyczne. Przedmioty metalowe, w obrębie działania tego pola, uruchamiają sygnał alarmowy. Wykrywacze metali są stosowane w sterowaniu światłami regulacji ruchu drogowego oraz w kontroli pasażerów na lotniskach.
Głośnik zamienia na dźwięki sygnały elektryczne płynące ze wzmacniacza. Wewnątrz stałego magnesu znajduje się cewka. Gdy płynie przez nią prąd przemienny, nabywa ona własności magnetycznych. Kiedy prąd płynie na przemian w jednym i drugim kierunku, dwa magnesy kolejno przyciągają się i odpychają się wzajemnie, poruszając cewkę na zmianę w przód i w tył. Powoduje to drgania delikatnego stożka membrany, który wytwarzając fale powietrza, generuje dźwięki.
Mikrofon można porównać do elektrycznego ucha, które przekształca fale dźwiękowe w sygnał elektryczny. Napięcie tego sygnału zależy od ciśnienia fali dźwiękowej. Częstotliwość zmian napięcia waha się w zależności od wysokości dźwięku.
W gitarze elektrycznej do wytwarzania dźwięków służą drgające struny metalowe. Ponadto jest ona wyposażona w przetwornik elektromagnetyczny, co w połączeniu ze wzmacniaczem pozwala wydobyć z instrumentu szeroką skalę dźwięków o takim natężeniu, że muzyki można słuchać na stadionie wypełnionym po brzegi.
Silnik elektryczny obraca się dzięki temu, że uzwojenia przewodzące prąd umieszczone są w polu magnetycznym. Silnik może być zasilany zarówno prądem stałym, jak i przemiennym .Elektromagnes (stojan) wytwarza pole magnetyczne. Prąd podawany jest na uzwojenia wirnika poprzez szczotki. Pole magnetyczne uzwojenia i stojana oddziałują na siebie, powodując nieznaczny obrót wirnika. Prąd podawany jest wówczas na następne uzwojenie .Nowoczesne silniki elektryczne wykorzystują silny elektromagnes i wiele zwojów przewodnika, co umożliwia wytworzenie użytecznej siły mechanicznej.



STYCZNIKI ELEKTROMAGNETYCZNE

Stycznik, łącznik stycznikowy, urządzenie przeznaczone do otwierania i zamykania obwodów elektrycznych. W zależności od rodzaju siły działającej na układ ruchomy rozróżnia się styczniki:
- elektromagnetyczne - najczęściej spotykane (układ zamykający i otwierający obieg elektryczny uruchamiany jest za pomocą elektromagnesu),
- mechaniczne (ruch łącznika wywoływany jest za pośrednictwem cięgien i dźwigni),
- pneumatyczne (otwieranie i zamykanie obwodu sterowane jest sprężonym powietrzem).
Styczniki stosowane są w układach napędowych, w których często zachodzi potrzeba rozruchu, nawrotu itp., np. w dźwigach, suwnicach.

STYCZNIKI PRÓŻNIOWE SV

Trzytorowe styczniki próżniowe prądu przemiennego do 125 A lub 160 A, o napięciu do 1000 V AC

ZASTOSOWANIE
Styczniki próżniowe SV są przeznaczone do łączenia tylko obwodów prądu przemiennego *) 50 lub 60 Hz, w szczególności do:
· sterowania silników elektrycznych przy napięciu do 1000 V
· stosowania w układach napędowych w górnictwie - ze względu na dużą zdolność łączenia prądów zwarciowych ( zakłóceniowych),
· łączenia urządzeń w przemyśle chemicznym - ze względu na gaszenie łuku w komorze próżniowej, co chroni styki przed oddziaływaniem agresywnej atmosfery,
· stosowania w układach napędowych w obudowach szczelnych lub przeciwybuchowych - ze względu na małe straty cieplne,
· stosowania w układach automatyki wymagającej długotrwałej i niezawodnej pracy łączeniowej stycznika.
Styczniki próżniowe SV mogą być instalowane w pomieszczeniach zamkniętych w różnych warunkach klimatycznych, na wysokości do 1000 m n.p.m.
*) stosowanie w obwodach prądu stałego jest niedopuszczalne

BUDOWA
Styczniki składają się z:
· trzech komór próżniowych z jednoprzerwowymi zestykami (docisk roboczy styków jest różnicą sił wynikających z ciśnienia panującego na zewnątrz i wewnątrz komory)
· napędu elektromagnesowego prądu stałego, zasilanego ze źródła prądu stałego lub z prostownika przymocowanego do konstrukcji wsporczej stycznika (konstrukcja prostownika umożliwia przyłączanie obwodu sterowniczego po stronie prądu stałego lub przemiennego).